DE60038668T2 - Lichtquelle mit gelben bis roten emittierenden leuchtstoff - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Lichtquelle unter Verwendung eines gelb bis rot emittierenden Leuchtstoffs und insbesondere, aber nicht ausschließlich, Leuchtdioden (LED – Light Emitting Diodes). Der Leuchtstoff gehört zu der Klasse der seltenerdaktivierten Siliziumnitride. Weitere Anwendungsfelder sind elektrische Lampen, insbesondere Hochleistungsentladungslampen oder Fluoreszenzlampen.
• Allgemeiner Stand der Technik
• Für Eu^{2 +}-dotiertes Material wird normalerweise eine UV-blau-Emission beobachtet (Blasse und Grabmeier: Luminescent Materials, Springer Verlag, Heidelberg, 1994). Mehrere Untersuchungen zeigen, daß auch eine Emission im grünen und gelben Teil des sichtbaren Spektrums möglich ist (Blasse: Special Cases of divalent lanthanide emission, Eur. J. Solid State Inorg. Chem. 33 (1996), S. 175; Poort, Blokpoel and Blasse: Luminescence of Eu²⁺ in Barium and Strontium Aluminate and Gallate, Chem. Mater. 7 (1995), S. 1547; Poort, Reijnhoudt, van der Kuip und Blasse: Luminescence of Eu²⁺ in Silicate host lattices with Alkaline earth ions in a row, J. Allogs and Corp. 241 (1996), S. 75). Bisher wird eine rote Eu^{2 +}-Lumineszenz nur in einigen Ausnahmefällen wie etwa Erdalkalisulfiden und verwandten Gittern vom Steinsalztyp beobachtet (Nakao, Luminescence centers of MgS, CaS and CaSe Phosphors Activated with Eu²⁺ Ion, J. Phys. Soc. Jpn. 48 (1980), S. 534), in Erdalkali-Thiogallaten (Davolos, Garcia, Fouassier und Hagenmuller, Luminescence of Eu²⁺ in Strontium and Barium Thiogallates, J. Solid. State Chem. 83 (1989), S. 316) und in einigen Boraten (Diaz und Keszler; Red, Green, and Blue Eu²⁺ luminescence in solid state Borates: a structure-property relationship, Mater. Res. Bull. 31 (1996), S. 147). Eu²⁺-Lumineszenz in Erdalkali-Siliziumnitriden wurde bisher nur für MgSiN₂:Eu berichtet (Gaido, Dubrovskii und Zykov: Photoluminescence of MgSiN₂ Activated by Europium, Izv. Akad. Nauk SSSR, Neorg. Mater. 10 (1974), S. 564; Dubrovskii, Zykov und Chernovets: Luminescence of rare earth Activated MgSiN₂, Izv. Akad. Nauk SSSR, Neorg. Mater. 17 (1981), S. 1421)) und Mg_1-xZn_xSiN₂:Eu (Lim, Lee, Chang: Photoluminescence Characterization of Mg_1-xZn_xSiN₂:Tb for Thin Film Electroluminescent Devices Application, Inorganic and Organic Electroluminescence, Berlin, Wissenschaft und Technik Verlag, (1996), S. 363). Für beide wurde Eu^{2 +}-Lumineszenz in dem grünen und grünblauen Teil des Spektrums gefunden.
• Neue Wirtsgitter vom Nitridosilikattyp basieren auf einem dreidimensionalen Netzwerk aus vernetzten SiN₄-Tetraedern, in die Erdalkaliionen (M = Ca, Sr und Ba) eingebaut sind. Solche Gitter sind beispielsweise Ca₂Si₅N₈ (Schlieper und Schlick: Nitridosilicate I, Hochtemperatursynthese und Kristallstruktur von Ca₂Si₅N₈, Z. anorg. allg. Chem. 621, (1995), S. 1037), Sr₂Si₅N₈ und Ba₂Si₅N₈ (Schlieper, Millus und Schlick: Nitridosilicate II, Hochtempertursynthesen und Kristallstrukturen von Sr₂Si₅N₈ und Ba₂Si₅N₈, Z. anorg. allg. Chem. 621, (1995), S. 1380 und BaSi₇N₁₀ (Huppertz und Schnick: Edge-Sharing SiN₄ tetrahedra in the highly condensed Nitridosilicate BaSi₇N₁₀, Chem. Eur. J. 3 (1997), S. 249). Die Gittertypen sind in Tabelle 1 erwähnt.
• Sulfidbasierte Leuchtstoffe (z. B. Erdalkalisulfide) sind für Beleuchtungsanwendungen, insbesondere für LED-Anwendungen, weniger wünschenswert, da sie mit dem kapselnden Harzsystem interagieren und teilweise unter einem hydrolytischen Angriff leiden. Rot emittierende Eu^{2 +}-aktivierte Borate zeigen bereits bei der Arbeitstemperatur von LEDs eine Temperaturlöschung bis zu einem gewissen Grad.
• Offenbarung der Erfindung
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Umgehung der Nachteile des Stands der Technik. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Lichtquelle mit einer verbesserten Rotfarbwiedergabe R9. Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer Lichtquelle mit einer verbesserten Gesamtfarbwiedergabe Ra. Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer weißen LED mit einer hohen Farbwiedergabe.
• Eine besonders hohe Stabilität bis zumindest 100°C ist für LED-Anwendungen wünschenswert. Ihre typische Arbeitstemperatur liegt bei etwa 80°C.
• Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
• Die Lichtquelle verwendet einen neuen gelb-rot emittierenden Leuchtstoff. Seine Absorption liegt zumindest innerhalb des blauen bis grünen Spektralbereichs. Weiterhin zeigen sie eine Fluoreszenzemisssion unter Absorption. Jene Eu²⁺-dotierten Lumineszenzmaterialien zeigen eine Emission innerhalb des gelben bis roten Spektralbereichs, insbesondere langwellige rote, orange oder gelbe Emission. Diese Leuchtstoffe basieren auf Erdalkali-Siliziumnitridmaterial als Wirtsgitter. Sie sind vielversprechend, insbesondere für LED-Anwendungen, wenn sie als Leuchtstoffe verwendet werden. Bisher wurden weiße LEDs realisiert, indem eine blau emittierende Diode mit einem gelb emittierenden Leuchtstoff kombiniert wurde. Eine derartige Kombination besitzt nur eine schlechte Farbwiedergabe. Eine viel bessere Leistung kann unter Einsatz eines Mehrfarbsystems erzielt werden (zum Beispiel rot-grün-blau). Das neue Material kann in der Regel zusammen mit einem grün emittierenden (oder gelb emittierenden) Leuchtstoff verwendet werden, beispielsweise Strontiumaluminat SrAl₂O₄:Eu²⁺, dessen Emissionsmaximum bei etwa 520 nm liegt.
• Im Detail verwendet die einen gelb bis rot emittierenden Leuchtstoff verwendende neue Lichtquelle ein Wirtsgitter vom Nitridosilikattyp M_xSi_yN_z:Eu, wobei M mindestens eines eines Erdalkalimetalls ausgewählt aus der Gruppe Ca, Sr, Ba ist und wobei z = 2/3x + 4/3y. Die Inkorporation von Stickstoff erhöht den Anteil an kovalenter Bindung und Ligandenfeldaufspaltung. Dies führt infolgedessen zu einer ausgeprägten Verschiebung von Anregungs- und Emissionsbändern zu längeren Wellenlängen im Vergleich zu Oxidgittern.
• Bevorzugt ist der Leuchtstoff von dem Typ, wo x = 2 und y = 5. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Leuchtstoff von dem Typ, wo x = 1 und y = 7.
• Bevorzugt ist das Metall M in dem Leuchtstoff Strontium, weil der resultierende Leuchtstoff bei relativ kurzen gelben bis roten Wellenlängen emittiert. Somit ist die Effizienz im Vergleich zu den meisten der anderen gewählten Metalle M recht hoch.
• Bei einer weiteren Ausführungsform verwendet der Leuchtstoff eine Mischung aus verschiedenen Metallen, beispielsweise Ca (10 Atomprozent) zusammen mit Ba (Rest) als Komponente M.
• Diese Materialien zeigen eine hohe Absorption und gute Anregung in dem UV- und sichtbaren blauen Spektrum (bis zu über 450 nm), eine hohe Quantenausbeute und eine geringe Temperaturlöschung bis zu 100°C.
• Es kann für Lumineszenzkonversions-LEDs mit einer blaues Licht emittierenden Primärquelle zusammen mit einem oder mehreren Leuchtstoffen (rot und grün) verwendet werden. Ein weiteres Anwendungsfeld sind kompakte Fluoreszenzlampen und der Ersatz von Yttriumvanadat in Hochleistungsentladungslampen.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• 1: Diffuse Reflexionsspektren von undotiertem Ba₂Si₅N₈ und Ba₂Si₅N₈:Eu;
• 2: Diffuse Reflexionsspektren von undotiertem BaSi₇N₁₀ und BaSi₇N₁₀:Eu;
• 3: Emissionsspektrum von Ba₂Si₅N₈:Eu;
• 4: Emissionsspektrum von BaSi₇N₁₀:Eu;
• 5–7: Emissionsspektrum von mehreren Ausführungsformen von Sr₂Si₅N₈:Eu;
• 8: Emissionsspektrum von Ca₂Si₅N₈:Eu;
• 9: Emissionsspektren von weißen LEDs;
• 10: zeigt ein Halbleiterelement, das als Lichtquelle für weißes Licht dient.
• Ausführliche Ausführungsformen
• Eu₂O₃ (mit einer Reinheit von 99,99%) oder Eu-Metall (99,99%), Ba-Metall (> 99%); Sr-Metall (99%), Ca₃N₂ (98%) oder Ca-Pulver (99,5%) und Si₃N₄ (99,9%) wurden als kommerziell erhältliche Ausgangsmaterialien verwendet. Ba und Sr wurden in einer Stickstoffatmosphäre durch Brennen bei 550 und 800°C nitriert. Danach wurde Ca₃N₂ oder nitriertes Ba, Ca oder Sr in einer Reibschale gemahlen und in Stickstoffatmosphäre stöchiometrisch mit Si3N₄ gemischt. Die Eu-Konzentration betrug 10 Atomprozent im Vergleich zu dem Erdalkaliion. Die gepulverte Mischung wurde in Molybdäntiegeln bei etwa 1300–1400°C in einem horizontalen Rohrofen in Stickstoff-Wasserstoff-Atmosphäre gebrannt. Nach dem Brennen wurden die Pulver durch Pulver-Röntgendiffraktion (Cu, Kα-Linie) charakterisiert, die zeigte, daß alle Verbindungen entstanden waren.
• Das undotierte Ba₂Si₅N₈, Ca₂Si₅N₈ und BaSi₇N₁₀ sind grauweiße Pulver. Diese undotierten seltenerdaktivierten Siliziumnitride zeigen eine hohe Reflexion im sichtbaren Bereich (400–650 nm) und einen starken Abfall bei der Reflexion zwischen 250–300 nm (1 und 2). Der Abfall beim Reflexionsvermögen wird der Wirtsgitterabsorption zugeschrieben. Die Eu-dotierten Proben sind orange-rot, mit Ausnahme von BaSi₇N₁₀:Eu, das orange-gelb ist (Tabelle 1). Die starke Färbung ist für Eu²⁺-dotierte seltenerdaktivierte Siliziumnitride einzigartig und macht diese Materialien zu interessanten orange-roten Leuchtstoffen. Ein typisches Beispiel eines Reflexionsspektrums von Ba₂Si₅N₈:Eu zeigt, daß die Absorption aufgrund von Eu der Wirtsgitterabsorption überlagert wird und sich bis zu 500–550 nm erstreckt (1). Dies erklärt die rot-orange Farbe dieser Verbindungen. Ähnliche Reflexionsspektren wurden für Sr₂Si₅N₈:Eu und Ca₂Si₅N₈:Eu beobachtet.
• Für BaSi₇N₁₀:Eu ist die Absorption von Eu in dem sichtbaren Teil weniger weit (2), was die orange-gelbe Farbe dieser Verbindung erklärt.
• Alle Proben zeigen unter UV-Anregung eine effiziente Lumineszenz mit Emissionsmaxima im orange-roten Teil des sichtbaren Spektrums (siehe Tabelle 1). Zwei typische Beispiele für Emissionsspektren sind in 3 und 4 zu sehen. Sie zeigen, daß die Emission bei extrem langen Wellenlängen (bei Eu^{2 +}-Emission) mit Maxima von bis zu 660 nm für BaSi₇N₁₀:Eu erfolgt (4). Anregungsbänder werden bei geringer Energie beobachtet, was das Ergebnis eines Schwerpunkts des Eu^{2 +}-5d-Bandes bei niedriger Energie und einer starken Ligandenfeldteilung des Eu^{2 +}-5d-Bandes ist, wie für N^3–-haltige Gitter erwartet werden kann (van Krevel, Hintzen, Metselaar und Meijerink: Long Wavelength Ce^{3 +}-luminescence in Y-Si-O-N Materials, J. Allogs and Corp. 168 (1998) 272).
• Da diese Materialien aufgrund niedrigenergetischer Anregungsbänder blaues in rotes Licht konvertieren können, können sie in weißen Lichtquellen beispielsweise auf der Basis von primär blau emittierenden LEDs (in der Regel GaN oder InGaN) in Kombination mit rot, gelb und/oder grün emittierenden Leuchtstoffen angewendet werden. Tabelle 1:

  Verbindung	Kristallstruktur	Farbe	Emissionsmaximum (nm)*
  Ca2Si5N8:Eu	monoklin	orange-rot	600 bis 630
  Sr2Si5N8:Eu	orthorhombisch	orange-rot	610 bis 650
  Ba2Si5N8:Eu	orthorhombisch	orange-rot	620 bis 660
  BaSi7N10:Eu	monoklin	orange-gelb	640 bis 680

• * je nach den Bedingungen für die Herstellung und Konzentration des Aktivators; typische Werte für die Eu-Konzentration können zwischen 1 und 10% im Vergleich zu dem Erdalkaliion M variieren
• Diese Emissionsmaxima sind unüblich weit in der langwelligen Seite. Ein spezifisches Beispiel ist ein Leuchtstoff des Typs Sr_1,8Eu_0,2Si₅N₈. Sein Emissionsspektrum ist in 5 gezeigt.
• Eine weitere Ausführungsform zum Realisieren von M ist der Einsatz von Zn. Es kann Ba, Sr oder Ca vollständig oder teilweise ersetzen.
• Eine weitere Ausführungsform für das vollständige oder teilweise Ersetzen von Si ist Ge. Eine konkrete Ausführungsform ist Sr_1,8Eu_0,2Ge₅N₈.
• Es wurden einige weitere spezifische Beispiele untersucht.
• Es wurden die Herstellungsbedingungen und optischen Eigenschaften des rot emittierenden Leuchtstoffs Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺ untersucht. Eine Optimierung zeigte eine Quantenausbeute von etwa 70%. Die Emission läßt sich je nach der Eu²⁺-Konzentration in der Probe und den Erhitzungsbedingungen zwischen 610 und 650 nm einstellen. Die Absorption bei 400 nm und 460 nm ist hoch (Reflexion von nur 15–40%), und die Temperaturlöschung der Lumineszenz bei 80°C ist niedrig (nur 4%). Die Teilchengröße des Leuchtstoffs liegt ohne Mahlen unter 5 μm. Durch diese Eigenschaften wird dieser Leuchtstoff insbesondere für Anwendungen sowohl bei der UV- als auch blauen LED sehr interessant.
• Für die Nitridsynthese sind die Ausgangsmaterialien Si₃N₄ (99.9% (hauptsächlich α-Phase), Alfa-Aesar), Sr-Metall (dendritische Stücke 99,9%, Alfa-Aesar) und Eu₂O₃ (4 N). Das Sr-Metall muß nitriert werden und wenn statt Eu₂O₃ Eu-Metall verwendet wird, muß auch dieses nitriert werden.
• Das Sr-Metall wird von Hand in einem Achatmörser in einer Argon-Handschuhbox gemahlen und dann unter N₂ bei 800°C nitriert. Dies führt zu einer Nitrierung von über 80%.
• Nach dem erneuten Mahlen wird das nitrierte Metall von Hand zusammen mit Si₃N₄ und Eu₂O₃ in der Handschuhbox wieder gemahlen und gemischt. Das Erhitzen dieser Mischung erfolgt in der Regel mit den folgenden Parametern:
  18°C/min auf 800°C
  5 Stunden bei 800°C
  18°C/min auf T_end (1300–1575°C)
  5 Stunden bei T_end (1300–1575°C)
  H₂ (3,75%)/N₂ 4001/h
• Mit Ca₃N₂ als Ausgangsmaterial wurden Ca₂Si₅N₈:Eu²⁺-Proben hergestellt.
• Ein Überblick über alle Proben ist in Tabelle 1 angegeben. In der Regel wurden die Proben zuerst auf 800°C erhitzt, und dann wurden sie ein zweites Mal in dem gleichen Zyklus auf höhere Temperaturen (1300–1600°C) erhitzt. Die Proben wurden dann gemahlen (Mühle unter Luft), gesiebt und ausgemessen. Tabelle 1: Parameter von Erhitzungszyklen von (Ca, Sr)₂Si₅N₈:Eu²⁺-Proben

  Code	Ca/Sr	Eu2+ (%)	Zeit 1 (h)	Temp. 1 (°C)	Zeit 2 (h)	Temp. 1 (°C)
  EC/HU 31/00	Ca	10	5	800	5	1400
  EC/HU 42/00	Ca	1	5	800	5	1400
  EC/HU 41/00	Ca0,4Sr1,4	10	5	800	5	1400
  EC/HU 62/00	Sr	1	5	800	5	1400
  EC/HU 63/00	Sr	2	5	800	5	1400
  EC/HU 64/00	Sr	3	5	800	5	1400
  EC/HU 65/00	Sr	5	5	800	5	1400
  EC/HU 66/00	Sr	8	5	800	5	1400
  EC/HU 67/00	Sr	10	5	800	5	1400

• Die Proben, die nach dieser Erhitzung erhalten wurden, zeigen eine Farbe von tieforange für 10% Eu²⁺ enthaltende Sr₂Si₅N₈-Proben. Bei weniger Eu²⁺ ist die Farbe schwächer. Die Ca-Proben besitzen eine gelb-orange Farbe.
• Es gibt noch ein weiteres interessantes Merkmal: Die Pulverteilchen sind sehr klein mit einer mittleren Teilchengröße d₅₀ zwischen etwa 0,5 und 5 μm, wobei ein typischer Wert d₅₀ = 1,3 μm beträgt. Die geringen Teilchengrößen sind für die Verarbeitung von LEDs mit lumineszierendem Material vorteilhaft. Sie gestatten beispielsweise eine homogene Verteilung in dem Harz. Tabelle 2: Optische Daten von (Ca, Sr)₂Si₅N₈:Eu²⁺-Proben

  Code	Ca/Sr	Eu2+ (%)	Em. Max nm	Refl. 400%	Refl. 460%	QE (%)	x	y
  EC/HU 31/00	Ca	10	619	12	19	26	0,600	0,396
  EC/HU 42/00	Ca	1	603	47	58	37	0,555	0,435
  EC/HU 41/00	Ca0,4Sr1,4	10	660	17	22	59	0,636	0,354
  EC/HU 62/00	Sr	1	609	53	58	70	0,602	0,393
  EC/Hu 63/00	Sr	2	618	43	48	73	0,615	0,381
  EC/Hu 64/00	Sr	3	621	36	41	72	0,622	0,374
  EC/Hu 65/00	Sr	5	624	26	32	67	0,632	0,365
  EC/HU 66/00	Sr	8	636	21	26	67	0,641	0,356
  EC/HU 67/00	Sr	10	644	17	22	64	0,642	0,354

• Hinsichtlich Tabelle 2 wurden alle Proben in der Regel zuerst in einem ersten Zyklus erhitzt (beispielsweise 800°C für 5 Stunden), wie bereits oben umrissen.
• In Tabelle 2 sind die Position des Emissionsmaximums, die mittlere Wellenlänge, die Reflexion bei 400 und 460 nm, die Quantenausbeute und schließlich die x- und y-Farbkoordinaten enthalten.
• Aus Tabelle 2 kann hergeleitet werden, daß die reinen Ca-Proben nicht so günstig sind wie die Sr-Proben. Es überrascht, daß die Sr-Ca-Verbindung eine Emissionswellenlänge aufweist, die größer ist als die der reinen Sr-Verbindung.
• Spezifische Beispiele sind in 6 bis 8 gezeigt. 6 zeigt die Energieverteilung (in willkürlichen Einheiten) und die Reflexion (in Prozent) der Probe HU 64/00 (Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺) mit einem Anteil von 3% Eu und einer Quantenausbeute von 72%. 7 zeigt die Energieverteilung (in willkürlichen Einheiten) und die Reflexion (in Prozent) der Probe HU 65/00 (Sr₂Si₅N₈:Eu^{2 +}) mit einem Anteil von 5% Eu und einer Quantenausbeute von 67%. 8 zeigt die Energieverteilung (in willkürlichen Einheiten) und die Reflexion (in Prozent) der Probe HU 42/00 (Ca₂Si₅N₈:Eu^{2 +}) mit einem Anteil von 1% Eu und einer Quantenausbeute von 37%.
• Ein spezifisches Beispiel für eine Lichtquelle ist eine weiße LED, deren Prinzip wohlbekannt ist, siehe beispielsweise US-A 5 998 925 oder US-A 6 066 861 . Sie verwendet eine blau emittierende Primärlichtquelle (Spitzenemission etwa 380 bis 470 nm), bevorzugt einen (In)GaN-Chip, dessen Strahlung von einem Konversionsmaterial auf der Basis eines Harzes und mindestens eines Leuchtstoffs teilweise absorbiert wird. Eine verbesserte Farbwiedergabe kann für eine weiße LED unter Verwendung von zwei oder drei Konversionsleuchtstoffen für ein blaues Licht der Primärlichtquelle erzielt werden. Ausführungsformen können erste Leuchtstoffe mit einer Hauptemission im Bereich 480 bis 600 nm, beispielsweise Granat auf Yttriumbasis, Thiogallate und/oder Chlorsilikate zusammen mit zweiten Leuchtstoffen der erfindungsgemäßen neuartigen seltenerdaktivierten Siliziumnitride mit einer Hauptemission über 600 nm und bevorzugt über 650 nm enthalten. Zwischen 600 und 650 nm kann eine gewisse Überlappung zwischen der Emission der verschiedenen Leuchtstoffe vorliegen. Insbesondere durch Verwendung einer weißen LED auf der Basis einer Primäremission zwischen 420 und 470 nm (Spitzenwellenlänge) zusammen mit einem ersten Leuchtstoff YAG:Ce (gelb) und einem zweiten Leuchtstoff M₂Si₅N₈:Eu²⁺ (rot) wurde eine Farbwiedergabe Ra von bis zu 85 und sogar um etwa 90, je nach den Details der Mischung und der Wahl von M, erhalten.
• Eine noch weitere Verbesserung wird durch erste Leuchtstoffe mit einer grünlicheren Emission (Maximum um 490 nm) erhalten.
• Ein weiteres Konzept ist eine UV-Strahlung emittierende Primärlichtquelle zum Anregen von drei Leuchtstoffen (RGB-Konzept), wo die Rot-Komponente ein Leuchtstoff der erfindungsgemäßen neuartigen seltenerdaktivierten Siliziumnitride ist und die Grün- und Blau-Komponente wohlbekannte Leuchtstoffe wie oben umrissen sind.
• Außerdem kann der erfindungsgemäße neue Leuchtstoff zum Herstellen einer höchst stabilen rot oder orange oder gelb emittierenden LED verwendet werden, die auf einer Primärlichtquelle (bevorzugt InGaN-Chip) mit einer Spitzenemission von etwa 380 bis 480 nm basieren kann, deren Lichtquelle von einem Nitridleuchtstoff der mit Eu dotierten erfindungsgemäßen Art seltenerdaktivierter Siliziumnitride vollständig konvertiert wird. Diese LEDS zeigen eine höhere Ausbeute und eine verbesserte Stabilität im Vergleich zu wohlbekannten kommerziellen LEDS mit direkter Anregung von gelben bis roten Farben.
• 9 zeigt die spektrale Emission von mehreren weißen LEDS. Sie basieren auf einem InGaN-Chip, der Primärstrahlung mit einer Spitzenemissionswellenlänge von 460 nm emittiert, die innerhalb eines den Chip bedeckenden Epoxidharzes teilweise konvertiert wird.
• Der schematische Aufbau einer Lichtquelle für weißes Licht ist in 10 explizit gezeigt. Die Lichtquelle ist ein Halbleiterelement (Chip 1) vom Typ InGaN mit einer Spitzenemissionswellenlänge von 460 nm und einem ersten und einem zweiten elektrischen Anschluß 2, 3 einschließlich einem Bonddraht 14, wobei das Halbleiterelement in dem Gebiet einer Vertiefung 9 innerhalb eines Grundgehäuses 8 eingebettet ist, das für Licht nicht durchlässig ist. Die Grenze zwischen Gehäuse 8 und Vertiefung 9 ist eine Wand, die als ein Reflektor für die vom Chip 1 emittierte blaue Primärstrahlung dient. Die Vertiefung 9 ist mit einer Vergußmasse 5 gefüllt, die als Hauptbestandteile ein Epoxidgießharz und Leuchtstoffpigmente 6 (weniger als 15 Gew.-% der Masse 5) umfaßt. Weitere kleine Mengen werden unter anderem durch Methylether und Aerosil beigetragen.
• Das Harz von mehreren Ausführungsformen umfaßt verschiedene Leuchtstoffzusammensetzungen. Im Detail wird eine Referenz durch eine standardmäßige weiße LED auf der Basis einer Konversion des emittierten blauen Primärlichts nur durch YAG:Ce-Phosphor vorgegeben. Ihr Anteil beträgt 3,6 Gew.-% des Harzes (Kurve 1). Es wurden drei Ausführungsformen untersucht, die zusätzlich zu YAG:Ce Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺ enthielten. Unter Konstanthaltung des Gesamtanteils an Konversionsleuchtstoffen (3,6%) wurde eine Menge von 0,25% YAG:Ce durch Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺ ersetzt, siehe Kurve 2. Diese Menge an Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺ wurde weiter auf 0,5% (Kurve 3) und auf 0,75% (Kurve 4) erhöht. Ihre Farbwiedergabe Ra wurde bemerkenswerterweise um 6% (Kurve 2), 10% (Kurve 3) und 12% (Kurve 4) relativ zu der Referenz (Kurve 1) verbessert.

Claims (8)

1. Lichtquelle unter Verwendung eines rot bis gelb emittierenden Leuchtstoffs, wobei der Leuchtstoff mindestens teilweise Strahlung einer Primärlichtquelle konvertiert, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff ein Wirtsgitter vom Nitridosilikattyp MxSiyNz:Eu aufweist, wobei M mindestens eines eines Erdalkalimetalls ausgewählt aus der Gruppe Ca, Sr, Ba, Zn ist, wobei z = 2/3x + 4/3y und wobei x gleich 1 oder 2, und daß, wenn x = 2, dann y = 5, und wenn x = 1, dann y = 7.
2. Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei M Strontium ist.
3. Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei M eine Mischung aus mindestens zwei Metallen der Gruppe ist.
4. Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei Si ganz oder teilweise durch Ge ersetzt ist.
5. Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei die mittlere Teilchengröße des Leuchtstoffs zwischen 0,5 und 5 μm liegt.
6. Lichtquelle nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle Primarstrahlung emittiert und Sekundärstrahlung des Leuchtstoffs unter Anregung durch die Primärstrahlung emittiert wird.
7. Lichtquelle nach Anspruch 6, wobei die Primärstrahlung blau ist, bevorzugt zwischen 420 und 470 nm (Spitzenwellenlänge) und mit der Sekundärstrahlung und fakultativ mit weiterer Sekundärstrahlung von mindestens einem weiteren Leuchtstoff kombiniert wird, um weißes Licht zu erhalten.
8. Lichtquelle nach Anspruch 7 mit einem Farbwiedergabeindex Ra von mindestens 85, bevorzugt 90.