WO2014184003A1 - Verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs, leuchtstoff und optoelektronisches bauelement - Google Patents

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WO2014184003A1
WO2014184003A1 PCT/EP2014/058882 EP2014058882W WO2014184003A1 WO 2014184003 A1 WO2014184003 A1 WO 2014184003A1 EP 2014058882 W EP2014058882 W EP 2014058882W WO 2014184003 A1 WO2014184003 A1 WO 2014184003A1
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phosphor
component
equal
mol
electromagnetic
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PCT/EP2014/058882
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Bianca POHL-KLEIN
Daniel Bichler
Raquel De La Pena Alonso
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors

Definitions

  • the present invention relates to a method for
  • Radiation emitting components such as
  • LEDs Light-emitting diodes
  • LEDs often contain phosphors in order to convert the radiation emitted by a radiation source into radiation with an altered, usually longer wavelength.
  • the efficiency of the phosphor is dependent on its position of the absorption maximum with respect to the wavelength range of the electromagnetic
  • Phosphors are required which emit an emission of
  • An object to be solved is to provide a method for
  • starting substances have a first component and a second component
  • the first component comprises or consists of:
  • At least one element of main group 2 of the Periodic Table and / or zinc wherein the proportion of the element of main group 2 and / or zinc in the first component is greater than or equal to 45 mol% and less than or equal to 85 mol%,
  • Silicon wherein the proportion of silicon in the first component is greater than or equal to 0 mol% and less than or equal to 35 mol%
  • Lanthanides and / or of Mn 2+ and / or Mn 4+ in the first component is greater than or equal to 0.001 mol% and less than or equal to 20 mol%
  • the second component comprises or consists of:
  • Oxygen wherein the proportion of oxygen in the second component is greater than or equal to 0 mol% and less than or equal to 100 mol%
  • Nitrogen wherein the proportion of nitrogen in the second component is greater than or equal to 0 mol% and less than or equal to 100 mol%
  • At least one phase comprises a phosphor (6), wherein the phosphor (6) at least a part of a
  • the method may have another
  • Method step C C) grinding and / or sieving the mixture.
  • the method step C) can after the
  • Process step B) take place.
  • the method steps B) and / or C) can be repeated one to five times, for example twice.
  • first component refers to elements of the periodic table, such as strontium, calcium, barium, silicon, aluminum, manganese, lanthanides, such as
  • Europium which is used as cation (for example Sr 2+ , Ba 2+ , Ca 2+ , Si 4+ , Al 3+ , Mn 2+ , Mn 4+ , Eu 2+ ) free or bonded in a chemical compound, for example at least one
  • the first component may include elements of the periodic table which are uncharged or elementary.
  • the first component may comprise metals, for example strontium, aluminum and / or europium or semimetals, for example silicon.
  • the elements of the 2nd skin group are selected from the following group or combinations thereof: magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr) and barium (Ba).
  • the element of the 2nd main group is selected from the following group: strontium, barium, calcium and combinations thereof.
  • alternatively or additionally zinc may be present instead of at least one element of the second skin group.
  • the proportion of silicon in the first component is greater than or equal to 15 molar and less than or equal to 35 mol%, for example 30 mol%.
  • Component comprises a combination of at least one element of the 2nd skin group, aluminum, silicon and an element of lanthanides.
  • Element of the 2nd skin group, aluminum, silicon and a Element of lanthanides "with respect to the first component in this context means that the first component of the mixture of the starting substances is an element of the second
  • Elements or cations are 100% or 100 mol% if the first component contains no further elements, or less than 100% or 100 mol%, if in addition to at least one element of the 2nd skin group, aluminum, silicon and an element of lanthanides even more elements the first one
  • At least one element of the lanthanides and / or Mn 2+ and / or Mn 4+ acts here as activator or dopant.
  • the activator can install itself in the crystal lattice.
  • the activator may be selected from a group comprising lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium,
  • the charge compensation can be effected in particular by the Al-Si-O-N ratio.
  • Activator in the phosphor may be 0.001 to 20 mol%, especially 0.1 to 5 mol%, for example, 2 mol%.
  • An element of lanthanides can be an element of the 2.
  • Share of the element of the 2nd main group in this context refers to the mole fraction in percent with the unit mol% of the element of the 2nd main group, for example strontium, based on the total amount of the first
  • Total content of the first component here and below means the sum of all proportions of the respective elements in the first component.
  • the proportion of the element of the 2nd main group is in the first component
  • the proportion of aluminum in the first component is preferably greater than or equal to 0 mol% and less than or equal to 40 mol%
  • the proportion of silicon in the first component is preferably greater than or equal to 20 mol% and less than or equal to 30 mol%
  • the proportion of silicon in the first component is preferably greater than or equal to 15 mol% and less than or equal to 35 mol%
  • “Second component” refers to elements of the periodic table, such as nitrogen, chlorine and oxygen, as anion, for example as oxide anion (0 2 ⁇ ), chloride anion (Cl " ), and / or sulfide anions (S 2 ⁇ ) in a chemical
  • Compound for example at least one starting substance, are present.
  • an anion bound in a chemical compound does not mean that the element of the periodic table is present as a free electrically charged atom or molecule (with at least one ionic charge) in the chemical compound.
  • the second component is present.
  • Percentage of oxygen or “proportion of nitrogen” in this context refers to the mole fraction in percent with the unit mol% of the nitrogen or oxygen based on the total amount of the second component.
  • At least one of the following features are provided. In particular, according to one embodiment, at least one of the following features are provided.
  • Oxygen or nitrogen as the second component if the proportion of nitrogen is 0 mol%, the proportion of oxygen is greater than 0 mol% and vice versa.
  • the proportion of nitrogen in the second component is preferably greater than or equal to 0 mol% and less than or equal to 100 mol%
  • the proportion of oxygen in the second component is preferably greater than or equal to 0 mol% and less than or equal to 100 mol%
  • Component can be controlled by the weight of the starting substances.
  • the starting substances may be proportionately oxidized, ie, for example, S1 3 N 4 or A1N may contain appropriate amounts of surface area bound oxygen (0 2 ). This is not in the initial weight of the starting materials
  • the sum of the proportions of nitrogen and oxygen is 100% or 100 mol%, if the second component contains no further elements, or less than 100% or 100 mol%, if in addition to nitrogen and oxygen and other elements for the second component can be used.
  • At least one element of the first component and one element of the second component are chemically bound in a starting substance.
  • the first component is aluminum and the second component nitrogen as the starting material
  • the starting substance may have further elements in addition to the first and second components. This should be due to the starting substance
  • Strontium carbonate be clarified, wherein in addition to strontium as the first component and oxygen as the second component carbon may be present as a further element in the starting material.
  • the mixture of the starting substances comprises hydrides, carbonates, nitrides, oxides, metals, alloys and / or silicides of lanthanides, elements of main group 2 of the periodic table, elements of main group 3 of the periodic table, elements of 4.
  • the first component may comprise strontium, barium, calcium, aluminum, europium and / or silicon elemental.
  • Conditions are chosen so that sufficient energy is introduced into the mix, which leads to a grinding the starting substances comes.
  • the resulting increased homogeneity and reactivity of the mixture can have a positive influence on the properties of the resulting phosphor.
  • Process step A) are carried out over a period of time which comprises 1 minute to 24 hours, in particular between one hour and 8 hours, for example 3 hours.
  • the starting substances can be weighed in stoichiometrically. Alternatively, the starting substances can also be weighed non-stoichiometrically, wherein at least one
  • Excess substance can be weighed in excess in order to compensate for any evaporation losses during production.
  • starting substances comprising elements of the 2nd main group can be weighed in excess.
  • Starting substances can be selected from a group, the elements of the 2nd main group and their compounds,
  • compounds with at least one element of the second main group of alloy hydrides, silicides, nitrides, halides, oxides, amides, amines, carbonates and
  • Metals and mixtures of this compound can be selected. Strontium carbonate and / or strontium nitride are preferably used.
  • a silicon compound can be made of alloys,
  • Silicon hydrides, silica and silicon or mixtures of this compound can be selected. To be favoured
  • Silicon nitride and / or silica used, which are stable, readily available and inexpensive.
  • An aluminum compound may consist of alloys, oxides,
  • Nitrides and aluminum and mixtures of this compound or compounds can be selected. To be favoured
  • Alumina and / or aluminum nitride used which are stable, readily available and inexpensive.
  • Compounds from the group of lanthanides for example compounds of europium, and / or Mn 2+ and / or Mn 4+ , oxides, nitrides, halides, hydrides, metals or mixtures of these compounds and / or metals can be selected.
  • Process step A) additionally added a flux.
  • it can be applied to a flux in the
  • Process step A) are dispensed with.
  • the flux can be used for the improvement of crystallinity and
  • Fluorescent can be used. On the other hand, by adding the flux, the reaction temperature or
  • Annealing temperature can be reduced.
  • the starting substances can be homogenized with the flux.
  • the flux can also be added after the first annealing of the mixture of the starting materials.
  • the homogenization can be carried out, for example, in a mortar mill, a ball mill, a turbulent mixer, a plowshare mixer or by other suitable methods.
  • the formation of secondary phases can be reduced.
  • the particle size distribution, particle morphology and the yield of the resulting phosphor can be influenced.
  • the techniques suitable here are, for example, residue-free sieving and granulation, if appropriate using suitable additives.
  • the inventors have found that by mixing the starting substances with corresponding proportions of the elements in the first component and the second component, at least one phase comprising the phosphor can be produced.
  • the phosphor can be in phase or in a mixture with other phases. Pure phase means that only the phosphor is contained in one phase.
  • the other phases are the
  • Electromagnetic secondary radiation enabled.
  • the phase or phases which do not comprise the phosphor emit no secondary electromagnetic radiation with a
  • the mixture of the starting materials is heated to at least 1300 ° C under reducing atmosphere.
  • the resulting Fluorescent emits secondary electromagnetic radiation in the red or deep red area.
  • the phosphor has high stability, quantum efficiency, conversion efficiency, and low thermal quenching.
  • reducing atmosphere for example, an inert or a reducing atmosphere can be understood.
  • a reducing atmosphere does not exclude oxygen being present in this reducing atmosphere.
  • the annealing in process step B) is carried out at a temperature of between 1300 ° C to 2000 ° C inclusive. In accordance with at least one embodiment, process step B) is carried out at a temperature of 1400 ° C. to 1700 ° C., for example 1450 ° C.
  • the red-emitting phosphor can be produced with high efficiency.
  • the temperature here denotes the maximum temperature or the maximum
  • the annealing in process step B) is carried out at least once.
  • the annealing in process step B) can be carried out one to five times, in particular one to three times, for example twice.
  • Example grinding and / or sieving can further enhance the crystallinity or grain size distribution of the phosphor.
  • Other benefits can be a lower defect density
  • the mixture can be ground and sieved.
  • Temper steps in air at low T ⁇ 600 ° C are performed.
  • Glühens in process step B) maintained a holding time ranging from one minute to 24 hours
  • the holding time is from the
  • Range one hour to eight hours for example, selected from the range of one hour to four hours, for example, two hours.
  • Under Hold Time is the time
  • the hold time gives the total annealing time.
  • the annealing can be done in a crucible, for example, tungsten, molybdenum, corundum, graphite or boron nitride.
  • the crucible may have a lining, for example of molybdenum or a lining of sapphire.
  • the annealing may be done in a gas tight furnace under reducing atmosphere and / or inert gas, such as in hydrogen, ammonia, argon, nitrogen, or mixtures thereof.
  • the atmosphere can be fluid or stationary. It may also be advantageous for the quality of the resulting phosphor when elemental carbon is present in finely divided form in the furnace space. Alternatively, it is possible to add carbon directly into the mixture of the starting substances or educts. According to a further embodiment, after the process step B) or C) of the additional
  • the phosphor can be isolated by chemical aftertreatment. The isolation of the
  • Phosphor can be made by washing in caustic and / or acid.
  • the acid may be selected, for example, from a group comprising hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, organic acids and mixtures thereof.
  • the lye can be selected from a group which
  • Such washes can increase the efficiency when producing a phosphor. Furthermore, this can be used to remove secondary phases, glass phases or other impurities and to improve the optical properties of the phosphor, provided that they are soluble in the lye and / or acid.
  • the ground powder from process step B) or C) can further fractionation and Klassier suitsen, such as
  • phosphor refers to a substance which at least partially absorbs electromagnetic primary radiation and, as electromagnetic secondary radiation, at least partially differs from the electromagnetic primary radiation
  • the phosphor can be referred to here and below as conversion material.
  • Secondary electromagnetic radiation may include one or more wavelengths and / or wavelength ranges in one
  • infrared to ultraviolet wavelength range in particular in a wavelength range between about 185 nm and 900 nm, preferably between about 350 nm and 900 nm.
  • Electromagnetic secondary radiation may have a monochrome or approximately monochrome wavelength range.
  • the spectrum of the electromagnetic primary radiation and / or the spectrum of the electromagnetic secondary radiation may alternatively also be broadband, that is to say that the
  • the electromagnetic secondary radiation is broadband and has a half-width of greater than or equal to 100 nm.
  • at least the phosphor can convert electromagnetic primary radiation from one or more wavelengths or wavelength ranges from the UV to the blue region.
  • color terms referring to emitting phosphors or electromagnetic radiation denote the respective spectral range of the electromagnetic
  • Radiation for example, the electromagnetic radiation
  • At least the phosphor converts electromagnetic primary radiation which lies within a wavelength range of 185 to 600 nm, preferably from 360 to 470 nm.
  • the phosphor converts electromagnetic primary radiation suitable for its excitation.
  • the electromagnetic secondary radiation of the phosphor can have an emission maximum in the wavelength range of greater than 660 nm, in particular greater than 700 nm, for example 707 nm.
  • the phosphor has a
  • the resulting phosphor has a high efficiency.
  • the phosphor can have an emission spectrum which is characterized by an emission maximum of greater than or equal to 660 nm with a half-width of greater than or equal to 100 nm,
  • main phase is to be understood as meaning a reaction product which has the largest proportion relative to the
  • Minor phase refers to all reaction products that are not a major phase.
  • the phosphor has a first phosphor component and a second
  • the first phosphor component comprises or consists of aluminum, at least one element of main group 2 of the Periodic Table, and at least one element of lanthanides and / or Mn 2+ and / or Mn 4+ .
  • the first phosphor component additionally comprises silicon or consists of aluminum, silicon, at least one element of the second main group and at least one element of the lanthanides and / or Mn 2+ and / or Mn 4+ .
  • the first phosphor component comprises or consists of silicon, at least one element of the second main group of the
  • the second phosphor component comprises at least oxygen or nitrogen. Especially additionally comprises the second phosphor component
  • the first phosphor component only
  • Silicon at least one element of the 2nd main group and at least one element of lanthanides on.
  • the second phosphor component consists of oxygen and nitrogen.
  • first and second components set forth above apply mutatis mutandis to the first and second phosphor components.
  • the first and the second phosphor component refer to the
  • the elements of the 2nd main group can be replaced by the elements of the lanthanides and / or Mn 2+ and / or Mn 4+
  • the phosphor has an emission maximum at 700 +/- 10 nm.
  • the phosphor has the following general composition: (EAi_ a LA a) 3_ x (Al Sii-b) 2 (O c Ni c) 6-y
  • EA is at least one element from the 2nd main group and LA is at least one element from the group of lanthanides and / or Mn 2+ and / or Mn 4+ ,
  • EA is strontium and / or La
  • the phosphor is the first
  • Phosphor component at least one element from FIG. 2.
  • Main group such as strontium and at least one
  • Phosphor as the first phosphor component at least one element from the 2nd main group, such as strontium, at least one element from the group of lanthanides, such as europium, aluminum and strontium.
  • the phosphor has the general composition (Sri_ a Eu a) 3_ x (Al b SII b) 2 (Oc ic) 6-y with 0 ⁇ a ⁇ 1 and 0 ⁇ b ⁇ 1 and 0 ⁇ c ⁇ 1 and x ⁇ 3 and y 6.
  • the phosphor has the general composition (Sri_ a Eu a) 3_ x (Al b SII b ) 2 (O c i c ) 6_y with 0 ⁇ a ⁇ 1 and 0 ⁇ b ⁇ 1 and 0 ⁇ c ⁇ 1 and x ⁇ 3 and y 6.
  • a, b, c, x and / or y values in the above structural formulas of the phosphor can not according to an embodiment
  • the phosphor does not necessarily have to have mathematically exact composition according to the above formulas. Rather, they can, for example, one or more additional
  • the lattice parameter varies between 15.5 A to 15, 9 A.
  • the described phosphor is structurally related to Sr 3 Al 2 O 6 (ICSD 71860).
  • the crystallographic space groups are well known to a person skilled in the art and are therefore not explained in detail here.
  • the space group or crystal class can by means of
  • the phosphor may be present not only as a powder but also as a ceramic or embedded in glass or another matrix. It will continue to be an optoelectronic device
  • Phosphor is arranged in the beam path.
  • component here not only finished components, such as light-emitting diodes (LEDs) or laser diodes are to be understood, but also substrates and / or
  • Composite of a copper layer and a semiconductor layer constitute a component and a component of a
  • the optoelectronic component according to the invention can be, for example, a thin-film semiconductor chip, in particular a thin-film light-emitting diode chip.
  • Component comprise a layer sequence.
  • Layer sequence in this context is to be understood as a layer sequence comprising more than one layer.
  • the layer sequence can be the
  • the layer sequence may be a semiconductor layer sequence, wherein the in the
  • Semiconductor layer sequence occurring semiconductor materials are not limited, provided that at least partially
  • Range may be based on, for example, nitride compound semiconductor materials.
  • a nitride compound semiconductor material preferably comprises or consists of Al n Ga m In n m , where 0 -S n ⁇ 1 , 0 -S m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may, for example, one or more dopants and additional components
  • the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these can be partially replaced and / or supplemented by small amounts of further substances.
  • the semiconductor layer sequence can be used as active region
  • a conventional pn junction for example, a conventional pn junction, a
  • Double heterostructure a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure) have.
  • the semiconductor layer sequence can be next to the active region comprises further functional layers and functional regions, such as p- or n-doped ones
  • Charge carrier transport layers ie electron or
  • Such structures include the active region or the further functional layers and
  • OLED organic light emitting diode
  • the electromagnetic energy in the operation of the optoelectronic component, the electromagnetic
  • Primary radiation at least partially absorb and as electromagnetic secondary radiation with an at least partially from the electromagnetic primary radiation
  • the optoelectronic device configured to emit different wavelength range to emit.
  • the optoelectronic device configured to emit different wavelength range to emit.
  • Component in addition to the phosphor according to the invention have a further phosphor, which is another
  • the entire electromagnetic secondary radiation may consist of a
  • the Phosphor is emitted, and at least one further electromagnetic secondary radiation, which is emitted from the further phosphor, composed.
  • the further electromagnetic secondary radiation may have a wavelength in the range 490 nm to 680 nm, e.g. 560 nm.
  • Electromagnetic secondary radiation can be any electromagnetic secondary radiation.
  • the phosphor thus emits in the red spectral range of the electromagnetic radiation and the further phosphor in the yellow or green spectral range of the electromagnetic radiation.
  • any phosphors can be used as further phosphors, which are capable of emitting radiation in the yellow or green spectral range.
  • the optoelectronic component has, according to a further embodiment, a total emission, which consists of
  • the total emission can be perceived as warm white light.
  • Operation of the optoelectronic component of a outer observer perceived total emission can be perceived as red or pink light.
  • the electromagnetic primary radiation at least partially or completely absorbed by the phosphor and in an electromagnetic secondary radiation, with a
  • Wavelength maximum of greater than or equal to 660 nm to be converted The electromagnetic secondary radiation with a share of 50% based on the total proportion of
  • electromagnetic secondary radiation can be
  • Phosphor be embedded in a matrix material.
  • the embedding of the phosphor in the matrix material may be embedded homogeneously or distributed with a concentration gradient.
  • polymers or ceramic materials or glass are suitable as the matrix material.
  • the matrix material can be an epoxy resin, polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene, glass, ceramics such as YAG or Al 2 O 3 ,
  • Polycarbonate, polyacrylate, polyurethane or a silicone resin, such as polysiloxane or mixtures thereof include or be.
  • the phosphor can be embedded in a matrix material and shaped as a potting compound, layer or foil.
  • the potting can for example cohesively or a potting compound with a
  • the potting compound may be, for example, polymer material.
  • it may be epoxy or silicone, a methyl-substituted silicone, for example
  • the matrix material may additionally comprise a filler, such as a metal oxide, such as titanium dioxide,
  • Silica, zirconia, zinc oxide, alumina, and / or glass particles Silica, zirconia, zinc oxide, alumina, and / or glass particles.
  • the phosphor can be formed as particles or ceramic platelets and at least partially scatter the electromagnetic primary radiation.
  • the luminescent material can simultaneously be embodied as a luminous center, which partially absorbs radiation of the electromagnetic primary radiation and emits secondary electromagnetic radiation, and as a scattering center for the primary electromagnetic radiation.
  • the scattering properties of the phosphor can lead to an improved radiation extraction from the
  • the scattering effect can, for example, also lead to an increase in the absorption probability of primary radiation in the phosphor, which may necessitate a smaller layer thickness of the layer containing the phosphor.
  • Optoelectronic component having a layer sequence with the active area enclosing encapsulation, wherein the phosphor in the beam path of the electromagnetic
  • Primary radiation can be arranged inside or outside the encapsulation.
  • the encapsulation can each as
  • the phosphor is in direct contact with the radiation source.
  • the conversion of the electromagnetic primary radiation into the electromagnetic secondary radiation can be at least partially close to the radiation source, for example at a distance phosphor and
  • Radiation source of less than or equal to 200 ym, preferably less than or equal to 50 ym done (so-called "chip level conversion").
  • the phosphor is spaced from the radiation source.
  • the conversion of the electromagnetic primary radiation into the electromagnetic secondary radiation can take place at a large distance from the radiation source.
  • Distance between phosphor and radiation source of greater than or equal to 200 ym, preferably greater than or equal to 750 ym, more preferably greater than or equal to 900 ym (so-called "Remote Phosphor Conversion").
  • FIG. 1 schematically shows a ternary phase diagram of the
  • FIG. 2 emission spectra of an exemplary embodiment
  • FIG. 3a shows emission spectra of comparative examples
  • FIG. 3b shows emission spectra of a comparative example
  • FIG. 3c shows an elementary cell of a comparative example
  • FIG. 4 shows an X-ray powder diffractogram of the phosphor according to an embodiment
  • Figure 5 is a schematic side view of a
  • Embodiments AI, A2, A3 and A4 for the production of the phosphor are given below.
  • the amounts of the starting substances are given in g.
  • Starting substances may be proportionately oxidized, i.
  • S1 3 N 4 or A1N may contain appropriate amounts of surface area bound oxygen (O 2 ). This additional proportion of oxygen is not included in the following quantities of starting materials. It is used in the embodiments AI to A4 europium oxide as an activator.
  • other compounds of the lanthanides or manganese for example, oxides of lanthanides or manganese in appropriate amounts
  • the starting mixture is annealed for several hours under reducing atmosphere in the tube or chamber furnace at temperatures between 1300 ° C and 2000 ° C. After subsequent grinding and sieving of the
  • Phosphor for example, comprises as the main phase.
  • Exemplary embodiment A2 46.4 g of Sr 3 N 2 , 9.3 g of Si 3 N 4 , 12.3 g of AlN and 3.5 g of Eu 2 O 3 are weighed in and homogenized. Subsequently, the
  • Atmosphere in the tube or chamber furnace annealed at temperatures between 1300 ° C and 2000 ° C. After subsequent grinding and sieving of the annealing cake results in at least one phase containing the phosphor, for example, as the main phase
  • Phosphor for example, comprises as the main phase.
  • FIG. 1 shows a ternary phase diagram of the
  • the second component can be considered fourth
  • Ratio is not shown here and can be adjusted by the choice of starting materials.
  • the equilateral triangle represents the concentration or Molenbruchebene of the first components in the mixture of the starting materials.
  • the sides of the equilateral triangle here denote the respective molar fraction of silicon (x S i), strontium (x Sr), and aluminum (x A i).
  • the sum of the individual mole fractions of the first component results in the sum of 1 or 100% or 100 mol%.
  • a quadrilateral formed by vertices 1, 2, 3, and 4 shows the mole fracture range of
  • the triangle spanned by vertices A, B and C indicates the preferred mole fraction range for the preparation of the phosphor.
  • the vertices of the quadrilateral face show the mole fraction ratio of the first component as follows:
  • Embodiment AI is not shown in the ternary phase diagram, wherein AI in the first component of the
  • Embodiment A3 corresponds, but has a different O / N ratio.
  • FIG. 2 shows the emission spectrum of the phosphor, the intensity I being shown in percent as a function of the wavelength ⁇ in nm. The phosphor was according to the
  • Embodiment A3 produced.
  • the phosphor probably has the composition (Sri_ a Eu a) 3_ x (Al b SII b) 2 (O c Ni_ c) 6 - y with 0 ⁇ a ⁇ 1 and 0 ⁇ b ⁇ 1 and 0 ⁇ c ⁇ 1, and x ⁇ 3 and y ⁇ 6.
  • the excitation with electromagnetic primary radiation took place at 460 nm. From the emission spectra is too recognize that the phosphor has an emission maximum of 707 nm with a half-value width of about 110 nm.
  • FIG. 3a shows the relative intensity in AU (arbitrary units) of the luminescence as a function of x of the comparative example Sr3_ x Al2 + x 06th
  • the emission maximum of Comparative Example Sr 3-x Al 2 + x 0 6: Eu 2+ is approximately 525 nm with a half width of 70 to 80 nm with excitation at 365 nm
  • the emission peak of Eu 3+ emission is shown in FIG. 3a at approximately 590 nm, all of these emission spectra that the comparative example 3 _ Sr x Al 2 + x 0. 6: Eu 2+ has an emission maximum of less than or equal to 630 nm.
  • FIG. 3b shows an emission spectrum of a
  • Comparative Example Sr3Al 2 06 Eu 3+ .
  • the emission maximum of the comparative example Sr 3 _ x Al 2 O 6: Eu 3+ is approximately 590 nm.
  • the phosphor exhibits a clearly red shifted wavelength range in comparison to the comparative examples (Sri_ x Eu x ) 3 Al 2 O 6 (FIGS. 3 a and 3 b) and has a larger half width. It can be assumed that such a redshift is due to a substitution of Al-0 versus Si-N in the phosphor gives. Likewise, a
  • the structure of the phosphor is related in one embodiment to the structure of Sr 3 Al 2 O 6 (Pa 3, ISCD 71860).
  • FIG. 3c shows the spatial arrangement of [AIO2O2 / 2] 6 6 ⁇ units (left) and the unit cell (right) of FIG
  • FIG. 4 shows an X-ray powder diffractogram of FIG
  • Phosphor with the intensity I in% as a function of 2 ⁇ in 0 The angle 2 ⁇ denotes here and below the angle between radiation source, sample and detector.
  • Phosphorus is structurally related to Sr 3 Al 2 O 6 (Pa 3, ISCD 71860). A refinement of the lattice parameters of the
  • Phosphor succeeds in a cubic space group Pa-3 or Pa 3.
  • the lattice parameter fluctuates with the
  • Composition between about 15.5 ⁇ and 15.9 ⁇ and is therefore always smaller than the lattice parameter of the
  • FIG. 5 shows a schematic side view of a
  • the optoelectronic component on the embodiment of a light emitting diode (LED).
  • the optoelectronic component has a layer sequence 1 with an active region (not explicitly shown), a first electrical connection 2, a second electrical connection 3, a bonding wire 4, a potting 5, a housing wall 7, a housing 8, a recess 9, a Phosphor 6, and a matrix material 10 on.
  • the layer sequence 1 with an active area, which comprises the phosphor 6 is within the
  • the potting 5 and / or the recess 9 is arranged.
  • the first and second electrical connections 2, 3 are arranged below the layer sequence 1 with an active region.
  • the layer sequence 1 can be arranged with an active region on a carrier (not shown here).
  • a carrier may be a printed
  • PCB Circuit board
  • ceramic substrate a ceramic substrate
  • printed circuit board a printed circuit board or a metal plate, e.g. Act aluminum plate.
  • metal plate e.g. Act aluminum plate.
  • the active area is electromagnetic for emission
  • Nitride compound semiconductor material emits in particular electromagnetic primary radiation in the blue and / or ultraviolet spectral range.
  • InGaN may be used as a nitride compound semiconductor material having an electromagnetic primary radiation having a wavelength of 460 nm.
  • the phosphor 6 which is present in particle form as shown here and is embedded in a matrix material 10, is arranged.
  • the matrix material 10 is, for example, polymer or ceramic material.
  • the phosphor 6 is arranged directly in direct mechanical and / or electrical contact on the layer sequence 1 with an active region.
  • further layers and materials, such as, for example, the encapsulation may be arranged between the phosphor 6 and the layer sequence 1 (not shown here).
  • the phosphor 6 may be arranged directly or indirectly on the housing wall 7 of a housing 8 (not shown here).
  • the phosphor 6 is embedded in a potting compound (not shown here) and
  • the phosphor 6 at least partially converts the
  • electromagnetic primary radiation into an electromagnetic secondary radiation.
  • the electromagnetic primary radiation in the blue spectral range of
  • Phosphor 6 can be converted into an electromagnetic secondary radiation in the red spectral range of the electromagnetic radiation.
  • further phosphors may be present which, for example, have a further electromagnetic secondary radiation in the green spectral range.
  • the total radiation emerging from the optoelectronic component is a superimposition of blue emitting primary radiation and red and green emitting secondary radiation, the total emission visible to the external observer being warm white light.
  • the invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the includes

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffes umfassend die folgenden Verfahrensschritte: A) Herstellen einer Mischung von Ausgangssubstanzen, - wobei die Ausgangssubstanzen eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweisen, - wobei die erste Komponente aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Aluminium, Silizium, zumindest ein Element der 2. Hauptgruppe des Periodensystems und zumindest ein Element der Lanthanoide und Kombinationen daraus umfasst, -wobei die zweite Komponente Sauerstoff und/oder Stickstoff umfasst, B) Glühen der Mischung bei einer Temperatur von mindestens 1300 °C unter reduzierender Atmosphäre, wobei nach dem Verfahrensschritt B) zumindest eine oder mehrere Phasen erhalten werden, wobei zumindest eine Phase einen Leuchtstoff (6) umfasst, wobei der Leuchtstoff (6) zumindest einen Teil einer elektromagnetischen Primärstrahlung im UV- oder blauen Bereich absorbiert und eine elektromagnetische Sekundärstrahlung mit einem Emissionsmaximum von größer oder gleich 660 nm emittiert.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs, Leuchtstoff und optoelektronisches Bauelement
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines Leuchtstoffes, einen Leuchtstoff und ein optoelektronisches Bauelement. Strahlung emittierende Bauelemente, wie beispielsweise
Leuchtdioden (LED) , enthalten häufig Leuchtstoffe, um die von einer Strahlungsquelle emittierte Strahlung in eine Strahlung mit veränderter, meist längerer Wellenlänge umzuwandeln.
Dabei ist die Effizienz des Leuchtstoffs unter anderem abhängig von seiner Lage des Absorptionsmaximums in Bezug auf den Wellenlängenbereich der elektromagnetischen
Primärstrahlung und/oder von der Lage seines Emissionsmaxium. Insbesondere sind bei Strahlung emittierenden Bauelementen, welche warmweißes Licht emittieren, hocheffiziente
Leuchtstoffe erforderlich, welche eine Emission von
elektromagnetischer Strahlung im roten Bereich,
beispielsweise im Bereich von größer oder gleich 600 nm aufweisen . Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur
Herstellung eines Leuchtstoffs, einen Leuchtstoff sowie ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, das eine verbesserte Effizienz aufweist. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs umfasst gemäß einer Ausführungsform die Verfahrensschritte:
A) Herstellen einer Mischung von Ausgangssubstanzen,
- wobei die Ausgangssubstanzen eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweisen,
- wobei die erste Komponente Folgendes umfasst oder daraus besteht:
- zumindest ein Element der 2. Hauptgruppe des Periodensystems und/oder Zink, wobei der Anteil des Elements der 2. Hauptgruppe und/oder Zinks in der ersten Komponente größer oder gleich 45 mol-% und kleiner oder gleich 85 mol-% ist,
- Aluminium, wobei der Anteil des Aluminium in der ersten Komponente größer oder gleich 0 mol-% und kleiner oder gleich 40 mol-% ist,
- Silizium, wobei der Anteil des Silizium in der ersten Komponente größer oder gleich 0 mol-% und kleiner oder gleich 35 mol-% ist,
- zumindest ein Element der Lanthanoide und/oder Mn2+ und/oder Mn4+, wobei der Anteil des Elements der
Lanthanoide und/oder des Mn2+ und/oder des Mn4+ in der ersten Komponente größer oder gleich 0,001 mol-% und kleiner oder gleich 20 mol-% ist,
- wobei die zweite Komponente Folgendes umfasst oder daraus besteht:
- Sauerstoff, wobei der Anteil des Sauerstoff in der zweiten Komponente größer oder gleich 0 mol-% und kleiner oder gleich 100 mol-% ist, - Stickstoff, wobei der Anteil des Stickstoff in der zweiten Komponente größer oder gleich 0 mol-% und kleiner oder gleich 100 mol-% ist,
B) Glühen der Mischung bei einer Temperatur von mindestens 1300 °C unter reduzierender Atmosphäre,
wobei nach dem Verfahrensschritt B) zumindest eine oder mehrere Phasen erhalten werden,
wobei zumindest eine Phase einen Leuchtstoff (6) umfasst, wobei der Leuchtstoff (6) zumindest einen Teil einer
elektromagnetischen Primärstrahlung im UV- oder blauen
Bereich absorbiert und eine elektromagnetische
Sekundärstrahlung mit einem Emissionsmaximum von größer oder gleich 660 nm, insbesondere größer oder gleich 700 nm
emittiert .
Zusätzlich kann das Verfahren einen weiteren
Verfahrensschritt C aufweisen: C) Mahlen und/oder Sieben der Mischung. Der Verfahrensschritt C) kann nach dem
Verfahrensschritt B) erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform können die
Verfahrensschritte B) und/oder C) wiederholt werden.
Insbesondere können die Verfahrensschritte B) und/oder C) ein bis fünfmal, beispielsweise zweimal wiederholt werden.
Mit dem oben genannten Verfahren können besonders hoch effiziente und langwellige emittierende Leuchtstoffe
hergestellt werden. "Erste Komponente" bezeichnet hier und im Folgenden Elemente des Periodensystems, wie beispielsweise Strontium, Calcium, Barium, Silizium, Aluminium, Mangan, Lanthanoide, wie
Europium, welche als Kation (beispielsweise Sr2+, Ba2+, Ca2+, Si4+, Al3+, Mn2+, Mn4+, Eu2+) frei oder gebunden in einer chemischen Verbindung, beispielsweise zumindest einer
Ausgangssubstanz, vorliegen. Als Kation gebunden in einer chemischen Verbindung bedeutet nicht, dass das Element des Periodensystems als freies elektrisch geladenes Atom oder Molekül (mit zumindest einer Ionenladung) in der chemischen Verbindung vorliegt. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Komponente Elemente des Periodensystems aufweisen, welche ungeladen sind bzw. elementar vorliegen. So kann beispielsweise die erste Komponente Metalle, beispielsweise Strontium, Aluminium und/oder Europium oder Halbmetalle, beispielsweise Silizium umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Elemente der 2. Hautgruppe aus folgender Gruppe oder Kombinationen daraus ausgewählt: Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr) und Barium (Ba) . Insbesondere ist das Element der 2. Hauptgruppe aus folgender Gruppe ausgewählt: Strontium, Barium, Calcium und Kombinationen daraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann statt zumindest einem Elemente der 2. Hautgruppe alternativ oder zusätzlich Zink vorhanden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Anteil des Silizium in der ersten Komponente größer oder gleich 15 mol- und kleiner oder gleich 35 mol-%, beispielsweise 30 mol-%.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste
Komponente eine Kombination aus zumindest einem Element der 2. Hautgruppe, Aluminium, Silizium und einem Element der Lanthanoide auf. Eine "Kombination aus zumindest einem
Element der 2. Hautgruppe, Aluminium, Silizium und ein Element der Lanthanoide " in Bezug auf die erste Komponente bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die erste Komponente der Mischung der Ausgangssubstanzen ein Element der 2.
Hautgruppe, Aluminium, Silizium und ein Element der
Lanthanoide enthält, wobei die Summe der Anteile dieser
Elemente oder Kationen 100 % oder 100 mol-% beträgt, wenn die erste Komponente keine weiteren Elemente enthält, oder weniger als 100 % oder 100 mol-%, wenn neben zumindest einem Element der 2. Hautgruppe, Aluminium, Silizium und einem Element der Lanthanoide noch weitere Elemente die erste
Komponente bilden.
Zumindest ein Element der Lanthanoide und/oder Mn2+ und/oder Mn4+ wirkt hier als Aktivator oder Dotierstoff. Der Aktivator kann sich dabei in das Kristallgitter einbauen. Der Aktivator kann aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium,
Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium umfasst. Insbesondere ist der
Aktivator Europium, Cer, Mn2+ und/oder Mn4+ . Bei Substitution von zweiwertigen Elementen durch dreiwertige Elemente, beispielsweise Ce3+, ist die Ladungsneutralität nicht
gegeben. Daher ist in der Regel eine Ladungskompensation nötig. Die Ladungskompensation kann insbesondere durch das Al-Si-O-N-Verhältnis erfolgen. Die Konzentration des
Aktivators in dem Leuchtstoff kann 0,001 bis 20 mol-%, insbesondere 0,1 bis 5 mol-%, beispielsweise 2 mol % sein.
Ein Element der Lanthanoide kann ein Element der 2.
Hauptgruppe substituieren.
"Anteil des Elements der 2. Hauptgruppe" bezeichnet in diesem Zusammenhang den Stoffmengenanteil in Prozent mit der Einheit mol-% des Elements der 2. Hauptgruppe, beispielsweise des Strontiums bezogen auf den Gesamtanteil der ersten
Komponente . "Anteil des Elements der Lanthanoide" oder "Anteil des
Aluminiums" oder "Anteil des Siliziums" bezeichnet
entsprechend den Stoffmengenanteil in Prozent mit der Einheit mol-% des jeweiligen Elements (Element der Lanthanoide oder Aluminium oder Silizium) bezogen auf den Gesamtanteil der ersten Komponente. „Gesamtanteil der ersten Komponente" bezeichnet hier und im Folgenden die Summe aller Anteile der jeweiligen Elemente in der ersten Komponente.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Anteil des Elements der 2. Hauptgruppe in der ersten Komponente
bevorzugt größer oder gleich 45 mol-% und kleiner oder gleich 85 mol-%, beispielsweise 50 mol-%.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Anteil des Aluminiums in der ersten Komponente bevorzugt größer oder gleich 0 mol-% und kleiner oder gleich 40 mol-%,
beispielsweise 20 mol-%.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Anteil des Siliziums in der ersten Komponente bevorzugt größer oder gleich 20 mol-% und kleiner oder gleich 30 mol-%,
beispielsweise 25 mol-%.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Anteil des Siliziums in der ersten Komponente bevorzugt größer oder gleich 15 mol-% und kleiner oder gleich 35 mol-%,
beispielsweise 20 mol-%. "Zweite Komponente" bezeichnet entsprechend Elemente des Periodensystems, wie Stickstoff, Chlor und Sauerstoff, die als Anion, beispielsweise als Oxid-Anion (02~) , Chlorid-Anion (Cl") , und/oder Sulfid-Anionen (S2~) in einer chemischen
Verbindung, beispielsweise zumindest einer Ausgangssubstanz, vorliegen. Als Anion gebunden in einer chemischen Verbindung bedeutet nicht, dass das Element des Periodensystems als freies elektrisch geladenes Atom oder Molekül (mit zumindest einer Ionenladung) in der chemischen Verbindung vorliegt. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Komponente
Elemente des Periodensystems aufweisen, welche ungeladen sind oder elementar vorliegen, beispielsweise als Stickstoff (N2) , Sauerstoff (02) , Chlor (Cl2) und Fluor (F2) .
"Anteil an Sauerstoff" oder "Anteil an Stickstoff" bezeichnet in diesem Zusammenhang den Stoffmengenanteil in Prozent mit der Einheit mol-% des Stickstoffs oder Sauerstoffs bezogen auf die Gesamtmenge der zweiten Komponente.
Insbesondere ist gemäß einer Ausführungsform zumindest
Sauerstoff oder Stickstoff als zweite Komponente vorhanden. Ist gemäß einer Ausführungsform der Anteil an Stickstoff 0 mol-%, so ist der Anteil an Sauerstoff größer als 0 mol-% und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Anteil des Stickstoffs in der zweiten Komponente bevorzugt größer oder gleich 0 mol-% und kleiner oder gleich 100 mol-%,
insbesondere größer oder gleich 30 mol-% und kleiner oder gleich 70 mol-%, beispielsweise 60 mol-%. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Anteil des Sauerstoffs in der zweiten Komponente bevorzugt größer oder gleich 0 mol-% und kleiner oder gleich 100 mol-%,
insbesondere zwischen größer oder gleich 10 mol-% und kleiner oder gleich 50 mol-%, beispielsweise 40 mol-%.
Das Mengenverhältnis aus erster Komponente zu zweiter
Komponente kann über die Einwaage der Ausgangssubstanzen gesteuert werden.
Die Ausgangssubstanzen können anteilig oxidiert sein, d.h. beispielsweise S13N4 oder A1N kann entsprechende Mengen oberflächenflächegebundenen Sauerstoff (02) enthalten. Dies ist in der Einwaage der Ausgangssubstanzen nicht
berücksichtigt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zweite
Komponente Sauerstoff und Stickstoff auf. In diesem Fall beträgt die Summe der Anteile aus Stickstoff und Sauerstoff 100 % oder 100 mol-%, wenn die zweite Komponente keine weiteren Elemente enthält, oder weniger als 100 % oder 100 mol-%, wenn neben Stickstoff und Sauerstoff auch weitere Elemente für die zweite Komponente eingesetzt werden. Die hier angegebenen Bereiche für die Anteile der Elemente in der ersten Komponente beziehungsweise die Anteile der
Elemente in der zweiten Komponente können dabei gemäß
vorheriger Beschreibung beliebig miteinander kombiniert werden, sodass eine Mischung der Ausgangssubstanzen aus einer beliebigen Kombination der Anteile der einzelnen Elemente hergestellt werden kann, auch wenn diese Kombination hier nicht explizit erwähnt ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest ein Element der ersten Komponente und ein Element der zweiten Komponente in einer Ausgangssubstanz chemisch gebunden.
Beispielsweise liegt die erste Komponente Aluminium und die zweite Komponente Stickstoff als Ausgangssubstanz
Aluminiumnitrid und/oder die erste Komponente Strontium als ein Element der 2. Hauptgruppe und die zweite Komponente Stickstoff als Ausgangssubstanz Strontiumnitrid vor. Die Ausgangssubstanz kann gemäß einer weiteren Ausführungsform neben der ersten und zweiten Komponente weitere Elemente aufweisen. Dies soll an der Ausgangssubstanz
Strontiumcarbonat verdeutlicht werden, wobei neben Strontium als erste Komponente und Sauerstoff als zweite Komponente Kohlenstoff als weiteres Element in der Ausgangssubstanz vorhanden sein kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Mischung der Ausgangssubstanzen Hydride, Carbonate, Nitride, Oxide, Metalle, Legierungen und/oder Silizide der Lanthanoide, Elemente der 2. Hauptgruppe des Periodensystems, Elemente der 3. Hauptgruppe des Periodensystems, Elemente der 4.
Hauptgruppe des Periodensystems und/oder Kombinationen daraus. Weiterhin können Chloride, Fluoride, Sulfate,
Phosphate, Nitrate und Kombinationen daraus als Mischung der Ausgangssubstanzen eingesetzt werden. Die erste Komponente kann Strontium, Barium, Calcium, Aluminium, Europium und/oder Silizium elementar umfassen.
Für die Synthese ist eine ausreichende Homogenisierung durch Mischen der Ausgangssubstanzen erforderlich. Beim Mischen der Ausgangssubstanzen im Verfahrensschritt A) können die
Bedingungen so gewählt werden, dass ausreichend Energie in das Mischgut eingetragen wird, wodurch es zu einer Vermahlung der Ausgangssubstanzen kommt. Die damit erhöhte Homogenität und Reaktivität der Mischung kann einen positiven Einfluss auf die Eigenschaften des resultierenden Leuchtstoffs haben.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Homogenisierung im
Verfahrensschritt A) über einem Zeitraum durchgeführt werden, welcher 1 Minute bis 24 Stunden, insbesondere zwischen einer Stunde und 8 Stunden, beispielsweise 3 Stunden umfasst.
Dadurch kann eine homogene Vermischung oder Vermengung gewährleistet werden.
Die Ausgangssubstanzen können stöchiometrisch eingewogen werden. Alternativ können die Ausgangssubstanzen auch nicht- stöchiometrisch eingewogen werden, wobei zumindest eine
Ausgangssubstanz im Überschuss eingewogen werden kann, um eventuelle Abdampfungsverluste während der Herstellung zu kompensieren. Beispielsweise können Ausgangssubstanzen, welche Elemente der 2. Hauptgruppe umfassen, im Überschuss eingewogen werden.
Ausgangssubstanzen können aus einer Gruppe ausgewählt werden, die Elemente der 2. Hauptgruppe und deren Verbindungen,
Silizium und dessen Verbindung bzw. Verbindungen, Aluminium und dessen Verbindung bzw. Verbindungen, und/oder Lanthanoide und dessen Verbindung bzw. Verbindungen umfasst.
Dabei können Verbindungen mit zumindest einem Element der 2. Hauptgruppe aus Legierung, Hydriden, Siliziden, Nitriden, Halogeniden, Oxiden, Amiden, Aminen, Carbonaten sowie
Metallen und Mischungen dieser Verbindung ausgewählt werden. Bevorzugt werden Strontiumcarbonat und/oder Strontiumnitrid eingesetzt . Eine Siliziumverbindung kann aus Legierungen,
Siliziumnitriden, Erdalkalisiliziden, Siliziumdiimiden,
Siliziumhydriden, Siliziumoxid sowie Silizium oder Mischungen dieser Verbindung ausgewählt werden. Bevorzugt werden
Siliziumnitrid und/oder Siliziumoxid eingesetzt, die stabil, leicht verfügbar und günstig sind.
Eine Aluminiumverbindung kann aus Legierungen, Oxiden,
Nitriden sowie Aluminium und Mischungen dieser Verbindung bzw. Verbindungen ausgewählt werden. Bevorzugt werden
Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid eingesetzt, die stabil, leicht verfügbar und günstig sind.
Verbindungen aus der Gruppe der Lanthanoide, beispielsweise Verbindungen von Europium, und/oder Mn2+ und/oder Mn4+ können Oxide, Nitride, Halogenide, Hydride, Metalle oder Mischungen dieser Verbindungen und/oder Metalle ausgewählt werden.
Bevorzugt werden Europiumoxid und/oder Halogenide eingesetzt, die stabil leicht verfügbar und günstig sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im
Verfahrensschritt A) zusätzlich ein Schmelzmittel zugesetzt. Alternativ kann auch auf ein Schmelzmittel im
Verfahrensschritt A) verzichtet werden. Das Schmelzmittel kann für die Verbesserung der Kristallinität und zur
Unterstützung des Kristallwachstums des resultierenden
Leuchtstoffs eingesetzt werden. Zum anderen kann durch die Zugabe des Schmelzmittels die Reaktionstemperatur oder
Glühtemperatur herabgesetzt werden. Die Ausgangssubstanzen können mit dem Schmelzmittel homogenisiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Schmelzmittel auch nach der ersten Glühung der Mischung der Ausgangssubstanzen zugesetzt werden. Die Homogenisierung kann beispielsweise in einer Mörsermühle, einer Kugelmühle, einem Turbulentmischer, einem Pflugscharmischer oder mittels anderer geeigneter Methoden erfolgen.
Durch gezielte Veränderung der Schüttdichte und/oder durch Modifikation der Agglomeration der Mischung der Ausgangssubstanz kann die Entstehung von Nebenphasen reduziert werden. Außerdem kann die Partikelgrößenverteilung, Partikelmorphologie und die Ausbeute des resultierenden Leuchtstoffs beeinflusst werden. Die hierbei geeigneten Techniken sind beispielsweise rückstandslose Siebungen und Granulieren, gegebenenfalls unter Verwendung geeigneter Zusätze.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass durch Mischen der Ausgangssubstanzen mit entsprechenden Anteilen der Elemente in der ersten Komponente und zweiten Komponente, zumindest eine Phase hergestellt werden kann, welche den Leuchtstoff umfasst. Der Leuchtstoff kann phasenrein vorliegen oder in einer Mischung zusammen mit weiteren Phasen. Phasenrein bedeutet, dass in einer Phase nur der Leuchtstoff enthalten ist. Insbesondere sind die anderen Phasen, welche den
Leuchtstoff nicht umfassen, frei von Materialien oder
Leuchtstoffen, die zur Emission von elektromagnetischer
Sekundärstrahlung befähigt sind. Damit ist lediglich die Leuchtstoff umfassende Phase zur Emission von
elektromagnetischer Sekundärstrahlung befähigt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittieren die Phase oder Phasen, welche nicht den Leuchtstoff umfassen, keine elektromagnetische Sekundärstrahlung mit einem
Wellenlängenbereich von größer 460 nm.
Die Mischung der Ausgangssubstanzen wird auf mindestens 1300 °C unter reduzierender Atmosphäre erhitzt. Der resultierende Leuchtstoff emittiert elektromagnetische Sekundärstrahlung im roten oder tiefroten Bereich. Der Leuchtstoff weist eine hohe Stabilität, Quanteneffizienz, Konversionseffizienz und niedriges thermisches Quenching auf.
Unter reduzierender Atmosphäre kann beispielsweise eine inerte oder eine reduzierende Atmosphäre verstanden werden. Eine reduzierende Atmosphäre schließt nicht aus, dass in dieser reduzierenden Atmosphäre Sauerstoff vorhanden ist.
In dem Verfahren wird das Glühen im Verfahrensschritt B) bei einer Temperatur zwischen einschließlich 1300 °C bis 2000 °C durchgeführt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Verfahrensschritt B) bei einer Temperatur von 1400 °C bis 1700 °C, beispielsweise 1450 °C durchgeführt. Durch die
Auswahl der Temperatur kann der rot-emittierende Leuchtstoff mit einer hohen Effizienz erzeugt werden. Die Temperatur bezeichnet hier die Maximaltemperatur oder die maximale
Synthesetemperatur im Verfahrensschritt B) .
In dem Verfahren wird das Glühen im Verfahrensschritt B) mindestens einmal durchgeführt. Insbesondere kann das Glühen im Verfahrensschritt B) ein bis fünfmal, insbesondere ein bis dreimal, beispielsweise zweimal durchgeführt werden.
Mehrfaches Glühen der Ausgangssubstanzen mit oder ohne zwischengeschalteten Nachbearbeitungsprozess , wie zum
Beispiel Mahlen und/oder Sieben kann die Kristallinität oder die Korngrößenverteilung des Leuchtstoffs weiter verbessern. Weitere Vorteile können eine niedrigere Defektdichte
verbunden mit verbesserten optischen Eigenschaften des resultierenden Leuchtstoffs und/oder eine höhere Stabilität des resultierenden Leuchtstoffs sein. Nach der letzten durchgeführten Glühung kann die Mischung gemahlen und gesiebt werden .
Gelegentlich können gemäß einer Ausführungsform kurze
Temperschritte an Luft bei niedriger T < 600 °C durchgeführt werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird während des
Glühens im Verfahrensschritt B) eine Haltezeit eingehalten, die aus dem Bereich von einer Minute bis 24 Stunden
ausgewählt ist. Insbesondere ist die Haltezeit aus dem
Bereich eine Stunde bis acht Stunden, beispielsweise aus dem Bereich eine Stunde bis vier Stunden, beispielsweise zwei Stunden ausgewählt. Unter Haltezeit ist die Zeit zu
verstehen, während der die maximale Temperatur gehalten wird. Zusammen mit der Aufheiz- und Abkühlzeit ergibt die Haltezeit die gesamte Glühdauer.
Je länger in der Regel die Haltezeit ist, umso grobkörniger wird der resultierende Leuchtstoff.
Die Glühung kann in einem Tiegel beispielsweise aus Wolfram, Molybdän, Korund, Graphit oder Bornitrid erfolgen. Dabei kann der Tiegel eine Auskleidung beispielsweise aus Molybdän oder eine Auskleidung aus Saphir aufweisen. Das Glühen kann in einem gasdichten Ofen unter reduzierender Atmosphäre und/oder Inertgas, wie zum Beispiel in Wasserstoff, Ammoniak, Argon, Stickstoff oder Mischungen daraus erfolgen. Die Atmosphäre kann fließend oder stationär sein. Es kann zudem von Vorteil für die Qualität des resultierenden Leuchtstoffs sein, wenn elementarer Kohlenstoff in fein verteilter Form im Ofenraum anwesend ist. Alternativ ist es möglich, Kohlenstoff direkt in die Mischung der Ausgangssubstanzen oder Edukte zu geben. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann nach dem Verfahrensschritt B) oder C) der zusätzliche
Verfahrensschritt D) oder weitere Verfahrensschritte
durchgeführt werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Leuchtstoff nicht phasenrein und/oder verunreinigt erhalten wurde.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform folgt dem
Verfahrensschritt B) und/oder C) ein Verfahrensschritt D) . In dem Verfahrensschritt D) kann der Leuchtstoff durch chemische Nachbehandlung isoliert werden. Die Isolierung des
Leuchtstoffs kann durch Waschen in Lauge und/oder Säure erfolgen. Die Säure kann beispielsweise aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Flusssäure, organische Säuren und Mischungen daraus umfasst. Die Lauge kann aus einer Gruppe ausgewählt werden, die
Kalilauge, Natronlauge und Mischungen daraus umfasst.
Derartige Waschungen können die Effizienz erhöhen, wenn ein Leuchtstoff hergestellt wird. Des Weiteren können dadurch Nebenphasen, Glasphasen oder andere Verunreinigungen entfernt werden sowie eine Verbesserung der optischen Eigenschaften des Leuchtstoffs erreicht werden, sofern diese in der Lauge und/oder Säure löslich sind. Das gemahlene Pulver aus Verfahrensschritt B) oder C) kann weiteren Fraktionier- und Klassierschritten, wie
beispielsweise Siebung, Flotation oder Sedimentation
unterzogen werden. Es wird weiterhin ein Leuchtstoff angegeben, der mit einem Verfahren gemäß der obigen Ausführungen hergestellt ist. Dabei gelten für den Leuchtstoff alle bisher in der
Beschreibung des allgemeinen Teils dargestellten
Ausführungsformen und Definitionen, welche beim Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs beschrieben wurden.
Hier und im Folgenden wird als "Leuchtstoff" ein Stoff bezeichnet, welcher elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise absorbiert und als elektromagnetische Sekundärstrahlung in einem zumindest teilweise von der elektromagnetischen Primärstrahlung verschiedenen
Wellenlängenbereich emittiert. Der Leuchtstoff kann hier und im Folgenden auch als Konversionsmaterial bezeichnet werden.
Elektromagnetische Primärstrahlung und/oder
elektromagnetische Sekundärstrahlung können eine oder mehrere Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche in einem
infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich umfassen, insbesondere in einem Wellenlängenbereich zwischen etwa 185 nm und 900 nm, bevorzugt zwischen etwa 350 nm und 900 nm. Dabei können das Spektrum der elektromagnetischen
Primärstrahlung und/oder das Spektrum der elektromagnetischen Sekundärstrahlung schmalbandig sein, das heißt dass die elektromagnetische Primärstrahlung und/oder die
elektromagnetische Sekundärstrahlung einen einfarbigen oder annähernd einfarbigen Wellenlängenbereich aufweisen können.
Das Spektrum der elektromagnetischen Primärstrahlung und/oder das Spektrum der elektromagnetischen Sekundärstrahlung können alternativ auch breitbandig sein, das heißt, dass die
elektromagnetische Primärstrahlung und/oder die
elektromagnetische Sekundärstrahlung einen mischfarbigen
Wellenlängenbereich aufweisen können, wobei der mischfarbige Wellenlängenbereich jeweils ein kontinuierliches Spektrum oder mehrere diskrete spektrale Komponenten bei verschiedenen Wellenlängen aufweisen kann. Insbesondere ist die elektromagnetische Sekundärstrahlung breitbandig und weist eine Halbwertsbreite von größer oder gleich 100 nm auf. Gemäß einer Ausführungsform kann zumindest der Leuchtstoff elektromagnetische Primärstrahlung aus einer oder mehreren Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche vom UV- bis zum blauen Bereich konvertieren. Beispielsweise ist die
elektromagnetische Primärstrahlung durch eine Leuchtdiode oder einen Laser erzeugbar.
Hier und im Folgenden bezeichnen Farbangaben in Bezug auf emittierende Leuchtstoffe oder elektromagnetische Strahlung den jeweiligen Spektralbereich der elektromagnetischen
Strahlung, beispielsweise der elektromagnetischen
Primärstrahlung oder elektromagnetischen Sekundärstrahlung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform konvertiert zumindest der Leuchtstoff elektromagnetische Primärstrahlung, welche innerhalb eines Wellenlängenbereichs von 185 bis 600 nm, bevorzugt von 360 bis 470 nm liegt.
Gemäß einer Ausführungsform konvertiert der Leuchtstoff elektromagnetische Primärstrahlung, die zu dessen Anregung geeignet ist.
Die elektromagnetische Sekundärstrahlung des Leuchtstoffs kann ein Emissionsmaximum im Wellenlängenbereich von größer 660 nm, besonders von größer als 700 nm, beispielsweise 707 nm aufweisen. Damit weist der Leuchtstoff eine
elektromagnetische Sekundärstrahlung mit einem
Emissionsmaximum auf, welches im tiefroten Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung liegt. Zudem weist der resultierende Leuchtstoff eine hohe Effizienz auf.
Der Leuchtstoff kann ein Emissionsspektrum aufweisen, welches durch ein Emissionsmaximum von größer oder gleich 660 nm mit einer Halbwertsbreite von größer oder gleich 100 nm,
beispielsweise 110 nm gekennzeichnet ist.
Der Leuchtstoff kann gemäß einer Ausführungsform als
Nebenphase oder Hauptphase der Reaktionsprodukte oder
phasenrein vorliegen. Insbesondere liegt der Leuchtstoff als Hauptphase der Reaktionsprodukte oder phasenrein vor. Unter "Hauptphase" ist in diesem Zusammenhang ein Reaktionsprodukt zu verstehen, dass den größten Anteil bezogen auf den
Gesamtanteil aller Reaktionsprodukte aufweist. "Nebenphase" bezeichnet alle Reaktionsprodukte, die keine Hauptphase sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine erste Leuchtstoffkomponente und eine zweite
Leuchtstoffkomponente auf. Die erste Leuchtstoffkomponente umfasst oder besteht aus Aluminium, zumindest einem Element der 2. Hauptgruppe des Periodensystems und zumindest einem Element der Lanthanoide und/oder Mn2+ und/oder Mn4+ .
Insbesondere weist die erste Leuchtstoffkomponente zusätzlich Silizium auf oder besteht aus Aluminium, Silizium, zumindest ein Element der 2. Hauptgruppe und zumindest ein Element der Lanthanoide und/oder Mn2+ und/oder Mn4+ . Insbesondere umfasst oder besteht die erste Leuchtstoffkomponente aus Silizium, zumindest einem Element der 2. Hauptgruppe des
Periodensystems und zumindest einem Element der Lanthanoide und/oder Mn2+ und/oder Mn4+ . Die zweite Leuchtstoffkomponente umfasst zumindest Sauerstoff oder Stickstoff. Insbesondere umfasst die zweite Leuchtstoffkomponente zusätzlich
Stickstoff oder besteht aus Sauerstoff und Stickstoff.
Alternativ weist die erste Leuchtstoffkomponente nur
Silizium, zumindest ein Element der 2. Hauptgruppe und zumindest ein Element der Lanthanoide auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht die zweite Leuchtstoffkomponente aus Sauerstoff und Stickstoff.
Die vorstehend ausgeführten Definitionen für die erste und die zweite Komponente gelten hier entsprechend für die erste und die zweite Leuchtstoffkomponente . Dabei beziehen sich die erste und die zweite Leuchtstoffkomponente auf die
Zusammensetzung des Leuchtstoffs und nicht wie die erste und die zweite Komponente auf die Ausgangssubstanzen bzw.
Mischung der Ausgangssubstanzen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Anteile der entsprechenden Elemente (Aluminium, Silizium, etc.) in der ersten Leuchtstoffkomponente zu den Anteilen der
entsprechenden Elemente in der ersten Komponente der Mischung der Ausgangssubstanzen verschieden. Für die zweite
Leuchtstoffkomponente kann dies entsprechend gelten. Insbesondere können die Elemente der 2. Hauptgruppe durch die Elemente der Lanthanoide und/oder Mn2+ und/oder Mn4+
substituiert werden.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist der Leuchtstoff ein Emissionsmaximum bei 700 +/- 10 nm auf.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist der Leuchtstoff folgende allgemeine Zusammensetzung auf: (EAi_aLAa) 3_x (Al Sii-b) 2 (OcNi-c ) 6-y
wobei EA zumindest ein Element aus der 2. Hauptgruppe und LA zumindest ein Element aus der Gruppe der Lanthanoide und/oder Mn2+ und/oder Mn4+ ist,
wobei gilt: 0 < a ^ 1 und 0 < b ^ 1 und 0 < c ^ 1 und x -S 3 und y 6. Insbesondere ist EA Strontium und/oder La
Europium .
Insbesondere gilt für obige allgemeine Zusammensetzung folgendes: 0 < a < 1 und 0 -S b < 1 und 0 -S c < 1 und x -S 3 und y 6. Damit weist der Leuchtstoff als erste
Leuchtstoffkomponente zumindest ein Element aus der 2.
Hauptgruppe, beispielsweise Strontium und zumindest ein
Element aus der Gruppe der Lanthanoide, beispielsweise
Europium, auf.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform gilt für obige allgemeine Zusammensetzung folgendes: 0 < a < 1 und 0 < b < 1 und 0 < c < 1 und x -S 3 und y 6. Damit weist der
Leuchtstoff als erste Leuchtstoffkomponente zumindest ein Element aus der 2. Hauptgruppe, beispielsweise Strontium, zumindest ein Element aus der Gruppe der Lanthanoide, beispielsweise Europium, Aluminium und Strontium auf. Als zweite Komponente weist der Leuchtstoff Sauerstoff und
Stickstoff auf.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Zusammensetzung ( Sri_aEua) 3_x (AlbSii- b) 2 (Oc i-c) 6-y mit 0 < a < 1 und 0 < b < 1 und 0 < c < 1 und x < 3 und y 6 auf.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Zusammensetzung ( Sri_aEua) 3_x (AlbSii- b) 2 (Oc i-c) 6_y mit 0 < a < 1 und 0 < b < 1 und 0 < c < 1 und x < 3 und y 6 auf. a, b, c, x und/oder y-Werte in obigen Strukturformeln des Leuchtstoffs können gemäß einer Ausführungsform nicht
ganzzahlige Werte sein.
Dabei muss der Leuchtstoff nicht zwingend mathematisch exakte Zusammensetzung nach den obigen Formeln aufweisen. Vielmehr können sie beispielsweise ein oder mehrere zusätzliche
Dotierstoffe, sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhalten obige Formeln jedoch nur die wesentlichen Bestandteile. Möglicherweise weist der Leuchtstoff auch eine andere
Summenformel auf, die bislang noch nicht identifiziert bzw. zugeordnet werden konnte.
Gemäß zumindest einer weiteren Ausführungsform lässt sich das Röntgenpulverdiffraktogramm des Leuchtstoffes in der
kubischen Raumgruppe Pa 3 beschreiben. Der verfeinerte
Gitterparamter schwankt je nach Zusammensetzung zwischen 15,5 Ä bis 15, 9 Ä. Der beschriebene Leuchtstoff ist strukturell verwandt zu Sr3Al206 (ICSD 71860). Die kristallographischen Raumgruppen sind einem Fachmann hinreichend bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Die Raumgruppe bzw. Kristallklasse kann mittels
Röntgendiffraktometrie bestimmt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann der Leuchtstoff nicht nur als Pulver, sondern auch als Keramik oder in Glas oder einer anderen Matrix eingebettet vorliegen. Es wird weiterhin ein optoelektronisches Bauelement
angegeben, welches den Leuchtstoff umfasst, dessen
Herstellung vorangegangen beschrieben wurde, wobei das optoelektronische Bauelement einen Strahlengang der
elektromagnetischen Primärstrahlung vorsieht, wobei der
Leuchtstoff im Strahlengang angeordnet ist.
Dabei gelten für das optoelektronische Bauelement alle bisher in der Beschreibung des allgemeinen Teils dargestellten
Ausführungsformen und Definition des Verfahrens zur
Herstellung eines Leuchtstoffs und des Leuchtstoffs.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass hier unter dem Begriff "Bauelement" nicht nur fertige Bauelemente, wie beispielsweise Leuchtdioden (LEDs) oder Laserdioden zu verstehen sind, sondern auch Substrate und/oder
Halbleiterschichten, sodass beispielsweise bereits ein
Verbund einer Kupferschicht und einer Halbleiterschicht ein Bauelement darstellen und einen Bestandteil eines
übergeordneten zweiten Bauelements bilden kann, in dem beispielsweise zusätzlich elektrische Anschlüsse vorhanden sind. Das erfindungsgemäße optoelektronische Bauelement kann beispielsweise ein Dünnfilmhalbleiterchip, insbesondere ein Dünnfilmleuchtdiodenchip sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann das optoelektronische
Bauelement eine Schichtenfolge umfassen. Unter
"Schichtenfolge" ist in diesem Zusammenhang eine mehr als eine Schicht umfassende Schichtenfolge zu verstehen,
beispielsweise eine Folge einer p-dotierten und einer n- dotierten Halbleiterschicht, wobei die Schichten übereinander angeordnet sind. Die Schichtenfolge kann die
elektromagnetische Primärstrahlung emittieren, welche von dem im Strahlengang angeordneten Leuchtstoff absorbiert werden kann .
Gemäß einer Ausführungsform kann die Schichtenfolge eine Halbleiterschichtenfolge sein, wobei die in der
Halbleiterschichtenfolge vorkommenden Halbleitermaterialien nicht beschränkt sind, sofern diese zumindest teilweise
Elektrolumineszenz aufweisen. Es werden beispielsweise
Verbindungen aus den Elementen verwendet, die aus Indium, Gallium, Aluminium, Stickstoff, Phosphor, Arsen, Sauerstoff, Silizium, Kohlenstoff und Kombinationen daraus ausgewählt sind. Es können aber auch andere Elemente und Zusätze
verwendet werden. Die Schichtenfolge mit einem aktiven
Bereich kann beispielsweise auf Nitridverbindungshalbleiter- materialien basieren. "Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIni-n_mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 -S n < 1, 0 -S m < 1 und n+m < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile
aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge kann als aktiven Bereich
beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine
Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW- Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW- Strukur) aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge kann neben dem aktiven Bereich weitere funktionelle Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte
Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder
Löchertransportschichten, p- oder n-dotierte Confinement- oder Cladding-Schichten, Pufferschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Solche Strukturen den aktiven Bereich oder die weiteren funktionellen Schichten und
Bereiche betreffend sind dem Fachmann insbesondere
hinsichtlich Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Alternativ ist es möglich, eine organische Leuchtdiode (OLED) als optoelektronisches Bauelement auszuwählen, wobei
beispielsweise die von der OLED emittierte elektromagnetische Primärstrahlung durch ein im Strahlengang der
elektromagnetischen Primärstrahlung befindliches
Konversionsmaterial oder befindlichen Leuchtstoff in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung umgewandelt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Betrieb des optoelektronischen Bauelements die elektromagnetische
Primärstrahlung von der Schichtenfolge mit einem aktiven Bereich emittiert und trifft auf den Leuchtstoff, der im Strahlengang der elektromagnetischen Primärstrahlung
angeordnet ist und geeignet ist, die elektromagnetische
Primärstrahlung zumindest teilweise zu absorbieren und als elektromagnetische Sekundärstrahlung mit einem zumindest teilweise von der elektromagnetischen Primärstrahlung
verschiedenen Wellenlängenbereich zu emittieren. Gemäß einer Ausführungsform kann das optoelektronische
Bauelement neben dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff einen weiteren Leuchtstoff aufweisen, welcher eine weitere
elektromagnetische Sekundärstrahlung emittiert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann sich die gesamte elektromagnetische Sekundärstrahlung aus einer
elektromagnetischen Sekundärstrahlung, die von dem
Leuchtstoff, emittiert wird, und zumindest einer weiteren elektromagnetischen Sekundärstrahlung, die von dem weiteren Leuchtstoff, emittiert wird, zusammensetzen. Die weitere elektromagnetische Sekundärstrahlung kann eine Wellenlänge im Bereich 490 nm bis 680 nm aufweisen, z.B. 560 nm. Die
elektromagnetische Sekundärstrahlung kann ein
Wellenlängenmaximum aufweisen, die größer oder gleich 660 nm, bevorzugt größer oder gleich 700 nm, beispielsweise 705 nm ist. Der Leuchtstoff emittiert somit im roten Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung und der weitere Leuchtstoff im gelben oder grünen Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung. Prinzipiell können jegliche Leuchtstoffe als weitere Leuchtstoffe eingesetzt werden, welche zur Emission von Strahlung im gelben oder grünen Spektralbereich befähigt sind .
Das optoelektronische Bauelement weist gemäß einer weiteren Ausführungsform eine Gesamtemission auf, die sich aus
elektromagnetischer Primärstrahlung und der gesamten
elektromagnetischen Sekundärstrahlung zusammensetzt.
Insbesondere kann dabei von einem äußeren Betrachter im
Betrieb des optoelektronischen Bauelements die Gesamtemission als warmweißes Licht wahrgenommen werden.
Alternativ ist es möglich, dass neben dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff kein weiterer Leuchtstoff im optoelektronischen Bauelement vorhanden ist. Dadurch kann insbesondere bei
Betrieb des optoelektronischen Bauelements die von einem äußeren Betrachter wahrgenommene Gesamtemission als rotes oder pinkfarbiges Licht wahrgenommen werden. Dabei kann die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise oder vollständig von dem Leuchtstoff absorbiert und in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung, mit einem
Wellenlängenmaximum von größer oder gleich 660 nm konvertiert werden. Die elektromagnetische Sekundärstrahlung mit einem Anteil von 50% bezogen auf den Gesamtanteil der
elektromagnetischen Sekundärstrahlung kann ein
Wellenlängenmaximum von kleiner 660 nm aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann zumindest der
Leuchtstoff in einem Matrixmaterial eingebettet sein. Die Einbettung des Leuchtstoffs in das Matrixmaterial kann homogen oder mit einem Konzentrationsgradienten verteilt eingebettet sein. Insbesondere eignen sich als Matrixmaterial Polymere oder Keramikmaterialien oder Glas. Beispielsweise kann das Matrixmaterial ein Epoxidharz, Polymethylmetacrylat (PMMA), Polystyrol, Glas, Keramik wie YAG oder A1203,
Polycarbonat , Polyacrylat, Polyurethan oder ein Silikonharz, wie etwa Polysiloxan oder Mischungen daraus umfassen oder sein .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Leuchtstoff in einem Matrixmaterial eingebettet und als Verguss, Schicht oder Folie ausgeformt sein. Der Verguss kann beispielsweise stoffschlüssig oder eine Vergussmasse mit einer
Schichtenfolge mit einem aktiven Bereich verbunden sein. Die Vergussmasse kann dabei beispielsweise Polymermaterial sein. Insbesondere kann es sich um Epoxid oder Silikon handeln, ein methylsubstituiertes Silikon, beispielsweise
Poly (dimethylsiloxan) und/oder Polymethylvinylsiloxan, ein cyclohexylsubstituiertes Silikon, zum Beispiel
Poly (dicyclohexyl ) siloxan oder eine Kombination davon. Weiterhin kann das Matrixmaterial zusätzlich einen Füllstoff, wie beispielsweise ein Metalloxid, so etwa Titandioxid,
Siliziumdioxid, Zirkoniumdioxid, Zinkoxid, Aluminiumoxid, und/oder Glaspartikel umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Leuchtstoff als Partikel oder Keramikplättchen ausgeformt sein und zumindest teilweise die elektromagnetische Primärstrahlung streuen. Der Leucht- Stoff kann gleichzeitig als ein LeuchtZentrum, das Strahlung der elektromagnetischen Primärstrahlung teilweise absorbiert und eine elektromagnetische Sekundärstrahlung emittiert, und als Streuzentrum für die elektromagnetische Primärstrahlung ausgebildet sein. Die Streueigenschaften des Leuchtstoffs können zu einer verbesserten Strahlungsauskopplung aus dem
Bauelement führen. Die Streuwirkung kann beispielsweise auch zu einer Steigerung der Absorptionswahrscheinlichkeit von Primärstrahlung in dem Leuchtstoff führen, wodurch eine geringere Schichtdicke der Schicht, die den Leuchtstoff enthält, erforderlich sein kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das
optoelektronische Bauelement eine die Schichtenfolge mit dem aktiven Bereich umschließende Verkapselung aufweisen, wobei der Leuchtstoff im Strahlengang der elektromagnetischen
Primärstrahlung innerhalb oder außerhalb der Verkapselung angeordnet sein kann. Die Verkapselung kann jeweils als
Dünnschichtverkapselung ausgeführt sein. Gemäß einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff in direktem Kontakt mit der Strahlungsquelle. So kann die Konversion der elektromagnetischen Primärstrahlung in die elektromagnetische Sekundärstrahlung zumindest teilweise nahe der Strahlungs- quelle, beispielsweise in einem Abstand Leuchtstoff und
Strahlungsquelle von kleiner oder gleich 200 ym, bevorzugt kleiner oder gleich 50 ym erfolgen (so genannte "Chip Level Conversion" ) .
Gemäß einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff von der Strahlungsquelle beabstandet. So kann zumindest teilweise die Konversion der elektromagnetischen Primärstrahlung in die elektromagnetische Sekundärstrahlung in einem großen Abstand zur Strahlungsquelle erfolgen. Beispielsweise in einem
Abstand zwischen Leuchtstoff und Strahlungsquelle von größer oder gleich 200 ym, bevorzugt größer oder gleich 750 ym, besonders bevorzugt größer oder gleich 900 ym (so genannte "Remote Phosphor Conversion").
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den im Folgenden aus den in Verbindung mit den
Figuren näher beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Die Figuren zeigen:
Figur 1 schematisch ein ternäres Phasendiagramm des
Molenbruchverhältnisses der ersten Komponente gemäß einer Ausführungsform,
Figur 2 Emissionsspektren eines Ausführungsbeispiels,
Figur 3a Emissionsspektren von Vergleichsbeispielen,
Figur 3b Emissionsspektren eines Vergleichsbeispiels,
Figur 3c Elementarzelle eines Vergleichsbeispiels, Figur 4 ein Röntgenpulverdiffraktogramm des Leuchtstoffs gemäß einer Ausführungsform,
Figur 5 die schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Bauelements.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele AI, A2, A3 und A4 zur Herstellung des Leuchtstoffs angegeben. Die Mengen der Ausgangssubstanzen sind dabei in g angegeben. Die
Ausgangssubstanzen können anteilig oxidiert sein, d.h.
beispielsweise S13N4 oder A1N kann entsprechende Mengen oberflächenflächegebundenen Sauerstoff (O2) enthalten. Dieser zusätzliche Anteil an Sauerstoff ist nicht in den folgenden Mengenangaben der Ausgangssubstanzen berücksichtigt. Es wird in den Ausführungsbeispielen AI bis A4 Europiumoxid als Aktivator eingesetzt. Es können aber auch andere Verbindungen der Lanthanoide oder des Mangans, beispielsweise Oxide der Lanthanoide oder des Mangans in entsprechenden Mengen
eingesetzt werden.
Ausführungsbeispiel AI:
2,1 g SrC03, 44, 8 g Sr3N2, 1,2 g Si02, 12,8 g Si3N4, 0,7 g AI2O3, 7,5 g A1N und 3,5 g EU2O3 werden eingewogen und
homogenisiert. Anschließend wird die Ausgangsmischung für mehrere Stunden unter reduzierender Atmosphäre im Rohr- oder Kammerofen bei Temperaturen zwischen 1300 °C und 2000 °C geglüht. Nach anschließender Mahlung und Siebung des
Glühkuchens resultiert zumindest eine Phase, welche den
Leuchtstoff, beispielsweise als Hauptphase umfasst.
Ausführungsbeispiel A2 : 46,4 g Sr3N2, 9,3 g Si3N4, 12,3 g A1N und 3,5 g Eu203 werden eingewogen und homogenisiert. Anschließend wird die
Ausgangsmischung für mehrere Stunden unter reduzierender Atmosphäre im Rohr- oder Kammerofen bei Temperaturen zwischen 1300 °C und 2000 °C geglüht. Nach anschließender Mahlung und Siebung des Glühkuchens resultiert zumindest eine Phase, welche den Leuchtstoff, beispielsweise als Hauptphase
umfasst .
Ausführungsbeispiel A3:
46,0 g Sr3N2, 13,8 g Si3N4, 8,1 g A1N und 3,4 g Eu203 werden eingewogen und homogenisiert. Anschließend wird die
Ausgangsmischung für mehrere Stunden unter reduzierender
Atmosphäre im Rohr- oder Kammerofen bei Temperaturen zwischen 1300 °C und 2000 °C geglüht. Nach anschließender Mahlung und Siebung des Glühkuchens resultiert zumindest eine Phase, welche den Leuchtstoff, beispielsweise als Hauptphase
umfasst.
Ausführungsbeispiel A4:
59,9 g Sr3N2, 7,5 g Si3N4 und 4,5 g Eu203 werden eingewogen und homogenisiert. Anschließend wird die Ausgangsmischung für mehrere Stunden unter reduzierender Atmosphäre im Rohr- oder Kammerofen bei Temperaturen zwischen 1300 °C und 2000 °C geglüht. Nach anschließender Mahlung und Siebung des
Glühkuchens resultiert zumindest eine Phase, welche den
Leuchtstoff, beispielsweise als Hauptphase umfasst.
Die Figur 1 zeigt ein ternäres Phasendiagramm des
Molenbruchverhältnisses der ersten Komponente umfassend Silizium (Si) , Strontium (Sr) und Aluminium (AI) . Die
Dotierung mit zumindest einem Element der Lanthanoide, beispielsweise Europium und/oder Mn2+ und/oder Mn4+ ist hier nicht gezeigt. Die zweite Komponente kann als vierte
Dimension im Phasendiagramm dargestellt werden. Das O-N-
Verhältnis wird hier nicht abgebildet und kann durch die Wahl der Ausgangsstoffe eingestellt werden. Das gleichseitige Dreieck stellt die Konzentrations- oder Molenbruchebene der ersten Komponenten in der Mischung der Ausgangssubstanzen dar. Die Seiten des gleichseitigen Dreiecks bezeichnen hier den jeweiligen Molenbruch von Silizium (xSi ) , Strontium (xSr) und Aluminium (xAi ) . Die Summe der einzelnen Molenbrüche der ersten Komponente ergibt in der Summe 1 oder 100 % oder 100 mol-%. Dabei gilt die Formel: x^i + xgr + xg^ = 1. In dem ternären Phasendiagramm zeigt ein durch die Eckpunkte 1, 2, 3 und 4 aufgespanntes Viereck den Molenbruchbereich der
Mischung der Ausgangssubstanzen an, welcher zur Herstellung des Leuchtstoffs führt. Das durch die Eckpunkte A, B und C aufgespannte Dreieck zeigt den bevorzugten Molenbruchbereich für die Herstellung des Leuchtstoffs. Die Eckpunkte der viereckigen Fläche zeigen das Molenbruchverhältnis der ersten Komponente wie folgt:
1 : Si : AI Sr = 0,15 0 0, 85,
2 : Si : AI Sr = 0, 35 0 : 0, 65,
3: Si : AI Sr = 0, 35 0,2 : 0,45, und
4 : Si : AI Sr = 0,15 0,4 : 0,45.
Die Eckpunkte der dreieckigen Fläche zeigen das
Molenbruchverhältnis der ersten Komponente wie folgt:
A: Si : AI Sr = 0,175 : 0,175 : 0,65,
B: Si : AI Sr = 0,35 : 0,175 : 0,475, und
C: Si : AI Sr = 0,175 : 0,35 : 0, 475. Der erste kreisförmige Bereich im ternären Phasendiagramm markiert das Molenbruchverhältnis Si : AI : Sr = 0,3 : 0,2 : 0,5 der ersten Komponente der Mischung der
Ausgangssubstanzen, wobei die nach dem Verfahrensschritt B) erzeugte Phase aufweisend den Leuchtstoff als Hauptphase in einem Wellenlängenbereich mit einem Emissionsmaximum von größer 660 nm, beispielweise größer 700 nm emittiert. Dieses Molenbruchverhältnis (erste kreisförmige Bereich) wurde nach dem Ausführungsbeispiel A3 hergestellt. Das zugehörige
Emissionsspektrum ist in Figur 2 gezeigt.
Entsprechend, wurde der zweite kreisförmige Bereich bei Si : AI : Sr = 0,2 : 0,3 : 0,5 nach dem Ausführungsbeispiel A2 hergestellt .
Entsprechend, wurde der dritte kreisförmige Bereich bei Si : AI : Sr = 0,2 : 0 : 0,8 nach dem Ausführungsbeispiel A4 hergestellt . Ausführungsbeispiel AI ist nicht im ternären Phasendiagramm gezeigt, wobei AI in der ersten Komponente dem
Ausführungsbeispiel A3 entspricht, aber ein anderes O/N- Verhältnis aufweist. Figur 2 zeigt das Emissionsspektrum des Leuchtstoffs, wobei die Intensität I in Prozent in Abhängigkeit der Wellenlänge λ in nm dargestellt ist. Der Leuchtstoff wurde gemäß dem
Ausführungsbeispiel A3 hergestellt. Der Leuchtstoff weist vermutlich die Zusammensetzung ( Sri_aEua) 3_x (AlbSii-b) 2 (OcNi_c) 6-y mit 0 < a < 1 und 0 < b < 1 und 0 < c < 1 und x < 3 und y < 6 auf. Die Anregung mit elektromagnetischer Primärstrahlung erfolgte bei 460 nm. Aus den Emissionsspektren ist zu erkennen, dass der Leuchtstoff ein Emissionsmaximum von 707 nm mit einer Halbwertbreite von ca. 110 nm aufweist.
Figur 3a zeigt vergleichend Emissionsspektren a bis d eines Vergleichsbeispiels Sr3-xAl2+x06 : Eu2+ mit x=0,05 für a, x=0,2 für b, X=0,3 für c und x=0,4 für d, wobei die Intensität I in a.U. (arbitrary unit) in Abhängigkeit der Wellenlänge λ in nm dargestellt ist. Die Anregung erfolgte bei 365 nm. Ebenfalls zeigt diese Figur die Emissionsspektren eines
Vergleichsbeispiels Sr3-xAl2+x06 : Eu3+ mit x=0,05 für 1-a, x=0,2 für 1-b, x=0,3 für 1-c und x=0,4 für 1-d, wobei die Anregung bei 254 nm erfolgte. In der Figur sind zwei
Emissionswellenlängen genannt. Für die Eu2+-Emission (breite Bande) wurde mit 365 nm angeregt. Außerdem zeigt Figur 3a die relative Intensität in a.U. (arbitrary units) der Lumineszenz in Abhängigkeit von x des Vergleichsbeispiels Sr3_xAl2+x06 : Eu2+ . Das Emissionsmaximum des Vergleichsbeispiels Sr3_xAl2+x06 : Eu2+ liegt bei ca. 525 nm mit einer Halbwertsbreite von 70 bis 80 nm bei einer Anregung von 365 nm. Das Emissionsmaximum der Eu3+-Emission liegt gemäß Figur 3a bei ca. 590 nm. Alle diese Emissionsspektren zeigen, dass das Vergleichsbeispiels Sr3_xAl2+x06 : Eu2+ eine Emissionsmaximum von kleiner oder gleich 630 nm aufweist. Figur 3b zeigt ein Emissionsspektrum eines
Vergleichsbeispiels Sr3Al206 : Eu3+ . Das Emissionsmaximum des Vergleichsbeispiels Sr3_xAl206 : Eu3+ liegt bei ca. 590 nm.
Damit zeigt der Leuchtstoff (Figur 2) im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen ( Sri_xEux) 3AI2O6 (Figuren 3a und 3b) einen deutlich rot verschobenen Wellenlängenbereich und weist eine größere Halbwertsbreite auf. Es ist anzunehmen, dass sich eine derartige Rotverschiebung durch eine Substitution von Al-0 gegen Si-N im Leuchtstoff ergibt. Ebenso wird ein
Defizit in der Sr-Lage vermutet. Dies bedeutet, dass die Sr- Plätze im Kristallgitter nicht voll besetzt sind, so dass Leerstellen im Kristallgitter vorhanden sind.
Die Struktur des Leuchtstoffs ist gemäß einer Ausführungsform der Struktur von Sr3Al206 (Pa 3, ISCD 71860) verwandt.
Die Figur 3c zeigt die räumliche Anordnung von [AIO2O2/2 ] 66~ ~ Einheiten (links) und die Elementarzelle (rechts) des
Vergleichsbeispiels Sr3Al206 - Im Sr3Al206 liegen isolierte Ringe aus sechs [AIO2O2/2 ] 66~ _ Tetraedern vor.
Figur 4 zeigt ein Röntgenpulverdiffraktogramm des
Leuchtstoffs mit der Intensität I in % als Funktion von 2Θ in 0. Der Winkel 2Θ bezeichnet hier und im Folgenden den Winkel zwischen Strahlungsquelle, Probe und Detektor. Der
Leuchtstoff ist strukturell zu Sr3Al206 (Pa 3, ISCD 71860) verwandt. Eine Verfeinerung der Gitterparameter des
Leuchtstoffs gelingt in einer kubischen Raumgruppe Pa-3 oder Pa 3. Der Gitterparameter schwankt dabei mit der
Zusammensetzung zwischen ca. 15,5 Ä und 15,9 Ä und ist damit immer kleiner, als der Gitterparameter des
Vergleichsbeispiels, welcher einen Wert von 15,86 Ä aufweist. Figur 5 zeigt eine schematische Seitenansicht eines
optoelektronischen Bauelements am Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode (LED) . Das optoelektronische Bauelement weist eine Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich (nicht explizit gezeigt), einen ersten elektrischen Anschluss 2, einen zweiten elektrischen Anschluss 3, einen Bonddraht 4, einen Verguss 5, eine Gehäusewand 7, ein Gehäuse 8, eine Ausnehmung 9, einen Leuchtstoff 6, und ein Matrixmaterial 10 auf. Die Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich, welche den Leuchtstoff 6 umfasst, ist innerhalb des
optoelektronischen Bauelements, des Vergusses 5 und/oder der Ausnehmung 9 angeordnet. Der erste und zweite elektrische Anschluss 2, 3 sind unter der Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich angeordnet. Einen mittelbar und/oder
unmittelbar direkten elektrischen und/oder mechanischen
Kontakt weisen die Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich und der Bonddraht 4 und die Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich mit dem ersten und/oder dem zweiten
elektrische Anschluss 2,3 auf.
Weiterhin kann die Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich auf einem Träger (hier nicht gezeigt) angeordnet sein. Bei einem Träger kann es sich beispielsweise um ein Printed
Circuit Board (PCB) , ein Keramiksubstrat, eine Leiterplatte oder eine Metallplatte, z.B. Aluminiumplatte handeln.
Alternativ ist eine trägerlose Anordnung der Schichtenfolge 1 bei so genannten Dünnfilmchips möglich.
Der aktive Bereich ist zur Emission elektromagnetischer
Primärstrahlung in eine Abstrahlrichtung geeignet. Die
Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich kann
beispielsweise auf Nitridverbindungshalbleitermaterial basieren. Nitridverbindungshalbleitermaterial emittiert insbesondere elektromagnetische Primärstrahlung im blauen und/oder ultravioletten Spektralbereich. Insbesondere kann InGaN als Nitridverbindungshalbleitermaterial , welche eine elektromagnetische Primärstrahlung mit einer Wellenlänge von 460 nm aufweist, verwendet werden. Im Strahlengang der elektromagnetischen Primärstrahlung ist der Leuchtstoff 6, der wie hier gezeigt in Partikelform vorliegt und in einem Matrixmaterial 10 eingebettet ist, angeordnet. Das Matrixmaterial 10 ist beispielsweise Polymer- oder Keramikmaterial. Dabei ist der Leuchtstoff 6 unmittelbar in direktem mechanischem und/oder elektrischem Kontakt auf der Schichtenfolge 1 mit einem aktiven Bereich angeordnet. Alternativ können weitere Schichten und Materialien, wie beispielsweise der Verguss, zwischen dem Leuchtstoff 6 und der Schichtenfolge 1 angeordnet sein (hier nicht gezeigt) .
Alternativ kann der Leuchtstoff 6 mittelbar oder unmittelbar an der Gehäusewand 7 eines Gehäuses 8 angeordnet sein (hier nicht gezeigt) .
Alternativ ist es möglich, dass der Leuchtstoff 6 in einer Vergussmasse eingebettet ist (hier nicht gezeigt) und
zusammen mit dem Matrixmaterial 10 als Verguss 5 ausgeformt ist .
Der Leuchtstoff 6 konvertiert zumindest teilweise die
elektromagnetische Primärstrahlung in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung. Beispielsweise wird die elektromagnetische Primärstrahlung im blauen Spektralbereich der
elektromagnetischen Strahlung emittiert, wobei zumindest ein Teil dieser elektromagnetischen Primärstrahlung vom
Leuchtstoff 6 in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung im roten Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung konvertiert werden kann. Alternativ oder zusätzlich können weitere Leuchtstoffe vorhanden sein, welche beispielsweise eine weitere elektromagnetische Sekundärstrahlung im grünen Spektralbereich aufweisen. Die aus dem optoelektronischen Bauelement austretende Gesamtstrahlung ist eine Überlagerung aus blau emittierender Primärstrahlung und rot und grün emittierender Sekundärstrahlung, wobei die für den äußeren Betrachter sichtbare Gesamtemission warmweißes Licht ist. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2013 105 056.5 deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs umfassend die Verfahrensschritte :
A) Herstellen einer Mischung von Ausgangssubstanzen,
- wobei die Ausgangssubstanzen eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweisen,
- wobei die erste Komponente Folgendes umfasst oder daraus besteht :
- zumindest ein Element der 2. Hauptgruppe des
Periodensystems, wobei der Anteil des Elements der 2.
Hauptgruppe in der ersten Komponente größer oder gleich 45 mol-% und kleiner oder gleich 85 mol-% ist,
- Aluminium, wobei der Anteil des Aluminium in der ersten Komponente größer oder gleich 0 mol-% und kleiner oder gleich 40 mol-% ist,
- Silizium, wobei der Anteil des Silizium in der ersten Komponente größer oder gleich 0 mol-% und kleiner oder gleich 35 mol-% ist,
- zumindest ein Element der Lanthanoide und/oder Mn2+ und/oder Mn4+, wobei der Anteil des Elements der
Lanthanoide und/oder Mn2+ und/oder Mn4+ in der ersten
Komponente größer oder gleich 0,001 mol-% und kleiner oder gleich 20 mol-% ist,
- wobei die zweite Komponente Folgendes umfasst oder daraus besteht :
- Sauerstoff, wobei der Anteil des Sauerstoff in der zweiten Komponente größer oder gleich 0 mol-% und kleiner oder gleich 100 mol-% ist,
- Stickstoff, wobei der Anteil des Stickstoff in der zweiten Komponente größer oder gleich 0 mol-% und kleiner oder gleich 100 mol-% ist, B) Glühen der Mischung bei einer Temperatur von mindestens 1300 °C unter reduzierender Atmosphäre,
- wobei nach dem Verfahrensschritt B) zumindest eine oder mehrere Phasen erhalten werden,
- wobei zumindest eine Phase einen Leuchtstoff (6) umfasst,
- wobei der Leuchtstoff (6) zumindest einen Teil einer elektromagnetischen Primärstrahlung im UV- oder blauen
Bereich absorbiert und eine elektromagnetische
Sekundärstrahlung mit einem Emissionsmaximum von größer oder gleich 660 nm emittiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Anteil des Silizium in der ersten Komponente größer oder gleich 15 mol-% und kleiner oder gleich 35 mol-% ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Element der 2. Hauptgruppe aus folgender Gruppe
ausgewählt ist: Strontium, Barium, Calcium und Kombinationen daraus .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischung der Ausgangssubstanzen Hydride, Carbonate, Nitride, Oxide, Metalle, Silizide, Legierungen und
Kombinationen daraus umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Glühen im Verfahrensschritt B) ein bis fünfmal
durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während des Glühens im Verfahrensschritt B) eine Haltezeit eingehalten wird, die aus dem Bereich von 1 Minute bis 24 Stunden ausgewählt ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem auf einen Verfahrensschritt C) folgenden
Verfahrensschritt D) die Phase oder Phasen in Lauge und/oder Säure gewaschen werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Verfahrensschritt A) zusätzlich zumindest ein
Schmelzmittel zugesetzt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Phase oder Phasen, welche nicht den Leuchtstoff umfassen, keine elektromagnetische Sekundärstrahlung mit einem
Wellenlängenbereich von größer oder gleich 460 nm emittieren.
10. Leuchtstoff, der mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist.
11. Leuchtstoff nach Anspruch 10, welcher eine erste
Leuchtstoffkomponente und eine zweite Leuchtstoffkomponente umfasst,
wobei die erste Leuchtstoffkomponente Folgendes umfasst oder daraus besteht:
zumindest ein Element der 2. Hauptgruppe des
Periodensystems ,
- Aluminium und/oder Silizium, und
zumindest ein Element der Lanthanoide und/oder Mn2+ und/oder Mn4+,
wobei die zweite Leuchtstoffkomponente zumindest Sauerstoff und/oder Stickstoff umfasst,
wobei der Leuchtstoff dazu eingerichtet ist zumindest einen Teil einer elektromagnetischen Primärstrahlung im UV- oder blauen Bereich zu absorbieren und eine elektromagnetische Sekundärstrahlung mit einem Emissionsmaximum von größer oder gleich 660 nm zu emittieren.
12. Leuchtstoff nach Anspruch 11, wobei die erste
Leuchtstoffkomponente ausschließlich aus Silizium, zumindest ein Element der 2. Hauptgruppe und zumindest ein Element der Lanthanoide besteht und/oder die zweite Leuchtstoffkomponente aus Sauerstoff und Stickstoff besteht.
13. Leuchtstoff nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 12, welcher folgende allgemeine Zusammensetzung aufweist:
(EAi_aLAa) 3_x (AlbSii-b) 2 (OcNi -c ) 6-y
wobei EA zumindest ein Element aus der 2. Hauptgruppe und LA zumindest ein Element aus der Gruppe der Lanthanoide und/oder Mn2+ und/oder Mn4+ ist,
wobei gilt: 0 < a ^ 1 und 0 < b ^ 1 und 0 < c ^ 1 und x -S 3 und y < 6.
14. Leuchtstoff nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 13, welcher ein Emissionsmaximum von größer oder gleich 660 nm mit einer Halbwertsbreite von größer oder gleich 100 nm aufweist .
15. Leuchtstoff nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 14, welcher sich mit einer Raumgruppe Pa 3 der kubischen
Kristallklasse beschreiben lässt, wobei der Leuchtstoff einen Gitterparameter aus einem Bereich von 15,5 Ä bis 15,9 Ä aufweist .
16. Optoelektronisches Bauelement aufweisend einen
Leuchtstoff nach einem der Ansprüche 10 bis 15 oder einen Leuchtstoff, welcher aus dem Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 9 erzeugbar ist, wobei das optoelektronische Bauelement einen Strahlengang der elektromagnetischen Primärstrahlung vorsieht, wobei der Leuchtstoff (6) im Strahlengang angeordnet ist.
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