WO2018041675A1 - Leuchtstoff, verwendung eines leuchtstoffs und verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs - Google Patents

Leuchtstoff, verwendung eines leuchtstoffs und verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs Download PDF

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WO2018041675A1
WO2018041675A1 PCT/EP2017/071151 EP2017071151W WO2018041675A1 WO 2018041675 A1 WO2018041675 A1 WO 2018041675A1 EP 2017071151 W EP2017071151 W EP 2017071151W WO 2018041675 A1 WO2018041675 A1 WO 2018041675A1
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phosphor
inclusive
radiation
wavelength
formula
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Application number
PCT/EP2017/071151
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Inventor
Daniel Bichler
Mark VORSTHOVE
Stephanie Dirksmeyer
Original Assignee
Osram Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/10—Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of electroluminescent light sources
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • C09K11/77744—Aluminosilicates

Definitions

  • the invention relates to a phosphor. Furthermore, the invention relates to the use of a phosphor. Furthermore, the invention relates to a method for producing a
  • LEDs Light-emitting diodes
  • phosphors are used, which are set up for wavelength conversion. Particularly interesting are red emitting phosphors. Almost all previously existing red-emitting phosphors are based on
  • Europium or manganese as phosphor centers for example (Sr, Ca, Ba) 2 AlSiN 3 : Eu, (Sr, Ca) AlSiN 3 : Eu or K 2 SiF 6 : Mn.
  • Cooldowns mean that the phosphors after their
  • An object of the invention is a phosphor
  • Another object is to provide a simple method for producing a phosphor and its use for wavelength conversion. These tasks are performed by a fluorescent with the
  • the phosphor has the formula (RE a Cai_ a _ b b Ce) 3 (Al c Mgi_ c) 2 (Al d Sii_ d) 3O12.
  • RE is at least one element of the rare earths, O ⁇ a ⁇ l, b> 0, a + b ⁇ 1, 0 ⁇ c ⁇ 1, 0 ⁇ d ⁇ 1 and c + d> 0.
  • the phosphor has a cubic crystal system with the space group I'm off.
  • Wavelength conversion substance ie a material that is adapted for the absorption and emission of electromagnetic radiation.
  • the phosphor absorbs radiation having a smaller wavelength maximum than the
  • RE Fluorescent radiation from the red spectral range of the electromagnetic spectrum.
  • RE can be yttrium (Y), lutetium (Lu), gadolinium (Gd) and / or terbium (Tb, where 0 ⁇ a ⁇ 1, a + b ⁇ 1, 0 ⁇ c ⁇ 1, 0 ⁇ d ⁇ 1 and c + d> 0.
  • Spectral range here means in particular a radiation with a dominant wavelength of greater than 575 nm.
  • the phosphor is adapted to emit radiation from the red spectral region of the electromagnetic spectrum, where 0 ⁇ c ⁇ 1 and 0 ⁇ d ⁇ 1.
  • a red-emitting wavelength conversion substance can be provided that a cubic Crystal grid with the space group
  • the phosphor has further elements in the form of impurities, for example
  • Impurities taken together preferably have at most one part by weight in the phosphor of at most 0.1 »or 10 ppm.
  • RE is at least one element of the rare earths.
  • RE comprises two or more than two rare earths.
  • RE is yttrium, lutetium, gadolinium and / or terbium. Particularly preferred is RE Y and / or Lu.
  • 0 -S a -S 1. a denotes the proportion of RE to which the lattice sites of
  • a is greater than 0 and less than 1, in particular between greater than 0.33 and less than 1, for example 0.64 or 0.6667.
  • the phosphor has cerium. The proportion of cerium to which the lattice sites of
  • b is between 0.001 and 0.3, for example 0.05.
  • Cer acts here as an activator or dopant.
  • RE can also act as activator or dopant.
  • the activator can install itself in the crystal lattice.
  • a charge compensation is usually necessary.
  • the charge compensation can especially by the ratio of the other elements.
  • cerium is present in the oxidation state +3.
  • the phosphor By doping the phosphor with cerium, it has a short cooldown.
  • the phosphor can therefore achieve high luminance.
  • the decay times of manganese-doped phosphors or europium-doped phosphors are in the
  • the phosphor comprises calcium. This is especially the case when the sum of the proportions of RE and cerium is less than 1.
  • the phosphor has magnesium.
  • Mg0 6 octahedra are in the
  • the lattice sites of magnesium may be partially replaced by aluminum.
  • the proportion of aluminum at the lattice sites of magnesium here denoted as c, ⁇ 0 and -S 1.
  • c has a value between 0 and 1 on.
  • the lattice sites of magnesium can at least partially pass through
  • the phosphor Si0 4 tetrahedron Preferably, the silicon lattice sites are at least partially replaced by aluminum.
  • the proportion of aluminum at the silicon lattice sites is denoted here by a d and is preferably ⁇ 0 and -S 1.
  • d has a value of greater than 0 and less than 1.
  • the lattice sites of the silicon may be at least partially replaced by aluminum.
  • the phosphor Mg0 has 6- octahedron and Si0 4 tetrahedra, wherein at least
  • the phosphor comprises a cubic crystal system.
  • the cubic crystal system has all space groups, which in four different directions each have a threefold rotary or
  • the phosphor has the following empirical formula: (Yo, 33Luo, 3iCao, 33Ceo, o2) 3 (Mg 0 , 75 Al 0 , 25) 2 (Al 0 , 16666 Si 0 , 8333) 3O 12 or
  • the parameters a, b, c and / or d can each have a tolerance of 10 3% or 1% of the values described above.
  • the lattice constant a of the cubic crystal system of the phosphor is between 11.8 angstroms and 12.3 angstroms, preferably between 11.9 angstroms and 12.1 angstroms.
  • c 0
  • d 0
  • a 0
  • the phosphor has a dominant wavelength of greater than 575 nm, preferably greater than 580 nm.
  • the dominant wavelength is the monochromatic wavelength which produces the same color impression as a polychromatic light source.
  • the Dominance wavelength is therefore the wavelength of the
  • the dominant wavelength in the red spectral range is at smaller wavelengths than the wavelength of maximum intensity.
  • Centroid wavelength greater than 600 nm with a
  • centroid length also called centroid wavelength
  • the phosphor described herein preferably exhibits a broad emission band with a dominant wavelength greater than 575 nm and a centroid wavelength greater than 600 nm with a half-width greater than 125 nm.
  • the device absorbs
  • the phosphor has an absorption maximum between 450 and 470 nm in the range of 400 nm and 550 nm.
  • the phosphor can have broad absorption bands around the wavelengths of the absorption maxima at 310 nm and 460 nm. In particular, the broad absorption behavior at around 460 nm is optimal for the application of this phosphor in conversion LEDs.
  • the phosphor has a Stokes shift of at least 150 nm. This is compared to the previously known cerium-activated Phosphors with a garnet structure surprising. The Stokes shift was determined by the difference between the absorption maximum (reflection minimum in the blue
  • the Stokes shift is defined here as the
  • the invention further relates to the use of the phosphor as a wavelength conversion substance.
  • the phosphor described here is preferably used as the wavelength conversion substance in an optoelectronic component.
  • Laser diodes but also substrates and semiconductor layers, so that, for example, already a composite of a
  • Copper layer and a semiconductor layer is a component represent and form part of a parent second component in which, for example, additional electrical connections are available.
  • the optoelectronic component is preferably a thin-film semiconductor chip, in particular a thin-film light-emitting diode chip.
  • this includes
  • Layer sequence may be a sequence of a p-doped and an n-doped semiconductor layer, wherein the layers are arranged one above the other.
  • the layer sequence can
  • the layer sequence may be a semiconductor layer sequence of a semiconductor chip.
  • the semiconductor layer sequence of the semiconductor chip is based
  • the semiconductor material is preferably a
  • Nitride compound semiconductor material such as Al n In ] __ n _ m Ga m N or to a phosphide compound semiconductor material such as
  • electromagnetic radiation is emitted by the semiconductor layer sequence and impinges on the phosphor which is arranged in the beam path of the radiation emitted by the semiconductor chip.
  • the radiation is absorbed by the phosphor, which in turn emits radiation, usually with a longer wavelength.
  • the phosphor emits radiation from the red wavelength range and the semiconductor chip radiation from the blue
  • the optoelectronic component may have, in addition to the phosphor according to the invention, a further phosphor, for example a garnet, a nitride and / or orthosilicate.
  • a further phosphor for example a garnet, a nitride and / or orthosilicate.
  • the phosphor can be embedded in a matrix material.
  • the phosphor is embedded in a matrix material as
  • the potting may for example be cohesively or a potting compound with a layer sequence connected to an active area.
  • the potting compound may be, for example, a polymer material. In particular, it may be epoxy or
  • Silicone such as a methyl-substituted silicone, for example polydimethylsiloxane and / or
  • Polymethylvinylsiloxane a cyclohexyl substituted silicone, e.g. Polydicylohexylsiloxane or a combination thereof.
  • the matrix material may comprise further fillers, for example metal oxides, such as Titanium dioxide, silica, zirconia, zinc oxide,
  • the phosphor can be formed as a particle or ceramic plate and at least partially scatter the radiation emitted by the semiconductor chip.
  • the phosphor can simultaneously be used as a light center, which partially absorbs the radiation of the radiation emitted by the semiconductor chip and emits a further radiation and is formed as a scattering center for the radiation emitted by the semiconductor chip.
  • the scattering properties of the phosphor can lead to a
  • the scattering effect can, for example, also increase the absorption probability from that of the
  • Semiconductor chip emit radiation emitted in the phosphor, whereby a smaller layer thickness of the layer containing the phosphor may be required.
  • Encapsulation may in particular be a thin-layer encapsulation.
  • the phosphor is in direct contact with the radiation source, that is the
  • Phosphor emitted at least partially near 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 (so-called chip level conversion).
  • the phosphor is spaced from the radiation source.
  • Radiation into the radiation converted by the phosphor at a large distance from the radiation source for example, at a distance between the 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).
  • the phosphor is used in high power white LEDs.
  • the phosphors used at high power densities of the stimulating blue to green primary radiation high
  • cerium-doped phosphors described here can be generated at high power densities of the exciting primary radiation high luminances of converted radiation.
  • the phosphor is used in a laser active remote phosphor application (LARP).
  • LRP laser active remote phosphor application
  • LARP is well known to those skilled in the art and therefore will not be discussed further here.
  • the phosphor has a Stokes shift of at least 150 nm.
  • this phosphor described here has a high red shift and a high Stokes shift.
  • the red shift represents a significant advantage over z.
  • yellow-green emitting garnet phosphors such as Y 3 Al 5 O 1 2 or LU 3 Al 5 O 1 2 is.
  • the high Stokes shift is compared to all garnet phosphors with high red shift advantage, such as CaLu2Mg2Si30i2.
  • the phosphor according to the invention is the only one
  • Stokes shift phosphors such as europium or manganese doped phosphors, can be provided
  • the phosphor described here exhibits a high Stokes shift.
  • the main difference to the comparative example is the addition of aluminum.
  • the inventors have recognized that the introduction of aluminum into the lattice sites of silicon or magnesium can increase the Stokes shift.
  • Previously known aluminum-containing garnet phosphors have a lower Stokes shift.
  • the phosphor described here shows a high Stokes shift of more than 150 nm.
  • the phosphor described here shows a high Absorbance efficiency at 460 nm compared to the comparative example, approximately at 475 nm
  • Components which are preferably in the blue spectral range, especially in the wavelength range from 440 to 460 nm
  • the invention further relates to a method for producing a phosphor.
  • a method for producing a phosphor Preferably, with the here
  • the method for producing a phosphor having the formula (RE a Cai- a - b Ce b ) 3 (Mgi_ c Al c ) 2 (Al d Si- d ) 3 O 12, where RE is at least one element of the rare earths , 0 ⁇ a ⁇ 1, b> 0, a + b ⁇ 1, 0 ⁇ c ⁇ 1, 0 ⁇ d -S 1 and c + d> 0, the steps are:
  • the proportion of the starting materials based on the total amount of the mixture has the following compositions:
  • Ce0 2 is between 0.8% and 1.8% inclusive, CaO is between 8% inclusive and 10% inclusive, and the total is 100% in total.
  • a mixture of Y 2 O 3 RE2O 3 and LU2O 3 wherein the proportion of Y 2 O 3 between
  • the process is carried out as a solid-state reaction or sol-gel process.
  • the inventors have found that by mixing the starting materials with the corresponding proportions of
  • Elements can be provided a phosphor that emits red and has high efficiency and emission stability.
  • oxides such as RE 2 O 3, CeO 2 , MgO, CaO, SiO 2 , carbonates such as MgCO 3, hydroxides such as Ca (OH) 2 or nitrates such as RE (03) 3 are mixed as starting materials.
  • the starting materials described here are examples and are not intended to be limiting.
  • the starting materials be annealed.
  • the annealing may take place at a temperature greater than 1200 ° C.
  • the annealing preferably takes place in process step C at a temperature between
  • the annealing is at a temperature of or above 1300 ° C
  • the annealing can be carried out under a reducing atmosphere.
  • 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 reducing atmosphere may be a
  • Nitrogen or a noble gas atmosphere such as an argon atmosphere.
  • Process step C are performed at least once.
  • the glow can also be one to five times,
  • the annealing can in a crucible, for example, tungsten, corundum, Platinum or graphite done.
  • the crucible may have a lining, for example of molybdenum or a lining of sapphire.
  • the annealing can in a gas-tight furnace under reducing atmosphere and / or inert gas such. B. in hydrogen, ammonia, argon, nitrogen or
  • the atmosphere can be fluid or stationary. It may also be beneficial to the quality of the resulting phosphor if more elemental
  • Carbon is present in finely divided form in the furnace chamber. Alternatively, it is possible to add carbon directly into the mixture of starting materials.
  • the phosphor After annealing, the phosphor can be cooled.
  • the phosphor can be subjected to a post-treatment.
  • the isolation of the phosphor can be carried out by washing in brine and / or by acid.
  • acid may be selected 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 consisting of potassium hydroxide,
  • Washes can increase the efficiency when making a phosphor.
  • by-phases, glass phases or other impurities can be removed, as well as an improvement of the optical properties of the
  • Fluorescent can be achieved.
  • the phosphor can further fractionation and Klassier suitsen, such as
  • a flux or flux is added to the process.
  • Fuming agent may be, for example, boric acid,
  • Erdalkaliborate or fluorides such as cryolites act.
  • the fluxes can improve crystal growth.
  • the preparation takes place as a solid-state reaction.
  • the starting substances are weighed in and mixed.
  • the mixing can be done for example with a ball mill, an asymmetric centrifuge or with a tumble mixer.
  • the mixture can be in one
  • Crude for example, alumina or platinum, are transferred and then heated at a temperature greater than 1200 C °.
  • the exact temperature depends on the starting materials.
  • the heating can be carried out for several hours under reducing atmosphere.
  • the product can optionally be ground afterwards. The heating and
  • the phosphor can also be prepared by sol-gel method.
  • the appropriate starting materials are weighed and dissolved in an acidic environment, such as citric acid or nitric acid.
  • the sol-gel process can take different steps
  • Fluorescent quality may require additional washes
  • washes can be made by HCl (1-6 mol / l) for one to 12 hours to
  • the described phosphor are prepared as follows.
  • the starting materials are mixed with the following proportion by weight
  • Mixing can be done with an asymmetric centrifuge
  • the mixture can then be transferred in a corundum crucible with a cover plate and placed in an oven.
  • the furnace may have a reducing atmosphere of 4 percent hydrogen in nitrogen (4% forming gas, 240 rpm).
  • the mixture can reach 1,350 C °
  • Phosphor powder are decanted from the acid.
  • Phosphor be added.
  • the phosphor can be mixed with this acid and then settles
  • the acid is decanted off and 100 ml of deionized water are added.
  • the phosphor is mixed with the water and it is waited ten minutes until it sediments. The supernatant can then be decanted off.
  • the phosphor is filtered in vacuo and washed with deionized water. Thereafter, the phosphor is dried at 50 C ° for at least two hours.
  • FIG. 1 shows an X-ray diffraction powder diffractogram of a phosphor described here
  • FIG. 2A shows the crystal structure of an embodiment
  • FIG. 2B is crystallographic data of one described herein
  • FIG. 3 shows the Stokes shift
  • FIGS. 4A and 4B each show an emission spectrum of
  • FIGS. 5A and 5B show reflectivity curves according to FIG.
  • FIGS. 6A and 6B each show a schematic side view of an optoelectronic component according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows an X-ray powder diffractogram of FIG
  • Embodiment 1 Phosphor (YLuCa 0 , 94Ce 0 , o6) (gi, 5Al 0 , 5) (Al 0 , sSi2,5) Oi2, which is referred to here and below as Embodiment 1. It is the relative intensity I in arbitrary units aU as a function of the diffraction angle ° 2 ⁇ under
  • the curve provided with the reference I indicates a
  • the obtained X-ray diffraction powder diffractogram I was analyzed by Rietveld analysis. In the Rietveld method, the Crystal structure varies until the calculated diffractogram agrees best with the measured diffractogram. The structure of Y 3 Al 5 O 12 was used as the basis for the Rietveld process. The diagram provided with the reference symbol II corresponds to the calculated one
  • Embodiment 1 The reference numeral III
  • FIG. 2A shows the crystal structure of
  • Embodiment 1 The MgC> 6 octahedra and S1O4 tetrahedra are shown.
  • the lattice sites of Mg06 octahedral magnesium are partially replaced by aluminum.
  • the lattice sites of silicon of the Si04 tetrahedra are partially replaced by aluminum.
  • the crystallographic layer marked by a white ball is shared by yttrium, lutetium, calcium and cerium.
  • the crystal structure is cubic.
  • FIG. 2B shows the data of the Rietveld refinement and the most important crystallographic data of the
  • FIG. 2B mean: C crystal system that is cubic (here abbreviated as cub). S space group, L grid parameters in Angström,
  • Figure 2B shows the crystallographic locations designated-by-Wykoff positions, here referred to as the corresponding atoms, designated here by A, and their coordinates in the unit cell.
  • A crystallographic locations designated-by-Wykoff positions
  • d denotes the distance
  • N the number of corresponding symmetry-equivalent atoms A2, which are at the same distance from each other.
  • FIG. 3 shows the Stokes shift ⁇ of FIG.
  • the first two comparative examples VI and V2 are commercially available.
  • the comparative examples V3 and V4 can by means of
  • Solid state reaction can be produced. It can
  • divalent oxides are used as starting materials, which are heated in an oven and annealed under a reducing atmosphere at a temperature of greater than 1200 C ° for two to eight hours.
  • X m ax here means the main peak of the blue absorption wavelength and acen here means the
  • Centroid wavelength Centroid wavelength. From the table of Figure 3 is to recognize that the embodiment AI has the largest Stokes shift compared to the comparative examples VI to V4, ie a Stokes shift greater than 150 nm.
  • FIGS. 4A and 4B each show an emission spectrum according to an embodiment and a comparative example. It is in each case the relative intensity I r in percent in
  • the curve with the reference character I is the comparative example Y 3 Al 5 O 2 Ce: and the curve with the reference symbol II is the embodiment 1.
  • the phosphor according to the invention shows a strong red shift.
  • FIG. 4B shows the emission spectrum of the
  • Embodiment 1 The phosphor was excited here with an excitation wavelength of 460 nm.
  • Wavelength maximum here is greater than 575 nm.
  • FIGS. 5A and 5B show a reflectivity curve of an exemplary embodiment and / or a comparative example.
  • the reflectivity R is shown in percent as a function of the wavelength ⁇ in nm.
  • the reference I shows the comparative example CaLu2Mg2Si30i2, the embodiment 1 is shown by the reference II. From the
  • Reflectivity curves can be seen that the reflectivity for the embodiment 1 has a minimum at 460 nm and thus can be used excellently for blue-emitting conversion LEDs. In comparison, this shows
  • the optimum range that should be provided for blue-emitting LEDs is here the range at a wavelength of 440 nm to 460 nm, which is marked in Figure 5B by two vertical bars is.
  • FIGS. 6A and 6B each show a schematic
  • the device 100 comprises a housing 20 in connection with a carrier substrate 15.
  • the housing may be a ceramic or a heat or
  • radiation-resistant plastic include. In a
  • the semiconductor chip 10 emits
  • the sides of the recess 25 are chamfered here and can
  • the semiconductor chip 10 can via electrically conductive terminals 30, 31 and a
  • Bonding wire 32 are energized.
  • the component 100 has a conversion element 61.
  • the conversion element 61 comprises the one described here
  • the conversion element 61 is arranged directly on the radiation exit surface of the semiconductor chip 10.
  • a potting 50 can be introduced in the recess be.
  • the potting 50 may be, for example, a silicone.
  • the potting 50 can project beyond the housing 20 and additionally be shaped as a lens 70.
  • the phosphor 60 is formed as a particle and within the recess 25 in the potting 50th
  • the embedding of the phosphor 60 may be homogeneous or inhomogeneous. Furthermore, the phosphor 60 may also be embedded in the encapsulant 50 with a concentration gradient. The phosphor 60 may also be further processed as a ceramic.
  • the semiconductor chip 10 is potted in this example with a potting 50, wherein the potting 50 may again optionally have a lens.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoff (1) mit der Formel (RE a Ca 1-a-b Ce b ) 3 (Mg 1-c Al c ) 2 (Al d Si 1-d ) 3 O 12, wobei RE zumindest ein Element der seltenen Erden, 0 ≤ a ≤ 1, b > 0, a + b ≤ 1, 0 ≤ c ≤ 1, 0 ≤ d ≤ 1 und c + d > 0 ist, wobei der Leuchtstoff ein kubisches Kristallsystem mit der Raumgruppe Ia 3̅d aufweist.

Description

Beschreibung
Leuchtstoff, Verwendung eines Leuchtstoffs und Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs
Die Erfindung betrifft einen Leuchtstoff. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines Leuchtstoffs. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
Leuchtstoffs .
In optoelektronischen Bauelementen, wie beispielsweise
Leuchtdioden (LEDs) , werden Leuchtstoffe eingesetzt, die zur Wellenlängenkonversion eingerichtet sind. Interessant sind vor allem Rot emittierende Leuchtstoffe. Fast alle bislang existierenden Rot emittierenden Leuchtstoffe basieren auf
Europium oder Mangan als LeuchtstoffZentren, beispielsweise (Sr, Ca, Ba) 2 AlSiN3 :Eu, (Sr, Ca) AlSiN3:Eu oder K2SiF6:Mn.
Diese Leuchtstoffe weisen allerdings den Nachteil auf, dass sie eine sehr lange Abklingzeit aufweisen. Lange
Abklingzeiten bedeuten, dass die Leuchtstoffe nach ihrer
Anregung in einen angeregten Zustand nur sehr langsam in den Grundzustand unter Emission von roter Strahlung zurückfallen. Damit kommt es bei einer hohen Anregungsleistung zu einer schnellen Sättigung der LeuchtstoffZentren und zu
Quenchingeffekten, die die Effizienz der Leuchtstoffe
vermindern. Im Vergleich zu Europium- oder Mangan-dotierten Leuchtstoffen weisen Cer-dotierte Leuchtstoffe
vergleichsweise kurze Abklingzeiten auf. Daraus resultiert eine deutlich langsamere Sättigung der LeuchtstoffZentren und eine deutlich höhere Effizienz von Cer-dotierten
Leuchtstoffen bei hoher Anregungsleistung. Dies ist
insbesondere für Anwendungen im High Power-Bereich, also bei Anwendungen mit einer Leistungsdichte ab 1 Watt pro Quadratmillimeter interessant. Allerdings gibt es bislang nur sehr wenige Cer-dotierte Rot emittierende Leuchtstoffe.
Nach Kenntnis der Erfinder sind nur wenige Cer-dotierte rote Festkörperleuchtstoffe in der Literatur bekannt. Bekannt ist ein Leuchtstoff der Formel Lu2CaMg2 (Si, Ge) 3O12 : Ce, der Licht bei einem Emissionsmaximum von 605 nm emittiert (Setlur, A. A. et al., Chem. Mater. 2006, 18, 3314 bis 3322;
US 7,094,362 B2) . Bekannt ist auch ein Rot emittierender Leuchtstoff der Formel Sr6 (Y1--xCex) 2A14°15 (0,1 < x < 0,2) mit einem Maximum der Emissionsstrahlung von etwa 600 nm (Kawano Y. et al . , Optical Materials Express 2014, 4, 1770) . Ein weiterer bekannter Rot emittierender Leuchtstoff folgt der Formel CaSi 2:Ce und weist ein Emissionsmaximum von etwa 625 nm auf (R. Le Toquin et al . , Chemical Physics Letters 2006, 423, 352 bis 356) .
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Leuchtstoff
bereitzustellen, der eine effiziente Emission aufweist und mit dem sich hohe CRI-Werte in einer Konversionslösung erzielen lassen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs und deren Verwendung zur Wellenlängenkonversion anzugeben. Diese Aufgaben werden durch einen Leuchtstoff mit den
Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren zur
Herstellung eines Leuchtstoffs mit den Merkmalen des
Anspruchs 15 sowie durch die Verwendungsansprüche 13 und 14 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sowie Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Formel (REaCai_a_bCeb) 3 (Mgi_cAlc) 2 (AldSii_d) 3O12 auf . Dabei ist RE zumindest ein Element der seltenen Erden, O ^ a ^ l, b > 0, a + b < 1, 0 < c < 1, 0 < d < 1 und c + d > 0. Der Leuchtstoff weist ein kubisches Kristallsystem mit der Raumgruppe Ia3d auf .
Leuchtstoff bezeichnet hier und im Folgenden einen
Wellenlängenkonversionsstoff, also ein Material, das zur Absorption und Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Der Leuchtstoff absorbiert insbesondere Strahlung, die ein kleineres Wellenlängenmaximum als das
Emissionsmaximum aufweist und emittiert Strahlung mit einem in Richtung Rot verschobenen Emissionsmaximum.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform emittiert der
Leuchtstoff Strahlung aus dem roten Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums. Alternativ oder zusätzlich kann RE Yttrium (Y) , Lutetium (Lu) , Gadolinium (Gd) und/oder Terbium (Tb sein, wobei gilt: 0 < a < 1, a + b < 1, 0 < c < 1, 0 < d < 1 und c + d > 0. Strahlung aus dem roten
Spektralbereich meint hier insbesondere eine Strahlung mit einer Dominanzwellenlänge von größer als 575 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff dazu eingerichtet, Strahlung aus dem roten Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums zu emittieren, wobei gilt: 0 < c < 1 und 0 < d < 1.
Die Erfinder haben erkannt, dass durch einen Leuchtstoff mit der Formel (REaCai_a_bCeb) 3 (Mgi_cAlc) 2 (AldSii_d) 30i2 ein Rot emittierender Wellenkonversionsstoff bereitgestellt werden kann, der ein kubisches Kristallgitter mit der Raumgruppe
Ia3d aufweist und kürzerwellige Strahlung effizient in den roten Spektralbereich konvertiert. Es ist möglich, dass der Leuchtstoff weitere Elemente etwa in Form von Verunreinigungen aufweist, wobei diese
Verunreinigungen zusammengenommen bevorzugt höchstens einen Gewichtsanteil in dem Leuchtstoff von höchstens 0,1 » oder 10 ppm aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist RE zumindest ein Element der seltenen Erden. Vorzugsweise umfasst RE zwei oder mehr als zwei seltene Erden. Vorzugsweise ist RE Yttrium, Lutetium, Gadolinium und/oder Terbium. Besonders bevorzugt ist RE Y und/oder Lu .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt 0 -S a -S 1. a bezeichnet den Anteil an RE zu dem die Gitterplätze des
Kalziums durch RE ersetzt sind. Bevorzugt ist a größer als 0 und kleiner als 1, insbesondere zwischen größer als 0.33 und kleiner 1, beispielsweise 0.64 oder 0.6667. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff Cer auf. Der Anteil an Cer zu dem die Gitterplätze des
Kalziums ersetzt sind, ist mit b symbolisiert, b ist größer als 0. Mit anderen Worten ist der hier beschriebene
Leuchtstoff zwingend Cer-dotiert oder weist Cer auf.
Vorzugsweise ist b zwischen 0,001 und 0,3, zum Beispiel 0,05.
Cer wirkt hier als Aktivator oder Dotierstoff. Alternativ oder zusätzlich kann RE auch als Aktivator oder Dotierstoff wirken. Der Aktivator kann sich dabei in das Kristallgitter einbauen. Bei Substitution von zweiwertigen Elementen durch dreiwertige Elemente beispielsweise Cer3+ ist die
Ladungsneutralität nicht gegeben. Daher ist in der Regel eine Ladungskompensation nötig. Die Ladungskompensation kann insbesondere durch das Verhältnis der anderen Elemente erfolgen. Vorzugsweise liegt Cer mit der Oxidationsstufe +3 vor . Durch die Dotierung des Leuchtstoffs mit Cer weist dieser eine kurze Abklingzeit auf. Damit ist es möglich, diesen Leuchtstoff mit einer Strahlungsquelle anzuregen, ohne dass es zu einer schnellen Sättigung der LeuchtstoffZentren und den damit verbundenen Quenching-Verlusten kommt. Mit dem Leuchtstoff lassen sich daher hohe Leuchtdichten erzielen. Beispielsweise sind die Abklingzeiten von Mangan-dotierten Leuchtstoffen oder Europium-dotierten Leuchtstoffen im
Vergleich hierzu um bis zu sechs Größenordnungen langsamer. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff Kalzium auf. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Summe der Anteile an RE und Cer kleiner als 1 ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff Magnesium auf. Vorzugsweise sind Mg06~Oktaeder in dem
Leuchtstoff vorhanden. Die Gitterplätze des Magnesiums können teilweise durch Aluminium ersetzt sein. Insbesondere ist der Anteil an Aluminium an den Gitterplätzen des Magnesiums, hier als c bezeichnet, ^ 0 und -S 1. Vorzugsweise weist c einen Wert zwischen 0 und 1 auf. Mit anderen Worten können die Gitterplätze des Magnesiums zumindest teilweise durch
Aluminium ersetzt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff Si04~Tetraeder auf. Vorzugsweise sind die Silizium- Gitterplätze zumindest teilweise durch Aluminium ersetzt. Der Anteil an Aluminium an den Silizium-Gitterplätzen wird hier mit einem d bezeichnet und ist vorzugsweise ^ 0 und -S 1. Insbesondere weist d einen Wert von größer als 0 und kleiner als 1 auf. Mit anderen Worten können die Gitterplätze des Siliziums zumindest teilweise durch Aluminium ersetzt sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff Mg06~Oktaeder und Si04-Tetraeder auf, wobei zumindest
entweder die Gitterplätze des Magnesiums oder die
Gitterplätze des Siliziums teilweise durch Aluminium ersetzt sind oder auch beide. Die (AI , Mg) Οδ-Oktaeder und (Si,Al)04- Tetraeder sind über Ihre Ecken zu einem Gerüst aus
alternierenden Tetraedern und Oktaedern verbunden. Die
Seltenerd- und Kalziumatome befinden sich in Kuboktaedern, die von diesem Gerüst aufgespannt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff ein kubisches Kristallsystem auf. Das kubische Kristallsystem weist alle Raumgruppen auf, die in vier unterschiedlichen Richtungen jeweils eine dreizählige Dreh- oder
Drehinversionsachse besitzen. Vorzugsweise weist der
Leuchtstoff die Raumgruppe Ia3d auf. Die Bezeichnung der
Raumgruppe des Kristallsystems ist dem Fachmann hinreichend bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht näher
erläutert . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die folgende Summenformel auf: (Yo,33Luo,3iCao,33Ceo,o2) 3 (Mg0,75 Al0,25) 2 (Al0, 16666 S i0, 8333 ) 3O12 oder
(YLu0.94CaCe0,o6) (Mgi,5Al0,5) (Al0,5Si2,5) 012. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist 0,3 < a < 1, 0 < b < 0.1, 0 < c < 0.5 und 0 < d < 0.333. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist a = 0,64, b = 0,02, c = 0,25 und d = 0, 1667.
Die Parameter a, b, c und/oder d können jeweils eine Toleranz von 10 3% oder 1% von den oben beschriebenen Werten haben .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Gitterkonstante a des kubischen Kristallsystems des Leuchtstoffs zwischen 11,8 Angström und 12,3 Angström, vorzugsweise zwischen 11,9 Angström und 12,1 Angström.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist c = 0. Es
resultiert die Strukturformel (REaCai-a-bCeb) 3Mg2 (AldSii-d) 3O12. Für RE, a, b und d gelten die obigen Ausführungen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist d = 0. Es
resultiert die Strukturformel (REaCai-a-bCeb) 3 (Mgi_cAlc) 2 S 13O12 . Für RE, a, b und c gelten die obigen Ausführungen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist a = 0. Es
resultiert die Strukturformel ( Cai_bCeb) 3 (Mgi_cAlc) 2 (AldSii_ d) 30i2 . Für RE, b, c und d gelten die obigen Ausführungen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist a = 0 und d = 0. Es resultiert die Strukturformel ( Cai_bCeb) 3 (Mgi_cAlc) 2 S 13O12. Für RE, b und c gelten die obigen Ausführungen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine Dominanzwellenlänge von größer als 575 nm, bevorzugt größer als 580 nm auf. Die Dominanzwellenlänge ist die monochromatische Wellenlänge, die denselben Farbeindruck erzeugt wie eine polychromatische Lichtquelle. Die Dominanzwellenlänge ist also die Wellenlänge, die vom
menschlichen Auge wahrgenommen wird. Im Allgemeinen weicht die Dominanzwellenlänge von einer Wellenlänge maximaler
Intensität ab. Insbesondere liegt die Dominanzwellenlänge im roten Spektralbereich bei kleineren Wellenlängen als die Wellenlänge maximaler Intensität.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Schwerpunktswellenlänge größer als 600 nm mit einer
Halbwertsbreite von größer als 125 nm. Die
Schwerpunktellenlänge, auch als zentroide Wellenlänge
bezeichnet, bezeichnet die Wellenlänge, bei der ein gegebenes Spektrum integral in zwei gleich große Teile unterteilt wird. Der hier beschriebene Leuchtstoff zeigt vorzugsweise ein breites Emissionsband mit einer Dominanzwellenlänge von größer als 575 nm und einer Schwerpunktswellenlänge von größer als 600 nm mit einer Halbwertsbreite von größer als 125 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform absorbiert der
Leuchtstoff Strahlung aus dem blauen bis grünen
Wellenlängenbereich. Der Leuchtstoff weist im Bereich von 400 nm und 550 nm ein Absorptionsmaximum zwischen 450 und 470 nm auf. Der Leuchtstoff kann breite Absorptionsbanden um die Wellenlängen der Absorptionsmaxima bei 310 nm und 460 nm aufweisen. Insbesondere ist das breite Absorptionsverhalten bei rund 460 nm optimal für die Anwendung dieses Leuchtstoffs in Konversions-LEDs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine Stokes-Verschiebung von mindestens 150 nm auf. Dies ist im Vergleich zu den bisher bekannten Cer-aktivierten Leuchtstoffen mit einer Granatstruktur überraschend. Die Stokes-Verschiebung wurde durch die Differenz zwischen dem Absorptionsmaximum (Reflektionsminimum im blauen
Spektralbereich) und der Schwerpunktswellenlänge bestimmt. Die Stokes-Verschiebung ist hier definiert als die
Wellenlängendifferenz zwischen der Wellenlänge des
Absorptionsmaximums und des Maximums des höchsten
Emissionspeaks . Bei breiten Emissionen, die aus mehreren Einzelemissionsbanden bestehen, werden die spektralen
Intensitätsverteilungen der einzelnen Banden über
Gaussfunktionen beschrieben. Für die Berechnung der Stokes- Verschiebung wird hier die so ermittelte Einzelemissionsbande mit der höchsten Energie (was der kleinsten
Emissionswellenlänge entspricht) herangezogen. Die Bestimmung erfolgt zum Teil unterschiedlich in der Literatur,
beispielsweise basierend auf
Wellenlängenverteilungsfunktionen oder
Energieverteilungsfunktionen, die zu jeweils
unterschiedlichen Werten führt. Die hier angewandte Methode wurde gewählt, weil sie einfacher nachvollziehbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Leuchtstoffs als Wellenlängenkonversionsstoff. Vorzugsweise wird der hier beschriebene Leuchtstoff als Wellenlängenkonversionsstoff in einem optoelektronischen Bauelement verwendet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
optoelektronische Bauelement eine Leuchtdiode. Unter
Bauelement müssen hier nicht nur fertige Bauelemente
verstanden werden, wie beispielsweise Leuchtdioden oder
Laserdioden, sondern auch Substrate und Halbleiterschichten, so dass 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. Vorzugsweise ist das optoelektronische Bauelement ein Dünnfilm-Halbleiterchip, insbesondere ein Dünnfilm-Leuchtdiodenchip.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauelement eine Schichtenfolge. Die
Schichtenfolge kann eine Abfolge einer p-dotierten und einer n-dotierten Halbleiterschicht sein, wobei die Schichten übereinander angeordnet sind. Die Schichtenfolge kann
elektromagnetische Strahlung emittieren, vorzugsweise
elektromagnetische Strahlung aus dem blauen bis grünen
Spektralbereich, die von dem Leuchtstoff absorbiert werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann die Schichtenfolge eine Halbleiterschichtenfolge eines Halbleiterchips sein. Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips basiert
bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein
Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamN oder auch um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie
AlnIn]__n_mGamP, wobei jeweils 0 ^ n 1, 0 ^ m 1 und n + m < 1 ist. Ebenso kann es sich bei dem Halbleitermaterial um AlxGa]__xAs handeln mit 0 ^ x ^ 1. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Betrieb des optoelektronischen Bauelements elektromagnetische Strahlung von der Halbleiterschichtenfolge emittiert und trifft auf den Leuchtstoff, der im Strahlengang der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung angeordnet ist. Die Strahlung wird von dem Leuchtstoff absorbiert, der wiederum Strahlung meist mit längerer Wellenlänge emittiert. Vorzugsweise emittiert der Leuchtstoff Strahlung aus dem roten Wellenlängenbereich und der Halbleiterchip Strahlung aus dem blauen
Wellenlängenbereich, so dass bei Teilkonversion
Mischstrahlung und bei Vollkonversion die von dem Leuchtstoff emittierte Strahlung aus dem Bauelement austritt.
Vorzugsweise kann das optoelektronische Bauelement neben dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff einen weiteren Leuchtstoff aufweisen, beispielsweise einen Granat, ein Nitrid und/oder Orthosilikat .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann der Leuchtstoff in einem Matrixmaterial eingebettet sein. Vorzugsweise wird der Leuchtstoff eingebettet in einem Matrixmaterial als
Vergussschicht oder Folie ausgeformt. Der Verguss kann beispielsweise stoffschlüssig oder eine Vergussmasse mit einer Schichtenfolge mit einem aktiven Bereich verbunden sein. Die Vergussmasse kann beispielsweise ein Polymer- Material sein. Insbesondere kann es sich um Epoxid oder
Silikon handeln, wie ein methylsubstituiertes Silikon, beispielsweise Polydimethylsiloxan und/oder
Polymethylvinylsiloxan, ein cyklohexylsubstituiertes Silikon, z. B. Polydicyklohexylsiloxan oder eine Kombination davon.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann das Matrixmaterial weitere Füllstoffe, beispielsweise Metalloxide, wie etwa Titandioxid, Siliziumdioxid, Zirkoniumdioxid, Zinkoxid,
Aluminiumoxid und/oder Glaspartikel aufweisen. Vorzugsweise sind diese Füllstoffe als Streupartikel ausgeformt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann der Leuchtstoff als Partikel oder Keramikplättchen ausgeformt sein und zumindest teilweise die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung streuen. Der Leuchtstoff kann gleichzeitig als ein LeuchtZentrum, das Strahlung der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung teilweise absorbiert und eine weitere Strahlung emittiert und als Streuzentrum für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung 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 der von dem
Halbleiterchip emittierten Strahlung in dem Leuchtstoff führen, wodurch eine geringere Schichtdicke der Schicht, die den Leuchtstoff enthält, erforderlich sein kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Bauelement eine Verkapselung auf. Die
Verkapselung kann insbesondere eine Dünnschichtverkapselung sein .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff in direktem Kontakt mit der Strahlungsquelle, also dem
Halbleiterchip. So kann die Konversion der von dem
Halbleiterchip emittierten Strahlung in die von dem
Leuchtstoff emittierte Strahlung zumindest teilweise nahe der Strahlungsquelle 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 zumindest einer Ausführungsform ist der Leuchtstoff von der Strahlungsquelle beabstandet. So kann zumindest teilweise die Konversion der von dem Halbleiterchip emittierten
Strahlung in die von dem Leuchtstoff konvertierte Strahlung 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) .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Leuchtstoff in High Power weißen LEDs eingesetzt. Für Weißlichtquellen oder Vollkonversion in High Power-Anwendungen ist es notwendig, dass die eingesetzten Leuchtstoffe bei hohen Leistungsdichten der anregenden blauen bis grünen Primärstrahlung hohe
Leuchtdichten an konvertierter Strahlung erzeugen. Europium- oder Mangan-dotierte Leuchtstoffe sind dazu nicht in der Lage. Die Erfinder haben nun erkannt, dass durch die
Verwendung der hier beschriebenen Cer-dotierten Leuchtstoffe bei hohen Leistungsdichten der anregenden Primärstrahlung hohe Leuchtdichten an konvertierter Strahlung generiert werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Leuchtstoff in einer Laser Active Remote Phosphor Anwendung (LARP)
verwendet. LARP ist dem Fachmann hinreichend bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff eine Stokes-Verschiebung von mindestens 150 nm auf. Im Vergleich zu gängigen Leuchtstoffen wie dem YAG:Ce - Leuchtstoff weist dieser hier beschriebene Leuchtstoff eine hohe Rot-Verschiebung und eine hohe Stokes-Verschiebung auf. Die Rot-Verschiebung stellt einen signifikanten Vorteil gegenüber z. B. gelbgrün emittierenden Granat-Leuchtstoffen wie Y3AI 5O12 oder LU3AI 5O12 dar. Die hohe Stokes-Verschiebung ist gegenüber sämtlichen Granat-Leuchtstoffen mit hoher Rot- Verschiebung von Vorteil, wie beispielsweise CaLu2Mg2Si30i2. Der erfindungsgemäße Leuchtstoff ist der einzige den
Erfindern bekannte Leuchtstoff, der beide diese Vorteile in sich vereint. Die Erfinder haben erkannt, dass sich durch die Verwendung des hier beschriebenen Cer-dotierten Leuchtstoffs als Wellenlängenkonversionsstoff ein effizienteres Bauelement verglichen mit anderen Rot emittierenden mit ähnlicher
Stokes-Verschiebung Leuchtstoffen, wie Europium- oder Mangandotierten Leuchtstoffen, bereitgestellt werden kann, da
Quenchingprobleme und andere Probleme, die aus der optischen Sättigung resultieren, vermindert werden.
Der hier beschriebene Leuchtstoff weist im Vergleich
beispielsweise zu dem Vergleichsbeispiel CaLu2Mg2Si30i2 einige Vorteile auf. Im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel zeigt der hier beschriebene Leuchtstoff eine hohe Stokes- Verschiebung. Der Hauptunterschied zu dem Vergleichsbeispiel ist der Zusatz von Aluminium. Die Erfinder haben erkannt, dass durch das Einbringen von Aluminium in die Gitterplätze des Siliziums beziehungsweise Magnesiums eine Erhöhung der Stokes-Verschiebung erfolgen kann. Vorbekannte Aluminium enthaltende Granat-Leuchtstoffe weisen eine geringere Stokes- Verschiebung auf. Der hier beschriebene Leuchtstoff zeigt eine hohe Stokes-Verschiebung von mehr als 150 nm. Zum anderen zeigt der hier beschriebene Leuchtstoff eine hohe Absorptionseffizienz bei 460 nm verglichen mit dem Vergleichsbeispiel, der ungefähr bei 475 nm ein
Absorptionsmaximum aufweist. In optoelektronischen
Bauelementen, die vorzugsweise im blauen Spektralbereich, besonders im Wellenlängenbereich von 440 bis 460 nm
emittieren, kann durch die Verwendung des hier beschriebenen Leuchtstoffs eine optimale Anregung dieses Leuchtstoffs erfolgen. Im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel wird daher bei dem hier beschriebenen Leuchtstoff mehr von dem
Halbleiterchip emittierten Strahlung absorbiert. Dies resultiert in einer höheren Effizienz im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel .
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs. Vorzugsweise wird mit dem hier
beschriebenen Verfahren der oben beschriebene Leuchtstoff hergestellt. Dabei gelten alle Ausführungen für den
Leuchtstoff auch für das Verfahren und umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs mit der Formel (REaCai-a- bCeb) 3 (Mgi_cAlc) 2 (AldSii-d) 3O12, wobei RE zumindest ein Element der seltenen Erden, 0 < a < 1, b > 0, a+b < 1, 0 < c < 1, 0 < d -S 1 und c + d > 0 ist, die Schritte auf:
A) Vermengen der Ausgangsstoffe aus Vorläuferverbindungen z. B., aber nicht ausschließlich Carbonaten, Oxalaten, Oxiden, Hydroxiden oder Nitraten der in der Formel genannten
Elemente,
B) Aufheizen des unter A) erhaltenen Gemenges auf eine
Temperatur von über 1200 °C, C) Glühen des Gemenges bei einer Temperatur von über 1200 °C unter reduzierender Atmosphäre,
D) Abkühlen des Gemenges.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Anteil der Ausgangsstoffe bezogen auf die Gesamtmenge des Gemenges die folgenden Zusammensetzungen auf:
RE2O3 zwischen einschließlich 46% und einschließlich 48%, AI 2O3 zwischen einschließlich 7% und einschließlich 9%,
S1O2 zwischen einschließlich 23% und einschließlich 25%, MgO zwischen einschließlich 8% und einschließlich 10%,
Ce02 zwischen einschließlich 0,8% und einschließlich 1,8%, CaO zwischen einschließlich 8% und einschließlich 10% ist, und wobei die Gesamtmenge in der Summe 100% ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist RE2O3 eine Mischung aus Y2O3 und LU2O3 , wobei der Anteil an Y2O3 zwischen
einschließlich 14% und einschließlich 16% und der Anteil an LU2O3 zwischen einschließlich 31% und einschließlich 33% ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Verfahren als Festkörperreaktion oder Sol-Gel-Verfahren . Die Erfinder haben herausgefunden, dass durch Mischen der Ausgangssubstanzen mit den entsprechenden Anteilen der
Elemente ein Leuchtstoff bereitgestellt werden kann, der Rot emittiert und eine hohe Effizienz und Emissionsstabilität aufweist. Insbesondere werden als Ausgangsstoffe Oxide wie RE2O3 , Ce02, MgO, CaO, Si02, Carbonate, wie MgC03, Hydroxide wie Ca (OH) 2 oder Nitrate wie RE( 03) 3 vermengt. Die hier beschriebenen Ausgangsstoffe sind Beispiele und sollen nicht einschränkend sein. Anschließend können die Ausgangsstoffe geglüht werden. Das Glühen kann bei einer Temperatur von größer als 1200 °C erfolgen. Vorzugsweise erfolgt das Glühen im Verfahrensschritt C bei einer Temperatur zwischen
einschließlich 1200 C° bis 2000 C° . Vorzugsweise wird das Glühen bei einer Temperatur von oder über 1300 C°
durchgeführt .
Das Glühen kann unter reduzierender Atmosphäre erfolgen.
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. Beispielsweise kann die reduzierende Atmosphäre eine
Stickstoff- oder eine Edelgasatmosphäre, wie beispielsweise eine Argon-Atmosphäre, sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann der
Verfahrensschritt C mindestens einmal durchgeführt werden. Insbesondere kann das Glühen auch ein bis fünf Mal,
insbesondere ein bis drei Mal, beispielsweise zwei Mal durchgeführt werden. Mehrfaches Glühen der Ausgangssubstanzen mit oder ohne zwischengeschalteten Nachbearbeitungsprozess wie z. B. Mahlen und/oder Sieben kann die Kristallinität oder 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. Gelegentlich können gemäß einer Ausführungsform auch kurze Temperschritte an Luft bei niedriger Temperatur
beispielsweise kleiner 600 C° durchgeführt werden. Das Glühen kann in einem Tiegel beispielsweise aus Wolfram, Korund, Platin oder Graphit 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 z. B. 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 zu geben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgen die hier beschriebenen Verfahrensschritte A bis D in der hier
genannten Reihenfolge.
Nach dem Glühen kann der Leuchtstoff abgekühlt werden.
Anschließend kann der Leuchtstoff einer Nachbehandlung unterworfen werden. Die Isolierung des Leuchtstoffs kann durch Waschen in Lauge und/oder durch 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. Der Leuchtstoff kann weiteren Fraktionier- und Klassierschritten, wie beispielsweise
Siebung, Flotation oder Sedimentation, unterzogen werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird dem Verfahren ein Flussmittel oder Schmelzmittel hinzugesetzt. Bei dem
Schmelzmittel kann es sich beispielsweise um Borsäure,
Erdalkaliborate oder Fluoride, wie beispielsweise Kryolite, handeln. Die Schmelzmittel können das Kristallwachstum verbessern .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt die Herstellung als Festkörperreaktion. Dabei werden die Ausgangssubstanzen eingewogen und gemischt. Das Mischen kann beispielsweise mit einer Kugelmühle, einer asymmetrischen Zentrifuge oder mit einem Taumelmischer erfolgen. Das Gemenge kann in einen
Tiegel, beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Platin, überführt werden und dann bei einer Temperatur von größer 1200 C° erhitzt werden. Dabei hängt die genaue Temperatur von den Ausgangsstoffen ab. Das Erhitzen kann für mehrere Stunden unter reduzierender Atmosphäre erfolgen. Das Produkt kann optional danach gemahlen werden. Die Aufheiz- und
Glühschritte können beliebig wiederholt werden, um die
Leuchtstoff-Qualität zu verbessern.
Alternativ kann der Leuchtstoff auch mittels Sol-Gel- Verfahren hergestellt werden. Dabei werden die entsprechenden Ausgangsstoffe eingewogen und in säurehaltiger Umgebung, beispielsweise Zitronensäure oder Salpetersäure, gelöst. Das Sol-Gel-Verfahren kann nach verschiedenen Schritten
durchgeführt werden, wie es beispielsweise bei Yan et al, Trans Nonferrus Met Soc China 2008, 648 bis 653; Hemmer, Universität Saarland, 2009; Katelnikovas , Vilnius, Münster 2002; Ogieglo, University of Utrecht, 2012 beschrieben ist. Der Offenbarungsgehalt der Synthesen in diesen Dokumenten wird hiermit durch Rückbezug aufgenommen. Zur Entfernung der Nebenphasen und zur Verbesserung der
Leuchtstoff-Qualität können zusätzliche Waschschritte
erfolgen. Beispielsweise können mehrere Waschungen mittels HCl (1 - 6 mol/1) für ein bis 12 Stunden erfolgen, um
Nebenphasen wie Orthosilikate oder Silikatapatite
herauszulösen. Anschließend kann ein Trocknen des
Leuchtstoff-Pulvers erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann der hier
beschriebene Leuchtstoff wie folgt hergestellt werden. Die Ausgangsstoffe werden mit folgendem Gewichtsanteil vermischt
Figure imgf000022_0001
Das Mischen kann mit einer asymmetrischen Zentrifuge
beispielsweise für drei Mal für 30 Sekunden bei 1.600 rpm erfolgen. Anschließend kann ein Mahlen in einer Mörsermühle für 10 Minuten und ein nochmaliges Mischen in einer
asymmetrischen Zentrifuge (zwei Mal für 30 Sekunden bei 1.600 rpm) erfolgen. Das Gemenge kann dann in einem Korundtiegel mit einer Deckplatte überführt werden und in einen Ofen gestellt werden. Der Ofen kann eine reduzierende Atmosphäre aus 4 Prozent Wasserstoff in Stickstoff (4%iges Formiergas, 240 1/min) aufweisen. Das Gemenge kann auf 1.350 C°
aufgeheizt werden und für vier Stunden bei dieser Temperatur geglüht werden. Nachdem das Gemenge abgekühlt ist, kann der Sinterkuchen in der Mörsermühle gemahlen und durch ein 45 pm Sieb gesiebt werden. Das Pulver kann mit Salzsäure gewaschen werden, um Nebenprodukte zu entfernen. Ungefähr 20 g Pulver können in 100 ml halbkonzentrierter Säure für eine Stunde gerührt werden. Das ungelöste, sedimentierte
Leuchtstoffpulver von der Säure abdekantiert werden.
Anschließend können 100 ml einer frischen Säure zum
Leuchtstoff hinzugefügt werden. Der Leuchtstoff kann mit dieser Säure gemischt werden und setzt sich dann
beispielsweise über Nacht ab. Die Säure wird abdekantiert und 100 ml deionisiertes Wasser hinzugegeben. Der Leuchtstoff wird mit dem Wasser gemischt und es wird zehn Minuten gewartet, bis dieser sedimentiert . Der Überstand kann dann abdekantiert werden. Der Leuchtstoff wird im Vakuum filtriert und mit deionisiertem Wasser gewaschen. Danach erfolgt eine Trocknung des Leuchtstoffs bei 50 C° für mindestens zwei Stunden.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
Figur 1 ein Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm eines hier beschriebenen Leuchtstoffs,
Figur 2A die Kristallstruktur eines Ausführungsbeispiels,
Figur 2B kristallographische Daten eines hier beschriebenen
Leuchtstoffs , Figur 3 die Stokes-Verschiebung,
Figuren 4A und 4B jeweils ein Emissionsspektrum von
Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen,
Figuren 5A und 5B Reflektivitätskurven gemäß einer
Ausführungsform und eines Vergleichsbeispiels und
Figuren 6A und 6B jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können
Einzelelemente wie z. B. Schichten, Bauteile, Bauelement und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
Die Figur 1 zeigt ein Röntgenpulverdiffraktogramm des
Leuchtstoffs (YLuCa0,94Ce0,o6) ( gi,5Al0,5) (Al0,sSi2,5) Oi2, der hier und im Folgenden als Ausführungsbeispiel 1 bezeichnet wird. Es ist die relative Intensität I in willkürlichen Einheiten a.U. in Abhängigkeit von dem Beugungswinkel °2Θ unter
Verwendung von Kupfer Kai-Strahlung angegeben.
Die mit den Bezugszeichen I versehene Kurve zeigt ein
gemessenes Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm und entspricht dem Leuchtstoff des Ausführungsbeispiels 1. Das erhaltene Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm I wurde mittels Rietveld- Analyse analysiert. Bei dem Rietveld-Verfahren wird die Kristallstruktur so lange variiert, bis das daraus berechnete Diffraktogramm bestmöglich mit dem gemessenen Diffraktogramm übereinstimmt. Als Basis für die Rietveld-Verfahren wurde die Struktur von Y3AI5O12 verwendet. Das mit dem Bezugszeichen II versehene Diagramm entspricht dem berechneten
Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm für das
Ausführungsbeispiel 1. Das mit dem Bezugszeichen III
versehene Diagramm zeigt den Unterschied zwischen dem
Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm mit dem Bezugszeichen I und dem berechneten Diagramm mit dem Bezugszeichen II. Wie ersichtlich, ist die Übereinstimmung zwischen dem gemessenen Röntgenbeugungspulverdiffraktogramm mit dem Bezugszeichen I und dem berechneten Diagramm mit dem Bezugszeichen II sehr hoch. Für den Fachmann ist damit ersichtlich, dass die berechnete Struktur mit der vorliegenden Struktur
übereinstimmt .
Die Figur 2A zeigt die Kristallstruktur des
Ausführungsbeispiels 1. Es sind die MgC>6-Oktaeder und S1O4- Tetraeder dargestellt. Die Gitterplätze des Magnesiums der Mg06-Oktaeder sind teilweise durch Aluminium ersetzt. Die Gitterplätze des Siliziums der Si04-Tetraeder sind teilweise durch Aluminium ersetzt. Die durch eine weiße Kugel markierte kristallographische Lage wird von Yttrium, Lutetium, Kalzium und Cer geteilt. Die Kristallstruktur ist kubisch. Die
Raumgruppe ist Ja3d.
Die Figur 2B zeigt die Daten der Rietveld-Verfeinerung und die wichtigsten kristallographischen Daten des
Ausführungsbeispiels 1.
Dabei bedeuten in der Figur 2B die Abkürzungen: C Kristallsystem, das kubisch ist (hier als cub abgekürzt) . S Raumgruppe, L Gitterparameter in Angström,
V Elementarzellvolumen in Angström3, F Anzahl an
Formeleinheiten pro Elementarzelle, R verwendete
Röntgenstrahlung, T die Temperatur in Kelvin, Rex/RP R erwartet/ R profil, wRp Rprofil. Als Profilfunktionen wurden Pseudo-Voigt-Funktionen und als Untergrundfunktion eine Polynomfunktion verwendet. Ferner zeigt die Figur 2B die kriställographischen Lagen bezeichnet—durch- die—Wykoff- Positionen, hier als bezeichnet der entsprechenden Atome, die hier mit A bezeichnet sind und ihre Koordinaten in der Elementarzelle. Zusätzlich sind die wichtigsten interatomaren Abstände zwischen den Atomen dargestellt. Die Tabelle listet jeweils den Abstand zwischen einem ersten Atom (AI) und einem zweiten Atom (A2) , d bezeichnet den Abstand und N die Anzahl an entsprechenden symmetrieäquivalenten Atomen A2, die sich um AI im selben Abstand befinden.
Die Figur 3 zeigt die Stokes-Verschiebung Δλ der
Vergleichsbeispiele VI bis V4 und des Ausführungsbeispiels AI. Das Ausführungsbeispiel AI entspricht dem
Ausführungsbeispiel 1 der Figuren 1 bis 2B. Als
Vergleichsbeispiele wurden Y3AI5O12 : Ce, LU3AI5O12 : Ce ,
CaLu2Mg2Si30i2:Ce, Gd3Al4GaOi2 : Ce verwendet. Die ersten beiden Vergleichsbeispiele VI und V2 sind kommerziell erhältlich. Die Vergleichsbeispiele V3 und V4 können mittels
Festkörperreaktion hergestellt werden. Dabei können
zweiwertige Oxide als Ausgangsstoffe verwendet werden, die in einem Ofen erhitzt und unter reduzierender Atmosphäre bei einer Temperatur von größer 1200 C° für zwei bis acht Stunden geglüht werden. Xmax bedeutet hier den Hauptpeak der blauen Absorptionswellenlänge und Acen bedeutet hier die
Schwerpunktswellenlänge. Aus der Tabelle der Figur 3 ist zu erkennen, dass das Ausführungsbeispiel AI die größte Stokes- Verschiebung im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen VI bis V4, also eine Stokes-Verschiebung von größer als 150 nm, aufweist .
Die Figuren 4A und 4B zeigen jeweils ein Emissionsspektrum gemäß einer Ausführungsform und eines Vergleichsbeispiels. Es ist jeweils die relative Intensität Ir in Prozent in
Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in nm dargestellt. Die Kurve mit dem Bezugszeichen I ist das Vergleichsbeispiel Y3Al50i2:Ce und die Kurve mit dem Bezugszeichen II ist das Ausführungsbeispiel 1. Im Vergleich zu dem üblichen YAG- Leuchtstoff zeigt der hier erfindungsgemäße Leuchtstoff eine starke Rot-Verschiebung.
Die Figur 4B zeigt das Emissionsspektrum des
Ausführungsbeispiels 1. Der Leuchtstoff wurde hier mit einer Anregungswellenlänge von 460 nm angeregt. Das
Wellenlängenmaximum liegt hier bei größer als 575 nm.
Der hier beschriebene Leuchtstoff zeigt eine breite
Emissionsbande mit einer Dominanzwellenlänge Xdom von größer 575 nm und einer Schwerpunktswellenlänge Xcent größer 600 nm mit einer Halbwertsbreite von größer als 125 nm. Der
Leuchtstoff zeigt zwei Absorptionsmaxima λΐ und X2 bei ungefähr 310 nm und ungefähr 460 nm. Insbesondere kann der hier beschriebene Leuchtstoff bei rund 460 nm absorbieren, was ideal für Konversions-LED-Anwendungen ist. Die Figuren 5A und 5B zeigen eine Reflektivitätskurve eines Ausführungsbeispiels und/oder eines Vergleichsbeispiels. Es ist die Reflektivität R in Prozent in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in nm dargestellt. Das Bezugszeichen I zeigt das Vergleichsbeispiel CaLu2Mg2Si30i2, das Ausführungsbeispiel 1 ist mit dem Bezugszeichen II dargestellt. Aus den
Reflektivitätskurven ist zu sehen, dass die Reflektivität für das Ausführungsbeispiel 1 ein Minimum bei 460 nm aufweist und damit hervorragend für Blau emittierende Konversions-LEDs eingesetzt werden kann. Im Vergleich dazu zeigt das
Vergleichsbeispiel ein Reflektivitätsmaximum bei größeren Wellenlängen bei ca. 475 nm. Der optimale Bereich, der für Blau emittierende LEDs zur Verfügung gestellt werden sollte, ist hier der Bereich bei einer Wellenlänge von 440 nm bis 460 nm, was in Figur 5B durch zwei senkrechte Striche markiert ist .
Die Figuren 6A und 6B zeigen jeweils eine schematische
Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement 100 umfasst ein Gehäuse 20 in Verbindung mit einem Trägersubstrat 15. Das Gehäuse kann eine Keramik oder einen hitze- oder
strahlungsbeständigen Kunststoff umfassen. In einer
Ausnehmung 25 des Gehäuses 20 ist ein Halbleiterchip 10 angeordnet, der im Betrieb des Bauelements Strahlung
emittiert. Vorzugsweise emittiert der Halbleiterchip 10
Strahlung aus dem blauen Spektralbereich. Die Seiten der Ausnehmung 25 sind hier abgeschrägt und können ein
reflektierendes Material umfassen. Der Halbleiterchip 10 kann über elektrisch leitende Anschlüsse 30, 31 und einem
Bonddraht 32 bestromt werden.
Das Bauelement 100 weist ein Konversionselement 61 auf. Das Konversionselement 61 umfasst den hier beschriebenen
Leuchtstoff 60. Das Konversionselement 61 ist direkt auf der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips 10 angeordnet. In der Ausnehmung kann zusätzlich ein Verguss 50 eingebracht sein. Der Verguss 50 kann beispielsweise ein Silikon sein. Der Verguss 50 kann das Gehäuse 20 überragen und zusätzlich als Linse 70 ausgeformt sein. Das optoelektronische Bauelement 100 der Figur 6B
unterscheidet sich von dem Bauelement 100 der Figur 6A dadurch, dass hier der Leuchtstoff 60 als Partikel ausgeformt ist und innerhalb der Ausnehmung 25 in dem Verguss 50
eingebettet ist. Die Einbettung des Leuchtstoffs 60 kann homogen oder inhomogen sein. Ferner kann der Leuchtstoff 60 auch mit einem Konzentrationsgradienten in dem Verguss 50 eingebettet sein. Der Leuchtstoff 60 kann auch als Keramik weiterverarbeitet sein. Der Halbleiterchip 10 ist in diesem Beispiel mit einem Verguss 50 vergossen, wobei der Verguss 50 wiederum optional eine Linse aufweisen kann.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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 2016 116 016.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
100 optoelektronisches Bauelement
10 Halbleiterchip
15 Trägersubstrat
20 Gehäuse
25 Ausnehmung
30 erster Anschluss
31 zweiter Anschluss
32 Bonddraht
50 Verguss
60 Leuchtstoffpartikel
61 Konversionselement
70 Linse

Claims

Patentansprüche
1. Leuchtstoff (1) mit der Formel
(REaCai-a-bCeb) 3 (Mgi-cAlc) 2 (AldSii-d) 3O12, wobei RE zumindest ein Element der seltenen Erden, 0 ^ a ^ 1, b > 0, a + b ^ l,
O ^ c ^ l, O ^ d ^ l und c + d > 0 ist, wobei der Leuchtstoff ein kubisches Kristallsystem mit der Raumgruppe Ia3d
aufweist .
2. Leuchtstoff (1) nach Anspruch 1,
der dazu eingerichtet ist Strahlung aus dem roten
Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums zu
emittieren, wobei gilt: 0 < c < 1 und 0 < d < 1.
3. Leuchtstoff (1) nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche, der dazu eingerichtet ist Strahlung aus dem roten Spektralbereich des elektromagnetischen Spektrums zu
emittieren, wobei RE Y, Lu, Gd und/oder Tb ist, wobei gilt: 0 < a < l, a + b < 1, 0 < c < 1, 0 < d < l und c + d > 0.
4. Leuchtstoff (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Cer als Dotierstoff vorliegt und b zwischen 0, 001 und 0,3 ist.
5. Leuchtstoff (1) nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche, der eine Stokes-Verschiebung von mindestens 150 nm aufweist .
6. Leuchtstoff (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, der die folgende Summenformel aufweist:
(YLuo.94CaCe0,o6) (Mgi,5Al0,5) (Al0,5Si2,5) O12.
7. Leuchtstoff (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Gitterkonstante a einen Wert zwischen
einschließlich 11,9 Ä und einschließlich 12,1 Ä aufweist.
8. Leuchtstoff (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, der ein Absorptionsmaximum zwischen 450 nm und 470 nm aufweist.
9. Leuchtstoff (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, der Mg06~Oktaeder und SiC^-Tetraeder aufweist, wobei zumindest die Gitterplätze des Mg teilweise durch AI oder die Gitterplätze des Si teilweise durch AI ersetzt sind.
10. Leuchtstoff (1) nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche, der eine Dominanzwellenlänge von größer als 575 nm aufweist .
11. Leuchtstoff (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Schwerpunktwellenlänge von größer als 600 nm mit einer Halbwertsbreite von größer als 125 nm aufweist.
12. Leuchtstoff (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei RE Y und/oder Lu ist.
13. Leuchtstoff (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei a = 0,64, b = 0,02, c = 0,25 und d = 0,1667 ist .
14. Verwendung eines Leuchtstoffs (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis 12 als Wellenlängenkonversionsstoff (2) in einem optoelektronischen Bauelement (100).
15. Verwendung nach Anspruch 14,
wobei das optoelektronische Bauelement (100) eine Leuchtdiode ist .
16. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs (1) mit der Formel (REaCai_a_bCeb) 3 (Mgi_cAlc) 2 (AldSii_d) 30i2, wobei RE
zumindest ein Element der seltenen Erden, 0 < a ^ 1 , b > 0, a+b < 1, 0 < c < 1, 0 < d < 1 und c + d > 0 ist, mit den Schritten :
A) Vermengen der Ausgangsstoffe aus Carbonaten, Oxalaten,
Oxiden, Hydroxiden oder Nitraten der in der Formel genannten Elemente,
B) Aufheizen des unter A) erhaltenen Gemenges auf eine
Temperatur von über 1200 °C,
C) Glühen des Gemenges bei einer Temperatur von über 1200
°C unter reduzierender Atmosphäre,
D) Abkühlen des Gemenges.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Anteil der
Ausgangsstoffe bezogen auf die Gesamtmenge des Gemenges wie folgt ist:
RE2O3 zwischen einschließlich 46% und einschließlich 48%, AI2O3 zwischen einschließlich 7% und einschließlich 9%,
S1O2 zwischen einschließlich 23% und einschließlich 25%, MgO zwischen einschließlich 8% und einschließlich 10%,
Ce02 zwischen einschließlich 0,8% und einschließlich 1,8%, CaO zwischen einschließlich 8% und einschließlich 10% ist, und wobei die Gesamtmenge in der Summe 100% ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17,
wobei RE2O3 eine Mischung aus Y2O3 und LU2O3 ist, wobei der Anteil an Y2O3 zwischen einschließlich 14% und einschließlich 16% und der Anteil an LU2O3 zwischen einschließlich 31% und einschließlich 33% ist.
19. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 18, das als Festkörperreaktion oder Sol-Gel-Verfahren erfolgt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114133930A (zh) * 2021-12-01 2022-03-04 上海应用技术大学 一种暖白光石榴石型荧光玻璃陶瓷及其制备方法
CN115259852A (zh) * 2021-04-29 2022-11-01 江苏师范大学 一种高光效的绿光转换材料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030099858A1 (en) * 2001-11-27 2003-05-29 General Electric Company One Research Circle Environmentally-stable organic electroluminescent fibers
US7094362B2 (en) 2003-10-29 2006-08-22 General Electric Company Garnet phosphor materials having enhanced spectral characteristics
WO2006095285A1 (en) * 2005-03-09 2006-09-14 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Illumination system comprising a radiation source and a fluorescent material

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20023590U1 (de) 1999-07-23 2005-02-24 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Leuchtstoff für Lichtquellen und zugehörige Lichtquelle
DE102014226591A1 (de) 2014-12-19 2016-06-23 Osram Gmbh Lichtmodul und Verfahren zur Bereitstellung von wellenlängenkonvertiertem Licht im roten Spektralbereich sowie Projektionsvorrichtung dazu

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030099858A1 (en) * 2001-11-27 2003-05-29 General Electric Company One Research Circle Environmentally-stable organic electroluminescent fibers
US7094362B2 (en) 2003-10-29 2006-08-22 General Electric Company Garnet phosphor materials having enhanced spectral characteristics
WO2006095285A1 (en) * 2005-03-09 2006-09-14 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Illumination system comprising a radiation source and a fluorescent material

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BO. YUAN ET AL: "Luminescence and energy-transfer properties of color-tunable Ca 2 Mg 0.25 Al 1.5 Si 1.25 O 7 :Ce 3+ /Eu 2+ /Tb 3+ phosphors for ultraviolet light-emitting diodes : Ca2Mg0.25Al1.5Si1.25O7:Ce3+/Eu2+/Tb3+", LUMINESCENCE: THE JOURNAL OF BIOLOGICAL AND CHEMICAL LUMINESCENCE, vol. 31, no. 2, 6 August 2015 (2015-08-06), GB, pages 453 - 461, XP055421193, ISSN: 1522-7235, DOI: 10.1002/bio.2981 *
DONG JIE ET AL: "Luminescence properties of Ce3+-doped and Ce3+-Tb3+co-doped Na0.34Ca0.66Al1.66Si2.34O8phosphor for UV", CERAMICS INTERNATIONAL, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 41, no. 1, 19 September 2014 (2014-09-19), pages 1341 - 1346, XP029092731, ISSN: 0272-8842, DOI: 10.1016/J.CERAMINT.2014.09.066 *
KAWANO Y. ET AL., OPTICAL MATERIALS EXPRESS, vol. 4, 2014, pages 1770
R. LE TOQUIN ET AL., CHEMICAL PHYSICS LETTERS, vol. 423, 2006, pages 352 - 356
SETLUR, A. A. ET AL., CHEM. MATER., vol. 18, 2006, pages 3314 - 3322
YI-BO CHEN ET AL: "Tunable photoluminescence in Lu 3 Al 5 O 12 -Lu 2 CaMg 2 Si 3 O 12 solid solution phosphors manipulated by synchronous ions co-substitution", RSC ADVANCES: AN INTERNATIONAL JOURNAL TO FURTHER THE CHEMICAL SCIENCES, vol. 6, no. 50, 1 January 2016 (2016-01-01), GB, pages 43916 - 43923, XP055421067, ISSN: 2046-2069, DOI: 10.1039/C6RA05537K *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115259852A (zh) * 2021-04-29 2022-11-01 江苏师范大学 一种高光效的绿光转换材料及其制备方法
CN114133930A (zh) * 2021-12-01 2022-03-04 上海应用技术大学 一种暖白光石榴石型荧光玻璃陶瓷及其制备方法

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