DE602004000795T2 - Auf Sialon basierender Leuchtstoff und Herstellungsverfahren hierfür - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Material, welches eine Funktion aufweist, die einen Teil eines eingestrahlten Lichtes in Licht mit einer von dem eingestrahlten Licht verschiedenen Wellenlänge konvertiert und gleichzeitig das konvertierte Licht mit dem unkonvertierten eingestrahlten Licht mischt, um eine Konversion in ein andersfarbiges Licht zu bewirken. Im Besonderen stellt die vorliegende Erfindung einen durch ein Seltenerdmetallelement angeregten Oxynitrid-Leuchtstoff bereit, mit dem eine Leuchtdiode (LED) mit hoher Helligkeit realisiert werden kann, insbesondere eine Weißlicht emittierende Leuchtdiode (weiße LED), die eine Blaulicht emittierende Diode (blaue LED) oder eine Violettlicht emittierende Diode (violette LED) als Lichtquelle verwendet.
  • BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Einhergehend mit der jüngsten praktischen Implementierung einer blauen LED sind Untersuchungen zur Entwicklung einer weißen LED durch Nutzung der blauen LED vorangetrieben worden. Die weiße LED weist einen geringen Energieverbrauch und eine längere Lebensdauer verglichen mit existierenden Weißlichtquellen auf; sie findet daher zunehmend Anwendung als Hinter grundbeleuchtung für Flüssigkristallanzeigen, als Innen- oder Außenbeleuchtungseinrichtung und dergleichen.
  • Die derzeit entwickelte weiße LED wird erhalten durch Aufbringen eines Ce-dotierten YAG-(Yttrium-Aluminium-Granat-)Leuchtstoffs auf die Oberfläche einer blauen LED. Der Ce-dotierte YAG weist jedoch eine Photolumineszenzwellenlänge in der Nachbarschaft von 530 nm auf, und wenn dieses Photolumineszenzlicht und das Licht einer blauen LED gemischt werden, um weißes Licht bereitzustellen, fällt die Farbe des resultierenden Lichts leicht blaugetönt aus und es gelingt nicht, einen wünschenswerten Weißlichtton zu erhalten.
  • Andererseits ist bekannt, dass ein durch ein Seltenerdelement angeregter Sialon-basierter Leuchtstoff Photolumineszenzlicht mit einer längeren (nach Rot hin verschobenen) Wellenlänge als die des Photolumineszenzlichts des Ce-dotierten YAG emittiert (siehe Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2002-363554). Wenn dieses Licht eines auf Sialon basierenden Leuchtstoffs mit dem Licht einer blauen LED gemischt wird, kann ein guter Weißlichtton erhalten werden. Deshalb wird erwartet, dass ein auf Sialon basierender Leuchtstoff als neues Leuchtstoffmaterial praktische Verwendung findet.
  • Jedoch wird der Leuchtstoff mit einer Zusammensetzung wie in der Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2002-363554 offenbart in stückiger Form mittels einer Heißpressvorrichtung hergestellt, und zur Realisierung seiner praktischen Verwendung ist ein pulverisierter Leuchtstoff mit weiter erhöhter Photolumineszenzintensität zu entwickeln. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines auf Sialon basierenden Leuchtstoffs mit einer hohen Photolumineszenzintensität, mit dem eine LED mit hoher Helligkeit realisiert werden kann, und eines Verfahrens zu seiner Herstellung.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die betreffenden Erfinder haben gefunden, dass die Zugabe einer kleinen Menge Lithium zu einem auf α-Sialon-basierenden Leuchtstoff die Photolumineszenzintensität bemerkenswert verbessert (die Photolumineszenzintensität eines auf α-Sialon-basierenden Leuchtstoffs gemäß vorliegender Erfindung ist höher als die des gleichen α-Sialons ohne die Li-Substitution). Wenn ferner bei der Herstellung dieses Sialons ein amorphes Siliziumnitridpulver verwendet wird, so kann das Sialon effizient ohne eine Heißpressbehandlung erhalten werden.
  • Das heißt, die vorliegende Erfindung betrifft folgendes:
    • (1) Einen auf α-Sialon basierenden Leuchtstoff, dargestellt durch die Formel: LixMyLnzSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n wobei M mindestens ein Metall ist, das ausgewählt ist aus Ca, Mg und Y, wobei Ln mindestens ein Lanthanidmetall ist, das ausgewählt ist aus Eu, Dy, Er, Tb, Yb und Ce, und wobei x + ay + bz = m (vorausgesetzt, dass a die Wertigkeit des Metalls M und b die Wertigkeit des Lanthanidmetalls Ln ist), 0 < x ≤ 0,8, 0 < y ≤ 1,5, 0 < z ≤ 1,5, 0,3 ≤ m < 4,5 und 0 < n < 2,25.
    • (2) Den auf α-Sialon basierenden Leuchtstoff wie unter (1) oben beschrieben, wobei das Metall M Ca und das Lanthanidmetall Ln Eu ist.
    • (3) Den auf α-Sialon basierenden Leuchtstoff wie unter (1) oder (2) oben beschrieben, wobei für x gilt: 0,01 < x ≤ 0,3.
    • (4) Den auf α-Sialon basierender Leuchtstoff wie unter (3) oben beschrieben, wobei für x gilt: 0,03 < x ≤ 0,2.
    • (5) Den auf α-Sialon basierenden Leuchtstoff wie unter einem der Punkte (1) bis (4) beschrieben, wobei 1,0 ≤ m ≤ 3,5 und 0,5 ≤ n ≤ 2,0.
    • (6) Ein Verfahren zur Herstellung des auf α-Sialon basierenden Leuchtstoffs nach einem der obigen Punkte (1) bis (5), umfassend: Mischen eines Li-Oxids oder einer Vorläufersubstanz, die bei thermischer Zersetzung das Oxid ergibt, eines amorphen Siliziumnitrids, einer Aluminiumverbindung, die AlN enthält und eine Aluminiumquelle ergibt, eines Oxids des Metalls M oder einer Vorläufersubstanz, die bei thermi scher Zersetzung das Oxid ergibt, und eines Oxids des Lanthanidmetalls Ln oder einer Vorläufersubstanz, die bei thermischer Zersetzung das Oxid ergibt; und Brennen der resultierenden Pulvermischung bei 1 400 bis 2 000 °C in einer Stickstoff enthaltenden Inertgasatmosphäre.
    • (7) Das Verfahren zur Herstellung des auf α-Sialon basierenden Leuchtstoffs wie unter (6) oben beschrieben, wobei das amorphe Siliziumnitrid ein durch die thermische Zersetzung von Siliziumdiimid (Si(NH)2) erhaltenes amorphes Siliziumnitridpulver ist.
    • (8) Das Verfahren zur Herstellung des auf α-Sialon basierenden Leuchtstoffs nach Punkt (6) oder (7) oben, wobei das Brennen bei einer Temperatur von 1 600 bis 2 000 °C in einer unter Druck stehenden Stickstoffgasatmosphäre durchgeführt wird.
    • (9) Eine Leuchtdiodenvorrichtung, umfassend eine Leuchtdiode und den auf α-Sialon basierenden Leuchtstoff nach einem der Punkte (1) bis (5). (10) Eine weiße Leuchtdiodenvorrichtung, umfassend eine blaue oder violette Leuchtdiode und den auf α-Sialon basierenden Leuchtstoff nach einem der Punkte (1) bis (5).
    • (11) Die weiße Leuchtdiodenvorrichtung wie unter Punkt (10) beschrieben, wobei in dem auf α-Sialon basierenden Leuchtstoff das Metall M Ca und das Lanthanid Ln Eu ist.
    • (12) Die Leuchtdiodenvorrichtung wie unter einem der Punkte (9) bis (11) beschrieben, wobei der auf α-Sialon basierende Leuchtstoff in einem Harz dispergiert ist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Leuchtdiode.
  • 2 ist eine Darstellung der Photolumineszenzspektren des auf Sialon basierenden Leuchtstoffs mit variierten Li-Mengen.
  • 3 ist eine Darstellung der Anregungsspektren des auf Sialon basierenden Leuchtstoffs mit variierten Li-Mengen.
  • 4 zeigt die Photolumineszenzspektren von Beispiel 6 und Vergleichsbeispiel 3.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden detailliert beschrieben.
  • Das α-Sialon wird erhalten durch Lösen einer kleinen Menge eines Metalls M im Festkörper einer Zusammensetzung umfassend Si, Al, O und N und dies wird repräsentiert durch die Formel: MxSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n. Der auf α-Sialon basierende Leuchtstoff wird erhalten durch Verdrängen eines Teils des interstitiell gelösten Metalls M mit einem Lanthanidmetall Ln, welches das Emissionszentrum ergibt. "Ergibt" bedeutet "wird".
  • Der auf α-Sialon basierende Oxynitrid-Leuchtstoff gemäß vorliegender Erfindung wird erhalten durch weiteres Verdrängen eines Teils des interstitiell gelösten Metalls M mit Li, und dies wird repräsentiert durch die Formel (1): LixMyLnzSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n
  • Das im Festkörper gelöste Metall M ist mindestens ein Metall, ausgewählt aus Ca, Mg und Y, und das Lanthanidmetall Ln, welches das Emissionszentrum ergibt, ist mindestens ein Lanthanidmetall, ausgewählt aus Eu, Dy, Er, Tb, Yb und Ce. In der Formel (1), vorausgesetzt, dass a die Wertigkeit des Metalls M und b die Wertigkeit des Lanthanidmetalls Ln ist, gilt x + ay + bz = m.
  • In der Formel (1) ist der Faktor x von Li bevorzugt größer als 0 und beträgt bis zu 0,8. Selbst in einer sehr kleinen Menge übt das zugemischte Lithium einen Effekt aus und die Phosphoreszenzintensität wird bemerkenswert verbessert. Wenn x jedoch größer ist als 0,8, neigt die Photolumineszenzintensität dazu, abzunehmen. Der Gehalt (Faktor x) von Li beträgt mehr bevorzugt 0,01 bis 0,3, noch mehr bevorzugt 0,03 bis 0,2. Wenn der Gehalt in diesem Bereich liegt, kann eine höhere Photolumineszenzintensität erhalten werden.
  • In der Formel (1) gilt für die Faktoren m und n: 0,3 ≤ m < 4,5 und 0 < n < 2,25. Wenn m und n außerhalb der jeweiligen Bereiche liegen, wird das α-Sialon kaum gebildet und dies wird nicht bevorzugt. Mehr bevorzugt gilt für die Faktoren m und n: 1,0 ≤ m ≤ 3,5 und 0,5 < n ≤ 2,0.
  • Die Photolumineszenzfarbe des α-Sialonleuchtstoffs variiert in Abhängigkeit von der Art des interstitiell gelösten Metalls M; bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch Li zu dem α-Sialonleuchtstoff hinzugegeben, wodurch die Photolumineszenzhelligkeit in jeder Photolumineszenzfarbe verbessert werden kann. Im Einzelnen wird bei Verwendung von Ca als das im Festkörper des α-Sialons gemäß vorliegender Erfindung gelöste Metall M und von Eu als das Lanthanidmetall Ln der Leuchtstoff eine gelbe Farbe aufweisen (Wellenlänge: ca. 560 bis 590 nm) und dies ist optimal zum Erhalt einer weißen LED.
  • Das Verfahren zur Herstellung des auf α-Sialon basierenden Leuchtstoffs gemäß vorliegender Erfindung, der eine hohe Photolumineszenzintensität liefert, wird nachfolgend beschrieben. Das Pulver des auf α-Sialon basierenden Leuchtstoffs gemäß vorliegender Erfindung wird erhalten durch Mischen von (a) eines Li-Oxids oder einer Vorläufersubstanz, die bei thermischer Zersetzung ein Li-Oxid ergibt, (b) eines amorphen Siliziumnitrids, (c) einer Aluminiumverbindung, die AlN enthält und eine Aluminiumquelle ergibt, (d) eines Oxids des Metalls M oder einer Vorläufersubstanz, die bei thermischer Zersetzung das Oxid ergibt, und (e) eines Oxids des Lanthanidmetalls Ln oder einer Vorläufersubstanz, die bei thermischer Zersetzung das Oxid ergibt, um eine gewünschte α-Sialonzusammensetzung zu erhalten, und Brennen der resultierenden Pulvermischung bei 1 400 bis 2 000 °C in einer Inertgasatmosphäre. Hierbei ist die Aluminiumverbindung, welche AlN enthält und eine Aluminiumquelle ergibt, ein AlN-Pulver allein, eine Kombination von AlN-Pulver und Al-Pulver oder eine Kombination von AlN-Pulver und einem Pulver von Al-Oxid oder einer Vorläufersubstanz, die bei thermischer Zersetzung ein Al-Oxid ergibt, und dies ergibt eine Al-Quelle und/oder eine Stickstoff- oder Sauerstoffquelle für das α-Sialon.
  • Beispiele für die Vorläufersubstanz, die bei thermischer Zersetzung ein Li-Oxid, ein Al-Oxid, ein Oxid des Metalls M oder ein Oxid des Lanthanidme tails Ln ergibt, umfassen Nitride, Hydroxide, Carbonate, Oxalate und Chloride der jeweiligen Elemente.
  • Im Einzelnen umfassen Beispiele für das Li-Oxid und die Vorläufersubstanz, die bei thermischer Zersetzung ein Li-Oxid ergibt, Li2O, Li2CO3, LiOH und LiCl.
  • Beispiele für das Al-Oxid und die Vorläufersubstanz, die bei thermischer Zersetzung das Oxid ergibt, umfassen Al2O3 und Al(OH)3. Beispiele für das Oxid des Metalls M und die Vorläufersubstanz, die bei thermischer Zersetzung das Oxid ergibt, umfassen in dem Falle, dass M Ca ist, CaCO3, Ca(COO)3, Ca(OH)2 und CaCl2. Beispiele für das Oxid des Lanthanidmetalls Ln und die Vorläufersubstanz, die bei thermischer Zersetzung das Oxid ergibt, umfassen in dem Falle, dass Ln Eu ist, Eu2O3, EuCl3, Eu2(C2O4)3·xH2O und Eu(NO3)3. Das Li-Oxid oder die Vorläufersubstanz, welche bei thermischer Zersetzung ein Li-Oxid ergibt, das Al-Oxid oder die Vorläufersubstanz, welche bei thermischer Zersetzung das Oxid ergibt, das Oxid des Metalls M oder die Vorläufersubstanz, welche bei thermischer Zersetzung das Oxid ergibt, und das Oxid des Lanthanidmetalls Ln oder die Vorläufersubstanz, welche bei thermischer Zersetzung das Oxid ergibt, werden vorzugsweise jeweils im Zustand eines Pulvers verwendet.
  • Im Besonderen wird bevorzugt ein amorphes Siliziumnitridpulver als Ausgangsmaterial für das oben beschriebene Herstellverfahren verwendet. Wenn kristallines Siliziumnitrid verwendet wird, so erzeugt ein normales Pulverherstellungsverfahren, umfassend das Mischen von Ausgangsmaterialien und Brennen der Mischung in einem Tiegel, ein Sialonpulver, welches eine große Menge an unreagiertem Siliziumnitrid aufweist infolge der geringen Reaktivität von Siliziumnitrid, und das Sialonpulver kann nicht effizient hergestellt werden. Um die Sialonbildung zu beschleunigen, ist ein Verfahren zur Beschleunigung der Reaktion, z.B. eine Heißpressbehandlung, notwendig. Bei diesem Verfahren wird das Sialon als ein Stück Sinterkörper erhalten. Um ein Leuchtstoffpulver aus dem Stück zu erhalten, ist ein Mahlschritt notwendig, wobei jedoch in dem Mahlschritt eine Kontamination mit Verunreinigungen auftritt, und infolge der für den Leuchtstoff schädlichen Verunreinigung mit Eisen oder dergleichen wird die Photolumineszenzintensität vermindert. Um ein derartiges Problem zu vermeiden, ist es wichtig, ein amorphes Siliziumnitridpulver als Ausgangsmaterial zu verwenden. Das amorphe Siliziumnitridpulver weist eine hohe Reaktivität auf, und deshalb kann ein Sialonpulver erhalten werden durch ein einfaches Verfahren des Mischens von Ausgangsmaterialien und Brennens der Mischung in einem Tiegel unter einer stickstoffhaltigen Inertgasatmosphäre.
  • Insbesondere besteht ein amorphes Siliziumnitridpulver, welche nach einem als Imid-Thermozersetzungsverfahren bezeichneten Verfahren erhalten wird, bei dem Siliziumdiimid (Si(NH)2) durch Erhitzen bei 600 bis 1 200 °C in einer Stickstoff- oder Ammoniakgasatmosphäre zersetzt wird, aus feinen Partikeln mit einer mittleren Teilchengröße von ca. 0,005 bis 0,05 μm und deshalb ist die Reaktivität dieses Pulvers sehr hoch. Wenn ein nach dem Imid-Thermozersetzungsverfahren erhaltenes amorphes Siliziumnitridpulver als Ausgangsmaterial verwendet wird, kann ein Leuchtstoff mit hoher Photolumineszenzintensität erhalten werden, und dies wird bevorzugt. Das amorphe Siliziumnitridpulver liegt in einem sogenannten amorphen Zustand vor, ohne einen klaren Diffraktionspeak zu zeigen bei Messung mit einem normalen Röntgendiffraktionsverfahren. In Abhängigkeit von den Erhitzungsbedingungen kann ein Pulver erhalten werden, welches einen schwachen Röntgendiffraktionspeak zeigt, wobei ein derartiges Pulver jedoch ebenfalls von dem für die vorliegende Erfindung verwendeten amorphen Siliziumnitridpulver umfasst ist. Bei dem Herstellungsverfahren gemäß vorliegender Erfindung kann das amorphe Siliziumnitridpulver eine stickstoffhaltige Silanverbindung enthalten, eingestellt auf einen Sauerstoffgehalt von 1 bis 5 Masse-%.
  • Das Verfahren zum Mischen der jeweiligen Ausgangsmaterialien unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, und es kann ein bekanntes Verfahren verwendet werden, z.B. ein Verfahren des Trockenmischens der Ausgangsmaterialien oder ein Verfahren des Nassmischens der Ausgangsmaterialien in einem inaktiven Lösemittel, welches im Wesentlichen unfähig ist, mit irgendeiner Komponente der Ausgangsmaterialien zu reagieren, mit anschließendem Entfernen des Lösemittels. Hinsichtlich der Mischeinrichtung kann ein V-Mischer, ein Taumelmischer, eine Kugelmühle, eine Schwingmühle, eine Rührwerksmahlkörpermühle oder dergleichen geeignet verwendet werden. Die stickstoffhaltige Silanverbindung und/oder das amorphe Siliziumnitridpulver sind jedoch sehr sensitiv für Wasser oder Feuchtigkeit, und aus diesem Grunde ist das Mischen der Ausgangsmaterialien unter einer kontrollierten Inertgasatmosphäre durchzuführen.
  • Die Mischung der Ausgangsmaterialien wird bei 1 400 bis 1 800 °C, vorzugsweise 1 500 bis 1 800 °C, in einer stickstoffhaltigen Inertgasatmosphäre bei 1 atm gebrannt, wodurch ein gewünschtes α-Sialonpulver erhalten wird. Wenn die Brenntemperatur unter 1 400 °C liegt, muss lange erhitzt werden, um das gewünschte α-Sialonpulver herzustellen, und dies ist unpraktisch. Ferner sinkt das Produktionsverhältnis der α-Sialonphase in dem resultierenden Pulver. Wenn dagegen die Brenntemperatur 1 800 °C überschreitet, bewirkt dies nachteiligerweise Sublimation und Zersetzung des Siliziumnitrids und Sialons unter Bildung von freiem Silizium.
  • Die Ausgangsmaterialpulvermischung kann ferner bei einer Temperatur von 1 600 bis 2 000 °C, bevorzugt 1 600 bis 1 900 °C in einer Druckstickstoffgasatmosphäre gebrannt werden. In diesem Fall verhindert das Druckstickstoffgas eine Sublimation und Zersetzung des Siliziumnitrids und Sialons bei hohen Temperaturen, und es kann ein gewünschter α-Sialon-basierter Leuchtstoff in kurzer Zeit erhalten werden. Durch Erhöhen des Stickstoffgasdrucks kann die Brenntemperatur erhöht werden, jedoch kann die Pulvermischung z.B. bei 1 600 bis 1 850 °C unter einem Stickstoffgasdruck von 5 atm und bei 1 600 bis 2 000 °C unter einem Stickstoffgasdruck von 10 atm gebrannt werden.
  • Der zum Brennen der Pulvermischung verwendete Ofen unterliegt keinen besonderen Beschränkungen; beispielsweise kann ein periodisch arbeitender Elektroofen mit einem Hochfrequenzinduktionsheizsystem oder Widerstandsheizsystem, ein Drehofen, ein Wirbelschichtofen oder ein Durchstoßelektroofen verwendet werden.
  • Der durch ein Seltenerdelement angeregte α-Sialon-basierte Leuchtstoff gemäß vorliegender Erfindung wird mit einem transparenten Harz, z.B. einem Epoxidharz oder Acrylharz, nach einem bekannten Verfahren verknetet, um eine Beschichtungszusammensetzung herzustellen, und eine mit dieser Be schichtungszusammensetzung oberflächenbeschichtete Leuchtdiode wird als Lichtkonversionselement verwendet.
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine Leuchtdiodenvorrichtung. Die Diodenvorrichtung 10 umfasst eine α-Sialonleuchtstoff-haltige Harzschicht (ein Lichtkonversionselement) 1, ein Gehäuse 2, Golddrähte 3, ein lichtemittierendes Element 4, eine Stufe 5 mit Elektrodenpads und Elektroden 6. Das Pulver des α-Sialonleuchtstoffs gemäß vorliegender Erfindung ist in einem Harz dispergiert. Wenn das lichtemittierende Element 4 Licht emittiert, bestrahlt das emittierte Licht die α-Sialonleuchtstoffpartikel, wobei der Leuchtstoff dann das eingestrahlte Licht absorbiert und ein Photolumineszenzlicht emittiert, dessen Wellenlänge von der des eingestrahlten (von dem lichtemittierenden Element 4 emittierten) Lichts verschieden ist, und das Photolumineszenzlicht (das konvertierte Licht) von dem α-Sialonleuchtstoff und das unkonvertierte, von dem lichtemittierendes Element 4 emittierte Licht werden in der α-Sialonleuchtstoff-haltigen Harzschicht 1 gemischt, um ein Licht zu erzeugen, dessen Farbton verschieden ist von dem des von dem lichtemittierenden Element 4 emittierten Lichts. Der Aufbau der Leuchtdiodenvorrichtung ist nicht auf den in 1 gezeigten begrenzt.
  • In Einklang mit der vorliegenden Erfindung kann bei einem Leuchtstoff, bei dem ein Teil des in einem Sialon-basierten Oxynitrids interstitiell gelösten Metalls mit einem Lanthanidmetall verdrängt ist, durch weiteres Verdrängen eines Teils des interstitiell gelösten Metalls mit Li ein Leuchtstoff erhalten werden, dessen Photolumineszenzintensität bemerkenswert erhöht ist.
  • BEISPIELE
  • Vergleichsbeispiel 1:
  • Ein amorphes Siliziumnitridpulver, erhalten durch die thermische Zersetzung von Siliziumdiimid, hergestellt durch Reagierenlassen von Siliziumtetrachlorid und Ammoniak bei Raumtemperatur, ein Aluminiumnitridpulver, ein Calciumcarbonatpulver und ein Europiumoxidpulver wurden gewogen, um eine Zusammensetzung wie in Tabelle 1 für das Vergleichsbeispiel 1 gezeigt zu erhalten. In dem Vergleichsbeispiel 1 betrug die Menge x an Li Null. Die gewogenen Pulver wurden mittels einer Schwingmühle für 1 Stunde in einer Stickstoffatmosphäre gemischt. Die resultierende Pulvermischung wurde in einen Kohlenstofftiegel gefüllt, der Tiegel wurde in einen induktionsbeheizten Ofen eingebracht und der Ofen wurde gemäß einem Temperaturerhöhungszeitplan geheizt, wobei der Ofen bei einer Temperatur bis zu 1 200 °C für 1 Stunde, bei 1 200 bis 1 400 °C für 4 Stunden und bei 1 400 bis 1 700 °C für 3 Stunden gehalten wurde, wodurch ein Sialonpulver erhalten wurde. Dieses Pulver wurde hinsichtlich der Photolumineszenzeigenschaften mittels eines auf eine Anregungswellenlänge von 450 nm eingestellten Photolumineszenzmessgeräts beurteilt. Es wurde ein Photolumineszenzemissionspeak in der Nachbarschaft von 560 nm beobachtet. 2 zeigt das Photolumineszenzspektrum. 3 zeigt das Anregungsspektrum bei einer Photolumineszenzwellenläge von 560 nm. Tabelle 1
    Figure 00110001
  • Beispiel 1:
  • Ein amorphes Siliziumnitridpulver, erhalten durch die thermische Zersetzung von Siliziumdiimid, hergestellt durch Reagierenlassen von Siliziumtetrachlorid und Ammoniak bei Raumtemperatur, ein Aluminiumnitridpulver, ein Calciumcarbonatpulver, ein Europiumoxidpulver und Lithiumcarbonat wurden gewogen, um eine Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 zu erhalten. Die gewogenen Pulver wurden mittels einer Schwingmühle für 1 Stunde in einer Stickstoffatmosphäre gemischt. Die resultierende Pulvermischung wurde in einen Kohlen stofftiegel gefüllt, der Tiegel wurde in einen induktionsbeheizten Ofen eingebracht und der Ofen wurde gemäß einem Temperaturerhöhungszeitplan geheizt, wobei der Ofen bei einer Temperatur bis zu 1 200 °C für 1 Stunde, bei 1 200 bis 1 400 °C für 4 Stunden und bei 1 400 bis 1 700 °C für 3 Stunden gehalten wurde, wodurch ein Sialonpulver erhalten wurde. Dieses Pulver wurde hinsichtlich der Photolumineszenzeigenschaften unter den gleichen Bedingungen wie in Vergleichsbeispiel 1 mittels eines auf eine Anregungswellenlänge von 450 nm eingestellten Photolumineszenzmessgeräts beurteilt. Es wurde ein Photolumineszenzemissionspeak in der Nachbarschaft von 560 nm beobachtet. 2 zeigt das Emissionsspektrum. Ein Vergleich mit dem Emissionsspektrum des in Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen Sialonpulvers, das ebenfalls in 2 dargestellt ist, zeigt, dass die Photolumineszenzintensität des auf Sialon basierenden Leuchtstoffs mit Lithiumzusatz stark erhöht ist auf etwa das 1,8fache der Photolumineszenzintensität des auf Sialon basierenden Leuchtstoffs ohne Lithium. 3 zeigt das Anregungsspektrum bei einer Photolumineszenzwellenlänge von 560 nm.
  • Beispiele 2 bis 5:
  • Auf Sialon basierende Leuchtstoffpulver wurden hergestellt wie in Beispiel 1, ausgenommen, dass die Mengen an Li (Faktor x in Formel (I)) und Ca (Faktor y in Formel (I)) wie in Tabelle 1 gezeigt verändert wurden, und die Photolumineszenzeigenschaften wurden gemessen. Die Resultate sind in 2 gezeigt.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Ein auf Sialon basierendes Leuchtstoffpulver wurde hergestellt wie in Beispiel 1, ausgenommen, dass die Mengen an Li (Faktor x in Formel (I)) und Ca (Faktor y in Formel (I)) wie in Tabelle 1 gezeigt verändert wurden, und die Photolumineszenzeigenschaften wurden gemessen. Die Resultate sind in 2 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass ein übermäßig großer Lithiumgehalt eher eine Verminderung der Photolumineszenzeigenschaften verursacht, und dies wird nicht bevorzugt.
  • Beispiel 6:
  • Ein amorphes Siliziumnitridpulver ähnlich dem von Beispiel 1, ein Aluminiumnitridpulver, ein Calciumcarbonatpulver, Lithiumcarbonat und ein Terbiumoxid wurden gewogen, um eine Zusammensetzung gemäß Formel (I) mit x = 0,075, y = 0,488, z = 0,15, m = 1,5 und n = 0,75 zu erhalten. Terbium wurde als dreiwertig angenommen. Die gewogenen Pulver wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 gemischt und gebrannt.
  • Das so erhaltene Pulver wurde hinsichtlich des Photolumineszenzspektrums mittels eines auf eine Anregungswellenlänge von 254 nm eingestellten Photolumineszenzmessgeräts beurteilt. 4 zeigt die Resultate, wobei Photolumineszenz von dem f-f-Übergang von Tb3+ beobachtet wurde; der höchste Peak lag bei etwa 544 nm vor; die Farbe des Spektrums war grün. Nebenbei bemerkt: der Peak um 507 nm ist ein bei der Messung erscheinender Peak, nicht ein Peak von der Probe. Die Photolumineszenz des lithiumhaltigen Sialons zeigte eine etwa 1,6fach vergrößerte Intensität verglichen mit dem Sialon ohne Lithium.
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Die gleichen Pulver, aber ohne Lithiumcarbonat, wurden verwendet und gewogen, um eine Zusammensetzung gemäß Formel (I) mit x = 0, y = 0,52, z = 0,15, m = 1,5 und n = 0,75 zu erhalten.
  • Die so erhaltenen Pulver wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 6 gebrannt, und die Photolumineszenz des gebrannten Pulvers wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 6 beurteilt. Die Resultate sind in 4 gezeigt.

Claims (12)

  1. Auf α-Sialon basierender Leuchtstoff, dargestellt durch die Formel: LixMyLnzSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n (I)) wobei M mindestens ein Metall ist, das ausgewählt ist aus Ca, Mg und Y, wobei Ln mindestens ein Lanthanidenmetall ist, das ausgewählt ist aus Eu, Dy, Er, Tb, Yb und Ce, und wobei x + ay + bz = m (vorausgesetzt, dass a die Wertigkeit des Metalls M und b die Wertigkeit des Lanthanidenmetalls Ln ist), 0 < x ≤ 0,8, 0 < y ≤ 1,5, 0 < z ≤ 1,5, 0,3 ≤ m < 4,5 und 0 < n < 2,25.
  2. Auf α-Sialon basierender Leuchtstoff nach Anspruch 1, wobei das Metall M Ca und das Lanthanidmetall Ln Eu ist.
  3. Auf α-Sialon basierender Leuchtstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei für x gilt: 0,01 < x ≤ 0,3.
  4. Auf α-Sialon basierender Leuchtstoff nach Anspruch 3, wobei für x gilt: 0,03 < x ≤ 0,2.
  5. Auf α-Sialon basierender Leuchtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei 1,0 ≤ m ≤ 3,5 und 0,5 ≤ n ≤ 2,0.
  6. Verfahren zur Herstellung des auf α-Sialon basierenden Leuchtstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend: Mischen eines Li-Oxids oder einer Vorläufersubstanz, die bei thermischer Zersetzung das Oxid ergibt, eines amorphen Siliziumnitrids, einer Alu miniumverbindung, die AlN enthält und eine Aluminiumquelle ergibt, eines Oxids des Metalls M oder einer Vorläufersubstanz, die bei thermischer Zersetzung das Oxid ergibt, und eines Oxids des Lanthanidenmetalls Ln oder einer Vorläufersubstanz, die bei thermischer Zersetzung das Oxid ergibt; und Brennen der resultierenden Pulvermischung bei 1.400 bis 2.000 °C in einer Stickstoff enthaltenden Inertgasatmosphäre.
  7. Verfahren zur Herstellung des auf α-Sialon basierenden Leuchtstoffs nach Anspruch 6, wobei das amorphe Siliziumnitrid ein durch die thermische Zersetzung von Siliziumdiimid (Si(NH)2) erhaltenes amorphes Siliziumnitridpulver ist.
  8. Verfahren zur Herstellung des auf α-Sialon basierenden Leuchtstoffs nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Brennen bei einer Temperatur von 1.600 bis 2.000 °C in einer unter Druck stehenden Stickstoffgasatmosphäre durchgeführt wird.
  9. Leuchtdiodenvorrichtung, umfassend eine Leuchtdiode und den auf α-Sialon basierenden Leuchtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
  10. Weiße Leuchtdiodenvorrichtung, umfassend eine blaue oder violette Leuchtdiode und den auf α-Sialon basierenden Leuchtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
  11. Weiße Leuchtdiodenvorrichtung nach Anspruch 10, wobei in dem auf α-Sialon basierenden Leuchtstoff das Metall M Ca und das Lanthanid Ln Eu ist.
  12. Leuchtdiodenvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der auf α-Sialon basierende Leuchtstoff in einem Harz dispergiert ist.
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