WO2021204599A1 - Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und optoelektronisches bauelement - Google Patents

Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und optoelektronisches bauelement Download PDF

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WO2021204599A1
WO2021204599A1 PCT/EP2021/058316 EP2021058316W WO2021204599A1 WO 2021204599 A1 WO2021204599 A1 WO 2021204599A1 EP 2021058316 W EP2021058316 W EP 2021058316W WO 2021204599 A1 WO2021204599 A1 WO 2021204599A1
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WO
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phosphor
group
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tetrahedra
atom
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PCT/EP2021/058316
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English (en)
French (fr)
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Daniel Bichler
Thorsten Schroeder
Gina Maya ACHRAINER
Christian Koch
Simon PESCHKE
Mark VORSTHOVE
Simon Dallmeir
Johanna STRUBE-KNYRIM
Gudrun PLUNDRICH
Frauke PHILIPP
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • 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
    • C09K11/7728—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing europium
    • C09K11/7734—Aluminates
    • 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
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/18—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the nature or concentration of the activator

Definitions

  • a phosphor and a method for producing a phosphor are specified.
  • an optoelectronic component is specified.
  • One problem to be solved consists in specifying a phosphor with increased efficiency.
  • a method for producing such a phosphor is to be specified.
  • an optoelectronic component with increased efficiency is to be specified.
  • the phosphor has the general formula: RE, where:
  • EA is selected from the group of divalent cations.
  • valence in relation to a specific cation means here how many elements with a simple opposite charge are required in a chemical compound in order to achieve a charge balance.
  • valence includes the charge number of the cation.
  • Divalent cations are doubly positively charged in chemical compounds and have a charge number of +2.
  • a charge balance in a chemical compound can take place, for example, via two further elements (anions), each of which is singly negatively charged, or another element, which is doubly negatively charged.
  • Bivalent cations are usually selected from the group of alkaline earth elements and from elements of the subgroups.
  • A is selected from the group of monovalent cations.
  • Monovalent cations are simply positively charged in chemical compounds and have a charge number of +1. A charge balance in a chemical compound can take place via another element that is simply negatively charged. Monovalent cations are usually selected from the group of alkali elements and from elements of the subgroups.
  • G is selected from the group of monovalent cations.
  • DW is selected from the group of trivalent cations.
  • Trivalent cations are triply positively charged in chemical compounds and have a charge number of +3.
  • a charge equalization in a chemical compound can take place, for example, via an element that is triply negatively charged, by two elements, one of which is singly negatively charged and one is doubly negatively charged, or three elements, each of which is singly negatively charged.
  • Trivalent cations with respect to DW are usually selected from the group formed by boron,
  • RE is one or more activator elements.
  • phosphors are described using empirical formulas.
  • the elements listed in the sum formulas are available in loaded form.
  • elements or atoms in relation to the empirical formulas of the phosphors thus mean ions in the form of cations and anions, even if this is not explicitly stated. This also applies to element symbols if, for the sake of clarity, they are given without a charge number.
  • the phosphor With the empirical formulas given, it is possible for the phosphor to have further elements, for example in the form of impurities. Taken together, these impurities have a maximum of 1 per thousand, in particular a maximum of 100 ppm (parts per million), preferably a maximum of 10 ppm.
  • the luminescent material preferably comprises a crystalline, for example ceramic, host lattice into which activator elements are introduced as foreign elements.
  • Phosphor is, for example, a ceramic material.
  • the activator element changes the electronic structure of the host lattice to the extent that electromagnetic radiation with an excitation spectrum is absorbed by the luminescent material and stimulates an electronic transition in the activator element, which returns to the ground state by emitting electromagnetic radiation with an emission spectrum.
  • the activator element which is introduced into the host lattice, is responsible for the wavelength-converting properties of the phosphor.
  • the term "wavelength converting" means here that radiated electromagnetic radiation of a certain wavelength range, in this case with the excitation spectrum, is converted into electromagnetic radiation of another, preferably longer-wave wavelength range, in this case the emission spectrum irradiated wavelength range, converts it through electronic processes on the atomic and / or molecular level into electromagnetic radiation of another
  • Wavelength range and sends out the converted electromagnetic radiation again.
  • pure scattering or pure absorption is not understood here to be wavelength-converting.
  • the present phosphor can be present uncharged to the outside. This means that in the fluorescent material there is a complete charge balance between positive and negative charges can exist. On the other hand, it is also possible that the phosphor does not formally have a complete charge equalization to a small extent. Reasons for this are, for example, impurities.
  • the crystalline host lattice is generally constructed in particular from a three-dimensionally periodically repeating unit cell.
  • the unit cell is the smallest recurring unit of the crystalline host lattice that reflects the symmetry of the crystal.
  • the elements EA, A, DW, G and 0 each preferably occupy fixed, symmetrically equivalent places, so-called point positions, within the three-dimensional unit cell of the host lattice.
  • x denotes the molecular fraction of A and is preferably between 0 and 6 inclusive.
  • y denotes the molecular fraction of DW based on G and is preferably between 0.3 and 0.6 inclusive.
  • x + 20y 12 ⁇ , where ⁇ is in a range between 0.9 and 1.1 inclusive.
  • the phosphor cannot formally have a complete charge balance.
  • the phosphor has the general formula E ⁇ 2 ⁇ X (DW y Gi- y ) 10 O 13 : RE, where:
  • - EA is selected from the group of divalent cations
  • - A is selected from the group of monovalent cations
  • - G is selected from the group of monovalent cations
  • - DW is selected from the group of trivalent cations
  • EA is selected from the following group: Ca, Sr, Ba, Zn, Mg and combinations of these elements.
  • the elements are easy to handle, non-toxic and easily accessible.
  • EA comprises Ca, Sr, Ba, Zn, Mg or consists of one of these elements.
  • EA preferably stands for the element barium.
  • a and G are selected from the following group: Li, Na, K and combinations of these elements. These items are non-toxic and easily accessible. According to at least one embodiment of the phosphor, A and / or G consists of Li, Na or K. A and G can, but do not have to, have the same element. A and G preferably represent the element lithium.
  • DW is selected from the following group: Al, Ga, B, In and combinations of these elements. These elements are non-toxic, easily accessible and easy to handle. According to at least one embodiment of the phosphor, DW comprises aluminum or consists of this element.
  • RE is selected from the following group: Mn, Cr, Ni, Eu, Ce, Yb and combinations of these elements.
  • RE is selected from the following group: Eu, Ce, Yb and combinations of these elements.
  • RE consists of Eu, Ce or Yb.
  • RE comprises or consists of europium.
  • the europium is in particular in the form Eu 2+ .
  • the activator element RE has a molar proportion between 0.001 and 0.1 inclusive, based on EA. In other words, between 0.1% and 10% of the point positions are substituted with RE.
  • the molar fraction of RE based on EA is preferably between 0.005 and 0.05 inclusive.
  • the phosphor obeys the formula According to one embodiment of the phosphor, RE is Eu 2+ .
  • the phosphor obeys one of the following formulas: and
  • the crystalline host lattice of the phosphor has a structure with a trigonal space group.
  • the host lattice of the phosphor usually crystallizes in the trigonal space group P5ml (number 164).
  • the three lattice parameters a, b and c are the lengths of the lattice vectors that span the unit cell.
  • the other three grid parameters a, ⁇ and ⁇ are the angles between these grid vectors. a is the angle between b and c and ß is the angle between a and c and ⁇ is the angle between a and b.
  • the lattice parameter a is in particular in the range from 600 pm to 610 pm inclusive.
  • the lattice parameter b is in particular in the range from 600 pm up to and including 610 pm.
  • the lattice parameter c is in particular in the range from 1010 pm up to and including 1020 pm.
  • the angles ⁇ and ⁇ are preferably approximately 90 ° and the angle ⁇ is preferably approximately 120 °.
  • the host lattice of the phosphor comprises (DW, G) -centered (DW, G) O 4 tetrahedra.
  • the (DW, G) O 4 tetrahedra generally each have a tetrahedral gap.
  • the tetrahedron gap is an area inside the respective tetrahedron.
  • the term “tetrahedron gap” denotes the area in the interior of the tetrahedron that is free remains when touching balls are placed in the corners of the tetrahedron.
  • the oxygen atoms of the (DW, G) O 4 tetrahedron preferably span the tetrahedron, the DW or G atom being located in the tetrahedral gap of the tetrahedron spanned by the oxygen atoms.
  • the tetrahedra are centered around the DW atom or the G atom.
  • all atoms that span the tetrahedron preferably form a similar distance to the DW or G atom which is located in the tetrahedron gap.
  • the DW atom is preferably aluminum and the G atom is preferably lithium.
  • the host lattice comprises corner-linked and / or edge-linked (DW, G) O 4 tetrahedra.
  • at least two (DW, G) O 4 tetrahedra can be linked to one another via an oxygen corner.
  • the two (DW, G) O 4 tetrahedra are corner-linked.
  • corner-linked means that two tetrahedra are connected to one another via a common corner.
  • the oxygen atom is preferably a common oxygen atom of the corner-linked (DW, G) O 4 tetrahedra.
  • the oxygen atom that the ( DW, G) O 4 tetrahedron linked to one another preferably both part of the (DW, G) O 4 tetrahedron and part of a further (DW, G) O 4 tetrahedron.
  • At least two (DW, G) O 4 tetrahedra can be edge-linked to one another via two oxygen atoms.
  • "Edge-linked" means here and in the following that two (DW, G) O 4 tetrahedra are connected to one another via a common edge.
  • the edge is usually formed by an imaginary line between two directly adjacent ones Oxygen atoms.
  • the two directly adjacent oxygen atoms are two common oxygen atoms of the (DW, G) 0 ⁇ tetrahedra.
  • the oxygen atoms that connect the (DW, G) 0 ⁇ tetrahedron to one another are preferably both part of the (DW, G) O 4 tetrahedron and part of a further (DW, G) O 4 tetrahedron.
  • the host lattice of the phosphor has a first layer and a second layer.
  • the first layer has in particular two sublayers made of tetrahedra.
  • the (DW, G) O 4 tetrahedra of the first sublayer of the first layer are either corner-linked with (DW, G) O 4 tetrahedra of the second sublayer, the first layer or the (DW, G) O 4 tetrahedra of the first Sub-layer are not linked to the (DW, G) 0 ⁇ - tetrahedra of the second sub-layer.
  • the two sub-layers are linked at the corners via a common oxygen atom or the oxygen atom of the (DW, G) O 4 tetrahedron is not linked.
  • the (DW, G) O 4 tetrahedra are corner-linked within the first sublayer or the second sublayer via an oxygen atom.
  • This means that a (DW, G) O 4 tetrahedron is corner-linked to another (DW, G) O 4 tetrahedron of the same sublayer via an oxygen atom.
  • the further (DW, G) O 4 tetrahedron is in turn linked at the corners to another (DW, G) O 4 tetrahedron of the same sublayer.
  • the second layer has in particular two secondary layers made of (DW, G) O 4 tetrahedra.
  • the (DW, G) 0 ⁇ tetrahedra of the first secondary layer are edge-linked with the (DW, G) O ⁇ tetrahedra of the second secondary layer.
  • the (DW, G) 0 ⁇ tetrahedra are within the first and the second secondary layer with one another via an oxygen atom corner-linked. This means that a (DW, G) O 4 tetrahedron is corner-linked to another (DW, G) O 4 tetrahedron in the same secondary layer via an oxygen atom.
  • the further (DW, G) O 4 tetrahedron is in turn linked at the corners with another (DW, G) O 4 tetrahedron of the same secondary layer.
  • the first layer and the second layer are in particular arranged alternately.
  • the (DW, G) O 4 tetrahedra of the first sublayer of the first layer are preferably corner-linked to the (DW, G) O 4 tetrahedra of the second sublayer of the second layer via a common oxygen atom. This creates the three-dimensional host lattice.
  • all oxygen atoms and the tetrahedral gaps in the tetrahedron, occupied by DW atoms or G atoms, are involved in the structure of the host lattice.
  • the tetrahedron gap is preferably statistically mixed with DW and G.
  • the (DW, G) O 4 tetrahedra form interspaces.
  • the spaces are between the first layer and the second layer.
  • the (DW, G) O 4 tetrahedra of the first layer are preferably corner-linked to the (DW, G) O 4 tetrahedra of the second layer.
  • the intermediate space in which the EA atom is located is formed at every second corner connection of the first and second layers.
  • the spaces are not necessarily arranged in the interior of a tetrahedron.
  • the phosphor there is an EA atom in at least one space.
  • the (Al y Li 1-y ) O 4 tetrahedra form interspaces, a barium atom being located in at least one interspace.
  • the EA atom is surrounded by 10 O atoms.
  • the EA atom is surrounded directly by 10 oxygen atoms.
  • the EA atom is directly surrounded by exactly 10 O atoms.
  • the (DW, G) 04 tetrahedra form cavities in the form of a trigonal
  • the cavities are located within the first layer.
  • the A atoms are preferably located between the first and second sub-layers.
  • an A atom is arranged within one of the pyramids of the trigonal bipyramid.
  • the oxygen atoms of the (DW, G) O 4 tetrahedra form cavities in the form of a trigonal bipyramid.
  • the trigonal bipyramid usually comprises two trigonal pyramids, each of which has an equilateral triangle as its base. If two such trigonal pyramids touch each other at the base, a trigonal bipyramid is obtained.
  • the A atom is usually located in a cavity inside the trigonal bipyramid.
  • the cavity in which the A atom is introduced is statistically understaffed. As a rule, a maximum of 50% of the cavity is occupied by the A atom.
  • a higher occupancy of the cavities is structurally not possible due to A atoms coming too close in neighboring orbits. That means that only within one of the two trigonal pyramids the trigonal Bipyramid an A atom is arranged.
  • the A atoms are primarily responsible for balancing the charge.
  • the phosphor absorbs electromagnetic radiation in the near ultraviolet to blue spectral range.
  • an excitation spectrum of the phosphor is between 400 nanometers and 470 nanometers inclusive.
  • the phosphor is excitable at about 405 nanometers or at about 458 nanometers.
  • the phosphor has an emission spectrum with an emission maximum at a wavelength less than or equal to 500 nanometers. This means that the phosphor emits electromagnetic radiation in the blue-green wavelength range.
  • the emission spectrum is usually a diagram in which a spectral intensity or a spectral luminous flux per wavelength interval (“spectral intensity / spectral luminous flux”) of the electromagnetic radiation emitted by the phosphor is shown as a function of the wavelength ⁇
  • the emission spectrum represents a curve in which the wavelength is plotted on the x-axis and the spectral intensity or the spectral luminous flux is plotted on the y-axis.
  • the emission maximum of the emission spectrum corresponds to the maximum intensity of the emission spectrum Emission spectrum determined.
  • the phosphor can be produced by the method described below. Features and embodiments that are only implemented in connection with the phosphor can also be implemented in the method and vice versa.
  • - A is selected from the group of monovalent cations
  • - G is selected from the group of monovalent cations
  • - DW is selected from the group of trivalent cations
  • - RE is one or more activator elements, 0 ⁇ x 6,
  • the method comprises the steps
  • a stoichiometric composition of the starting materials is homogenized in a first step of the method.
  • the resulting mixture of the starting materials is placed in a crucible, preferably in a corundum crucible.
  • the mixture of the starting materials is heated, for example, to a temperature of approximately 1200 ° C. for approximately 4 hours under a nitrogen atmosphere or under a forming gas atmosphere to ensure reducing conditions.
  • the forming gas atmosphere has, for example, a mixture of nitrogen or argon with up to 10% hydrogen or is formed from such a mixture.
  • the temperature in the production of the present phosphor can advantageously be selected to be very low. This leads to a gentle and inexpensive process.
  • BaCO 3, Li 2 CO 3 , Al 2 O 3 and EU 2 O 3 are provided as starting materials in the method.
  • the phosphor is particularly suitable and intended for use in an optoelectronic component.
  • Features and embodiments that are only implemented in connection with the phosphor and / or the method can also be formed in the optoelectronic component and in each case vice versa.
  • the optoelectronic component comprises a semiconductor chip which, during operation, emits electromagnetic radiation of a first wavelength range from a radiation exit area.
  • the optoelectronic component has a phosphor, described here, which converts electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of the
  • the first wavelength range is preferably wholly or partially the excitation spectrum of the phosphor.
  • the phosphor changes electromagnetic radiation of the first wavelength range completely or partially into electromagnetic radiation of the emission spectrum.
  • the semiconductor chip is, for example, a light-emitting diode chip or a laser diode chip.
  • the semiconductor chip preferably has an epitaxially grown semiconductor layer sequence with an active zone which is set up to generate electromagnetic radiation.
  • the active zone has, for example, a pn
  • the semiconductor chip preferably emits electromagnetic radiation from the ultraviolet spectral range and / or from the visible spectral range, particularly preferably from the blue spectral range.
  • the electromagnetic radiation of the emission spectrum is preferably different from the first wavelength range.
  • the phosphor gives the optoelectronic component wavelength-converting properties.
  • the optoelectronic component has a conversion element with a phosphor described here.
  • the conversion element has, for example, a matrix material in which the phosphor is embedded in the form of particles.
  • the matrix material is preferably selected from the group of polysiloxanes, epoxides, glasses and hybrid materials.
  • a further luminescent substance is introduced into the matrix material.
  • the further phosphor is, for example, a garnet phosphor or a nitride phosphor.
  • the further phosphor is preferably a red or green emitting phosphor.
  • the conversion element consists of the phosphor described here.
  • the phosphor is designed as a ceramic.
  • the conversion element only partially converts the electromagnetic radiation of the semiconductor chip into electromagnetic radiation of the
  • the optoelectronic component preferably emits mixed light, which is made up of electromagnetic radiation from the first
  • Wavelength range and electromagnetic radiation of the emission spectrum composed.
  • the optoelectronic component emits white light.
  • the phosphor described here preferably closes a gap in the emission spectrum between the emission spectrum of the semiconductor chip and the emission spectrum of the green phosphor. This addresses melanin receptors in the human eye, which significantly reduce tiredness.
  • the optoelectronic component is particularly suitable for use in blue light in vehicles.
  • the optoelectronic component here preferably emits electromagnetic radiation in the blue-cyan wavelength range. This increases the perception for the human eye with the same color location and thus leads to improved efficiency compared to blue light, which has an adapted light-emitting diode chip with blue emission.
  • the blue-cyan fluorescent substance described here addresses melanin receptors in the human eye (melanopic curve) and thereby reduces tiredness. This leads to increased well-being and to an improvement in the mood and health of people ("human centric lighting", LQ). Compared to conventional phosphors used for "human centric lighting", the phosphor described here has, in particular, increased stability .
  • One idea of the present optoelectronic component is to generate an intensity in the wavelength range of the emission spectrum less than or equal to 500 nanometers. This emission spectrum covers the blue-cyan spectral range. The optoelectronic component is therefore suitable for vehicle emergency lighting.
  • the phosphor preferably has a low proportion of rare earths, which leads to an inexpensive phosphor and easily accessible phosphor compared to garnet phosphors such as Y 3 Al 5 O 12 : Ce.
  • the method for producing the phosphor described here has a low synthesis temperature compared to garnet phosphors, which also leads to an inexpensive synthesis.
  • a very small Stokes shift from the blue to the blue-green spectral range can be achieved through the phosphor. This closes the cyan gap in the emission spectrum.
  • the phosphor described here can - depending on the application and optionally in combination with other phosphors - be used to generate cold white, warm white or blue-green light.
  • the emission spectrum of the present phosphor is also generally more stable over a larger temperature range and forward current than the emission spectrum of a blue semiconductor chip.
  • Figures 1, 2 and 3 each show a section of a host lattice of a phosphor in viewing direction a according to an embodiment
  • FIG. 4 shows the surroundings of the EA atom of a phosphor in accordance with an exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows an emission spectrum of a phosphor in accordance with an exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic sectional illustration of various process stages of a process for producing a phosphor in accordance with an exemplary embodiment
  • FIG. 7 and FIG. 8 show a schematic sectional illustration of an optoelectronic component in accordance with one exemplary embodiment in each case.
  • Identical, identical or identically acting elements are provided with the same reference symbols in the figures.
  • the figures and the proportions of the elements shown in the figures are not to be regarded as being to scale. Rather, individual elements, in particular layer thicknesses, can be shown exaggeratedly large for better illustration and / or for better understanding.
  • the phosphor according to the exemplary embodiment in FIG. 1 obeys the formula EA 2 A X (DW y Gi y ) 10 O 13 : RE.
  • the host lattice of the phosphor 1 has a structure with a trigonal space group P5ml (number 164).
  • the structure of the host lattice comprises (DW, G) -centered (DW, G) O 4 tetrahedra 2.
  • the host lattice has (Al y Lii_ y ) O 4 tetrahedra.
  • the host lattice has (DW, G) O 4 tetrahedra 2 linked via corners e and / or (DW, G) O 4 tetrahedra 2 linked via edges k.
  • the host lattice has a first layer IS and a second layer 2S.
  • the first layer IS has a first sublayer 1U and a second sublayer 2U made of (DW, G) O 4 tetrahedra 2, which are regularly linked to one another via corners pointing to one another, although not every corner forms such a link.
  • the (DW, G) O 4 tetrahedra 2 of the first sublayer 1U and the (DW, G) O 4 tetrahedra 2 of the second sublayer 2U are partially linked to one another via a corner e and are partially unlinked.
  • the (DW, G) O 4 tetrahedra 2 are in the first sub-layer 1U and in the second sub-layer 2U with one another via at least one corner e with another
  • the second layer 2S has a first secondary layer IN and a second secondary layer 2N made of (DW, G) 0 ⁇ tetrahedra 2.
  • the (DW, G) 0 * tetrahedron 2 of the first secondary layer IN and the (DW, G) O 4 tetrahedron 2 of the second secondary layer 2N are edge-linked to one another via an edge k.
  • the (DW, G) 0 ⁇ - tetrahedra 2 of the first secondary layer are corner-linked to one another within the first secondary layer IN via a corner e.
  • the (DW, G) O 4 tetrahedra 2 of the second secondary layer 2N are corner-linked within the second secondary layer 2N via a corner e.
  • the first layer IS and the second layer 2S are arranged alternately in this case.
  • the (DW, G) O 4 tetrahedra 2 of the first layer IS and the (DW, G) O 4 tetrahedra 2 of the second layer 2S are each corner-linked to one another via a corner e.
  • the alternating arrangement of the first layer IS and the second layer 2S are part of the host lattice. For better illustration, the elements EA 3 and A 4 are not shown in FIG.
  • FIG. 2 also shows a section of the host lattice of the phosphor in viewing direction a.
  • the element EA 3 is shown here.
  • the EA atom 3 is located in at least one space.
  • the spaces are formed by the (DW, G) O ⁇ tetrahedra 2.
  • the spaces are arranged between the second layer 2S and the first layer IS.
  • the (DW, G) 0 ⁇ tetrahedron 2 of the first layer IS and the (DW, G) 0 ⁇ tetrahedron 2 of the second layer 2S are connected to one another via a common oxygen atom linked at the corners.
  • EA atom 3 is a barium atom.
  • FIG. 3 shows a section of a luminescent material in accordance with an exemplary embodiment.
  • the A atoms 4 are also drawn in here.
  • the A atom 4 is arranged in a cavity.
  • the cavity is formed by the (DW, G) 0 ⁇ tetrahedra 2, which form a cavity in the form of a trigonal bipyramid.
  • the trigonal bipyramid has two trigonal pyramids, which are connected to one another via a base.
  • the cavities in which the A atoms 4 are located are formed in the first layer IS.
  • At most one A atom 4 can be in one of the two trigonal pyramids of the trigonal bipyramid. This means that the trigonal bipyramid is at most 50% occupied by an A atom 4.
  • the A atoms 4 serve to balance the charge. In the present case, the A atom is 4 lithium.
  • FIG. 4 shows a section of the surroundings of an EA atom 3 of a phosphor according to an exemplary embodiment.
  • the EA atom 3 in this case the barium atom, is directly surrounded by exactly ten oxygen atoms 5.
  • Table 1 shows the crystallographic data and data of the structure refinement for the exemplary embodiments of the phosphors with the empirical formulas and .
  • the angles ⁇ and ß are 90 ° and Y is 120 °.
  • the lattice parameters a and b are the same and c is different from a and b.
  • Table 2 below shows the crystallographic position parameters of the phosphor 1 with the empirical formula while Table 3 shows the crystallographic position parameters of the phosphor 1 with the empirical formula BaaLi 431 (Al o .385Lio.615) 10O13: Eu 2+ .
  • the tetrahedron gap is statistically mixed with aluminum and lithium.
  • the host lattice has three differently occupied Al / Li positions. Al2 and Li2,
  • Al3 and Li3 as well as Al4 and Li4 each share a Wyckoff position. Furthermore, all oxygen atoms and the tetrahedral tetrahedral gaps occupied by Al / Li2, Al / Li3 and Al / Li4 are involved in the structure of the host lattice.
  • FIG. 5 shows an example of an emission spectrum E of a phosphor in accordance with an exemplary embodiment when excited with electromagnetic radiation of an excitation spectrum in the UV or blue wavelength range.
  • the phosphor 1 was excited at a wavelength of 405 nanometers and 458 nanometers.
  • the emission spectrum E is the spectral intensity I of the electromagnetic radiation emitted by the phosphor 1 as a function of the wavelength ⁇ .
  • the wavelength of the emission maximum of the emission spectrum E of the phosphor 1 is less than or equal to 500 nanometers.
  • the determination of the emission spectrum E was carried out on an uncalibrated device which is additionally restricted in the blue-green spectral range by a filter. The filter cuts off the emission spectrum E clearly towards the short-wave range.
  • a first method step S1 the calculated amount of the desired starting materials is provided and mixed homogeneously.
  • the mixture is then transferred to a corundum crucible, which is placed in a chamber furnace.
  • the glow cake is then cooled to room temperature.
  • the phosphor 1 is produced, for example, by mixing, homogenizing and heating at 1200 ° C. for four hours as the starting material BaCOa, L12CO3, Al 2 O 3 and EU 2 O 3.
  • a stoichiometric ratio of the individual starting materials to one another is selected here.
  • the optoelectronic component 6 in accordance with the exemplary embodiment in FIG. 7 has a semiconductor chip 7 which, during operation, emits electromagnetic radiation of a first wavelength range from a radiation exit area 8.
  • the electromagnetic radiation of the first wavelength range has an emission spectrum which is also referred to as the emission spectrum of the semiconductor chip 7.
  • the semiconductor chip 7 comprises an epitaxially grown semiconductor layer sequence with an active zone 9 which is suitable for generating electromagnetic radiation.
  • the optoelectronic component 6 comprises a potting 10.
  • the potting 10 has a permeability for electromagnetic radiation of at least the active zone 9, which is at least 85%, preferably 95%.
  • the semiconductor chip 7 is surrounded by the encapsulation 10.
  • the optoelectronic component 6 also has a conversion element 11 with a phosphor 1, which converts electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of the emission spectrum E of the phosphor 1.
  • the phosphor 1 is in the form of particles in a Matrix material 12 embedded.
  • the matrix material 12 is selected from the group of polysiloxanes.
  • the conversion element 11 can be designed as a conversion layer.
  • the optoelectronic component 6 according to
  • the exemplary embodiment in FIG. 8 comprises a semiconductor chip 7, a carrier element 13, an adhesive layer 14 and a conversion element 11.
  • the conversion element 11 is attached to a radiation exit surface 8 of the semiconductor chip 7 with the aid of the adhesive layer 14.
  • the conversion element 11 can, however, also be applied directly to the radiation exit area 18 of the semiconductor chip 7.
  • the surface of the semiconductor chip 7 opposite the radiation exit surface 8 is arranged on the carrier element 13 for stabilization.
  • the conversion element 11 is designed as a conversion layer and has a phosphor 1 which is embedded in the matrix material 12 in the form of particles.
  • further phosphors can be embedded in the conversion element 11.
  • the further phosphor is, for example, a red and / or a green emitting phosphor.

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Abstract

Es wird ein Leuchtstoff (1) angegeben mit der allgemeinen Formel EA2AX (DWyG1-y)10O13 :RE, wobei - EA ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Kationen, - A ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen Kationen, - G ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen Kationen, - DW ausgewählt ist aus der Gruppe der dreiwertigen Kationen, - RE ein oder mehrere Aktivator-Elemente ist, 0 ≤ x ≤ 6, 0,3 ≤ y ≤ 0,6 und x + 20y = 12ε, wobei ε = 0,9-1,1 ist. Darüber hinaus werden ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs (1) und ein optoelektronisches Bauelement (6) angegeben.

Description

Beschreibung
LEUCHTSTOFF, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES LEUCHTSTOFFS UND
OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT
Es werden ein Leuchtstoff und ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Leuchtstoff mit erhöhter Effizienz anzugeben. Zusätzlich soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leuchtstoffs angegeben werden. Weiterhin soll ein optoelektronisches Bauelement mit erhöhter Effizienz angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch einen Leuchtstoff mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 15 und durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Leuchtstoffs, des Verfahrens und des optoelektronischen Bauelements sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Formel :RE auf, wobei gilt:
Figure imgf000003_0001
Figure imgf000003_0002
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist EA ausgewählt aus der Gruppe der zweiwertigen Kationen. Mit dem Begriff „Wertigkeit" in Bezug auf ein bestimmtes Kation ist vorliegend gemeint, wie viele Elemente mit einfacher entgegengesetzter Ladung in einer chemischen Verbindung benötigt werden, um einen Ladungsausgleich zu erzielen. Somit umfasst der Begriff „Wertigkeit" die Ladungszahl des Kations.
Zweiwertige Kationen sind in chemischen Verbindungen zweifach positiv geladen und besitzen eine Ladungszahl von +2. Ein Ladungsausgleich in einer chemischen Verbindung kann beispielsweise über zwei weitere Elemente (Anionen), die jeweils einfach negativ geladen sind, oder ein weiteres Element, das zweifach negativ geladen ist, stattfinden. Zweiwertige Kationen sind in der Regel ausgewählt aus der Gruppe der Erdalkalielemente sowie aus Elementen der Nebengruppen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist A ausgewählt aus der Gruppe der einwertigen Kationen.
Einwertige Kationen sind in chemischen Verbindungen einfach positiv geladen und besitzen eine Ladungszahl von +1. Ein Ladungsausgleich in einer chemischen Verbindung kann über ein weiteres Element, welches einfach negativ geladen ist, stattfinden. Einwertige Kationen sind in der Regel ausgewählt aus der Gruppe der Alkalielemente sowie aus Elementen der Nebengruppen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist G ausgewählt aus der Gruppe der einwertigen Kationen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist DW ausgewählt aus der Gruppe der dreiwertigen Kationen. Dreiwertige Kationen sind in chemischen Verbindungen dreifach positiv geladen und besitzen eine Ladungszahl von +3. Ein Ladungsausgleich in einer chemischen Verbindung kann beispielsweise über ein Element, das dreifach negativ geladen ist, durch zwei Elemente, von denen eines einfach negativ geladen ist und eines zweifach negativ geladen ist, oder drei Elemente, die jeweils einfach negativ geladen sind, stattfinden. Dreiwertige Kationen in Bezug auf DW sind in der Regel ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch Bor,
Aluminium, Gallium, Indium sowie Elemente der Nebengruppen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist RE ein oder mehrere Aktivator-Elemente.
Hier und im Folgenden werden Leuchtstoffe anhand von Summenformeln beschrieben. Die in den Summenformeln aufgeführten Elemente liegen dabei in geladener Form vor. Hier und im Folgenden sind mit Elementen beziehungsweise Atomen in Bezug auf die Summenformeln der Leuchtstoffe somit Ionen in Form von Kationen und Anionen gemeint, auch wenn dies nicht explizit angegeben ist. Dies gilt auch für ElementSymbole, wenn diese der Übersichtlichkeit halber ohne Ladungszahl genannt werden.
Es ist bei den angegebenen Summenformeln möglich, dass der Leuchtstoff weitere Elemente beispielsweise in Form von Verunreinigungen aufweist. Zusammengenommen weisen diese Verunreinigungen höchstens 1 Promille, insbesondere höchstens 100 ppm (parts per million), bevorzugt höchstens 10 ppm auf.
Der Leuchtstoff umfasst bevorzugt ein kristallines, beispielsweise keramisches, Wirtsgitter, in das Aktivator- Elemente als Fremdelemente eingebracht sind. Bei dem Leuchtstoff handelt es sich beispielsweise um ein keramisches Material.
Das Aktivator-Element verändert die elektronische Struktur des Wirtsgitters insofern, dass elektromagnetische Strahlung mit einem AnregungsSpektrum von dem Leuchtstoff absorbiert wird und einen elektronischen Übergang in dem Aktivator- Element anregt, der unter Aussenden von elektromagnetischer Strahlung mit einem Emissionsspektrum wieder in den Grundzustand übergeht. Das Aktivator-Element, das in das Wirtsgitter eingebracht ist, ist so für die wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften des Leuchtstoffs verantwortlich . Mit dem Begriff „wellenlängenkonvertierend" ist vorliegend gemeint, dass eingestrahlte elektromagnetische Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereichs, vorliegend mit dem AnregungsSpektrum, in elektromagnetische Strahlung eines anderen, bevorzugt längerwelligen Wellenlängenbereichs, vorliegend des Emissionsspektrums, umgewandelt wird. In der Regel absorbiert eine wellenlängenkonvertierende Komponente elektromagnetische Strahlung eines eingestrahlten Wellenlängenbereichs, wandelt diese durch elektronische Vorgänge auf atomarer und/oder molekularer Ebene in elektromagnetische Strahlung eines anderen
Wellenlängenbereichs um und sendet die umgewandelte elektromagnetische Strahlung wieder aus. Insbesondere wird reine Streuung oder reine Absorption vorliegend nicht als wellenlängenkonvertierend verstanden.
Der vorliegende Leuchtstoff kann nach außen hin ungeladen vorliegen. Das bedeutet, dass im Leuchtstoff nach außen hin ein vollständiger Ladungsausgleich zwischen positiven und negativen Ladungen bestehen kann. Es ist hingegen auch möglich, dass der Leuchtstoff formell in geringem Maße keinen vollständigen Ladungsausgleich besitzt. Gründe hierfür sind beispielsweise Verunreinigungen.
Das kristalline Wirtsgitter ist in der Regel insbesondere aus einer sich dreidimensional periodisch wiederholenden Elementarzelle aufgebaut. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Elementarzelle um die kleinste, die Symmetrie des Kristalles wiederspiegelnde wiederkehrende Einheit des kristallinen Wirtsgitters. Die Elemente EA, A, DW, G und 0 besetzen darin jeweils bevorzugt festgelegte, symmetrisch gleichwertige Plätze, sogenannte Punktlagen, innerhalb der dreidimensionalen Elementarzelle des Wirtsgitters. x bezeichnet hierbei den molekularen Anteil von A und liegt bevorzugt zwischen einschließlich 0 und einschließlich 6. y bezeichnet hierbei den molekularen Anteil von DW bezogen auf G und liegt bevorzugt zwischen einschließlich 0,3 und einschließlich 0,6. Hierbei gilt x + 20y = 12ε, wobei ε in einem Bereich zwischen einschließlich 0,9 und einschließlich 1,1 liegt. Somit kann in geringem Maße der Leuchtstoff formell keinen vollständigen Ladungsausgleich besitzen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die allgemeine Formel EÄ2ÄX (DWyGi-y)10O13:RE auf, wobei:
- EA ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Kationen,
- A ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen Kationen,
- G ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen Kationen,
- DW ausgewählt ist aus der Gruppe der dreiwertigen Kationen,
- RE ein oder mehrere Aktivator-Elemente ist,
Figure imgf000007_0001
und x + 20y = 12ε, wobei ε = 0,9-1,1 ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist EA ausgewählt aus der folgenden Gruppe: Ca, Sr, Ba, Zn, Mg und Kombinationen dieser Elemente. Die Elemente sind gut handhabbar, ungiftig und leicht zugänglich. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs umfasst EA Ca, Sr, Ba, Zn, Mg oder besteht aus einem dieser Elemente. Bevorzugt steht EA für das Element Barium.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs sind A und G ausgewählt aus der folgenden Gruppe: Li, Na, K und Kombinationen dieser Elemente. Diese Elemente sind ungiftig und leicht zugänglich. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs besteht A und/oder G aus Li, Na oder K. A und G können, aber müssen nicht das gleiche Element aufweisen. Bevorzugt stehen A und G für das Element Lithium.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist DW ausgewählt aus der folgenden Gruppe: Al, Ga, B, In und Kombinationen dieser Elemente. Diese Elemente sind ungiftig, leicht zugänglich und gut handhabbar. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs umfasst DW Aluminium oder besteht aus diesem Element.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist RE ausgewählt aus der folgenden Gruppe: Mn, Cr, Ni, Eu, Ce, Yb und Kombinationen dieser Elemente.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist RE ausgewählt aus der folgenden Gruppe: Eu, Ce, Yb und Kombinationen dieser Elemente. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs besteht RE aus Eu, Ce oder Yb. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs umfasst RE Europium oder besteht aus Europium. Das Europium liegt insbesondere in der Form Eu2+ vor. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs weist das Aktivatorelement RE einen molaren Anteil zwischen einschließlich 0,001 und einschließlich 0,1 bezogen auf EA auf. Mit anderen Worten sind zwischen einschließlich 0,1 % und 10 % der Punktlagen mit RE substituiert. Insbesondere liegt der molare Anteil von RE bezogen auf EA bevorzugt zwischen einschließlich 0,005 und einschließlich 0,05.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform gehorcht der Leuchtstoff der Formel
Figure imgf000009_0002
Gemäß einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist dabei RE Eu2+. Beispielsweise gehorcht der Leuchtstoff einer der folgenden Formeln:
Figure imgf000009_0001
und
Figure imgf000009_0003
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs weist das kristalline Wirtsgitter des Leuchtstoffs eine Struktur mit einer trigonalen Raumgruppe auf. Insbesondere kristallisiert das Wirtsgitter des Leuchtstoffs in der Regel in der trigonalen Raumgruppe P5ml (Nummer 164).
Zur Beschreibung der dreidimensionalen Elementarzelle des kristallinen Wirtsgitters werden sechs Gitterparameter benötigt, drei Längen a, b und c und drei Winkel ot, ß und γ. Die drei Gitterparameter a, b und c sind die Längen der Gittervektoren, die die Elementarzelle aufspannen. Die weiteren drei Gitterparameter a, ß und γ sind die Winkel zwischen diesen Gittervektoren. a ist der Winkel zwischen b und c und ß ist der Winkel zwischen a und c und γ ist der Winkel zwischen a und b.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs liegt der Gitterparameter a insbesondere im Bereich von einschließlich 600 pm bis einschließlich 610 pm. Der Gitterparameter b liegt insbesondere im Bereich von einschließlich 600 pm bis einschließlich 610 pm. Der Gitterparameter c liegt insbesondere im Bereich von 1010 pm bis einschließlich 1020 pm. Die Winkel α und ß betragen bevorzugt ungefähr 90° und der Winkel γ liegt bevorzugt bei etwa 120°.
Die Gitterparameter des Leuchtstoffs
Figure imgf000010_0002
liegen in der trigonalen Raumgruppe
Figure imgf000010_0004
l bevorzugt bei a = 605,05(2) pm, bei b = 605,05(2) pm, bei c = 1012,72(4) pm und die Winkel α und ß liegen bei gleich 90° und der Winkel γ liegt bei gleich 120°. Die Gitterparameter des Leuchtstoffs
Figure imgf000010_0001
liegen in der trigonalen Raumgruppe
Figure imgf000010_0003
bevorzugt bei a = 604,70(3) pm, bei b = 604,70(3) pm, bei c = 1014,61(5) pm und die Winkel a und ß liegen bei gleich 90" und der Winkel γ liegt bei gleich 120°.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs umfasst das Wirtsgitter des Leuchtstoffs (DW,G)-zentrierte (DW,G)O4-Tetraeder. Die (DW,G)O4-Tetraeder weisen in der Regel jeweils eine Tetraederlücke auf. Die Tetraederlücke ist ein Bereich im Inneren des jeweiligen Tetraeders. Beispielsweise wird mit dem Begriff "Tetraederlücke” der Bereich im Inneren des Tetraeders bezeichnet, der frei bleibt, wenn in die Ecken des Tetraeders sich berührende Kugeln gesetzt werden.
Bevorzugt spannen die Sauerstoffatome des (DW,G)O4-Tetraeders das Tetraeder auf, wobei sich in der Tetraederlücke des durch die Sauerstoffatome aufgespannten Tetraeders das DW- oder das G-Atom befindet. In anderen Worten sind die Tetraeder um das DW-Atom oder das G-Atom zentriert. Hierbei bilden bevorzugt alle Atome, welche das Tetraeder aufspannen, einen ähnlichen Abstand zu dem DW- oder G-Atom, welches sich in der Tetraederlücke befindet. Das DW-Atom ist bevorzugt Aluminium und das G-Atom ist bevorzugt Lithium.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs umfasst das Wirtsgitter eckenverknüpfte und/oder kantenverknüpfte (DW,G)O4-Tetraeder. Hierbei können zumindest zwei (DW,G)O4-Tetraeder über eine Sauerstoffecke miteinander verknüpft sein. Die beiden (DW,G)O4-Tetraeder sind dabei eckenverknüpft. „Eckenverknüpft" heißt hier und im Folgenden, dass zwei Tetraeder über eine gemeinsame Ecke miteinander verbunden sind. Bevorzugt ist hierbei das Sauerstoffatom ein gemeinsames Sauerstoffatom der eckenverknüpften (DW,G)O4- Tetraeder. Mit anderen Worten ist das Sauerstoffatom, das die (DW,G)O4-Tetraeder miteinander verknüpft, bevorzugt sowohl Teil des (DW,G)O4-Tetraeders als auch Teil eines weiteren (DW,G)O4-Tetraeders.
Weiterhin können zumindest zwei (DW,G)O4-Tetraeder über zwei Sauerstoffatome miteinander kantenverknüpft sein. „Kantenverknüpft" heißt hier und im Folgenden, dass zwei (DW,G)O4-Tetraeder über eine gemeinsame Kante miteinander verbunden sind. Die Kante ist in der Regel gebildet durch eine gedachte Linie zwischen zwei direkt benachbarten Sauerstoffatomen. Insbesondere sind hierbei die zwei direkt benachbarten Sauerstoffatome zwei gemeinsame SauerStoffatome der (DW,G)0<-Tetraeder. Mit anderen Worten sind die Sauerstoffatome, die die (DW,G)0<-Tetraeder miteinander verbinden, bevorzugt sowohl Teil des (DW,G)O4-Tetraeders als auch Teil eines weiteren (DW,G)O4-Tetraeders.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Wirtsgitter des Leuchtstoffs eine erste Schicht und eine zweite Schicht auf. Die erste Schicht weist insbesondere zwei Unterschichten aus Tetraedern auf. Die (DW,G)O4-Tetraeder der ersten Unterschicht der ersten Schicht sind hierbei entweder eckenverknüpft mit (DW,G)O4-Tetraedern der zweiten Unterschicht, der ersten Schicht oder die (DW,G)O4-Tetraeder der ersten Unterschicht sind nicht mit den (DW,G)0<- Tetraedern der zweiten Unterschicht verknüpft. Beispielsweise sind die zwei Unterschichten über ein gemeinsames Sauerstoffatom eckenverknüpft oder das SauerStoffatom des (DW,G)O4-Tetraeders liegt unverknüpft vor. Die (DW,G)O4- Tetraeder sind innerhalb der ersten Unterschicht oder der zweiten Unterschicht miteinander über ein SauerStoffatom eckenverknüpft . Das heißt, dass ein (DW,G)O4-Tetraeder mit einem weiteren (DW,G)O4-Tetraeder der gleichen Unterschicht über ein SauerStoffatom eckenverknüpft sind. Das weitere (DW,G)O4-Tetraeder ist wiederum mit einem weiteren (DW,G)O4- Tetraeder der gleichen Unterschicht eckenverknüpft.
Die zweite Schicht weist insbesondere zwei Nebenschichten aus (DW,G)O4-Tetraedern auf. Dabei sind die (DW,G)0<-Tetraeder der ersten Nebenschicht mit den (DW,G)O^-Tetraedern der zweiten Nebenschicht kantenverknüpft. Die (DW,G)0<-Tetraeder sind innerhalb der ersten beziehungsweise der zweiten Nebenschicht miteinander über ein SauerStoffatom eckenverknüpft . Das heißt, dass ein (DW,G)O4-Tetraeder mit einem weiteren (DW,G)O4-Tetraeder der gleichen Nebenschicht über ein SauerStoffatom eckenverknüpft sind. Das weitere (DW,G)O4-Tetraeder ist wiederum mit einem weiteren (DW,G)O4- Tetraeder der gleichen Nebenschicht eckenverknüpft.
Zur Bildung des Wirtsgitters sind die erste Schicht und die zweite Schicht insbesondere alternierend angeordnet. Die (DW,G)O4-Tetraeder der ersten Unterschicht der ersten Schicht sind bevorzugt mit den (DW,G)O4-Tetraedern der zweiten Nebenschicht der zweiten Schicht über jeweils ein gemeinsames Sauerstoffatom eckenverknüpft. Dadurch entsteht das dreidimensionale Wirtsgitter.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs sind am Aufbau des Wirtsgitters alle Sauerstoffatome und die tetraedrisch umgebenen Tetraederlücken, besetzt mit DW-Atomen oder G-Atomen, beteiligt. Dabei ist bevorzugt die Tetraederlücke statistisch mit DW und G mischbesetzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs bilden die (DW,G)O4-Tetraeder Zwischenräume aus. Die Zwischenräume befinden sich zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht. Die (DW,G)O4-Tetraeder der ersten Schicht sind mit den (DW,G)O4-Tetraedern der zweiten Schicht bevorzugt eckenverknüpft . Hierbei ist an jeder zweiten Eckenverknüpfung der ersten und der zweiten Schicht der Zwischenraum gebildet, in welchem sich das EA-Atom befindet. Außerdem sind die Zwischenräume nicht zwingend im Inneren eines Tetraeders angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs befindet sich zumindest in einem Zwischenraum ein EA-Atom. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs bilden die (AlyLi1-y)O4-Tetraeder Zwischenräume aus, wobei sich zumindest in einem Zwischenraum ein Bariumatom befindet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist das EA-Atom von 10 O-Atomen umgeben. Insbesondere ist hierbei das EA-Atom direkt von 10 Sauerstoffatomen umgeben. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist das EA- Atom von genau 10 O-Atomen direkt umgeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs bilden die (DW,G)04-Tetraeder Hohlräume in Form einer trigonalen
Bipyramide aus. Die Hohlräume befinden sich innerhalb der ersten Schicht. Bevorzugt befinden sich die A-Atome zwischen der ersten und zweiten Unterschicht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtstoffs ist ein A-Atom innerhalb einer der Pyramiden der trigonalen Bipyramide angeordnet. Hierbei bilden die Sauerstoffatome der (DW,G)O4-Tetraeder Hohlräume in Form einer trigonalen Bipyramide. Die trigonale Bipyramide umfasst in der Regel zwei trigonale Pyramiden, von denen jede als Grundfläche ein gleichseitiges Dreieck aufweist. Berühren sich zwei solche trigonalen Pyramiden an den Grundflächen, so erhält man eine trigonale Bipyramide.
In einem Hohlraum im Inneren der trigonalen Bipyramide befindet sich in der Regel das A-Atom. Der Hohlraum, in den das A-Atom eingebracht ist, ist dabei statistisch unterbesetzt. Der Hohlraum ist in der Regel zu maximal 50 % mit dem A-Atom besetzt. Eine höhere Besetzung der Hohlräume ist aufgrund zu nahe kommender A-Atome in benachbarten Orbits strukturell nicht möglich. Das heißt, dass nur innerhalb einer der beiden trigonalen Pyramiden der trigonalen Bipyramide ein A-Atom angeordnet ist. Die A-Atome sind bevorzugt für den Ladungsausgleich zuständig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform absorbiert der Leuchtstoff elektromagnetische Strahlung im nahen ultravioletten bis blauen Spektralbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein AnregungsSpektrum des Leuchtstoffs zwischen einschließlich 400 Nanometer und einschließlich 470 Nanometer. Insbesondere ist der Leuchtstoff bei ungefähr 405 Nanometer oder bei ungefähr 458 Nanometer anregbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff ein Emissionsspektrum mit einem Emissionsmaximum bei einer Wellenlänge kleiner oder gleich 500 Nanometer auf. Das heißt, der Leuchtstoff emittiert elektromagnetische Strahlung im blaugrünen Wellenlängenbereich.
Bei dem Emissionsspektrum handelt es sich in der Regel um ein Diagramm, bei dem eine spektrale Intensität oder ein spektraler Lichtstrom pro Wellenlängenintervall („spektrale Intensität/spektraler Lichtstrom") der von dem Leuchtstoff ausgesandten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit der Wellenlänge λ dargestellt ist. Mit anderen Worten stellt das Emissionsspektrum eine Kurve dar, bei der auf der x-Achse die Wellenlänge und auf der y-Achse die spektrale Intensität oder der spektrale Lichtstrom aufgetragen ist. Das Emissionsmaximum des Emissionsspektrums entspricht der maximalen Intensität des Emissionsspektrums. Das Emissionsmaximum wird vorliegend anhand des Emissionsspektrums ermittelt. Der Leuchtstoff kann mit dem im Folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Merkmale und Ausführungsformen, die lediglich in Verbindung mit dem Leuchtstoff ausgeführt sind, können auch bei dem Verfahren ausgebildet sein und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Leuchtstoffs mit der allgemeinen Formel EA2AX (DWyG1-y)10O13:RE, wobei - EA ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Kationen,
- A ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen Kationen,
- G ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen Kationen,
- DW ausgewählt ist aus der Gruppe der dreiwertigen Kationen,
- RE ein oder mehrere Aktivator-Elemente ist, 0 ≤ x 6,
0,3 5 y ≤ 0,6 und x + 20y = 12ε, wobei ε = 0,9-1,1 ist, umfasst das Verfahren die Schritte
- Bereitstellen einer stöchiometrischen Zusammensetzung von Edukten,
- Erhitzen der Edukte auf eine Temperatur zwischen einschließlich 1000 "C und einschließlich 1400 eC.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird in einem ersten Schritt des Verfahrens eine stöchiometrische Zusammensetzung der Edukte homogenisiert.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird das entstandene Gemenge aus den Edukten in einen Tiegel, bevorzugt in einen Korundtiegel, gegeben. Das Gemenge aus den Edukten wird beispielsweise auf eine Temperatur von ungefähr 1200 °C für etwa 4 Stunden unter einer Stickstoffatmosphäre oder unter einer FormiergasatmoSphäre erhitzt, um so reduzierende Bedingungen zu gewährleisten. Die Formiergasatmosphäre weist beispielsweise ein Gemisch aus Stickstoff oder Argon mit bis zu 10 % Wasserstoff auf oder ist aus einem solchen Gemisch gebildet. Im Vergleich zur Herstellung von anderen Leuchtstoffen kann die Temperatur bei der Herstellung des vorliegenden Leuchtstoffs mit Vorteil sehr gering gewählt werden. Dies führt zu einem schonenden und kostengünstigen Verfahren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden bei dem Verfahren als Edukte BaCO3, Li2CO3, AI2O3 und EU2O3 bereitgestellt .
Der Leuchtstoff ist insbesondere zur Verwendung in einem optoelektronischen Bauelement geeignet und vorgesehen. Merkmale und Ausführungsformen, die lediglich in Verbindung mit dem Leuchtstoff und/oder dem Verfahren ausgeführt sind, können auch bei dem optoelektronischen Bauelement ausgebildet sein und jeweils umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement einen Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche aussendet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement einen hier beschriebenen Leuchtstoff auf, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des
Emissionsspektrums umwandelt. Bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Wellenlängenbereich ganz oder teilweise um das AnregungsSpektrum des Leuchtstoffs. Der Leuchtstoff wandelt elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs vollständig oder teilweise in elektromagnetische Strahlung des Emissionsspektrums um. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich zum Beispiel um einen Leuchtdiodenchip oder einen Laserdiodenchip. Bevorzugt weist der Halbleiterchip eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone auf, die dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Hierzu weist die aktive Zone beispielsweise einen pn-
Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfoder, besonders bevorzugt, eine MehrfachquantentopfStruktur auf. Bevorzugt sendet der Halbleiterchip im Betrieb elektromagnetische Strahlung aus dem ultravioletten Spektralbereich und/oder aus dem sichtbaren Spektralbereich, besonders bevorzugt aus dem blauen Spektralbereich, aus.
Die elektromagnetische Strahlung des Emissionsspektrums ist von dem ersten Wellenlängenbereich bevorzugt verschieden. Der Leuchtstoff verleiht dem optoelektronischen Bauelement wellenlängenkonvertierende Eigenschaften.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement ein Konversionselement mit einem hier beschriebenen Leuchtstoff auf. Das Konversionselement weist beispielsweise neben dem hier beschriebenen Leuchtstoff ein Matrixmaterial auf, in dem der Leuchtstoff in Form von Partikeln eingebettet ist. Das Matrixmaterial ist bevorzugt aus der Gruppe der Polysiloxane, Epoxide, Gläser und Hybridmaterialien ausgewählt. Beispielsweise ist in dem Matrixmaterial ein weiterer Leuchtstoff eingebracht. Der weitere Leuchtstoff ist beispielsweise ein Granat-Leuchtstoff oder ein Nitrid-Leuchtstoff. Bevorzugt ist der weitere Leuchtstoff ein rot oder grün emittierender Leuchtstoff.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht das Konversionselement aus dem hier beschriebenen Leuchtstoff. Beispielsweise ist der Leuchtstoff als Keramik ausgebildet.
Beispielsweise wandelt das Konversionselement die elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips lediglich teilweise in elektromagnetische Strahlung des
Emissionsspektrums um, während ein weiterer Teil der elektromagnetischen Strahlung des Halbleiterchips von dem Konversionselement transmittiert wird. Das optoelektronische Bauelement sendet in diesem Fall bevorzugt Mischlicht aus, das sich aus elektromagnetischer Strahlung des ersten
Wellenlängenbereichs und elektromagnetischer Strahlung des Emissionsspektrums zusammensetzt. Beispielsweise sendet das optoelektronische Bauelement weißes Licht aus. Mit dem hier beschriebenen Leuchtstoff wird bevorzugt eine Lücke im Emissionsspektrum zwischen dem Emissionsspektrum des Halbleiterchips und dem Emissionsspektrum des grünen Leuchtstoffs geschlossen. Dadurch werden Melanin-Rezeptoren im menschlichen Auge angesprochen, welche die Müdigkeit deutlich reduzieren.
Das optoelektronische Bauelement ist insbesondere zur Verwendung in einem Blaulicht bei Fahrzeugen geeignet. Das optoelektronische Bauelement emittiert hierbei bevorzugt elektromagnetische Strahlung im blau-cyanen Wellenlängenbereich . Dies erhöht die Wahrnehmung für das menschliche Auge bei gleichem Farbort und führt somit zu einer verbesserten Effizienz im Vergleich zu einem Blaulicht, welches einen angepassten Leuchtdiodenchip mit blauer Emission aufweist.
Außerdem spricht der hier beschriebene blau-cyane Leuchtstoff Melanin-Rezeptoren im menschlichen Auge (melanopische Kurve) an und reduziert dadurch die Müdigkeit. Das führt zu erhöhtem Wohlbefinden sowie zu einer Verbesserung der Stimmung und der Gesundheit des Menschen („human centric lighting", LQ). Gegenüber herkömmlichen Leuchtstoffen, die für „human centric lighting" verwendet werden, weist der hier beschriebene Leuchtstoff insbesondere eine erhöhte Stabilität auf.
Eine Idee des vorliegenden optoelektronischen Bauelements ist es, eine Intensität im Wellenlängenbereich des Emissionsspektrums kleiner oder gleich 500 Nanometer zu erzeugen. Dieses Emissionsspektrum deckt den blau- cyanfarbenen Spektralbereich ab. Somit ist das optoelektronische Bauelement bei Fahrzeug- Notfallbeleuchtungen geeignet.
Zusätzlich weist der Leuchtstoff bevorzugt einen geringen Anteil an Seltenen Erden auf, welcher zu einem kostengünstigen Leuchtstoff und leicht zugänglichem Leuchtstoff im Vergleich zu Granat-Leuchtstoffen, wie beispielsweise Y3Al5O12:Ce führt. Außerdem weist das Verfahren zur Herstellung des hier beschriebenen Leuchtstoffs im Vergleich zu Granat-Leuchtstoffen eine geringe Synthesetemperatur auf, welche ebenso zu einer kostengünstigen Synthese führt. Weiterhin kann durch den Leuchtstoff eine sehr kleine Stokes-shift von dem blauen in den blaugrünen Spektralbereich erzielt werden. Dadurch wird die Cyan-Lücke im Emissionsspektrum geschlossen. Der hier beschriebene Leuchtstoff kann - je nach Anwendung und gegebenenfalls in Kombination mit anderen Leuchtstoffen - zur Erzeugung von kaltweißem, warmweißem oder blaugrünem Licht verwendet werden.
Das Emissionsspektrum des vorliegenden Leuchtstoffs ist zusätzlich in der Regel über einen größeren Temperaturbereich und Vorwärtsstrom stabiler als das Emissionsspektrum eines blauen Halbleiterchips.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Leuchtstoffs, des Bauelements und des Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figuren 1, 2 und 3 jeweils einen Ausschnitt eines Wirtsgitters eines Leuchtstoffs in Blickrichtung a gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 4 eine Umgebung des EA-Atoms eines Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel, Figur 5 ein Emissionsspektrum eines Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 6 eine schematische Schnittdarstellung verschiedener Verfahrensstadien eines Verfahrens zur Herstellung eines Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel, und Figur 7 und Figur 8 eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel . Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Der Leuchtstoff gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 gehorcht der Formel EA2AX(DWyGi-y) 10O13:RE. Das Wirtsgitter des Leuchtstoffs 1 weist eine Struktur mit einer trigonalen Raumgruppe P5ml (Nummer 164) auf. Die Struktur des Wirtsgitters umfasst (DW,G)-zentrierte (DW,G)O4-Tetraeder 2. Vorliegend weist das Wirtsgitter (AlyLii_y)O4-Tetraeder auf. Das Wirtsgitter weist über Ecken e verknüpfte und/oder über Kanten k verknüpfte (DW,G)O4-Tetraeder 2 auf. Vorliegend weist das Wirtsgitter eckenverknüpfte und/oder kantenverknüpfte (AlyLii-y)O4-Tetraeder auf.
Das Wirtsgitter weist vorliegend eine erste Schicht IS und eine zweite Schicht 2S auf. Die erste Schicht IS weist eine erste Unterschicht 1U und eine zweite Unterschicht 2U aus (DW,G)O4-Tetraedern 2 auf, welche regelmäßig über aufeinanderzeigende Ecken miteinander verknüpft sind, wobei jedoch nicht jede Ecke eine solche Verknüpfung ausbildet. Die (DW,G)O4-Tetraeder 2 der ersten Unterschicht 1U und die (DW,G)O4-Tetraeder 2 der zweiten Unterschicht 2U sind zueinander teilweise über eine Ecke e verknüpft und liegen teilweise unverknüpft vor. Die (DW,G)O4-Tetraeder 2 sind in der ersten Unterschicht 1U und in der zweiten Unterschicht 2U miteinander über zumindest eine Ecke e mit einem weiteren
(DW,G)0<-Tetraeder 2 der gleichen Unterschicht verknüpft.
Die zweite Schicht 2S weist eine erste Nebenschicht IN und eine zweite Nebenschicht 2N aus (DW,G)0<-Tetraedern 2 auf.
Die (DW,G)0*-Tetraeder 2 der ersten Nebenschicht IN und die (DW,G)O4-Tetraeder 2 der zweiten Nebenschicht 2N sind miteinander über eine Kante k kantenverknüpft. Die (DW,G)0<- Tetraeder 2 der ersten Nebenschicht sind innerhalb der ersten Nebenschicht IN über eine Ecke e eckenverknüpft miteinander. Die (DW,G)O4-Tetraeder 2 der zweiten Nebenschicht 2N sind innerhalb der zweiten Nebenschicht 2N miteinander über eine Ecke e eckenverknüpft.
Die erste Schicht IS und die zweite Schicht 2S sind hierbei alternierend angeordnet. Die (DW,G)O4-Tetraeder 2 der ersten Schicht IS und die (DW,G)O4-Tetraeder 2 der zweiten Schicht 2S sind jeweils über eine Ecke e eckenverknüpft miteinander. Die alternierende Anordnung der ersten Schicht IS und der zweiten Schicht 2S sind Teil des Wirtsgitters. Zur besseren Darstellbarkeit sind in der Figur 1 die Elemente EA 3 und A 4 nicht gezeigt.
In der Figur 2 ist ebenso ein Ausschnitt des Wirtsgitters des Leuchtstoffs in Blickrichtung a dargestellt. Hierbei ist im Vergleich zu der Figur 1 das Element EA 3 gezeigt. Das EA- Atom 3 befindet sich in zumindest einem Zwischenraum. Die Zwischenräume werden durch die (DW,G)O^-Tetraeder 2 ausgebildet. Die Zwischenräume sind zwischen der zweiten Schicht 2S und der ersten Schicht IS angeordnet. Die (DW,G)0<-Tetraeder 2 der ersten Schicht IS und die (DW,G)0<- Tetraeder 2 der zweiten Schicht 2S sind miteinander über ein gemeinsames SauerStoffatom eckenverknüpft. Vorliegend ist das EA-Atom 3 ein Bariumatom.
In der Figur 3 ist ein Ausschnitt eines Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Hierbei sind im Vergleich zu der Figur 2 zusätzlich die A-Atome 4 eingezeichnet. Das A-Atom 4 ist in einem Hohlraum angeordnet. Der Hohlraum ist gebildet durch die (DW,G)0<-Tetraeder 2, welche einen Hohlraum in Form einer trigonalen Bipyramide ausbilden. Die trigonale Bipyramide weist zwei trigonale Pyramiden auf, welche über eine Grundfläche miteinander verbunden sind. Die Hohlräume, in welchen sich die A-Atome 4 befinden, sind in der ersten Schicht IS ausgebildet. Hierbei kann sich höchstens ein A-Atom 4 in einer der beiden trigonalen Pyramiden der trigonalen Bipyramide aufhalten. Somit ist die trigonale Bipyramide zu höchstens 50 % mit einem A-Atom 4 besetzt. Die A-Atome 4 dienen hierbei zum Ladungsausgleich . Vorliegend ist das A-Atom 4 Lithium.
In der Figur 4 ist ein Ausschnitt einer Umgebung eines EA- Atoms 3 eines Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Das EA-Atom 3, vorliegend das Bariumatom, wird von genau zehn SauerStoffatomen 5 direkt umgeben.
Die unten stehende Tabelle 1 zeigt die kristallografischen Daten und Daten der Strukturverfeinerung für die Ausführungsbeispiele der Leuchtstoffe mit den Summenformeln und
Figure imgf000024_0001
.
In der trigonalen Raumgruppe sind die Winkel α und ß gleich 90° und Y gleich 120°. Die Gitterparameter a und b sind gleich und c unterscheidet sich von a und b.
Figure imgf000025_0001
Die unten stehende Tabelle 2 zeigt die kristallografischen Lageparameter des Leuchtstoffs 1 mit der Summenformel
Figure imgf000026_0001
während die Tabelle 3 die kristallografischen Lageparameter des Leuchtstoffs 1 mit der Summenformel BaaLi431 (Alo.385Lio.615)10O13:Eu2+ zeigt.
Die Tetraederlücke ist hierbei mit Aluminium und Lithium statistisch mischbesetzt. Außerdem weist das Wirtsgitter drei unterschiedlich besetzte Al/Li-Positionen auf. Al2 und Li2,
Al3 und Li3 sowie Al4 und Li4 teilen sich jeweils eine Wyckoff-Position. Weiterhin sind am Aufbau des Wirtsgitters alle Sauerstoffatome und die tetraedrisch umgebenen Tetraederlücken, besetzt mit Al/Li2, Al/Li3 und Al/Li4, beteiligt.
Figure imgf000026_0002
Figure imgf000027_0001
Figure imgf000028_0001
Figur 5 zeigt exemplarisch ein Emissionsspektrum E eines Leuchtstoffs gemäß einem Ausführungsbeispiel bei Anregung mit elektromagnetischer Strahlung eines Anregungsspektrums im UV- oder blauen Wellenlängenbereich. Der Leuchtstoff 1 wurde bei einer Wellenlänge von 405 Nanometer und 458 Nanometer angeregt.
Das Emissionsspektrum E ist die spektrale Intensität I der von dem Leuchtstoff 1 ausgesandten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit der Wellenlänge λ. Die Wellenlänge des Emissionsmaximums des Emissionsspektrums E des Leuchtstoffs 1 liegt bei kleiner oder gleich 500 Nanometer. Die Bestimmung des Emissionsspektrums E wurde an einem unkalibrierten Gerät durchgeführt, das zusätzlich im blaugrünen Spektralbereich durch einen Filter beschränkt ist. Der Filter schneidet das Emissionsspektrum E zum kurzwelligen Bereich hin deutlich ab.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 6 werden in einem ersten Verfahrensschritt S1 die berechnete Menge der gewünschten Edukte bereitgestellt und homogen vermengt. Anschließend wird das Gemenge in einen Korundtiegel überführt, der in einen Kammerofen gegeben wird.
In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird das Gemenge unter einer Formiergasatmosphäre (Na:H2=92,5:7,5), die reduzierende Bedingung gewährleisten soll, oder unter einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur zwischen einschließlich 1000 und einschließlich 1400 °C für etwa vier Stunden erhitzt. Anschließend wird der Glühkuchen auf Raumtemperatur abgekühlt. Der Leuchtstoff 1 wird beispielsweise hergestellt, indem als Edukt BaCOa, L12CO3, AI2O3 und EU2O3 vermischt, homogenisiert und auf 1200 °C für vier Stunden erhitzt werden. Hierbei wird ein stöchiometrisches Verhältnis der einzelnen Edukte zueinander gewählt.
Das optoelektronische Bauelement 6 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 7 weist einen Halbleiterchip 7 auf, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche 8 aussendet. Die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs weist ein Emissionsspektrum auf, das auch als Emissionsspektrum des Halbleiterchips 7 bezeichnet wird. Der Halbleiterchip 7 umfasst eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone 9, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
Außerdem umfasst das optoelektronische Bauelement 6 einen Verguss 10. Der Verguss 10 weist eine Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung zumindest der aktiven Zone 9 auf, die mindestens 85 %, bevorzugt 95 %, beträgt. Der Halbleiterchip 7 ist von dem Verguss 10 umgeben. Ebenso weist das optoelektronische Bauelement 6 ein Konversionselement 11 mit einem Leuchtstoff 1 auf, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des Emissionsspektrums E des Leuchtstoffs 1 umwandelt. Der Leuchtstoff 1 ist in Form von Partikeln in ein Matrixmaterial 12 eingebettet. Das Matrixmaterial 12 ist aus der Gruppe der Polysiloxane ausgewählt. Das Konversionselement 11 kann als eine Konversionsschicht ausgebildet sein.
Das optoelektronische Bauelement 6 gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 8 umfasst einen Halbleiterchip 7, ein Trägerelement 13, eine Klebeschicht 14 und ein Konversionselement 11. Das Konversionselement 11 ist mit Hilfe der Klebeschicht 14 auf einer Strahlungsaustrittsfläche 8 des Halbleiterchips 7 befestigt. Das Konversionselement 11 kann jedoch auch direkt auf der Strahlungsaustrittsfläche 18 des Halbleiterchips 7 aufgebracht sein.
Die der Strahlungsaustrittsfläche 8 gegenüberliegende Fläche des Halbleiterchips 7 ist auf dem Trägerelement 13 zur Stabilisierung angeordnet. Das Konversionselement 11 ist als Konversionsschicht ausgebildet und weist einen Leuchtstoff 1 auf, der in Form von Partikeln in das Matrixmaterial 12 eingebettet ist. Zusätzlich können in das Konversionselement 11 weitere Leuchtstoffe eingebettet sein. Der weitere Leuchtstoff ist beispielsweise ein rot und/oder ein grün emittierender Leuchtstoff.
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. Bezugszeichenliste
Figure imgf000031_0001

Claims

Patentansprüche
1. Leuchtstoff (1) mit der allgemeinen Formel EÄ2AX (DWyGi-y)10O13:RE, wobei
- EA ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Kationen,
- A ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen Kationen,
- G ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen Kationen,
- DW ausgewählt ist aus der Gruppe der dreiwertigen Kationen, - RE ein oder mehrere Aktivator-Elemente ist,
0 ≤ x 56,
0,3 ≤ y 50,6 und x + 20y = 12ε, wobei ε = 0,9-1,1 ist.
2. Leuchtstoff (1) nach Anspruch 1, wobei EA ausgewählt ist aus der folgenden Gruppe: Ca, Sr, Ba, Zn, Mg und Kombinationen dieser Elemente.
3. Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei A und G ausgewählt sind aus der folgenden Gruppe: Li, Na, K und Kombinationen dieser Elemente.
4. Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei DW ausgewählt ist aus der folgenden Gruppe: Al, Ga, B, In und Kombinationen dieser Elemente.
5. Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei RE ausgewählt ist aus der folgenden Gruppe: Eu, Ce, Yb und Kombinationen dieser Elemente.
6. Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leuchtstoff (1) der Formel Ba2Lix (AlyLii-y)10O13:RE gehorcht.
7. Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Wirtsgitter des Leuchtstoffs (1) eine Struktur mit einer trigonalen Raumgruppe aufweist.
8. Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wirtsgitter des Leuchtstoffs (1) (DW,G)-zentrierte (DW,G)Oi-Tetraeder (2) umfasst.
9. Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wirtsgitter eckenverknüpfte (e) und/oder kantenverknüpfte (k) (DW,G)O4-Tetraeder (2) umfasst.
10. Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die (DW,G)0<-Tetraeder (2) Zwischenräume ausbilden und wobei sich zumindest in einem Zwischenraum ein EA-Atom (3) befindet.
11. Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das EA-Atom (3) von 10 O-Atomen (5) umgeben ist.
12. Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die (DW,G)O4-Tetraeder (2) Hohlräume in Form einer trigonalen Bipyramide ausbilden und ein A-Atom (4) innerhalb einer der Pyramiden der trigonalen Bipyramide angeordnet ist.
13. Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein AnregungsSpektrum des Leuchtstoffs zwischen einschließlich 400 Nanometer und einschließlich 470 Nanometer liegt.
14. Leuchtstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ein Emissionsspektrum (E) mit einem Emissionsmaximum bei einer Wellenlänge kleiner oder gleich 500 Nanometer aufweist.
15. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs (1) mit der allgemeinen Formel EA2Ax(DWyGi-y)10O13:RE, wobei
- EA ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Kationen,
- A ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen Kationen, - G ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen Kationen,
- DW ausgewählt ist aus der Gruppe der dreiwertigen Kationen,
- RE ein oder mehrere Aktivatorelemente ist,
0 ≤ x ≤ 6,
0,3 ≤ y ≤ 0,6 und x + 20y = 12ε, wobei ε = 0,9-1,1 ist, umfassend die Schritte
- Bereitstellen einer stöchiometrischen Zusammensetzung von Edukten,
- Erhitzen der Edukte auf eine Temperatur zwischen einschließlich 1000 °C und einschließlich 1400 °C.
16. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs (1) nach dem vorherigen Anspruch, bei dem als Edukte BaCOa, L12CO3, AI2O3 und EU2O3 bereitgestellt werden.
17. Optoelektronisches Bauelement (6) mit:
- einem Halbleiterchip (7), der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche (8) aussendet,
- einem Leuchtstoff (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des Emissionsspektrums (E) umwandelt.
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