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WO2008040270A1 - Strahlungsemittierende vorrichtung - Google Patents

Strahlungsemittierende vorrichtung Download PDF

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Publication number
WO2008040270A1
WO2008040270A1 PCT/DE2007/001485 DE2007001485W WO2008040270A1 WO 2008040270 A1 WO2008040270 A1 WO 2008040270A1 DE 2007001485 W DE2007001485 W DE 2007001485W WO 2008040270 A1 WO2008040270 A1 WO 2008040270A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
radiation
emitting device
radiation conversion
conversion
functional layer
Prior art date
Application number
PCT/DE2007/001485
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ute Liepold
Manfred Kobusch
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors Gmbh filed Critical Osram Opto Semiconductors Gmbh
Priority to CN2007800360096A priority Critical patent/CN101517035B/zh
Priority to US12/443,288 priority patent/US8115223B2/en
Priority to EP07785712A priority patent/EP2064301A1/de
Priority to JP2009529511A priority patent/JP2010505243A/ja
Priority to KR1020097008256A priority patent/KR101460377B1/ko
Publication of WO2008040270A1 publication Critical patent/WO2008040270A1/de

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Definitions

  • the invention relates to a radiation-emitting device which emits a primary radiation and has a radiation conversion material.
  • Radiation-emitting devices comprise two contacts, for example electrodes which make contact with electrically conductive light-emitting functional layers. Electrons are injected from the cathode and positive charges (so-called holes) from the anode are injected into the emission layer. The recombination of these charges in the emission layer generates light. Depending on the semiconducting material used for the emission layer, the emitted light has different wavelengths. In order to produce visible or differently colored light, the primary radiation of the semiconductor layer can be at least partially converted into a secondary radiation. This is often done by so-called conversion phosphors, which are excited by the primary radiation and emit secondary radiation at a different wavelength. There are organic and inorganic conversion phosphors, wherein the inorganic conversion phosphors have a higher temperature and radiation stability. However, there are only a limited number of suitable inorganic
  • Conversion phosphors that meet the requirements for excitation range and emission range.
  • the object of the invention is to provide new conversion phosphors in radiation-emitting devices.
  • a radiation-emitting device In a radiation-emitting device according to an embodiment of the invention, new radiation conversion phosphors of the general formula Ca 3- X- 7 Eu x Me 7 SiO 4 Cl 2 are used, which at least partially convert the primary radiation into secondary radiation.
  • a radiation-emitting device comprises a radiation-emitting functional layer which emits a primary radiation, and a
  • Radiation conversion material which is arranged in the beam path of the radiation-emitting functional layer and comprises a radiation conversion luminescent substance of the general formula Ca 3-x- yEu x Me y SiO 4 Cl 2.
  • Radiation conversion luminescent material converts at least a part of the primary radiation of the radiation-emitting functional layer into a secondary radiation.
  • the used radiation conversion luminescent material is characterized by a simple production. It has a good absorption capacity in the UV and blue spectral range and is therefore particularly suitable for use in radiation-emitting devices.
  • the radiation conversion phosphor is a luminescence conversion phosphor.
  • the radiation-emitting device is advantageously a device whose radiation-emitting functional layer emits primary radiation in the UV range, preferably at wavelengths between 360 and 400 nm. It can also be a device whose radiation-emitting functional layer emits in the blue region, preferably at wavelengths between 400 and 470 nm.
  • Materials of such radiation-emitting functional layers may be organic (OLED) or inorganic.
  • the material of the radiation-emitting functional layers comprises semiconductors.
  • inorganic-based semiconductor materials are selected from a group comprising InGaN, Ga (In, Al) N, and GaN. Since the emitted radiation of these radiation-emitting functional layers is limited to a specific wavelength range, this range is to be expanded by the use of the conversion luminescent substances.
  • the radiation conversion phosphor used in the radiation-emitting devices can be excited in the UV and in the blue wavelength range of the radiation emitted by the device.
  • the radiation conversion luminescent material has an emission maximum at wavelengths between 470 nm and 550 nm, with a half-value width of the emission band of approximately 60 nm.
  • the radiation conversion luminescent material has an emission maximum at 512 t 3 nm converted to a longer wavelength secondary radiation that is visible.
  • mixtures of the primary and secondary radiation are also possible, which in their entirety determine the color impression and the color location of the radiation of the radiation-emitting device.
  • the radiation conversion phosphor can be excited at wavelengths of 360 to 470 nm.
  • the conversion phosphor can convert blue light into different-colored light or UV radiation into visible light.
  • the radiation-emitting device may include a radiation conversion phosphor having the general formula Ca 3 - having x- x yEu MeYSiO 4 Cl 2, wherein the parameter x is selected from the range 0.05 to 0.5.
  • the Ca may also be partially substituted by other metals Me selected from a group containing the metals Sr, Ba and Mg.
  • the range for the parameter y is then conveniently selected between 0 and 0.5.
  • Such a partial substitution has the advantage that it allows the emission maximum of the radiation conversion phosphor to be shifted to other wavelengths.
  • the radiation-emitting device may further comprise a radiation conversion phosphor having the formula Ca 2.9 Eu 0.1 SiO 4 Cl 2 .
  • This radiation conversion phosphor has an emission maximum at 512 nm.
  • Another embodiment of the radiation-emitting device may contain a radiation conversion luminescent which has the formula Ca 2 . 6 25Eu 0 .05 5 Mg 0 .32SiO 4 Cl 2 .
  • This radiation conversion phosphor has an emission maximum shifted by 3 nm to short wavelength compared to the above-mentioned radiation conversion phosphor.
  • the advantage of the radiation conversion phosphors according to the invention compared to the conventional radiation conversion luminescent material (Ca, Eu) 8 Mg (Si0 4 ) 4 Cl 2 is that the reaction of the starting materials during the synthesis of the invention
  • the radiation conversion material covers the radiation-emitting functional layer on one or more sides.
  • the radiation conversion material may be referred to as
  • Radiation conversion body be formed, which is transparent to the radiation matrix material, for.
  • a resin such as epoxy, silicone or glasses, in which the radiation conversion phosphor is incorporated.
  • the layer thickness and the degree of filling of the radiation conversion body can be varied.
  • the concentration of the radiation conversion luminescent material in the matrix material can be varied.
  • the mixing ratio of primary and secondary radiation can thus also be influenced by the concentration of the radiation conversion luminescent substance in the matrix.
  • the radiation conversion body may constitute a potting of the radiation-emitting device.
  • the advantage of a radiation conversion body surrounding the radiation-emitting functional layer on several sides is that large-area impingement of the primary radiation on the radiation conversion luminescent material and thereby an increase in the conversion rate are achieved.
  • the radiation-emitting device may contain a radiation conversion luminescent material, which may be e.g. B. is present in a sufficiently high concentration in a matrix to completely convert the primary radiation into secondary radiation. Thus, the entire primary radiation is converted into a longer-wave light, the secondary radiation.
  • the radiation-emitting device may also include a radiation conversion phosphor that only partially converts the primary radiation into secondary radiation. This results in a mixture of primary and secondary radiation.
  • the advantage here is that mixed colors can be produced with it.
  • the radiation-emitting device may further include a radiation conversion material comprising additional phosphors. The advantage of this is that more color mixtures or even white light can be generated.
  • Chlorosilicates as disclosed, for example, in DE 10036940 and the prior art described therein,
  • Nitrides, sions and sialons as disclosed, for example, in DE 10147040 and the prior art described therein, and
  • An embodiment of the invention further relates to a method for producing a radiation-emitting device according to the embodiments described above.
  • the method steps include A) providing a radiation-emitting functional layer and B) arranging the radiation conversion material in the beam path of the radiation-emitting functional layer.
  • a radiation conversion body containing the radiation conversion material with the radiation conversion luminophore can be produced above the radiation-emitting functional layer.
  • Radiation conversion body may surround the radiation-emitting functional layer on one or more sides.
  • the advantage here is that the radiation-emitting device and, in particular, its light exit surface is covered as extensively as possible by the radiation conversion body containing the radiation conversion luminescent material.
  • Radiation conversion body can form, for example, a potting for the radiation-emitting device.
  • additional phosphors can be introduced into the radiation conversion material. Furthermore, it is also possible to use a matrix in the production of the radiation conversion body, into which the radiation conversion material with the
  • Radiation conversion phosphor is embedded. If the radiation conversion body is formed as a layer, this can amount to a thickness of 5 ⁇ m to a few centimeters. If the radiation conversion material without matrix is produced as a layer over the radiation-emitting functional layer, the thickness of this layer can be 50 nm to 20 ⁇ m.
  • the radiation conversion luminescent material in process step B) can be obtained by homogeneously mixing calcium carbonate, calcium chloride, europium oxide, silicon dioxide and optionally an additional component selected from strontium carbonate, barium carbonate and magnesium oxide in the stoichiometric ratio corresponding to the composition
  • the radiation conversion body can be prepared by dispersing the radiation conversion luminescent material into a matrix, for example epoxide, glasses or silicone become. Due to the proportion of the conversion luminescent material in relation to the matrix, the degree of filling, the ratio of primary / secondary radiation can be varied. By using a suitable matrix material, it is possible to produce a radiation conversion body which firmly adheres to a carrier surface, for example to the surface of the radiation-emitting functional layer. When producing a paste from the
  • Radiation conversion luminescent this can be brought in an advantageous embodiment in any favorable for the conversion form and then cured.
  • the paste can be applied to the radiation-emitting functional layer by various methods.
  • FIG. 1 shows the structure of a radiation-emitting device with a radiation conversion body in cross-section.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the structure of a radiation-emitting device shown in FIG.
  • FIG. 3 shows the structure of a radiation-emitting device with a radiation conversion body in cross section according to a further embodiment.
  • FIG. 4 shows an emission spectrum of a radiation conversion luminescent material according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows the cross-section of an embodiment of the radiation-emitting device 1 according to the invention.
  • a radiation-emitting functional layer 2 which is electrically located in a housing 6, is located is conductively contacted by two contacts 21 via a bonding wire 22.
  • the radiation-emitting functional layer 2 emits primary radiation 4.
  • the radiation-emitting functional layer is the
  • Radiation conversion body 3 which is composed of a matrix 32 and the radiation conversion phosphor 31.
  • the radiation conversion body 3 emits the secondary radiation 5 after excitation by the primary radiation 4.
  • a radiation-emitting device may be, for example, a luminescence conversion LED.
  • the side walls of the housing 6 may also be inclined, and for example have a reflective coating that can reflect the primary radiation emitted by the radiation-emitting functional layer 2 and also the secondary radiation.
  • the radiation-emitting functional layer 2 emits a primary radiation 4 which lies in the UV range (preferably at wavelengths of 360 to 400 nm) or in the blue range (preferably at wavelengths from 400 to 470 nm).
  • the material of the radiation-emitting functional layer comprises semiconductor materials, for example InGaN, Ga (In, Al) N or GaN.
  • the radiation conversion phosphor 31 contained in the radiation conversion body 3 is excitable in the blue and UV range, preferably in a range of 360 to 470 nm, and comprises a conversion phosphor of the general formula Ca 3 - X - y Eu x Me y S1O 4 Cl 2 • Its emission maximum is at wavelengths greater than 470 nm, preferably in the range of 470 nm to 550 nm, ie the radiation conversion luminescent material can convert the primary radiation 4 into a longer wavelength secondary radiation 5.
  • the radiation conversion phosphor 31 has the general formula Ca 3-X-7 Eu x Me 7 SiO 4 Cl 2 , where x is selected from the range 0.05 to 0.5. Preferably, x is in the range 0.1 to 0.3. If Ca is replaced by a metal Me (eg Ba, Sr or Mg or any combinations of these metals) partially substituted, y is selected from the range 0 to 0.5. Depending on the degree of substitution, the emission maximum of the radiation conversion luminescent material 31 shifts.
  • the radiation conversion luminescent substance 31 may have the formula Ca 2 .9Eu 0- ISiO 4 Cl 2 . This embodiment has an emission maximum at 512 nm.
  • another radiation conversion phosphor 31 has the formula Ca 2 .625Eu 0 .055Mg 0 .32SiO 4 Cl 2 and one compared to the phosphor Ca 2 .9Eu 0 .1SiO 4 Cl 2 by 3 nm shifted emission maximum at 509 nm.
  • the radiation conversion body 3 can convert the primary radiation 4 completely or only partially into secondary radiation 5. How much primary radiation 4 is converted can be controlled inter alia by the concentration of the radiation conversion substance 31 in the matrix 32.
  • the matrix can be, for example, a silicone, glass or an epoxide, into which the pulverulent radiation conversion luminescent material is mixed as required. The higher its concentration, the more primary radiation 4 is converted and the more the color impression shifts in the direction of the secondary radiation 5.
  • the radiation conversion body 3 may also consist of 100% of the radiation conversion luminescent substance 31.
  • Radiation conversion luminescent material applied in a relatively thin (50 nm to 20 microns) layer on the radiation-emitting functional layer.
  • FIG. 5 An embodiment of the invention in which the radiation conversion body 3 only partially converts the primary radiation 4 into secondary radiation 5 is depicted in FIG. Again, a cross-section of the embodiment of a radiation-emitting device is shown again.
  • the radiation of Radiation-emitting device is a mixture of primary 4 and secondary radiation 5.
  • FIG. 3 shows, analogously to FIG. 1, the cross section of an embodiment of the radiation-emitting device 1 according to the invention.
  • the radiation conversion body 3 comprising a matrix 32 and the radiation conversion luminescent material 31 is applied to the radiation-emitting functional layer 2 in the form of a relatively thin layer.
  • the radiation conversion body 3 does not necessarily have to be in contact with the radiation-emitting functional layer 2 (not shown here), but further layers may be present between the radiation-emitting functional layer 2 and the radiation conversion body 3.
  • FIG. 4 shows an emission spectrum 36 of the radiation conversion luminescent substance 31 of the formula Ca 2 . 9 EU 0.1 SiO 4 Cl 2 . It is the relative emission intensity I r plotted against the wavelength ⁇ in nm.
  • the emission spectrum of the radiation conversion luminescent material according to the invention is compared with the emission spectrum 35 of another conversion luminescent material of the general formula (Ca, Eu) 8 Mg (SiO 4 ) 4 Cl 2 .
  • the two phosphors differ in the position of the emission maximum by 3 nm, also shows a difference in the half-width of the spectra. Both phosphors have very similar emission spectra and are therefore identical
  • the advantage of the radiation conversion luminescent material according to the invention consists in its simple production in comparison to conventional conversion luminescent materials.
  • the radiation-emitting device may be provided by providing a radiation-emitting functional layer 2 and by arranging the radiation conversion material in the beam path of the radiation-emitting functional layer.
  • the radiation conversion material z. B. in the form of a radiation conversion body 3, for example, a thin layer or a potting, are generated on the radiation-emitting functional layer 2 containing the radiation conversion luminescent material.
  • This mixture is then in the Formiergasström at 600 0 C to 1000 0 C, preferably at 65O 0 C to 800 0 C annealed.
  • a matrix for example silicone, glasses or epoxide
  • FIGS. 1 to 4 can also be varied as desired. It should also be noted that the invention is not limited to these examples, but allows other, not listed here embodiments.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine strahlungsemittierende Vorrichtung (1), die eine strahlungsemittierende Funktionsschicht (2) umfasst, die eine Primärstrahlung (4) emittiert, und ein Strahlungskonversionsmaterial der allgemeinen Formel Ca3+x-yEuxMeySiO4Cl2 umfasst, worin 'Me' gleich ein Metall aus der Gruppe Ba, Sr, Mg oder eine beliebige Kombination dieser Metalle ist, das im Strahlengang der strahlungsemittierenden Funktionsschicht angeordnet ist und die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine Strahlung von größerer Wellenlänge umwandelt.

Description

Beschreibung
Strahlungsemittierende Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Strahlungsemittierende Vorrichtung, die eine Primärstrahlung emittiert und ein Strahlungskonversionsmaterial aufweist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldungen 10 2006 045 705.6 und 10 2007 020 782.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Strahlungsemittierende Vorrichtungen umfassen zwei Kontaktierungen, beispielsweise Elektroden, die elektrisch leitend lichtemittierende Funktionsschichten kontaktieren. Von der Kathode werden Elektronen und von der Anode positive Ladungen (sog. Löcher) in die Emissionsschicht injiziert. Durch die Rekombination dieser Ladungen in der Emissionsschicht wird Licht erzeugt. Abhängig von dem halbleitenden Material, das für die Emissionsschicht verwendet wird, hat das ausgestrahlte Licht unterschiedliche Wellenlängen. Um sichtbares bzw. andersfarbiges Licht zu erzeugen, kann die Primärstrahlung der Halbleiterschicht zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung umgewandelt werden. Dies geschieht häufig durch so genannte Konversionsleuchtstoffe, die durch die Primärstrahlung angeregt werden und eine Sekundärstrahlung bei einer anderen Wellenlänge emittieren. Es gibt organische und anorganische Konversionsleuchtstoffe, wobei die anorganischen Konversionsleuchtstoffe eine höhere Temperatur- und Strahlungsstabilität aufweisen. Allerdings gibt es nur eine beschränkte Anzahl geeigneter anorganischer
Konversionsleuchtstoffe, die die Anforderungen bezüglich des Anregungsbereichs und des Emissionsbereichs erfüllen. Aufgabe der Erfindung ist es, neue Konversionsleuchtstoffe in Strahlungsemittierenden Vorrichtungen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Strahlungsemittierende Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 gelöst . Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Strahlungsemittierenden Vorrichtungen und deren Herstellungsverfahren sind Gegenstand weiterer Ansprüche.
In einer Strahlungsemittierenden Vorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung werden neue Strahlungskonversionsleuchtstoffe der allgemeinen Formel Ca3- X-7EuxMe7SiO4Cl2 eingesetzt, die die Primärstrahlung zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung umwandeln. Eine solche Strahlungsemittierende Vorrichtung umfasst eine Strahlungsemittierende Funktionsschicht, die eine PrimärStrahlung emittiert, und ein
Strahlungskonversionsmaterial, das im Strahlengang der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht angeordnet ist und einen Strahlungskonversionsleuchtstoff der allgemeinen Formel Ca3-x-yEuxMeySi04Cl2 umfasst. Dieser
Strahlungskonversionsleuchtstoff wandelt zumindest einen Teil der Primärstrahlung der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht in eine Sekundärstrahlung um.
Der eingesetzte Strahlungskonversionsleuchtstoff zeichnet sich durch eine einfache Herstellung aus. Er hat ein gutes Absorptionsvermögen im UV- und im blauen Spektralbereich und ist deshalb für den Einsatz in Strahlungsemittierenden Vorrichtungen besonders geeignet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Strahlungskonversionsleuchtstoff ein Lumineszenzkonversionsleuchtstoff .
Bei der strahlungsemittierenden Vorrichtung handelt es sich vorteilhafterweise um eine Vorrichtung, deren Strahlungsemittierende Funktionsschicht eine Primärstrahlung im UV-Bereich emittiert, vorzugsweise bei Wellenlängen zwischen 360 und 400 nm. Es kann sich auch um eine Vorrichtung handeln, deren Strahlungsemittierende Funktionsschicht im blauen Bereich, vorzugsweise bei Wellenlängen zwischen 400 und 470 nm emittiert. Materialien solcher strahlungsemittierenden Funktionsschichten können organisch (OLED) sein oder anorganisch. Vorteilhafterweise umfasst das Material der strahlungsemittierenden Funktionsschichten Halbleiter. Vorteilhafterweise werden Halbleitermaterialien auf anorganischer Basis aus einer Gruppe ausgewählt, die InGaN, Ga (In, Al) N und GaN umfasst. Da die emittierte Strahlung dieser strahlungsemittierenden Funktionsschichten auf einen bestimmten Wellenlängenbereich begrenzt ist, soll dieser Bereich durch den Einsatz der KonversionsleuchtStoffe erweitert werden.
Der Strahlungskonversionsleuchtstoff , der in den strahlungsemittierenden Vorrichtungen eingesetzt wird, kann im UV- und im blauen Wellenlängenbereich der von der Vorrichtung emittierten Strahlung angeregt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung hat der Strahlungskonversionsleuchtstoff ein Emissionsmaximum bei Wellenlängen zwischen 470 nm und 550 nm, mit einer Halbwertsbreite der Emissionsbande von etwa 60 nm. In einer weiteren Ausführungsform hat der Strahlungs- konversionsleuchtstoff ein Emissionsmaximum bei 512 t 3 nm. Damit wird die Primärstrahlung zu einer langwelligeren Sekundärstrahlung konvertiert, die sichtbar ist. Je nachdem wie hoch der Anteil von der Primärstrahlung ist, der konvertiert wurde, sind auch Mischungen der Primär- und Sekundärstrahlung möglich, die in ihrer Gesamtheit den Farbeindruck und den Farbort der Strahlung der strahlungsemittierenden Vorrichtung bestimmen. Das hat den Vorteil, dass durch gezielte Variation der Menge des Strahlungskonversionsleuchtstoffes diverse Farben durch gezielte Mischungen der Primär- und Sekundärstrahlung erzeugt werden können. Vorteilhafterweise lässt sich der Strahlungskonversions- leuchtstoff bei Wellenlängen von 360 bis 470 nm anregen. Damit kann der Konversionsleuchtstoff blaues Licht in andersfarbiges Licht bzw. UV-Strahlung in sichtbares Licht umwandeln.
Weiterhin kann die Strahlungsemittierende Vorrichtung einen Strahlungskonversionsleuchtstoff enthalten, der die allgemeine Formel Ca3-x-yEuxMeySiO4Cl2 aufweist, wobei der Parameter x aus dem Bereich 0.05 bis 0.5 ausgewählt ist. Das Ca kann auch teilweise durch weitere Metalle Me substituiert sein, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die die Metalle Sr, Ba und Mg enthält. Der Bereich für den Parameter y wird dann günstigerweise zwischen 0 und 0.5 ausgewählt. Eine solche teilweise Substitution hat den Vorteil, dass sich damit das Emissionsmaximum des Strahlungskonversions- leuchtstoffes zu anderen Wellenlängen verschieben lässt.
Die Strahlungsemittierende Vorrichtung kann weiterhin einen Strahlungskonversionsleuchtstoff enthalten, der die Formel Ca2.9Eu0.1SiO4Cl2 aufweist. Dieser Strahlungskonversions- leuchtstoff hat ein Emissionsmaximum bei 512 nm. Eine weitere Ausführungsform der Strahlungsemittierenden Vorrichtung kann einen Strahlungskonversionsleuchtstoff enthalten, der die Formel Ca2.625Eu0.055Mg0.32SiO4Cl2 aufweist. Dieser Strahlungskonversionsleuchtstoff hat ein um 3 nm ins Kurzwellige verschobenes Emissionsmaximum im Vergleich zu dem oben genannten Strahlungskonversionsleuchtstoff . Der Vorteil der erfindungsgemäßen Strahlungskonversionsleuchtstoffe gegenüber dem herkömmlichen Strahlungskonversionsleuchtstoff (Ca, Eu) 8Mg(Si04) 4C12 ist, dass die Umsetzung der Edukte während der Synthese der erfindungsgemäßen
Strahlungskonversionsleuchtstoffe einfacher, und damit der Syntheseprozess zuverlässiger ist. In einer weiteren Ausführungsform bedeckt das Strahlungskonversionsmaterial die Strahlungsemittierende Funktionsschicht auf einer oder mehreren Seiten. Das Strahlungskonversionsmaterial kann als
Strahlungskonversionskörper ausgeformt sein, der ein für die Strahlung transparentes Matrixmaterial, z. B. ein Harz wie Epoxid, Silikon oder Gläser umfasst, in das der Strahlungskonversionsleuchtstoff eingelagert ist. Durch das Einbringen des Strahlungskonversionsleuchtstoffes in eine Matrix kann die Schichtdicke und der Füllgrad des Strahlungskonversionskörpers variiert werden. Damit kann die Konzentration des Strahlungskonversionsleuchtstoffes im Matrixmaterial variiert werden. Das Mischungsverhältnis von Primär- und Sekundärstrahlung kann damit auch über die Konzentration des Strahlungskonversionsleuchtstoffes in der Matrix beeinflusst werden. Weiterhin kann der Strahlungskonversionskörper einen Verguss der strahlungs- emittierenden Vorrichtung darstellen.
Der Vorteil eines die Strahlungsemittierende Funktionsschicht auf mehreren Seiten umgebenden Strahlungskonversionskörpers ist, dass ein großflächiges Auftreffen der Primärstrahlung auf den Strahlungskonversionsleuchtstoff und dadurch eine Erhöhung der Konversionsrate erreicht wird.
Weiterhin kann die Strahlungsemittierende Vorrichtung einen Strahlungskonversionsleuchtstoff enthalten, der z. B. in einer Matrix in genügend hoher Konzentration vorliegt, um die Primärstrahlung vollständig in Sekundärstrahlung zu konvertieren. Damit wird die gesamte Primärstrahlung in ein langwelligeres Licht, die Sekundärstrahlung, konvertiert. Die Strahlungsemittierende Vorrichtung kann auch einen Strahlungskonversionsleuchtstoff enthalten, der die Primärstrahlung nur teilweise in Sekundärstrahlung konvertiert. Damit ergibt sich eine Mischung aus Primär- und Sekundärstrahlung. Der Vorteil dabei ist, dass damit Mischfarben erzeugt werden können. Die Strahlungsemittierende Vorrichtung kann weiterhin ein Strahlungskonversionsmaterial enthalten, das zusätzliche Leuchtstoffe umfasst. Der Vorteil dabei ist, dass weitere Farbmischungen oder auch weißes Licht erzeugt werden können.
Beispiele für derartige als Konverter geeignete Leuchtstoffe, die in Leuchtstoffmischungen enthalten sein können, sind:
- Chlorosilikate, wie beispielsweise in DE 10036940 und dem dort beschriebenen Stand der Technik offenbart,
- Orthosilikate, Sulfide, Thiogallate und Vanadate wie beispielsweise in WO 2000/33390 und dem dort beschriebenen Stand der Technik offenbart,
- Aluminate, Oxide, Halophosphate, wie beispielsweise in US 6,616,862 und dem dort beschriebenen Stand der Technik offenbart,
- Nitride, Sione und Sialone wie beispielsweise in DE 10147040 und dem dort beschriebenen Stand der Technik offenbart, und
- Granate der Seltenen Erden wie YAG=Ce und der Erdalkalielemente wie beispielsweise in US 2004/062699 und dem dort beschriebenen Stand der Technik offenbart.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Strahlungsemittierenden Vorrichtung gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen. Die Verfahrensschritte umfassen A) das Bereitstellen einer strahlungsemittierenden Funktionsschicht und B) das Anordnen des Strahlungskonversionsmaterials im Strahlengang der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht .
Dabei kann in dem Verfahrensschritt B) , ein Strahlungskonversionskörper enthaltend das Strahlungskonversionsmaterial mit dem StrahlungskonversionsleuchtStoff über der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht erzeugt werden. Der
Strahlungskonversionskörper kann die Strahlungsemittierende Funktionsschicht auf einer oder mehreren Seiten umgeben. Der Vorteil ist dabei, dass die Strahlungsemittierende Vorrichtung und vor allem deren Lichtaustrittsfläche möglichst großflächig von dem, den Strahlungskonversionsleuchtstoff enthaltenden Strahlungskonversionskörper bedeckt wird. Der
Strahlungskonversionskörper kann beispielsweise einen Verguss für die Strahlungsemittierende Vorrichtung bilden.
Weiterhin können zusätzliche Leuchtstoffe in das Strahlungskonversionsmaterial eingebracht werden. Es kann weiterhin auch eine Matrix bei der Herstellung des Strahlungskonversionskörpers verwendet werden, in die das Strahlungskonversionsmaterial mit dem
Strahlungskonversionsleuchtstoff eingebettet wird. Ist der Strahlungskonversionskörper als Schicht ausgeformt, kann diese eine Dicke von 5 μm bis einige Zentimeter betragen. Wird das Strahlungskonversionsmaterial ohne Matrix als Schicht über der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht erzeugt, kann die Dicke dieser Schicht 50 nm bis 20 μm betragen.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Strahlungskonversionsleuchtstoff im Verfahrensschritt B) durch homogenes Vermischen von Calciumcarbonat, Calciumchlorid, Europiumoxid, Siliziumdioxid und gegebenenfalls einer zusätzlichen Komponente, die aus Strontiumcarbonat, Bariumcarbonat und Magnesiumoxid ausgewählt ist, im stöchiometriεchen Verhältnis entsprechend der Zusammensetzung Ca3-x-yEuxMeySi04Cl2 mit 0,05 < x < 0,5, O ≤ y ≤ 0,5, Me = Sr und/oder Ba und/oder Mg hergestellt werden. Diese homogene Mischung wird anschließend im Formiergasstrom bei 6000C bis 10000C geglüht.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Strahlungskonversionskörper durch Eindispergieren des Strahlungskonversionsleuchtstoffes in eine Matrix, beispielsweise Epoxid, Gläser oder Silikon hergestellt werden. Durch den Anteil des Konversionsleuchtstoffes im Verhältnis zur Matrix, den Füllgrad, kann das Verhältnis Primär- /Sekundärstrahlung variiert werden. Durch Verwendung eines geeigneten Matrixmaterials kann ein Strahlungskonversionskörper erzeugt werden, der fest auf einer Trägerfläche, beispielsweise an der Oberfläche der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht, haftet. Bei der Erzeugung einer Paste aus dem
Strahlungskonversionsleuchtstoff , kann diese in einer vorteilhaften Ausführungsform in eine beliebige, für die Konversion günstige Form gebracht und anschließend ausgehärtet werden. Die Paste kann mittels verschiedener Verfahren auf der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht aufgebracht werden.
Anhand der Figuren und der Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden:
Figur 1 zeigt den Aufbau einer Strahlungsemittierenden Vorrichtung mit einem Strahlungskonversionskörper im Querschnitt .
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des in Figur 1 gezeigten Aufbaus einer Strahlungsemittierenden Vorrichtung.
Figur 3 zeigt den Aufbau einer Strahlungsemittierenden Vorrichtung mit Strahlungskonversionskörper im Querschnitt gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Figur 4 zeigt ein Emissionsspektrum eines Strahlungskonversionsleuchtstoffes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Figur 1 zeigt den Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strahlungsemittierenden Vorrichtung 1. Hierbei befindet sich in einem Gehäuse 6 eine Strahlungsemittierende Funktionsschicht 2, die elektrisch leitend von zwei Kontaktierungen 21 über einen Bonddraht 22 kontaktiert wird. Die Strahlungsemittierende Funktionsschicht 2 emittiert Primärstrahlung 4. Um die Strahlungsemittierende Funktionsschicht befindet sich der
Strahlungskonversionskörper 3, der sich aus einer Matrix 32 und dem Strahlungskonversionsleuchtstoff 31 zusammensetzt. Der Strahlungskonversionskörper 3 emittiert die Sekundärstrahlung 5 nach Anregung durch die Primärstrahlung 4. Bei einer solchen Strahlungsemittierenden Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Lumineszenz-Konversions- Leuchtdiode handeln. Die Seitenwände des Gehäuses 6 können auch geneigt sein, und beispielsweise eine reflektierende Beschichtung aufweisen, die die von der strahlungs- emittierenden FunktionsSchicht 2 emittierte PrimärStrahlung und auch die Sekundärstrahlung reflektieren kann.
Die Strahlungsemittierende Funktionsschicht 2 emittiert eine Primärstrahlung 4, die im UV-Bereich (vorzugsweise bei Wellenlängen von 360 bis 400 nm) oder im blauen Bereich (vorzugsweise bei Wellenlängen von 400 bis 470 nm) liegt. Dabei umfasst das Material der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht Halbleitermaterialien, beispielsweise InGaN, Ga(In,Al)N oder GaN. Der Strahlungskonversionsleuchtstoff 31, der in dem Strahlungskonversionskörper 3 enthalten ist, ist im blauen und UV-Bereich anregbar, vorzugsweise in einem Bereich von 360 bis 470 nm und umfasst einen Konversionsleuchtstoff der allgemeinen Formel Ca3-X- yEuxMeyS1O4Cl2 • Sein Emissionsmaximum liegt bei Wellenlängen, die größer als 470 nm, vorzugsweise im Bereich von 470 nm bis 550 nm, sind, d.h. der Strahlungskonversionsleuchtstoff kann die Primärstrahlung 4 in eine langwelligere Sekundärstrahlung 5 konvertieren.
Der Strahlungskonversionsleuchtstoff 31 hat die allgemeine Formel Ca3-X-7EuxMe7SiO4Cl2, wobei x aus dem Bereich 0.05 bis 0.5 ausgewählt ist. Vorzugsweise liegt x in dem Bereich 0.1 bis 0.3. Wird Ca durch ein Metall Me (z. B. Ba, Sr oder Mg oder eine beliebige Kombinationen dieser Metalle) teilweise substituiert, so ist y ausgewählt aus dem Bereich 0 bis 0.5. Je nach Substitutionsgrad verschiebt sich das Emissions- maximum des Strahlungskonversionsleuchtstoffes 31. Beispielsweise kann der Strahlungskonversionsleuchtstoff 31 die Formel Ca2.9Eu0-ISiO4Cl2 haben. Dieses Ausführungsbeispiel hat ein Emissionsmaximum bei 512 nm. Im Vergleich dazu hat ein weiterer Strahlungskonversionsleuchtstoff 31 die Formel Ca2.625Eu0.055Mg0.32SiO4Cl2 und ein gegenüber dem Leuchtstoff Ca2.9Eu0.1SiO4Cl2 um 3 nm verschobenes Emissionsmaximum bei 509 nm.
Der Strahlungskonversionskörper 3 kann die PrimärStrahlung 4 vollständig oder auch nur teilweise in Sekundärstrahlung 5 konvertieren. Wie viel Primärstrahlung 4 konvertiert wird, kann unter anderem durch die Konzentration des Strahlungskonversionsstoffes 31 in der Matrix 32 gesteuert werden. Die Matrix kann beispielsweise ein Silikon, Glas oder ein Epoxid sein, in das je nach Bedarf der pulverförmige Strahlungskonversionsleuchtstoff gemischt wird. Je höher seine Konzentration, desto mehr Primärstrahlung 4 wird konvertiert und desto mehr verschiebt sich der Farbeindruck in Richtung der Sekundärstrahlung 5. Der Strahlungskonversionskörper 3 kann auch zu 100% aus dem Strahlungskonversionsleuchtstoff 31 bestehen. Vorteilhafterweise ist dann der
Strahlungskonversionsleuchtstoff in einer vergleichsweise dünnen (50 nm bis 20 μm) Schicht auf der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht aufgebracht .
Eine Ausführungsform der Erfindung, in der der Strahlungskonversionskörper 3 die Primärstrahlung 4 nur teilweise in Sekundärstrahlung 5 konvertiert, ist in Figur 2 abgebildet. Auch hier ist wieder ein Querschnitt des Ausführungsbeispiels einer Strahlungsemittierenden Vorrichtung gezeigt . Die Strahlung der Strahlungsemittierenden Vorrichtung ist eine Mischung aus Primär- 4 und Sekundäretrahlung 5.
Um weitere Farben zu erzeugen, können auch weitere Leuchtstoffe in die Matrix gemischt werden.
Figur 3 zeigt analog zu Figur 1 den Querschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strahlungsemittierenden Vorrichtung 1. Hier der Strahlungskonversionskörper 3, der eine Matrix 32 und den Strahlungskonversionsleuchtstoff 31 umfasst, in Form einer relativ dünnen Schicht auf die Strahlungsemittierende Funktionsschicht 2 aufgebracht. Der Strahlungskonversionskörper 3 muss sich dabei nicht notwendigerweise in Kontakt mit der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht 2 befinden (hier nicht gezeigt) , sondern es können weitere Schichten zwischen der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht 2 und dem Strahlungskonversionskörper 3 vorhanden sein.
In Figur 4 ist ein Emissionsspektrum 36 des Strahlungskonversionsleuchtstoffes 31 der Formel Ca2.9EU0.1SiO4Cl2 zu sehen. Es ist die relative Emissionsintensität Ir aufgetragen gegen die Wellenlänge λ in nm. Verglichen wird das Emissionsspektrum des erfindungsgemäßen Strahlungskonversionsleuchtstoffs mit dem Emissionsspektrum 35 eines anderen Konversionsleuchtstoffs der allgemeinen Formel (Ca, Eu) 8Mg (SiO4) 4C12. Die beiden Leuchtstoffe unterscheiden sich in der Lage des Emissionsmaximums um 3 nm, außerdem ist ein Unterschied in der Halbwertsbreite der Spektren zu sehen. Beide Leuchtstoffe besitzen sehr ähnliche Emissionsspektren und sind somit für gleiche
Anwendungsgebiete geeignet. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Strahlungskonversionsleuchtstoffes besteht in seiner einfachen Herstellung im Vergleich zu konventionellen Konversionsleuchtstoffen.
Die Strahlungsemittierende Vorrichtung kann durch Bereitstellen einer Strahlungsemittierenden Funktionsschicht 2 und durch Anordnen des Strahlungskonversionsmaterials im Strahlengang der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht hergestellt werden. Dabei kann das Strahlungskonversions- material z. B. in Form eines Strahlungskonversionskörpers 3, beispielsweise eine dünne Schicht oder ein Verguss, über der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht 2 erzeugt werden, der den Strahlungskonversionsleuchtstoff enthält. Der Strahlungskonversionsleuchtstoff kann durch homogenes Vermischen im stöchiometrischen Verhältnis von Calciumcarbonat, Calciumchlorid, Europiumoxid, Siliziumdioxid und gegebenenfalls Strontiumcarbonat , Bariumcarbonat und Magnesiumoxid entsprechend der Formel Ca3-x-yEUχMeySiO4Cl2 mit 0,05 ≤ x < 0,5, 0 ≤ y ≤ 0,5, Me = Sr und/oder Ba und/oder Mg hergestellt werden. Diese Mischung wird anschließend im Formiergasström bei 6000C bis 10000C, vorzugsweise bei 65O0C bis 8000C geglüht. Durch Eindispergieren des Strahlungs- konversionsleuchtstoffes in eine Matrix, beispielsweise Silikon, Gläser oder Epoxid, kann die Masse für den Strahlungskonversionskörper hergestellt werden.
Die in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Beispiele können auch beliebig variiert werden. Es ist weiterhin zu berücksichtigen, dass sich die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern weitere, hier nicht aufgeführte Ausgestaltungen zulässt.

Claims

Patentansprüche
1. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1), umfassend eine Strahlungsemittierende FunktionsSchicht (2) , die eine Primärstrahlung (4) emittiert, und ein
Strahlungskonversionsmaterial (3), das im Strahlengang der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht angeordnet ist und einen Strahlungskonversionsleuchtstoff (31) der allgemeinen Formel Ca3-x-yEuxMeySi04Cl2 enthält, wobei der Leuchtstoff zumindest einen Teil der Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung (5) konvertiert.
2. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die strahlungsemittierende Funktionsschicht (2) eine Primärstrahlung (4) im UV-Bereich emittiert, vorzugsweise bei Wellenlängen von 360 bis 400 nm.
3. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die strahlungsemittierende Funktionsschicht (2) eine Primärstrahlung (4) im blauen Bereich emittiert, vorzugsweise bei Wellenlängen von 400 bis 470 nm.
4. Strahlungsemittierende Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Material der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht einen Halbleiter umfasst, der vorzugsweise ausgewählt ist aus einer Gruppe, die InGaN, Ga (In, Al) N und GaN umfasst.
5. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Strahlungskonversionsleuchtstoff (31) im blauen und/oder UV-Bereich angeregt wird.
6. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der
Strahlungskonversionsleuchtstoff (31) vorzugsweise im Bereich von 360 nm bis 470 nm angeregt wird.
7. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strahlungs- konversionsleuchtstoff (31) ein Emissionsmaximum bei Wellenlängen zwischen 470 nm und 550 nm aufweist.
8. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strahlungskonversionsleuchtstoff (31) ein Emissionsmaximum bei 512 ± 3 nm aufweist.
9. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für den Strahlungskonversionsleuchtstoff (31) der allgemeinen Formel Ca3-x-yEuxMeySi04Cl2 x aus dem Bereich 0.05 bis 0.5 ausgewählt ist.
10. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Strahlungskonversionsleuchtstoff (31) der allgemeinen Formel Ca3-x-yEuxMeySiθ4Cl2 Ca teilweise durch Metalle Me substituiert ist, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die die folgenden Metalle enthält: Sr, Ba und Mg.
11. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für den Strahlungskonversionsleuchtstoff (31) der allgemeinen Formel Ca3-x-yEuxMeySi04Cl2 y aus dem Bereich 0 bis 0.5 ausgewählt ist.
12. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der StrahlungskonversionsleuchtStoff (31) die Formel
Ca2.9Eu0.1SiO4Cl2 aufweist.
13. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei der Strahlungskonversionsleuchtstoff (31) die Formel Ca2.625Eu0.055Mg0.32SiO4Cl2 aufweist .
14. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das
Strahlungskonversionsmaterial als Strahlungskonversions- körper ausgeformt ist und die Strahlungsemittierende Funktionsschicht auf einer oder mehreren Seiten bedeckt.
15. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Strahlungskonversionskörper schichtförmig ausgeformt ist.
16. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 oder 15 , wobei der Strahlungskonversionskörper (3) die Primärstrahlung (4) vollständig in Sekundärstrahlung (5) konvertiert.
17. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 oder 15, wobei der Strahlungskonversionskörper (3) die PrimärStrahlung (4) teilweise in Sekundärstrahlung (5) konvertiert und die nicht konvertierte Primärstrahlung sich mit der SekundärStrahlung überlagert, so eine Mischung aus der Primär- und Sekundärstrahlung vorhanden ist.
18. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Strahlungskonversionsmaterial (3) zusätzliche Leuchtstoffe umfasst.
19. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 17, wobei der Strahlungskonversionskörper eine Matrix (32) umfasst, in der sich der Strahlungskonversionsleuchtstoff (31) befindet .
20. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Matrix (32) transparent ist.
21. Strahlungsemittierende Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 19 oder 20, wobei das Material der Matrix aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Epoxide, Silikone und Gläser umfasst.
22. Verfahren zur Herstellung einer Strahlungsemittierenden Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21 mit den Verfahrensschritten:
A) Bereitstellen einer Strahlungsemittierenden Funktionsschicht (2) ,
B) Anordnen des Strahlungskonversionsmaterials mit dem Strahlungskonversionsleuchtstoff im Strahlengang der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht .
23. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem im Verfahrensschritt B) ein Strahlungskonversionskörper (3) enthaltend den Strahlungskonversionsleuchtstoff über der Strahlungsemittierenden Funktionsschicht (2) erzeugt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 oder 23, bei dem der Strahlungskonversionsleuchtstoff hergestellt wird durch homogenes Vermischen von Calciumcarbonat, Calciumchlorid, Europiumoxid, Siliziumdioxid und gegebenenfalls einer zusätzlichen Komponente ausgewählt aus Strontiumcarbonat , Bariumcarbonat und Magnesiumoxid im stöchiometrischen Verhältnis entsprechend der Formel Ca3-X-7EuxMe7SiO4Cl2 mit 0,05 < x ≤ 0,5, 0 < y < 0,5, Me ausgewählt aus Sr, Ba und Mg und anschließendes Glühen im Formiergasstrom bei 600 °C bis 10000C.
25. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem eine Matrix (32) bei der Herstellung des Strahlungskonversionskörpers verwendet wird, in die der Strahlungskonversionsleuchtstoff eingebettet wird.
26. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Material der Matrix aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Epoxide, Silikone und Gläser umfasst.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, bei dem eine Masse für den Strahlungskonversionskörper hergestellt wird durch Eindispergieren des Strahlungskonversionsleuchtstoffes in die Matrix.
28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 27, bei dem zusätzliche Leuchtstoffe in den Strahlungskonversionskörper eingebracht werden.
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