EP1290737A1 - Hocheffizienter leuchtstoff - Google Patents

Hocheffizienter leuchtstoff

Info

Publication number
EP1290737A1
EP1290737A1 EP01947187A EP01947187A EP1290737A1 EP 1290737 A1 EP1290737 A1 EP 1290737A1 EP 01947187 A EP01947187 A EP 01947187A EP 01947187 A EP01947187 A EP 01947187A EP 1290737 A1 EP1290737 A1 EP 1290737A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
phosphor
phosphors
cation
combination
mixture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP01947187A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andries Ellens
Manfred Kobusch
Wolfgang Rossner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH, Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of EP1290737A1 publication Critical patent/EP1290737A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent
    • C09K11/08—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7783—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals one of which being europium
    • C09K11/7784—Chalcogenides
    • C09K11/7786—Chalcogenides with alkaline earth metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent
    • C09K11/08—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7715—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing cerium
    • C09K11/7716—Chalcogenides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent
    • C09K11/08—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7715—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing cerium
    • C09K11/7716—Chalcogenides
    • C09K11/7718—Chalcogenides with alkaline earth metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent
    • C09K11/08—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7728—Luminescent materials, e.g. electroluminescent or chemiluminescent containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing europium
    • C09K11/7729—Chalcogenides
    • C09K11/7731—Chalcogenides with alkaline earth metals
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • H10H20/8511—Wavelength conversion means characterised by their material, e.g. binder
    • H10H20/8512—Wavelength conversion materials

Definitions

  • the invention is based on a phosphor from the class of thiometalates according to the preamble of claim 1, the thiometalate being derived from the general formula AB 2 S 4 : D 2+ , where A is at least one divalent cation from the group Mg, Ca, Sr, and where B is at least one trivalent cation from the group Al, Ga, Y and where the dopant / activator D is europium and / or cerium.
  • the proportion of divalent cation A is reduced by the proportion t of activator D added.
  • These are in particular thiogallates which have light emission in the green spectral range.
  • the concept according to the invention can also be represented in a different notation if the thiometalates of the original empirical formula AB 2 S 4 are written as a product of the components AS and B 2 S 3 in the form AS » B 2 S 3 .
  • the thiometalate is shown as (AS) « w (B 2 S 3 ).
  • Mg, Ca, Sr are possible as the cation A, individually or primarily in combination.
  • the use of all three metals together has proven particularly successful.
  • Europium or cerium can be used as an activator that acts as a partial replacement for A.
  • Ga, or also Al or Y, is preferably used as the cation B.
  • the gallium can in particular partially (up to 10 mol%) be replaced by aluminum.
  • a manufacturing process uses the following steps:
  • Step e) and g) Second reaction at 800-1000 ° C, preferably 900-950 ° C, in a flowing H 2 S or CS 2 atmosphere or combinations thereof for 1 - 6 hours, preferably for 2 hours.
  • the flow rate is preferably 50-500 ml / min, preferably 120 ml / min
  • the gas atmosphere preferably consists of H 2 S or CS 2 and Ar or N 2 as carrier gas with 10-50% H 2 S or CS 2 or mixtures thereof, preferably 30% H 2 S or CS 2 or mixtures thereof.
  • the mixture is gradually heated up to the reaction temperature, preferably at the rate 0.5-20 K / min, preferably 10 K / min.
  • steps e) and g) a gradual cooling is carried out after the reaction, preferably at the rate 0.5-20 K / min, preferably 10 K / min.
  • the phosphors according to the invention are particularly suitable for use in UV or blue-emitting LEDs for color conversion.
  • they can be used individually or in combination with other phosphors, in particular in combination with other phosphors according to the invention.
  • Another possible application is plasma displays.
  • the phosphors can be used individually or in combination with other phosphors, in particular in combination with other phosphors according to the invention, in order to convert the short-wave plasma discharge radiation into visible light.
  • FIG. 1 shows the emission spectrum of the phosphor (Sr 0 , ⁇ o5Cao, 2 ioMgo, 63oEuo, o5 5 ) S « 1, 1Ga 2 S 3 , produced by the method described in the embodiment;
  • FIG. 2 shows the reflection spectrum of the phosphor from FIG. 1.
  • the dried nitrate mixture is ground in a mortar mill for 20 minutes and then pyrolyzed at 600 ° C. for 4 hours under nitrogen using the following reaction equation:
  • the oxide mixture produced is filled into a quartz boat and heated to 900 ° C. in a tube furnace under protective gas (argon). After the reaction temperature has been reached, hydrogen sulfide is introduced at 120 ml / min, using 30% H 2 S in a nitrogen stream, and the oxide mixture is converted into the thiogallate within four hours using the following reaction equation:
  • a temperature of 870 to 930 ° C has proven to be the optimal conversion temperature for a highly efficient phosphor.
  • reaction product is ground in a mortar mill for 10 minutes and reacted again in a 20% hydrogen sulfide stream at 900 ° C. for three hours.
  • this phosphor shows a quantum yield improved by 17% with an unchanged emission spectrum with an intensity maximum
  • the changed phosphor composition leads to an increased perfection of the phosphor product and / or a reduction in QE-reducing non-radiative recombination centers.
  • Figure 1 shows the emission spectrum of the phosphor
  • this phosphor corresponds approximately to the representation (Mg 0.63 Cao , 2 ⁇ Sro f ⁇ o 5 Euo , o 55 ) o , 9 Ga 2 S 3 ⁇ 9 .
  • the emission band lies in the green spectral range between approximately 500 nm and 620 nm.
  • the emission maximum is 548 nm, the mean wavelength is 557 nm.
  • the quantum efficiency reaches 81% with narrow-band excitation at 400 nm.
  • the phosphor according to the invention can be excited well by short-wave radiation between 300 and 500 nm. It is particularly advantageous for use with LEDs for color conversion, as a so-called LED converter.
  • the emission radiation of a UV-emitting LED is converted into visible light (here green or blue-green) or white light (mixture of red, green and blue emitting phosphors) using one or more phosphors.
  • a second variant, when using a blue LED is the use of one or two phosphors (e.g. yellow or green and red-emitting phosphors), so that white light also results here.
  • Technical details on this can be found, for example, in US Pat. No. 5,998,925.
  • These phosphors can be applied as LED converters, for example, in full encapsulation using epoxy resins.
  • the phosphor powder is dispersed in an epoxy resin, placed as a drop on the chip and cured. It is important here that the thiometalates have a similarly non-polar surface as the likewise non-polar resin, which leads to good wetting. Further advantages lie in the fact that mixtures with other phosphors such as YAG: Ce or YAG: Ce -based phosphors work well because the specific weight of the two phosphor classes is similar, so that segregation by sedimentation effects with a comparable particle size does not occur.
  • the specific weight of typical thiometalates is approximately 4.4 to 4.5 g / cm 3
  • that of YAG: Ce-based phosphors is typically 4.6 to 4.7 g / cm 3 .
  • the particle size is adjusted by grinding, for example in ball mills.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Gas-Filled Discharge Tubes (AREA)

Abstract

Leuchtstoff aus der Klasse der Thiometallate, bevorzugt der Thiogallate, wobei das Thiometallat so angesetzt ist entsprechend der Formel (AS)*w(B2S3), wobei A mindestens ein zweiwertiges Kation aus der Gruppe Mg, Ca, Sr und wobei B mindestens ein dreiwertiges Kation aus der Gruppe Al, Ga, Y ist, wobei der Faktor w sowohl im Bereich 0,8 kleiner/gleich w kleiner/gleich 0,98 als auch im Bereich 1,02 kleiner/gleich w kleiner 1,2 liegen kann.

Description

Hocheffizienter Leuchtstoff
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einem Leuchtstoff aus der Klasse der Thiometallate gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , wobei das Thiometallat von der allgemeinen Formel AB2S4:D2+ abgeleitet ist, wobei A mindestens ein zweiwertiges Kation aus der Gruppe Mg, Ca, Sr, ist und wobei B mindestens ein dreiwertiges Kation aus der Gruppe AI, Ga, Y ist und wobei der Dotierstoff/Aktivator D Europium und/oder Cer ist. Dabei ist der Anteil des zweiwertigen Kations A um den zugesetzten Anteil t des Aktivators D vermindert. Es handelt sich dabei insbesondere um Thiogallate, die eine Lichtemission im grünen Spektralbereich aufweisen. Dabei wird die Zusammensetzung des Leuchtstoffs so angesetzt, dass der molare Anteil von zweiwerti- gen Ionen A zu dreiwertigen Ionen B nicht exakt der allgemeinen Summenformel AB2S4 , also nicht dem Verhältnis A : B = 1 : 2 , entspricht.
Stand der Technik
Aus der US 3 639 254 und der US 5 834 053 sind bereits Thiogallate bekannt, deren Emissionsspektren im blauen oder grünen Spektralbereich liegen. Diese Leuchtstoffe folgen der Formel AGa2S , wobei A mindestens ein Element aus der Gruppe der Erdalkalimetalle darstellt, insbesondere Ca, Ba, Sr, oder auch Zn. Aktivatoren sind Europium, Blei oder Cer. Die genannten Leuchtstoffe weisen jedoch für Anwendungen mit hoher Lichtausbeuteforderung (z.B. Beleuchtungstechnik) zu geringe Emissionseffizienzen auf. Diese Emissionseffizienz wird durch die sog. Quanteneffizienz QE (Verhältnis von Anzahl der emittierenden Quanten zur Anzahl der absorbierten Anregungsquanten ) ausgedrückt. Typische Quanteneffizienzwerte für die genannten Leuchtstoffe liegen zwischen 60 % und 70 %.
Aus der WO 98/18721 ist ein elektrolumineszierender Leuchtstoff aus der Gruppe der Thiometallate bekannt, mit Sr oder einem anderen Erdalkalimetall als zweiwerti- ges Kation, wobei Ga, AI oder In die Rolle des dreiwertigen Kations übernehmen. Insbesondere wird dort ein Herstellverfahren beschrieben unter Beibehaltung eines gewissen Anteils von Restsauerstoff.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Leuchtstoff gemäß dem Oberbeg- riff des Anspruchs 1 bereitzustellen, der bei einer vorgegebenen Emissionswellenlänge eine möglichst hohe Quanteneffizienz besitzt.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird die Zusammensetzung des Leuchtstoffs so gewählt, dass der Anteil von zweiwertigen Ionen A zu dreiwertigen Ionen B, ausgehend von der allgemeinen Summenformel AB2S4 , vom Verhältnis A : B = 1 : 2 abweicht. Das erfindungsgemäße Konzept lässt sich auch in anderer Schreibweise darstellen, wenn die Thiometallate der ursprünglichen Summenformel AB2S4 als Produkt der Komponenten AS und B2S3 in der Form AS»B2S3 geschrieben werden. Das Verhältnis der Komponente AS zu der Komponente B2S3 wird im folgenden mit dem Faktor w = B2S3/AS beschrieben. Insgesamt folgt daraus eine Darstellung des Thiometallats als (AS)« w (B2S3). Dabei zeigt sich, dass Leuchtstoffe mit der angesetzten Zusammensetzung (AS)» w (B2S3) sowohl im Bereich 0,8 < w < 0,98 als auch im Bereich 1 ,02 ≤ w ≤ 1 ,2 höhere Quanteneffizienzen liefern als Leuchtstoffe mit der Zusammenset- zung w = 1.
Durch die Kombination verschiedener Kationen des Typs A und B lassen sich unterschiedliche Emissionswellenlängen und Farborte erzielen und an die jeweilige Anwendung anpassen. Für einen effizienten („hellen") Leuchtstoff muss zusätzlich gelten, dass eine geringe Reflexion im Anregungsbereich und eine hohe Quanteneffi- zienz vorliegen.
Als Kation A kommen Mg, Ca, Sr in Frage, einzeln oder vornehmlich in Kombination. Besonders bewährt hat sich der Einsatz aller drei Metalle zusammen. Als Aktivator, der als teilweiser Ersatz für A wirkt, kommt Europium oder auch Cer in Frage. Als Kation B wird bevorzugt Ga, oder auch AI bzw. Y, eingesetzt. Das Gallium kann dabei insbesondere teilweise (bis zu 10 mol-%) durch Aluminium ersetzt sein. Der Dotierstoff D (D = Eu und/oder Ce) wird dabei vollständig der Teilkomponente AS zugerechnet, also in ausführlicher Darstellung Aι-tDtS.
Besonders hohe Quanteneffizienz zeigen Leuchtstoffe mit der Zusammensetzung (AS)« w (B2S3), wobei A= MgaCabSr0Eut mit a+b+c+t = 1 mit folgenden Bereichen: 0,4 ≤ a < 0,7; 0,1 ≤ b ≤ 0,4; 0 < c < 0,4; 0,01 ≤ t ≤ 0,1. und B= (GaxAlyY2)2 mit x+y+z=1 und 0,9<x<1 und 0<y<0,1 und 0≤z<0,1 , und 0,8<w<0,98 oder 1 ,02<w<1 ,25, bevorzugt w ≤ 1 ,2. Bevorzugt ist c ≥ 0,01.
Ein Verfahren zur Herstellung wendet folgende Schritte an:
a) Herstellen einer Suspension von Nitraten entsprechend der gewünschten Zusammensetzung;
b) Trocknung dieser Suspension bis zu einer Restfeuchte von <1 Ge- wichts-% bei T ≤ 300°C zur Herstellung einer feindispersen Nitratmischung;
c) Mahlung der Nitratmischung in einer Mörsermühle bei Raumtemperatur für 10 min bis 60 min, vorzugsweise 15 bis 25 min.
d) Pyrolyse des gemahlenen Nitratversatzes bei 500-700°C, vorzugsweise bei 600°C, in Ar- oder N2-Atmosphäre zur Erzeugung eines feindispersen Metalloxidgemisches mit der gewünschten Zusammenset- zung.
e) Erste Umsetzung der Metalloxidmischung bei 800-1000°C, vorzugsweise 900-950°C, in strömender H2S- oder CS2-Atmosphäre oder Kombinationen hiervon für 1 -6 Std., vorzugsweise 4 Std..
f) Mahlung des Reaktionsgutes wie in Schritt c;
g) Zweite Umsetzung bei 800-1000°C, vorzugsweise 900-950°C, in strömender H2S- oder CS2-Atmosphäre oder Kombinationen hiervon für 1 - 6 Std., vorzugsweise für 2 Std.. Im Schritt e) und g) beträgt die Flussmenge bevorzugt 50- 500 ml/min , vorzugsweise 120 ml/min, und die Gasatmosphäre besteht bevorzugt aus H2S bzw. CS2 und Ar oder N2 als Trägergas mit 10 - 50 % H2S bzw. CS2 bzw. Mischungen hiervon, vorzugsweise 30% H2S bzw. CS2 bzw. Mischungen hiervon.
Im Schritt e) und g) wird eine allmähliche Aufheizung bis zur Reaktionstemperatur vorgenommen, bevorzugt mit der Rate 0,5 - 20 K/min, vorzugsweise 10 K/min.
Außerdem wird im Schritt e) und g) eine allmähliche Abkühlung nach der Reaktion vorgenommen, bevorzugt mit der Rate 0,5 - 20 K/min, vorzugsweise 10 K/min.
Die erfindungsgemäßen Leuchtstoffe eignen sich besonders zum Einsatz in UV- oder blau-emittierenden LEDs zur Farbkonversion. Sie können dafür einzeln, oder in Kombination mit anderen Leuchtstoffen, insbesondere in Kombination mit anderen erfindungsgemäßen Leuchtstoffen eingesetzt werden. Eine andere Einsatzmöglichkeit sind Plasma-Displays. Auch hierfür können die Leuchtstoffe einzeln, oder in Kombination mit anderen Leuchtstoffen, insbesondere in Kombination mit anderen erfindungsgemäßen Leuchtstoffen eingesetzt werden um die kurzwellige Plasma- Entladungs-Strahlung in sichtbares Licht zu konvertieren.
Figuren
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigt:
Figur 1 das Emissionsspektrum des Leuchtstoffes (Sr0,ιo5Cao,2ioMgo,63oEuo,o55)S«1 ,1Ga2S3, hergestellt nach dem im Ausführungsbeispiel beschriebenen Verfahren; Figur 2 das Reflektionsspektrum des Leuchtstoffes aus Figur 1.
Ausführungsbeispiel
Zur Herstellung eines Leuchtstoffes mit der Zusammensetzung (Sr0,ιo5Ca0,2io go,63oELio,o55)S,1 ,1 Ga2S3 werden als Ausgangssubstanzen hochreine Oxide und/oder Carbonate in den der Formel entsprechenden Mengen eingewogen und eine homogene, feingemahlene Mischung der Oxide hergestellt. Diese Rohstoffmischung wird äquimolar mit ca. 30%-iger Salpetersäure versetzt, zum schwa- chen Kochen erhitzt und zu Nitraten umgesetzt. Es gilt folgende Reaktionsgleichung:
0,210 mol CaCO3 + 0,105 mol SrC03 + 0,630 mol MgO + 0,0275 mol Eu203 + 1 ,100 mol Ga2O3 + 8,6 mol HNO3 — > 0,210 mol Ca2+ +0,105 mol Sr2+ + 0,630 mol Mg2+ + 0,055 mol Eu3+ + 2,200 mol Ga3+ + 8,6 mol N03 "+ 4,3 mol H20 + 0,315 mol C02 1
Dabei entsteht eine weiße Suspension von ausgefällten Nitraten. Diese Suspension wird soweit eingedampft, bis sie einen hochviskosen Zustand aufweist. Die erhaltene Nitratsuspension wird in ein Quarzboot überführt und im Stickstoffstrom bei 300 °C getrocknet.
Die getrocknete Nitratmischung wird in einer Mörsermühle 20 Minuten gemahlen und anschließend bei 600 °C für 4 Stunden unter Stickstoff pyrolysiert nach folgender Reaktionsgleichung:
0,210 mol Ca(N03)2 + 0,105 mol Sr(N03)2 + 0,630 mol Mg(N03)2 + 0,055 mol Eu(N03)3 + 2,200 mol Ga(NO3)3 — >
1 mol [0,210 CaO«0,105 SrO«0,630 MgO«0,055 Eu2O3 «1 ,100Ga2O3 ]+ 8,6mol NO2 + 2,15 mol 02 .
Die erzeugte Oxidmischung wird in ein Quarzboot gefüllt und unter Schutzgas (Argon) im Rohrofen auf 900°C aufgeheizt. Nach Erreichen der Reaktionstemperatur wird Schwefelwasserstoff mit 120 ml/min, unter Einsatz von 30% H2S im Stickstoffstrom, eingeleitet und die Oxidmischung innerhalb von vier Stunden zum Thiogallat umgesetzt nach folgender Reaktionsgleichung:
1 mol [0,210 CaO«0,105 SrO«0,630 MgO«0,055 Eu2O3 «1 ,100 Ga203 ]+ 4,3275 mol H2S — > 1 mol [(Sro,ιo5Cao,2iMgo,63EUo,o275)S«1 ,1 Ga2S3 ]+ 4,3275 mol H20 + 0,0275 mol S.
Eine Temperatur von 870 bis 930 °C hat sich als optimale Umsetzungstemperatur für einen hocheffizienten Leuchtstoff erwiesen.
Das Reaktionsprodukt wird in einer Mörsermühle 10 Minuten gemahlen und nochmals drei Stunden im 20%igen Schwefelwasserstoffstrom bei 900°C umgesetzt. Dieser Leuchtstoff zeigt gegenüber einem Leuchtstoff der Formel (Srorιo5Cao,2ioMgo,63oEuo,o55)S«1 ,OGa2S3 (w = 1) eine um 17% verbesserte Quantenausbeute bei unverändertem Emissionsspektrum mit einem Intensitätsmaximum bei
548 nm ± 1 nm.
Mit dem oben beschriebenen Verfahren lassen sich hocheffiziente Leuchtstoffe der genannten Zusammensetzungen reproduzierbar herstellen.
Weitere Ausführungsbeispiele führten zu den in Tabelle 1 beschriebenen Leuchtstoffzusammensetzungen. In dieser Tabelle sind die Ergebnisse der Quanteneffizienzbestimmung für Leuchtstoffe, die analog zum genannten Ausführungsbeispiel hergestellt wurden, mit der A-Kationenmischung Sr0,ιo5Ca0,2ιoMgo,63oEuo,o55 aber jeweils anderen Verhältnis w = B2S:3/AS zusammengefasst. Die Quanteneffizienz erhöht sich deutlich, wenn w sowohl niedriger als auch höher als 1 gewählt wird, wobei die Emissionswellenlänge bei maximaler Emissionsintensität von 548 nm bis
549 nm unverändert bleibt. Für w = 1 ,25 wurde eine deutliche niedrigere Quantenef- fizienz von <10 % festgestellt, die darauf hinweist, dass der Existenzbereich der relevanten Leuchtstoffbildung überschritten ist. Insbesondere die Emissionswellenlänge mit einer deutlichen Bande bei 615 nm zeigt, dass der Gittereinbau des Aktivator Eu2+ nicht mehr in der gewünschten Weise erfolgt. Dieser Grenzwert variiert jeweils etwas in Abhängigkeit von der genauen Zusammensetzung der Kationenmi- schung A.
Aufgrund der komplexen Reaktionsmechanismen zur Bildung der in den Ausführungsbeispielen genannten Leuchtstoffzusammensetzungen und der durch die Zusammensetzungsveränderungen resultierenden Modifizierung des atomaren Kristallaufbaus tragen vermutlich mehrere Effekte zur beobachteten Abhängigkeit der Quanteneffizienz vom Kationenverhältnis A:B bei. Einerseits kann die Veränderung des A:B-Verhältnisses zu einer besseren Umsetzung des Reaktionsproduktes beitragen. Dadurch werden nachteilige Sekundärprodukte und restliche Vorläufer- und Zwischenprodukte vermieden. Andererseits kann auch der Einbau des Aktivators Eu2+ begünstigt werden im Sinne vollständigeren und störungsfreieren Einbaus in das Kristallgitter der Thiometallate. Bedeutsam kann auch die günstigere Erreichung einer bilanzkonformen Schwefel-Stöchiometrie sein, die nach dem Modell einer Co- re-Shell-Bildung an die lokale atomare Kationenzusammensetzung besser ange- passt werden kann. Insgesamt führt die veränderte Leuchtstoffzusammensetzung zu einer erhöhten Perfektion des Leuchtstoffprodukts und/oder zu einer Verminderung von QE-verringemden nicht-strahlenden Rekombinationszentren.
Figur 1 zeigt das Emissionsspektrum des Leuchtstoffes
(Sro,ιo5Cao,21oMgo,63oEuo,o55)S«1 ,1(Ga2S3), der im obigen Ausführungsbeispiel (w = 1 ,1) beschrieben ist. Zum Vergleich: in konventioneller Schreibweise entspricht dieser Leuchtstoff etwa der Darstellung (Mg0,63Cao,2ιSrofιo5Euo,o55)o,9Ga2S3ι9. Die Emissionsbande liegt im grünen Spektralbereich zwischen etwa 500 nm und 620 nm. Das Emissionsmaximum liegt bei 548 nm, die mittlere Wellenlänge bei 557 nm. Die Farbortkomponenten sind x = 0,366; y = 0,618. Die Quanteneffizienz erreicht 81 % bei schmalbandiger Anregung mit 400 nm. Im Vergleich dazu liegt die Quanteneffizienz des stöchiometrischen Leuchtstoffs, also mit w = 1 ,0 statt w = 1 ,1 , bei weniger als 70%.
Der erfindungsgemäße Leuchtstoff ist gut durch kurzwellige Strahlung zwischen 300 und 500 nm anregbar. Besonders vorteilhaft ist er für den Einsatz bei LEDs zur Farbkonversion geeignet, als sog. LED-Konverter. Dabei wird die Emissionsstrahlung einer UV-emittierenden LED mittels eines oder mehrerer Leuchtstoffe in sichtbares Licht (hier grün oder blaugrün) oder weißes Licht (Mischung von rot, grün und blau emittierenden Leuchtstoffen) umgewandelt. Eine zweite Variante stellt bei Verwendung einer blauen LED die Verwendung von einem Leuchtstoff oder von zwei Leuchtstoffen (z.B. gelb- bzw. grün- und rot-emittierende Leuchtstoffe) dar, so dass auch hier weißes Licht resultiert. Technische Details hierzu finden sich beispielsweise in der US-A 5 998 925.
Das Aufbringen dieser Leuchtstoffe als LED-Konverter gelingt beispielsweise gut im Vollverguss mittels Epoxidharzen. Dazu wird das Leuchtstoffpulver in einem Epo- xidharz dispergiert, als Tropfen auf den Chip gegeben und ausgehärtet. Bedeutsam ist hier, dass die Thiometallate eine ähnlich unpolare Oberfläche wie das ebenfalls unpolare Harz besitzen, was zu einer guten Benetzung führt. Weitere Vorteile liegen in der Tatsache, dass Mischungen mit anderen Leuchtstoffen wie YAG:Ce oder YAG:Ce -basierte Leuchtstoffe gut gelingen, weil das spezifische Gewicht beider Leuchtstoffklassen ähnlich ist, so dass keine Entmischung durch Sedimentationseffekte bei vergleichbarer Partikelgröße auftritt. Das spezifische Gewicht typischer Thiometallate beträgt ca. 4,4 bis 4,5 g/cm3, während die von YAG:Ce-basierten Leuchtstoffen bei typisch 4,6 bis 4,7 g/cm3 liegt. Die Sedimentation im Harz lässt sich durch mittlere Partikelgrößen < 5 μm, insbesondere um 2 ± 1 μm, minimieren. Die Einstellung der Partikelgröße wird durch Mahlen, z.B. in Kugelmühlen, erreicht.
Tabelle 1 :
Ergebnisse der Quanteneffizienzbestimmung für Leuchtstoffe mit der A- Kationenmischung Sr0,ιo5Cao,2iMgo,63Euo,o55 und wechselndem Verhältnis w
(W = B2S3/AS).

Claims

Ansprüche
1. Hocheffizienter Leuchtstoff aus der Klasse der Thiometallate, ausgehend von der allgemeinen Formel AB2S4:D2+, wobei A mindestens ein zweiwertiges Kation aus der Gruppe Mg, Ca, Sr und wobei B mindestens ein dreiwertiges Kation aus der Gruppe AI, Ga, Y ist und wobei als Aktivator D Europium und/oder Cer gewählt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Leuchtstoffs so angesetzt ist, dass sie der allgemeinen Formel (AS)«w(B2S3) entspricht, wobei der Faktor w entweder im Bereich 0,8 < w < 0,98 oder im Bereich 1 ,02 ≤ w ≤ 1 ,2 liegt.
2. Thiometallat-Leuchtstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Kation B Gallium gewählt ist, das teilweise durch Aluminium ersetzt sein kann.
3. Thiometallat-Leuchtstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Kation A ein Metall aus der Gruppe Mg, Ca, Sr allein oder in Kombination gewählt ist.
4. Thiometallat-Leuchtstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Aktivator (der A substituiert) Europium gewählt ist.
5. Thiometallat-Leuchtstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass (AS)« w (Ga2S3) gilt, wobei 1 ,05 ≤ w ≤ 1 ,15 und A = MgaCa SrcEu, mit a+b+c+t = 1 :
0,4 ≤ a ≤ 0,7; 0,1 ≤ b ≤ 0,4; 0 < c ≤ 0,4; 0,01 < t ≤ 0,1.
6. Verfahren zur Herstellung eines hocheffizienten Leuchtstoffs aus der Klasse der Thiometallate gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
h) Herstellen einer Suspension von Nitraten entsprechend der gewünschten
Zusammensetzung nach Anspruch 1 bis 5;
i) Trocknung dieser Suspension bis zu einer Restfeuchte von <1 Gewichts-% bei T ≤ 300°C zur Herstellung einer feinsdispersen Nitratmischung;
j) Mahlung der Nitratmischung in einer Mörsermühle bei Raumtemperatur für 10 min bis 60 min, vorzugsweise 15 bis 25 min. k) Pyrolyse des gemahlenen Nitratversatzes bei 500-700°C, vorzugsweise bei 600°C, in Ar- oder N2-Atmosphäre zur Erzeugung eines feindispersen Metalloxidgemisches mit der gewünschten Zusammensetzung.
I) Erste Umsetzung der Metalloxidmischung bei 800-1000°C, vorzugsweise 900-950cC, in strömender H2S- oder CS2-Atmosphäre oder Kombinationen hiervon für 1-6 Std., vorzugsweise 4 Std..
m) Mahlung des Reaktionsgutes wie in Schritt c;
n) Zweite Umsetzung bei 800-1000°C, vorzugsweise 900-950°C, in strömender H2S- oder CS2-Atmosphäre oder Kombinationen hiervon für 1-6 Std., vor- zugsweise für 2 Std..
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) und g) die Flussmenge 50- 500 ml/min , vorzugsweise 120 ml/min, beträgt und die Gasatmosphäre aus H2S bzw. CS2 und Ar oder N2 als Trägergas besteht mit 10 - 50 % H2S bzw. CS2 bzw. Mischungen hiervon, vorzugsweise 30% H2S bzw. CS2 bzw. Mi- schungen hiervon.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) und g) die Aufheizung bis zur Reaktionstemperatur 0,5 - 20 K/min, vorzugsweise 10 K/min beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) und g) die Abkühlung 0,5 - 20 K/min, vorzugsweise 10 K/min beträgt.
10. Verwendung der Leuchtstoffe nach Anspruch 1 bis 5 in UV- oder blauemittierenden LEDs zur Farbkonversion einzeln, oder in Kombination mit anderen Leuchtstoffen, insbesondere in Kombination mit anderen Leuchtstoffen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
11. Verwendung der Leuchtstoffe nach Anspruch 1 bis 5 in Plasma-Displays einzeln, oder in Kombination mit anderen Leuchtstoffen, insbesondere in Kombination mit anderen Leuchtstoffen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, um die kurzwellige Plasma-Entladungs-Strahlung in sichtbares Licht zu konvertieren.
EP01947187A 2000-06-09 2001-06-07 Hocheffizienter leuchtstoff Ceased EP1290737A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10028266A DE10028266A1 (de) 2000-06-09 2000-06-09 Hocheffizienter Leuchtstoff
DE10028266 2000-06-09
PCT/DE2001/002130 WO2001095400A1 (de) 2000-06-09 2001-06-07 Hocheffizienter leuchtstoff

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1290737A1 true EP1290737A1 (de) 2003-03-12

Family

ID=7645043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP01947187A Ceased EP1290737A1 (de) 2000-06-09 2001-06-07 Hocheffizienter leuchtstoff

Country Status (9)

Country Link
US (1) US6695982B2 (de)
EP (1) EP1290737A1 (de)
JP (1) JP2003535964A (de)
KR (1) KR20020027538A (de)
CN (1) CN1183606C (de)
CA (1) CA2381443A1 (de)
DE (1) DE10028266A1 (de)
TW (1) TW554031B (de)
WO (1) WO2001095400A1 (de)

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20108873U1 (de) * 2001-05-29 2001-12-06 OSRAM Opto Semiconductors GmbH & Co. oHG, 93049 Regensburg Hocheffizienter Leuchtstoff
US6617782B2 (en) 2001-05-30 2003-09-09 Ifire Technology Inc. Thioaluminate phosphor material with a gadolinium co-activator
FR2826016B1 (fr) * 2001-06-13 2004-07-23 Rhodia Elect & Catalysis Compose a base d'un alcalino-terreux, de soufre et d'aluminium, de gallium ou d'indium, son procede de preparation et son utilisation comme luminophore
US6894769B2 (en) * 2002-12-31 2005-05-17 Tokyo Electron Limited Monitoring erosion of system components by optical emission
DE102004003135A1 (de) * 2003-02-20 2004-09-02 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Beschichteter Leuchtstoff und lichtemittierende Vorrichtung mit derartigem Leuchtstoff
EP1599560A4 (de) * 2003-03-04 2007-09-26 Sarnoff Corp Effiziente, nach grösse gewählte grünemittierende leuchtstoffe
CN1768122A (zh) * 2003-03-28 2006-05-03 奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司 在颗粒或材料表面上制备涂层的方法及所得的产品
US7368179B2 (en) * 2003-04-21 2008-05-06 Sarnoff Corporation Methods and devices using high efficiency alkaline earth metal thiogallate-based phosphors
US7125501B2 (en) * 2003-04-21 2006-10-24 Sarnoff Corporation High efficiency alkaline earth metal thiogallate-based phosphors
US7479454B2 (en) * 2003-09-30 2009-01-20 Tokyo Electron Limited Method and processing system for monitoring status of system components
US7110110B2 (en) * 2003-12-29 2006-09-19 Tokyo Electron Limited Sensing component used to monitor material buildup and material erosion of consumables by optical emission
FR2869159B1 (fr) * 2004-04-16 2006-06-16 Rhodia Chimie Sa Diode electroluminescente emettant une lumiere blanche
KR101209488B1 (ko) * 2004-07-06 2012-12-07 라이트스케이프 머티어리얼스, 인코포레이티드 효율적인, 녹색 발광 인광체 및 적색 발광 인광체와의 조합
EP1672755B1 (de) * 2004-12-17 2015-09-23 Nichia Corporation Lichtemitierende Vorrichtung
US7276183B2 (en) * 2005-03-25 2007-10-02 Sarnoff Corporation Metal silicate-silica-based polymorphous phosphors and lighting devices
KR101142519B1 (ko) 2005-03-31 2012-05-08 서울반도체 주식회사 적색 형광체 및 녹색 형광체를 갖는 백색 발광다이오드를채택한 백라이트 패널
EP1888710B1 (de) * 2005-05-24 2011-11-23 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Grüner phosphor aus thiogallat, roter phosphor aus erdalkalisulfid und darauf basierende weisse lichtemittierungsvorrichtung
JP2007056235A (ja) * 2005-07-28 2007-03-08 Sony Corp 蛍光体、光学装置、及び表示装置
KR20070036910A (ko) * 2005-09-30 2007-04-04 삼성에스디아이 주식회사 전자 방출 표시 디바이스의 제조 방법
KR100724591B1 (ko) 2005-09-30 2007-06-04 서울반도체 주식회사 발광 소자 및 이를 포함한 ｌｅｄ 백라이트
US20070125984A1 (en) * 2005-12-01 2007-06-07 Sarnoff Corporation Phosphors protected against moisture and LED lighting devices
US8906262B2 (en) * 2005-12-02 2014-12-09 Lightscape Materials, Inc. Metal silicate halide phosphors and LED lighting devices using the same
JP2007224148A (ja) * 2006-02-23 2007-09-06 National Univ Corp Shizuoka Univ 混晶の蛍光体及びディスプレイ
WO2007105836A1 (en) 2006-03-10 2007-09-20 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Thiogallate phosphor and white light emitting device employing the same
US8323529B2 (en) 2006-03-16 2012-12-04 Seoul Semiconductor Co., Ltd. Fluorescent material and light emitting diode using the same
US8282986B2 (en) * 2006-05-18 2012-10-09 Osram Sylvania, Inc. Method of applying phosphor coatings
DE102006029203B9 (de) 2006-06-26 2023-06-22 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Lichtemittierende Vorrichtung
US7713442B2 (en) * 2006-10-03 2010-05-11 Lightscape Materials, Inc. Metal silicate halide phosphors and LED lighting devices using the same
JP5099820B2 (ja) * 2007-06-22 2012-12-19 学校法人日本大学 赤色発光蛍光体、ｆｅｄ装置およびｅｌｄ装置
JP5164618B2 (ja) * 2008-03-13 2013-03-21 住友金属鉱山株式会社 無機ｅｌ用蛍光体の製造方法
US8456082B2 (en) 2008-12-01 2013-06-04 Ifire Ip Corporation Surface-emission light source with uniform illumination

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3639254A (en) 1969-07-01 1972-02-01 Gte Laboratories Inc Alkaline earth thiogallate phosphors
JPS5361964A (en) * 1976-11-15 1978-06-02 Dainippon Toryo Kk Green color emission fluorescent substance and color braun tube
JPS5376987A (en) * 1976-12-21 1978-07-07 Dainippon Toryo Co Ltd Blue luminous fluorescent substance and color braun tube
JPS6038431B2 (ja) * 1977-01-24 1985-08-31 大日本塗料株式会社 カラ−ブラウン管
DE2853169A1 (de) * 1978-12-08 1980-06-26 Hag Ag Verfahren zum entcoffeinieren von rohkaffee
JPS6039311B2 (ja) * 1981-05-13 1985-09-05 化成オプトニクス株式会社 カラ−ブラウン管
JPH0272592A (ja) * 1988-09-06 1990-03-12 Tosoh Corp 薄膜ｅｌ素子
JP2858397B2 (ja) 1994-09-07 1999-02-17 株式会社デンソー エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法
JPH08134440A (ja) * 1994-11-14 1996-05-28 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 薄膜エレクトロルミネッセンス素子
US5834053A (en) * 1994-11-30 1998-11-10 The Regents Of The University Of California Blue light emitting thiogallate phosphor
JP3735949B2 (ja) 1996-06-28 2006-01-18 株式会社デンソー 青色発光材料、それを用いたｅｌ素子、及びその製造方法
FR2755122B1 (fr) 1996-10-31 1998-11-27 Rhodia Chimie Sa Compose a base d'un alcalino-terreux, de soufre et d'aluminium, de gallium ou d'indium, son procede de preparation et son utilisation comme luminophore
FR2826016B1 (fr) * 2001-06-13 2004-07-23 Rhodia Elect & Catalysis Compose a base d'un alcalino-terreux, de soufre et d'aluminium, de gallium ou d'indium, son procede de preparation et son utilisation comme luminophore

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0195400A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2001095400A1 (de) 2001-12-13
CA2381443A1 (en) 2001-12-13
CN1183606C (zh) 2005-01-05
JP2003535964A (ja) 2003-12-02
DE10028266A1 (de) 2001-12-13
KR20020027538A (ko) 2002-04-13
US20020149001A1 (en) 2002-10-17
US6695982B2 (en) 2004-02-24
CN1383582A (zh) 2002-12-04
TW554031B (en) 2003-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1290737A1 (de) Hocheffizienter leuchtstoff
EP1664239B1 (de) Weiss emittierende led mit definierter farbtemperatur
AT508302B1 (de) Lumineszierendes material
DE112007001638B4 (de) Leuchtstoff aus der Klasse der Nitridosilikate, Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoff aus der Klasse der Nitridosilikate und Verwendung eines derartigen Leuchtstoffs in einer Lichtquelle
EP1116418B2 (de) Leuchstoff für lichtquellen und zugehörige lichtquelle
DE60038668T2 (de) Lichtquelle mit gelben bis roten emittierenden leuchtstoff
DE102007035592B4 (de) Temperaturstabiler Leuchtstoff, Verwendung eines Leuchtstoffs und Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs
EP2585554B9 (de) Leuchtstoff und lichtquelle mit derartigem leuchtstoff
EP1670876B1 (de) Hocheffizienter leuchtstoff
DE10259945A1 (de) Leuchtstoffe mit verlängerter Fluoreszenzlebensdauer
DE102005005263A1 (de) Gelb emittierender Leuchtstoff und Lichtquelle mit derartigem Leuchtstoff
EP2275512B1 (de) Grün emittierende LED
DE102018108842A1 (de) Leuchtstoffkombination, Konversionselement, optoelektronische Vorrichtung
DE112006002524T5 (de) Silikat-Leuchtstoff zur Anregung mit UV- und langwelligem Licht und Herstellungsverfahren desselben
DE1804546A1 (de) Mit Selten-Erdmetallen aktivierter Leuchtstoff sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Leuchtstoffes
EP1390989A1 (de) Hocheffizienter leuchtstoff
DE102009059798A1 (de) Mittel zur Verbesserung der Stabilität gegenüber der auftretenden Strahlenbelastung sowie Resistenz gegenüber dem Einfluß von Luftfeuchtigkeit bei Strontiumoxyorthosilikat-Leuchtstoffen
DE112005002246T5 (de) Fluoreszierendes Material auf Oxynitrid-Basis und Verfahren zur Herstellung hierfür
DE10220292A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Lumineszenzmaterials mit hoher thermischer Löschtemperatur
EP2220191B1 (de) Wellenlängenkonvertierte LED
DE112014006040B4 (de) Leuchtstoff und lichtemittierende Vorrichtung
DE102012111876B4 (de) Oxynitridbasierender Leuchtstoff und lichtemittierende Vorrichtung mit demselben
EP2491095A2 (de) Leuchtstoff und lichtquelle mit derartigem leuchtstoff
DE20122644U1 (de) Hocheffizienter Leuchtstoff
WO2021175377A1 (de) Leuchtstoff, verfahren zur herstellung des leuchtstoffs und beleuchtungsvorrichtung umfassend den leuchtstoff

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20020115

AK Designated contracting states

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: PATENT-TREUHAND-GESELLSCHAFT FUER ELEKTRISCHE GLUE

Owner name: OSRAM OPTO SEMICONDUCTORS GMBH

17Q First examination report despatched

Effective date: 20060705

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 20070504