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WO2020169479A1 - Leuchtstoff, verfahren zur herstellung eines leuchtstoffs und optoelektronisches bauelement - Google Patents

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

Info

Publication number
WO2020169479A1
WO2020169479A1 PCT/EP2020/053946 EP2020053946W WO2020169479A1 WO 2020169479 A1 WO2020169479 A1 WO 2020169479A1 EP 2020053946 W EP2020053946 W EP 2020053946W WO 2020169479 A1 WO2020169479 A1 WO 2020169479A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
phosphor
tetrahedron
elements
electromagnetic radiation
group
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/053946
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon PESCHKE
Stefan Lange
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 US17/431,438 priority Critical patent/US11932791B2/en
Publication of WO2020169479A1 publication Critical patent/WO2020169479A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
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    • C01B21/0821—Oxynitrides of metals, boron or silicon
    • C01B21/0823—Silicon oxynitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H—ELECTRICITY
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    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/76—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by a space-group or by other symmetry indications
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    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/77—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by unit-cell parameters, atom positions or structure diagrams

Definitions

  • a phosphor and a method for producing a phosphor are specified.
  • a method for producing a phosphor are specified.
  • a method for producing a phosphor are 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 specified.
  • the phosphor has the
  • - EA is selected from the group of divalent elements
  • - A is selected from the group of monovalent elements
  • - Tl is selected from the group of trivalent elements
  • - T2 is selected from the group of tetravalent elements
  • - T3 is selected from the group of pentavalent elements
  • impurities have a maximum of 1 per thousand, preferably a maximum of 100 ppm (parts per million), particularly preferably a maximum of 10 ppm. According to the here
  • the phosphor has only nitrogen and / or oxygen as an anion. However, it cannot be ruled out that other, including anionic, elements are present in the form of impurities.
  • the phosphor preferably comprises a crystalline
  • the phosphor can be a ceramic material, for example.
  • the activator element changes the electronic structure of the host lattice in such a way that electromagnetic radiation with a primary wavelength is absorbed in the material and stimulates an electronic transition in the luminescent material, which returns to the ground state by emitting electromagnetic radiation with an emission spectrum.
  • the activator element which is incorporated into the host lattice, is responsible for the wavelength-converting properties of the phosphor.
  • wavelength-converting here means that radiated electromagnetic radiation of a certain wavelength range, in the present case with a Primary wavelength, is converted into electromagnetic radiation of a different, preferably longer-wave wavelength range, in this case the emission spectrum.
  • a wavelength-converting element absorbs electromagnetic radiation from an incident
  • Wavelength range converts this through electronic
  • the phosphor can be in particle form
  • the crystalline host lattice is preferably made of a three-dimensional one that is usually periodically repeated
  • Unit cell constructed.
  • the unit cell is the smallest recurring unit of the crystalline host lattice.
  • T3, N and 0 each occupy fixed grid positions of the three-dimensional unit cell of the host lattice.
  • the activator element RE and the divalent element EA preferably occupy equivalent lattice sites. This means that either EA or RE are located on said lattice site of a unit cell.
  • valence in relation to a specific element means here how many other elements with opposite charge are required in a chemical compound in order to achieve a charge balance. This can be, for example, one element or several elements. Elements with a valence of two are also known as divalent elements and are often elements that are doubly positively charged in a chemical compound. This means that, for example, there can be two further elements that are simply negatively charged in the chemical compound, or one further element that is in the chemical
  • Compound is doubly negatively charged, bind to the divalent element. This leads to a charge equalization.
  • divalent elements are generally selected from the group formed by alkaline earth elements and zinc.
  • Monovalent elements i.e. elements of valence one
  • elements of valence one are often elements that are simply positively charged in a chemical compound. This means that an element which is simply negatively charged in a chemical compound can bind to the monovalent element. Thus becomes a
  • monovalent elements are generally selected from the group formed by
  • Alkali elements as well as copper, silver and gold.
  • Trivalent elements i.e. elements of valence three, are often elements that are triply positively charged in a chemical compound. This means that an element which is triple negatively charged in a chemical compound can bind to the trivalent element. Thus becomes a
  • elements of valence four are often elements that are four times positively charged in a chemical compound. That is, there can be an element which is four times negatively charged in a chemical compound, bind to the tetravalent element. Thus becomes a
  • Pentavalent elements i.e. elements of valence five
  • elements of valence five are often elements that are five times positively charged in a chemical compound. This means that an element which is five times negatively charged in a chemical compound can bind to the pentavalent element. Thus becomes a
  • the present case usually selected from the group formed by phosphorus, arsenic, vanadium, niobium, tantalum.
  • RE is selected from the group formed by the following elements and combinations of these elements: Mn, Cr, Ni, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Tm.
  • the host lattice of the phosphor has a structure that TI (0, N) 4-tetrahedron,
  • T2 (0, N) 4 tetrahedron, T3 (0, N) 4 tetrahedron, and ACy tetrahedron The TI (0, N) 4 tetrahedra, T2 (0, N) 4 tetrahedra, T3 (0, N) 4 tetrahedra and / or the ACy tetrahedra usually have a tetrahedral gap.
  • the tetrahedron gap is an area inside the respective tetrahedron. For example, with the term "tetrahedral gap" the area inside the
  • Tetrahedron is the name that remains free when spheres touching each other are placed in the corners of the tetrahedron.
  • the oxygen atoms and the nitrogen atoms of the TI (0, N) 4 tetrahedron and / or T2 (0, N) 4 tetrahedron and / or T3 (0, N) 4 tetrahedron preferably span the tetrahedron, with Tetrahedral gap of the through the oxygen atoms and the
  • Nitrogen atoms spanned tetrahedron is the TI and / or T2 and / or T3 atom. In this case, all atoms that span the tetrahedron preferably form a similar one
  • the oxygen atoms of the AO 4 tetrahedron preferably span the tetrahedron and the A atom is located in the
  • Tetrahedron gap of the tetrahedron spanned by the oxygen atoms.
  • the structure of the host lattice has at least one T1 (0, N) 4-tetrahedron and / or one T2 (0, N) 4-tetrahedron and / or one
  • the ACg tetrahedron is via an oxygen atom with the T1 (0, N) 4-tetrahedron and / or the T2 (0, N) 4-tetrahedron and / or the
  • the oxygen atom that links the ACg tetrahedron to the TI (0, N) 4 tetrahedron and / or the T2 (0, N) 4 tetrahedron and / or the T3 (0, N) 4 tetrahedron preferably both part of the ACg tetrahedron and part of the TI (0, N) 4 tetrahedron and / or the T2 (0, N) 4 tetrahedron and / or the T3 (0, N) 4 tetrahedron.
  • the TI (0, N) 4 tetrahedron and / or the T2 (0, N) 4 tetrahedron and / or the T3 (0, N) 4 tetrahedron is connected to the further TI via a nitrogen atom (0, N) 4 tetrahedron and / or the further T2 (0, N) 4 tetrahedron and / or the further T3 (0, N) 4 tetrahedron linked.
  • the nitrogen atom is preferred, which is the TI (0, N) 4 tetrahedron and / or the T2 (0, N) 4 tetrahedron and / or the T3 (0, N) 4 tetrahedron with the further TI (0, N ) 4 tetrahedron and / or the further T2 (0, N) 4 tetrahedron and / or the further T3 (0, N) 4 tetrahedron linked, a common nitrogen atom of the
  • Nitrogen atom which the TI (0, N) 4 tetrahedron and / or the
  • the corner-linked T3 (0, N) 4 tetrahedra consist of one strand.
  • the strand preferably has at least five linked T1 (0, N) 4 - Tetrahedron and / or T2 (0, N) 4 tetrahedron and / or T3 (0, N) 4 tetrahedron.
  • the host lattice preferably comprises the
  • Luminescent multiple strands of TI (0, N) 4 tetrahedra and / or T2 (0, N) 4 tetrahedra and / or T3 (0, N) 4 tetrahedra For example, a TI (0, N) 4 tetrahedron and / or a
  • the AO 4 tetrahedra preferably link the TI (0, N) 4 tetrahedra
  • T3 (0, N) 4 tetrahedra and the ACg tetrahedra, which are linked via a corner contain channels in which at least one EA atom is located.
  • the channels are preferably as cavities in the strands of corner-connected TI (0, N) 4 tetrahedra and / or corner-connected T2 (0, N) 4 tetrahedra and / or
  • corner-sharing T3 (0, N) 4 tetrahedra and corner-sharing ACg tetrahedra.
  • the phosphor has the
  • EA 7 A 2 S1 5 ⁇ 0 12 RE on, where EA is selected from the group of the divalent elements.
  • A is selected from the group of monovalent elements and RE is an activator element.
  • EA is selected from the group formed by the following
  • A is selected from the group formed by the following
  • RE is selected from the group of rare earths, Mn, Cr and Ni.
  • RE is selected from the group formed by the following elements and
  • the phosphor has the following formula: (EAi- a RE a) 7A2S15 ⁇ 012. a denotes the molecular proportion of RE based on EA and is preferably between 0.001 and
  • the molecular fraction of RE, based on EA, is particularly preferably between 0.005 and 0.05 inclusive. In other words, preferably between 0.5% and 5% inclusive of the EA lattice sites are occupied by RE.
  • the proportion a of rare earths of a phosphor of the following formula (EAi- a RE a) 7A2S15N4O12 is, for example, compared to
  • Garnet phosphors such as Y 3 ( Al, Ga) 5O12: Ce (YAG) or
  • the phosphor has the formula Sr7Li2Si5N40i2: RE.
  • RE Eu 2+ is preferred here.
  • RE, for example Eu 2+ preferably occupies one
  • Words are preferably between 0.1% and 10% of the lattice sites that are provided for Sr in the host lattice Sr7Li2Si5N40i2, occupied by RE such as Eu 2+ .
  • the host lattice of the phosphor has a structure which comprises Si (0, N) 4 tetrahedra and LiCg tetrahedra.
  • the Si (0, N) 4 tetrahedron and / or the LiCg tetrahedron usually have a tetrahedral gap.
  • the tetrahedron gap is an area inside the respective tetrahedron.
  • the term "tetrahedron gap" denotes the area inside the tetrahedron that remains free when spheres touching each other are placed in the corners of the tetrahedron.
  • the oxygen atoms and the nitrogen atoms of the Si (0, N) 4 tetrahedron preferably span the tetrahedron, with the oxygen atoms and the
  • all the atoms that span the tetrahedron preferably form a similar distance to the
  • Silicon atom which is located in the tetrahedral gap.
  • the distances can be in the range of
  • the oxygen atoms of the Lieg tetrahedron preferably span the tetrahedron and the lithium atom is located in the tetrahedral gap of the tetrahedron spanned by the oxygen atoms.
  • at least one Si (0, N) 4-tetrahedron and at least one LiCg tetrahedron are each linked via a corner.
  • the LiCg tetrahedron is linked to the Si (0, N) 4-tetrahedron via an oxygen atom.
  • the oxygen atom which links the LiCg tetrahedron with the Si (0, N) 4 tetrahedron is preferably a common oxygen atom of the LiCg tetrahedron and the
  • Oxygen atom that links the LiCg tetrahedron with the Si (0, N) 4 tetrahedron, preferably both part of the L1O4 tetrahedron and part of the Si (0, N) 4 tetrahedron.
  • the Si (0, N) 4 tetrahedron is linked to the further Si (0, N) 4 tetrahedron via a nitrogen atom. That is preferred
  • Si (0, N) 4 tetrahedron as well as part of the further Si (0, N) 4 tetrahedron.
  • corner-sharing Si (0, N) 4 tetrahedra consist of one strand.
  • the strand preferably has at least five linked Si (0, N) 4-tetrahedra.
  • the host lattice preferably comprises the Luminescent multiple strands of Si (0, N) 4 tetrahedra.
  • an Si (0, N) 4 tetrahedron can be linked to Si (0, N) 4 tetrahedron of the same strand or the neighboring strand via at least one LiCg tetrahedron.
  • the Si (0, N) 4-tetrahedra and LiCg-tetrahedra, which are linked via a corner form channels in which there is at least one strontium atom.
  • the channels are preferably designed as cavities in the strands of corner-linked Si (0, N) 4 tetrahedra and L1O4 tetrahedra.
  • the three lattice parameters a, b and c are the lengths of the
  • Lattice vectors that span the unit cell that span the unit cell.
  • the other three lattice parameters, ß and g are the angles between these lattice vectors, ß is the angle between b and c, ß is the angle between a and c and g is the angle between a and b.
  • the lattice parameter a is in particular in the range from 22.80 ⁇ to 23.20 ⁇ inclusive.
  • the lattice parameter b lies
  • the lattice parameter c lies
  • angles and g are preferably approximately 90 ° and the angle ⁇ is preferably in one
  • the host lattice of the phosphor has a structure with a monoclinic
  • the host lattice preferably has the
  • Phosphor has the monoclinic space group C2.
  • the phosphor crystallizes in the monoclinic space group C2.
  • the lattice parameters in the monoclinic space group C2 are particularly preferably at a
  • the phosphor has the same crystal structure as Sr7Li2Si5N40i2.
  • the phosphor can be as described below
  • RE are initially provided starting materials which are selected from the group formed by the following starting materials and combinations of these starting materials: EA2N, EAO, A2CO3, TI2O3, T2O2 , T32O5 , RE2O3. The starting materials are then brought to a temperature between 800 ° C. and inclusive
  • the temperature in the manufacture of garnet phosphors is usually over 1400 ° C. In contrast, the temperature is significantly reduced in the present manufacturing process, which leads to a simplified manufacture and improved energy efficiency.
  • starting materials are first provided which are formed from the group formed by the following starting materials and
  • the starting materials are homogenized in a first step of the method.
  • the resulting mixture of the educts is put into an open crucible,
  • the mixture of the starting materials is heated, for example, to a temperature of about 1000 ° C. for about 24 hours under a nitrogen atmosphere or under a forming gas atmosphere, so as to reduce the temperature
  • the forming gas atmosphere has, for example, a mixture of nitrogen or argon with up to 7.5% H2 or is formed from such a mixture.
  • EA2N is Sr2N
  • EAO is SrO
  • A2CO 3 is L12CO 3
  • RE2O 3 is EU2O 3 .
  • the phosphor is particularly suitable and intended for use in an optoelectronic component.
  • the optoelectronic component comprises a semiconductor chip, which in operation
  • the wavelength range forms the emission spectrum of the
  • the semiconductor chip is, for example, a light-emitting diode chip or a laser diode chip.
  • the semiconductor chip preferably has an epitaxially grown one
  • Semiconductor layer sequence with an active zone which is suitable for generating electromagnetic radiation is suitable for generating electromagnetic radiation.
  • the active zone has, for example, a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well or, particularly preferably, a multiple quantum well structure.
  • the semiconductor chip preferably transmits during operation
  • Optoelectronic component on a conversion element which has a phosphor described here Optoelectronic component on a conversion element which has a phosphor described here.
  • Phosphor converts electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a second wavelength range.
  • the electromagnetic radiation of the second wavelength range forms that
  • the wavelength range is preferably different from the first wavelength range.
  • Conversion element is introduced, gives the Conversion element wavelength-converting properties.
  • the conversion element converts the
  • the optoelectronic component preferably emits mixed light, which is composed of electromagnetic radiation from the first
  • the optoelectronic component emits white light.
  • a further phosphor can be introduced into the conversion element.
  • the luminescent material with the general formula EA 7 A 2 S1 5 ⁇ 0 12 : RE is preferably combined with a red-emitting luminescent material in order to thus provide mixed light with a color point in the warm white range
  • the mixed light with a color point in the warm white area is preferred by a combination of the blue
  • the preferred red-emitting phosphors are nitride phosphors, for example (Ba, Sr, Ca) AlSiN 3 : Eu,
  • the conversion element has a matrix material in which the phosphor is embedded.
  • the matrix material can, for example, from the group
  • the group of polymers preferably includes polystyrene, polysiloxane, polysilazane, PMMA, polycarbonate, polyacrylate, polytetrafluoroethylene, polyvinyl, silicone resin, silicone, epoxy resin and transparent synthetic rubber.
  • the group of glasses includes, for example, silicates, water glass and quartz glass.
  • the conversion element is preferably designed as a conversion layer.
  • the conversion layer is preferred in
  • the conversion layer is also possible for the conversion layer to be applied to the radiation exit surface with the aid of an adhesive layer. Furthermore, for example, a potting compound can be attached between the radiation exit surface and the conversion element. The conversion element is therefore not in direct contact with the radiation exit surface.
  • the encapsulation preferably has a permeability for electromagnetic radiation of at least the active zone, which is at least 85%, preferably 95%.
  • Matrix material can also be used for potting.
  • an emission maximum of the phosphor is between 500 nanometers and 550 nanometers inclusive.
  • the phosphor absorbs electromagnetic radiation with at least one excitation wavelength.
  • the emission maximum of the phosphor is preferably around 515 nanometers.
  • the emission spectrum of the semiconductor chip is referred to here as the primary wavelength.
  • the primary wavelength the emission spectrum of the semiconductor chip.
  • the emission maximum is the wavelength at which the
  • Phosphor or the semiconductor chip shows the greatest emission.
  • the emission maximum is determined in the present case using the emission spectrum.
  • An emission spectrum is usually a diagram in which the spectral intensity or the spectral luminous flux per
  • Wavelength interval (“spectral intensity / spectral
  • Luminous flux that of the phosphor or another
  • the emission spectrum represents a curve in which the wavelength is on the x-axis and the spectral intensity or the spectral luminous flux is on the y-axis
  • Emission maximum of the phosphor preferably in the green-yellow spectral range.
  • the phosphor according to the invention has a shoulder in the red spectral range.
  • Dominant wavelength of the electromagnetic radiation of the emission spectrum of the phosphor between 555 nanometers and 575 nanometers inclusive.
  • the excitation wavelength is preferably in the near ultraviolet to blue spectral range, for example at about 408 nanometers or 448 nanometers.
  • the dominant wavelength of the emission spectrum of the phosphor is preferably approximately 562 nanometers or 564 nanometers.
  • electromagnetic radiation is determined in a CIE standard diagram starting from the white point through the color location of the
  • an FWHM width of the phosphor is between 170 nanometers and 190 nanometers inclusive.
  • the excitation wavelength is in the near ultraviolet to blue spectral range, for example at about 408 nanometers or 448 nanometers.
  • the FWHM width is about 182 nanometers or 175 nanometers.
  • FWHM width refers to a curve with a maximum, such as an emission spectrum, where the FWHM width is the area on the x-axis that corresponds to the two y values
  • Phosphor with the general formula EA 7 A 2 S15 ⁇ 012 RE in that Conversion element of the optoelectronic component for wavelength conversion is included and a
  • Component causes.
  • a color rendering index of the electromagnetic radiation of the optoelectronic component is at least 80, preferably at least 85, particularly preferably at least 90 high red color rendering index R9 of at least 60, preferably at least 70, particularly preferably at least 75 is achieved.
  • a high color rendering index of at least 80, preferably at least 85, particularly preferably at least 90 and a high red color rendering index R9 of at least 60, preferably at least 70, particularly preferably at least 75 is achieved.
  • the electromagnetic radiation with the cold white color impression is preferred through a combination of the electromagnetic radiation of the first wavelength range emitted by the semiconductor chip and that of the phosphor emitted electromagnetic radiation of the second
  • the correlated color temperature is a measure by which
  • the color rendering index describes the quality of the
  • the red color rendering index R9 is a special color rendering index for saturated red light.
  • the optoelectronic component thus emits electromagnetic radiation with a correlated color temperature between 3000 K and 5000 K inclusive.
  • the further phosphor is preferably a phosphor which emits electromagnetic radiation in the red spectral range. That leads to a lower correlated
  • Color temperature which means that a warm white color impression with a high color rendering index R9 is achieved.
  • One idea of the present optoelectronic component is to use semiconductor chips that emit different primary wavelengths from the near ultraviolet to blue spectral range for various optoelectronic components without the color rendering index of the mixed light of the optoelectronic components with the phosphor described here differing significantly. This can increase the process yield in production and the Lower production costs. Furthermore, the proportion of rare earths in the phosphor is low, which leads to simple and inexpensive production. In addition, the manufacturing temperature is lowered in order to increase the energy efficiency.
  • FIG. 1 shows a section of the host lattice of the phosphor Sr7Li2Si5N40i2: Eu 2+ in viewing direction b according to a
  • FIG. 2 shows a section of the host lattice of the phosphor Sr7Li2Si5N40i2: Eu 2+ in viewing direction b according to a
  • FIG. 3 shows a section of the host lattice of the phosphor Sr7Li2Si5N40i2: Eu 2+ in viewing direction c according to a
  • FIG. 4 and FIG. 5 a section of the host lattice of the phosphor Sr7Li2Si5N40i2: Eu 2+ according to a
  • Figure 6 is a schematic sectional view for
  • FIG. 10 shows two emission spectra of the phosphor
  • FIG. 11 emission spectra of Sr7Li2Si5N40i2: Eu 2+ and a conventional phosphor with a comparable one
  • Figure 12 shows a color rendering index as a function of a
  • optoelectronic components with a white color impression with a primary wavelength of the semiconductor chip of around 445 nanometers.
  • Figure 1 shows a section of the host lattice of
  • the host lattice has a structure with a monoclinic space group C2.
  • the structure of the host lattice has corner-sharing T1 (0, N) 4 tetrahedra and / or T2 (0, N) 4 tetrahedron and / or T3 (0, N) 4 tetrahedron and ACy tetrahedron.
  • Linked corners means here and in the following that two tetrahedra are connected to one another via a common corner 10.
  • the corner 10 can either be a common
  • Tetrahedron and atoms are given a reference number.
  • the Si (0, N) 4 tetrahedron 8 and / or the LiCg tetrahedron 9 have a tetrahedral gap.
  • the tetrahedron gap is an area inside the respective tetrahedron.
  • the oxygen atoms 6 and the nitrogen atoms 7 of the Si (0, N) 4 - tetrahedron 8 span the tetrahedron, with the oxygen atoms 6 and the
  • all the atoms that span the tetrahedron are preferably at a similar distance to the
  • Silicon atom 4 which is located in the tetrahedral gap.
  • the oxygen atoms 6 span a tetrahedron and the lithium atom 3 is located in the tetrahedral gap of the tetrahedron spanned by the oxygen atoms 6.
  • At least one Si (0, N) 4 tetrahedron 8 and at least one L1O 4 tetrahedron 9 are each over an oxygen atom 6
  • the Si (0, N) 4 tetrahedra 8 can also be linked to a further Si (0, N) 4 tetrahedron 8 via a nitrogen atom 7.
  • the structure has isolated strands, which in the present case consist of five Si (0, N) 4 tetrahedra 8, which have
  • the Si (ON) 4 tetrahedra 8 and LiCg tetrahedra 9 form linked channels 11 via a corner 10 in which at least one strontium atom 2 is located.
  • the strontium atom 2 can through Europium atoms 5 are replaced as the activator element.
  • the channels 11 are as cavities in the strands of
  • Each Si (0, N) 4 tetrahedron 8 is linked via at least one L1O 4 tetrahedron 9 to Si (0, N) 4 tetrahedra 8 of the same or of the neighboring strand. This linking occur, as shown in Figure 2, layers of corners 10 linked Si (0, N) of 4 - 8 and LICG tetrahedra 9, which is in the bc-
  • Table 1 below shows the crystallographic data of the phosphor LI Sr 7 Li 2 Si 5 N 4 0i 2 : Fu 2+ .
  • monoclinic space group are the angles and g equal to 90 ° and ß not equal to 90 ° and the lattice parameters a, b and c
  • Table 2 shows atomic layer occupancies and isotropic deflection parameters for the phosphor LI
  • Figure 4 and Figure 5 show schematically a corner-sharing channel 11 of Si (0, N) of 4 - 8 and LICR tetrahedra 9 from two different perspectives.
  • the strontium atoms 2 and the europium atoms 5 are located in the channel 11.
  • starting materials are used in a first method step S1
  • the starting materials are mixed homogeneously, then the mixture is transferred to an open nickel crucible, which is transferred to a tube furnace.
  • the mixture is heated for about 24 hours.
  • the phosphor LI is produced, for example, by mixing, homogenizing and heating the educts Sr 2 N, SrO, S1O 2 , L1 2 CO 3 and EU 2 O 3 .
  • the corresponding ratio of the individual starting materials to one another is shown in Table 3 as an example.
  • FIG. 7 shows a schematic sectional illustration of an optoelectronic component 12 which has a semiconductor chip 13 which, during operation, emits electromagnetic radiation of a first wavelength range from a radiation exit surface 19.
  • 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.
  • the semiconductor chip 13 has an epitaxially grown semiconductor layer sequence with an active zone 17 which is suitable for to generate electromagnetic radiation.
  • the optoelectronic component 12 comprises a potting 15.
  • the potting 15 has a permeability for electromagnetic radiation of at least the active zone 17, which is at least 85%, preferably 95%.
  • the semiconductor chip 13 is surrounded by the encapsulation 15.
  • the optoelectronic component 12 likewise has a conversion element 14 with a phosphor LI, the electromagnetic radiation of the first
  • electromagnetic radiation of the second wavelength range has an emission spectrum that is also known as
  • Luminous substance LI is embedded in a matrix material.
  • the matrix material is from the group of polysiloxanes
  • the conversion element 14 can be used as a
  • the optoelectronic component 12 according to
  • the exemplary embodiment of FIG. 8 comprises a semiconductor chip 13, a carrier element 16, an adhesive layer 18 and a
  • Conversion element 14 is arranged on the radiation exit surface 19 of the semiconductor chip 13 with the aid of an adhesive layer 18.
  • the conversion element 14 can, however, also be applied directly to the radiation exit area 19 of the semiconductor chip 13.
  • Radiation exit surface 19 opposite surface of the semiconductor chip 13 is on a carrier element 16 for
  • the conversion element 14 is designed as a conversion layer and has the phosphor LI which is embedded in the matrix material.
  • the conversion element 14 is free from another
  • the electromagnetic radiation with the cold white color impression is produced by a combination of the
  • Semiconductor chip 13 emitted electromagnetic radiation of the first wavelength range and the electromagnetic radiation of the second wavelength range emitted by the phosphor LI.
  • the exemplary embodiment of FIG. 9 has a further phosphor LX in the
  • the further phosphor LX can, for example, be a garnet phosphor or a
  • the phosphor is preferably a red-emitting phosphor.
  • Nitride phosphors for example (Ba, Sr, Ca) AlSiN 3 : Eu, Sr (Sr, Ca) Al 2 Si 2 N 6 : Eu, (Ca, Sr, Ba) Si 2 O 2 N 2, are used as red-emitting phosphors : Eu and (Ca, Sr, Ba) 2 SisN 8 : Eu inserted.
  • AlSiN 3 : Eu is preferably used as the red-emitting phosphor (Ba, Sr, Ca).
  • the red-emitting phosphor converts
  • electromagnetic radiation of the first wavelength range into electromagnetic radiation of a third
  • Wavelength range preferably the red spectral range.
  • FIG. 10 shows, by way of example, two emission spectra of a phosphor LI when excited with electromagnetic
  • the emission spectra are a curve in which the spectral intensity I or the spectral luminous flux per wavelength interval (“spectral intensity / spectral luminous flux”) of the electromagnetic radiation emitted by the phosphor LI on the y-axis against the wavelength l of the phosphor LI
  • the primary wavelength l R of the semiconductor chip is in the near ultraviolet spectral range, at around 408 nanometers, then the phosphor LI described here has an emission maximum in the green-yellow spectral range at around 515 nanometers with a dominant wavelength ⁇ D of around 562 nanometers and an FWHM width of about 182 nanometers (solid line). Furthermore, the primary wavelength l R of the semiconductor chip can be in the blue spectral range, at approximately 448 nanometers.
  • the phosphor LI described herein has an emission maximum in the green-yellow spectral range at about 525 nanometers at a dominant wavelength of about 564 ⁇ D nanometers and a FWHM width of about 175 nanometers (dashed line).
  • the conventional phosphor L2 has the general formula Y3 (Al, Ga) 5012: Ce.
  • the excitation wavelength of the phosphors is around 460 nanometers in the blue spectral range.
  • the dominant wavelength ⁇ D of the phosphor LI is 562.9 nanometers.
  • the emission spectrum of the phosphor LI has a shoulder in the red spectral range. The higher FWHM width and thus the increased proportion of reddish emission of the
  • the color rendering index CRI is plotted against the primary wavelengths l R of the semiconductor chips 13.
  • the phosphor L3 is given by the formula
  • Component 12 with the phosphor LI shows values between 80 and 95, whereas the optoelectronic component 12 with the phosphor L2 and the combination of the phosphors L3 and L4 have lower color rendering indices CRI.
  • L2 only shows color rendering indices CRI between 60 and 75.
  • FIG. 12 shows that there are only minor
  • optoelectronic component 12 with the luminescent material LI has whether it is irradiated with a primary wavelength l r of the semiconductor chip 13 of approximately 415 nanometers or with a
  • Phosphor LI is the color rendering index CRI at 95 and 87 (see Table 4). This leads to the fact that semiconductor chips 13, the different primary wavelengths l r the
  • Emit electromagnetic radiation of the blue spectral range can be used for various optoelectronic components 12 without the
  • Color rendering index CRI of the optoelectronic components 12 with the phosphor LI described here is strong
  • the intensity I versus the wavelength l is that emitted by the phosphors
  • Components 12 with the phosphor L2 or the phosphors L3 and L4 show color locations close to those with the phosphor LI. Table 4 shows that the
  • Optoelectronic component 12 with the phosphor LI has a high correlated color temperature CCT, CCT> 9000 K with a high color rendering index CRI, CRI> 80, preferably> 85, particularly preferably> 90, and a high red color rendering index R9, R9> 60, preferably R9> 70, particularly preferably R9> 75, shows.

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Abstract

Es wird ein Leuchtstoff (1) angegeben mit der allgemeinen Formel EA7A2T1t1T2t2 T3t3NnOo :RE, wobei - EA ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Elemente, - A ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen Elemente, - T1 ausgewählt ist aus der Gruppe der dreiwertigen Elemente, - T2 ausgewählt ist aus der Gruppe der vierwertigen Elemente, - T3 ausgewählt ist aus der Gruppe der fünfwertigen Elemente, - RE ein Aktivator-Element ist, - 16 + 3 t1 + 4 t2 + 5 t3 - 3 n - 2 o = 0, und - t1 + t2 + t3 = 5; n + o = 16; 0 ≤ t1 ≤ 4; 0 ≤ t2 ≤ 5; 0 ≤ 13 ≤ 5; 0 ≤ n ≤ 9; 7 ≤ o ≤ 16. Darüber hinaus werden ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs (1) und ein optoelektronisches Bauelement (12) 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 wird ein optoelektronisches Bauelement mit erhöhter Effizienz angegeben.
Diese Aufgaben werden durch einen Leuchtstoff mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 13 und durch ein
optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 15 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 EA7A2TltiT2t2T3t3Nn0o : RE auf, wobei:
- EA ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Elemente,
- A ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen Elemente,
- Tl ausgewählt ist aus der Gruppe der dreiwertigen Elemente,
- T2 ausgewählt ist aus der Gruppe der vierwertigen Elemente,
- T3 ausgewählt ist aus der Gruppe der fünfwertigen Elemente,
- RE ein Aktivator-Element ist,
16 + 3 tl + 4 t2 + 5 t3 3 n 2 o 0 , und - tl + t2 + t3 = 5; n + o = 16; 0 < tl < 4; 0 < t2 < 5; 0 <
13 < 5 ; 0 < n < 9; 7 < o < 16.
Hier und im Folgenden werden Leuchtstoffe anhand von
Summenformeln beschrieben. Es ist bei den angegebenen
Summenformeln möglich, dass der Leuchtstoff weitere Elemente etwa in Form von Verunreinigungen aufweist, wobei diese
Verunreinigungen zusammengenommen höchstens 1 Promille, bevorzugt höchstens 100 ppm (parts per million) , besonders bevorzugt höchstens 10 ppm aufweisen. Gemäß der hier
beschriebenen Summenformel weist der Leuchtstoff lediglich Stickstoff und/oder Sauerstoff als Anion auf. Jedoch ist aber nicht ausgeschlossen, dass weitere, auch anionische Elemente in Form von Verunreinigungen vorhanden sind.
Der Leuchtstoff umfasst bevorzugt ein kristallines,
beispielsweise keramisches, Wirtsgitter, in das Fremdelemente als Aktivator-Elemente eingebracht sind. Bei dem Leuchtstoff kann es sich beispielsweise um ein keramisches Material handeln .
Das Aktivator-Element verändert die elektronische Struktur des Wirtsgitters derart, dass elektromagnetische Strahlung mit einer Primärwellenlänge in dem Material absorbiert wird und einen elektronischen Übergang in dem Leuchtstoff 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 einer Primärwellenlänge, in elektromagnetische Strahlung eines anderen, bevorzugt längerwelligen Wellenlängenbereichs, vorliegend des Emissionsspektrums, umgewandelt wird. In der Regel absorbiert ein wellenlängenkonvertierendes Element 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 .
Beispielsweise kann der Leuchtstoff in Partikelform mit
Korngrößen zwischen einschließlich 1 Mikrometer und
einschließlich 30 Mikrometer vorliegen.
Das kristalline Wirtsgitter ist bevorzugt aus einer sich in der Regel periodisch wiederholenden dreidimensionalen
Elementarzelle aufgebaut. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Elementarzelle um die kleinste wiederkehrende Einheit des kristallinen Wirtsgitters. Die Elemente EA, A, TI, T2,
T3, N und 0 besetzen hierbei jeweils festgelegte Gitterplätze der dreidimensionalen Elementarzelle des Wirtsgitters.
Hierbei besetzen das Aktivator-Element RE und das zweiwertige Element EA bevorzugt äquivalente Gitterplätze. Das heißt, dass sich entweder EA oder RE auf dem besagten Gitterplatz einer Elementarzelle befinden.
Mit dem Begriff „Wertigkeit" in Bezug auf ein bestimmtes Element ist vorliegend gemeint, wie viele weitere Elemente mit entgegengesetzter Ladung in einer chemischen Verbindung benötigt werden, um einen Ladungsausgleich zu erzielen. Dies kann beispielsweise ein Element oder mehrere Elemente sein. Elemente mit der Wertigkeit zwei werden auch als zweiwertige Elemente bezeichnet und sind häufig Elemente, die in einer chemischen Verbindung zweifach positiv geladen sind. Das heißt, es können beispielsweise zwei weitere Elemente, welche in der chemischen Verbindung einfach negativ geladen sind, oder ein weiteres Element, welches in der chemischen
Verbindung zweifach negativ geladen ist, an das zweiwertige Element binden. Dies führt zu einem Ladungsausgleich.
Zweiwertige Elemente sind vorliegend in der Regel ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch Erdalkalielemente, Zink.
Einwertige Elemente, also Elemente der Wertigkeit eins, sind häufig Elemente, die in einer chemischen Verbindung einfach positiv geladen sind. Das heißt, es kann ein Element, welches in einer chemischen Verbindung einfach negativ geladen ist, an das einwertige Element binden. Somit wird ein
Ladungsausgleich erzielt. Einwertige Elemente sind vorliegend in der Regel ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch
Alkalielemente sowie Kupfer, Silber und Gold.
Dreiwertige Elemente, also Elemente der Wertigkeit drei, sind häufig Elemente, die in einer chemischen Verbindung dreifach positiv geladen sind. Das heißt, es kann ein Element, welches in einer chemischen Verbindung dreifach negativ geladen ist, an das dreiwertige Element binden. Somit wird ein
Ladungsausgleich erzielt. Dreiwertige Elemente sind
vorliegend in der Regel ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch Bor, Aluminium, Gallium, Indium, Scandium, Yttrium sowie der seltenen Erden.
Vierwertige Elemente, also Elemente der Wertigkeit vier, sind häufig Elemente, die in einer chemischen Verbindung vierfach positiv geladen sind. Das heißt, es kann ein Element, welches in einer chemischen Verbindung vierfach negativ geladen ist, an das vierwertige Element binden. Somit wird ein
Ladungsausgleich erzielt. Vierwertige Elemente sind
vorliegend in der Regel ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch Silizium, Germanium, Zinn, Titan, Zirkonium, Hafnium.
Fünfwertige Elemente, also Elemente der Wertigkeit fünf, sind häufig Elemente, die in einer chemischen Verbindung fünffach positiv geladen sind. Das heißt, es kann ein Element, welches in einer chemischen Verbindung fünffach negativ geladen ist, an das fünfwertige Element binden. Somit wird ein
Ladungsausgleich erzielt. Fünfwertige Elemente sind
vorliegend in der Regel ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch Phosphor, Arsen, Vanadium, Niob, Tantal.
Gemäß einer Ausführungsform ist RE ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Mn, Cr, Ni, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Tm.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Wirtsgitter des Leuchtstoffs eine Struktur auf, die TI (0, N) 4-Tetraeder,
T2 (0, N) 4-Tetraeder, T3 (0, N) 4-Tetraeder und ACy-Tetraeder umfasst. Die TI (0, N) 4-Tetraeder, T2 (0, N) 4-Tetraeder, T3(0,N)4- Tetraeder und/oder die ACy-Tetraeder weisen in der Regel 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 und die Stickstoffatome des TI (0, N) 4-Tetraeders und/oder T2 (0, N) 4-Tetraeders und/oder T3 (0, N) 4-Tetraeders den Tetraeder auf, wobei sich in der Tetraederlücke des durch die Sauerstoffatome und die
Stickstoffatome aufgespannten Tetraeders das TI- und/oder T2- und/oder T3-Atom befindet. Hierbei bilden bevorzugt alle Atome, welche den Tetraeder aufspannen, einen ähnlichen
Abstand zu dem TI- und/oder T2- und/oder T3-Atom, welches sich in der Tetraederlücke befindet.
Bevorzugt spannen die Sauerstoffatome des AO4- Tetraeders den Tetraeder auf und das A-Atom befindet sich in der
Tetraederlücke des durch die Sauerstoffatome aufgespannten Tetraeders .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Leuchtstoffs sind bei der Struktur des Wirtsgitters zumindest ein T1(0,N)4- Tetraeder und/oder ein T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder ein
T3 (0, N) 4-Tetraeder und zumindest ein ACg-Tetraeder jeweils über eine Ecke verknüpft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leuchtstoffs ist der ACg-Tetraeder über ein Sauerstoffatom mit dem T1(0,N)4- Tetraeder und/oder dem T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder dem
T3 (0, N) 4-Tetraeder verknüpft. Bevorzugt ist das
Sauerstoffatom, das den ACg-Tetraeder mit dem T1(0,N)4- Tetraeder und/oder dem T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder dem
T3 (0, N) 4-Tetraeder verknüpft, ein gemeinsames Sauerstoffatom des ACg-Tetraeders und des TI (0, N) 4-Tetraeders und/oder des T2 (0, N) 4-Tetraeders und/oder des T3 (0, N) 4-Tetraeders . Mit anderen Worten ist das Sauerstoffatom, das den ACg-Tetraeder mit dem TI (0, N) 4-Tetraeder und/oder dem T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder dem T3 (0, N) 4-Tetraeder verknüpft, bevorzugt sowohl Teil des ACg-Tetraeders als auch Teil des TI (0, N) 4-Tetraeders und/oder des T2 (0, N) 4-Tetraeders und/oder des T3(0,N)4- Tetraeders . Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest ein
TI (0, N) 4-Tetraeder und/oder ein T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder ein T3 (0, N) 4-Tetraeder über eine Ecke mit zumindest einem weiteren TI (0, N) 4-Tetraeder und/oder zumindest einem weiteren T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder zumindest einem weiteren
T3 (0, N) 4-Tetraeder verknüpft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leuchtstoffs ist der TI (0, N) 4-Tetraeder und/oder der T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder der T3 (0, N) 4-Tetraeder über ein Stickstoffatom mit dem weiteren TI (0, N) 4-Tetraeder und/oder dem weiteren T2(0,N)4- Tetraeder und/oder dem weiteren T3 (0, N) 4-Tetraeder verknüpft. Bevorzugt ist das Stickstoffatom, das den TI (0, N) 4-Tetraeder und/oder den T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder den T3(0,N)4- Tetraeder mit dem weiteren TI (0, N) 4-Tetraeder und/oder dem weiteren T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder dem weiteren T3(0,N)4- Tetraeder verknüpft, ein gemeinsames Stickstoffatom der
TI (0, N) 4-Tetraeder und/oder der T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder der T3 (0, N) 4-Tetraeder . Mit anderen Worten ist das
Stickstoffatom, das den TI (0, N) 4-Tetraeder und/oder den
T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder den T3 (0, N) 4-Tetraeder mit dem weiteren TI (0, N) 4-Tetraeder und/oder dem weiteren T2(0,N)4- Tetraeder und/oder dem weiteren T3 (0, N) 4-Tetraeder verknüpft, bevorzugt sowohl Teil des TI (0, N) 4-Tetraeders und/oder des T2 (0, N) 4-Tetraeders und/oder des T3 (0, N) 4-Tetraeders als auch Teil des weiteren TI (0, N) 4-Tetraeders und/oder des weiteren T2 (0, N) 4-Tetraeders und/oder des weiteren T3(0,N)4- Tetraeders .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden die
eckenverknüpften TI (0, N) 4-Tetraeder und/oder die
eckenverknüpften T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder die
eckenverknüpften T3 (0, N) 4-Tetraeder einen Strang aus. Der Strang weist bevorzugt zumindest fünf verknüpfte T1(0,N)4- Tetraeder und/oder T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder T3(0,N)4- Tetraeder auf. Bevorzugt umfasst das Wirtsgitter des
Leuchtstoffs mehrere Stränge von TI (0, N) 4-Tetraedern und/oder T2 (0, N) 4-Tetraedern und/oder T3 (0, N) 4-Tetraedern . Hierbei kann beispielsweise ein TI (0, N) 4-Tetraeder und/oder ein
T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder ein T3 (0, N) 4-Tetraeder über zumindest ein ACg-Tetraeder mit TI (0, N) 4-Tetraedern und/oder T2 (0, N) 4-Tetraedern und/oder T3 (0, N) 4-Tetraedern desselben Strangs oder des Nachbarstrangs verknüpft sein. Die AO4- Tetraeder verknüpfen bevorzugt die TI (0, N) 4-Tetraeder
und/oder die T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder die T3(0,N)4- Tetraeder umfassenden Stränge zu Schichten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden die T1(0,N)4- Tetraeder und/oder die T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder die
T3 (0, N) 4-Tetraeder und die ACg-Tetraeder, die über eine Ecke verknüpft sind, Kanäle aus, in denen sich zumindest ein EA- Atom befindet. Die Kanäle sind bevorzugt als Hohlräume in den Strängen von eckenverknüpften TI (0, N) 4-Tetraedern und/oder eckenverknüpften T2 (0, N) 4-Tetraedern und/oder
eckenverknüpften T3 (0, N) 4-Tetraedern und eckenverknüpften ACg-Tetraedern ausgebildet.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die
allgemeine Formel EA7A2S15^012 : RE auf, wobei EA ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Elemente. A ist hierbei ausgewählt aus der Gruppe der einwertigen Elemente und RE ist ein Aktivator-Element.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leuchtstoffs ist EA ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch die folgenden
Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Mg, Ca, Sr, Ba. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leuchtstoffs ist A ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch die folgenden
Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Li, Na, K, Rb, Cs .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist RE ausgewählt aus der Gruppe der seltenen Erden, Mn, Cr und Ni.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist RE ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Elemente und
Kombinationen dieser Elemente: Eu, Ce, Yb.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Leuchtstoff die folgende Formel auf: (EAi-aREa) 7A2S15^012. a bezeichnet hierbei den molekularen Anteil von RE bezogen auf EA und liegt bevorzugt zwischen einschließlich 0,001 und
einschließlich 0,1. Besonders bevorzugt liegt der molekulare Anteil von RE bezogen auf EA zwischen einschließlich 0,005 und einschließlich 0,05. Mit anderen Worten sind bevorzugt zwischen einschließlich 0,5 % und einschließlich 5 % der Gitterplätze von EA mit RE besetzt. Der Anteil a an seltenen Erden eines Leuchtstoffs der folgenden Formel (EAi- aREa) 7A2S15N4O12 ist beispielsweise im Vergleich zu
Granatleuchtstoffen wie Y3 (Al, Ga) 5O12 : Ce (YAG) oder
Lu3 (Al, Ga) 5O12 : Ce (LuAG) deutlich reduziert. Das heißt, der Anteil a der seltenen Erden eines Leuchtstoffs der Formel (EAi-aREa) 7A2S15N4O12 ist deutlich geringer als der Anteil von seltenen Erden bei Granatleuchtstoffen, wie beispielsweise Lutetium in LuAG. Der Gewichtsanteil von seltenen Erden beträgt bei einem LuAG-Leuchtstoff zirka 70 %. Der hier beschriebene Leuchtstoff ist daher in der Regel
vergleichsweise kostengünstig, da hierbei wenig seltene Erden Einsatz finden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Leuchtstoff die Formel Sr7Li2Si5N40i2 : RE auf. Bevorzugt ist hierbei RE Eu2+. RE, beispielsweise Eu2+, besetzt bevorzugt einen
molekularen Anteil zwischen einschließlich 0,001 und
einschließlich 0,1 der Gitterplätze von Sr. Mit anderen
Worten sind bevorzugt zwischen einschließlich 0,1 % und 10 % der Gitterplätze, die im Wirtgitter Sr7Li2Si5N40i2 für Sr vorgesehen sind, mit RE wie etwa Eu2+ besetzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Wirtsgitter des Leuchtstoffs eine Struktur auf, die Si (0, N) 4-Tetraeder und LiCg-Tetraeder umfasst. Der Si (0, N) 4-Tetraeder und/oder der LiCg-Tetraeder weisen in der Regel 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 und die Stickstoffatome des Si (0, N) 4-Tetraeders den Tetraeder auf, wobei sich in der Tetraederlücke des durch die Sauerstoffatome und die
Stickstoffatome aufgespannten Tetraeders das Siliziumatom befindet. Hierbei bilden bevorzugt alle Atome, welche den Tetraeder aufspannen, einen ähnlichen Abstand zu dem
Siliziumatom, welches sich in der Tetraederlücke befindet. Beispielsweise können die Abstände im Bereich von
einschließlich 1.631 Angström bis einschließlich 1.722
Angström variieren.
Bevorzugt spannen die Sauerstoffatome des Lieg- Tetraeders den Tetraeder auf und das Lithiumatom befindet sich in der Tetraederlücke des durch die Sauerstoffatome aufgespannten Tetraeders . Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Leuchtstoffs sind bei der Struktur des Wirtsgitters zumindest ein Si(0,N)4- Tetraeder und zumindest ein LiCg-Tetraeder jeweils über eine Ecke verknüpft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leuchtstoffs ist der LiCg-Tetraeder über ein Sauerstoffatom mit dem Si(0,N)4- Tetraeder verknüpft. Bevorzugt ist das Sauerstoffatom, das den LiCg-Tetraeder mit dem Si (0, N) 4-Tetraeder verknüpft, ein gemeinsames Sauerstoffatom des LiCg-Tetraeders und des
Si (0, N) 4-Tetraeders . Mit anderen Worten ist das
Sauerstoffatom, das den LiCg-Tetraeder mit dem Si(0,N)4- Tetraeder verknüpft, bevorzugt sowohl Teil des L1O4- Tetraeders als auch Teil des Si (0, N) 4-Tetraeders .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zumindest ein
Si (0, N) 4-Tetraeder über eine Ecke mit zumindest einem
weiteren Si (0, N) 4-Tetraeder verknüpft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Leuchtstoffs ist der Si (0, N) 4-Tetraeder über ein Stickstoffatom mit dem weiteren Si (0, N) 4-Tetraeder verknüpft. Bevorzugt ist das
Stickstoffatom, das den Si (0, N) 4-Tetraeder mit dem weiteren Si (0, N) 4-Tetraeder verknüpft, ein gemeinsames Stickstoffatom der Si (0, N) 4-Tetraeder . Mit anderen Worten ist das
Stickstoffatom, das den Si (0, N) 4-Tetraeder mit dem weiteren Si (0, N) 4-Tetraeder verknüpft, bevorzugt sowohl Teil des
Si (0, N) 4-Tetraeder als auch Teil des weiteren Si(0,N)4- Tetraeders .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden die
eckenverknüpften Si (0, N) 4-Tetraeder einen Strang aus. Der Strang weist bevorzugt zumindest fünf verknüpfte Si(0,N)4- Tetraeder auf. Bevorzugt umfasst das Wirtsgitter des Leuchtstoffs mehrere Stränge von Si (0, N) 4-Tetraedern . Hierbei kann beispielsweise ein Si (0, N) 4-Tetraeder über zumindest ein LiCg-Tetraeder mit Si (0, N) 4-Tetraeder desselben Strangs oder des Nachbarstrangs verknüpft sein. Die LiCg-Tetraeder
verknüpfen bevorzugt die aus Si (0, N) 4-Tetraedern bestehenden Stränge zu Schichten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bilden die Si(0,N)4- Tetraeder und LiCg-Tetraeder, die über eine Ecke verknüpft sind, Kanäle aus, in denen sich zumindest ein Strontiumatom befindet. Die Kanäle sind bevorzugt als Hohlräume in den Strängen von eckenverknüpften Si (0, N) 4-Tetraedern und L1O4- Tetraedern ausgebildet.
Zur Beschreibung der dreidimensionalen Elementarzelle des kristallinen Wirtsgitters werden sechs Gitterparameter benötigt, drei Längen a, b und c und drei Winkel , ß, g. Die drei Gitterparameter a, b und c sind die Längen der
Gittervektoren, die die Elementarzelle aufspannen. Die weiteren drei Gitterparameter , ß und g sind die Winkel zwischen diesen Gittervektoren, ist der Winkel zwischen b und c, ß ist der Winkel zwischen a und c und g ist der Winkel zwischen a und b.
Gemäß einer Ausführungsform liegt der Gitterparameter a insbesondere im Bereich von einschließlich 22,80 Ä bis einschließlich 23,20 Ä. Der Gitterparameter b liegt
insbesondere im Bereich von einschließlich 5,30 Ä bis
einschließlich 5,70 Ä. Der Gitterparameter c liegt
insbesondere im Bereich von einschließlich 6,20 Ä bis
einschließlich 6, 60 Ä. Die Winkel und g betragen bevorzugt ungefähr 90° und der Winkel ß liegt bevorzugt in einem
Bereich zwischen einschließlich 100,0° und einschließlich 105, 0° . Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Wirtsgitter des Leuchtstoffs eine Struktur mit einer monoklinen
Raumgruppe auf. Bevorzugt weist das Wirtsgitter des
Leuchtstoffs die monokline Raumgruppe C2 auf.
Gemäß einer Ausführungsform kristallisiert der Leuchtstoff in der monoklinen Raumgruppe C2. Besonders bevorzugt liegen die Gitterparameter in der monoklinen Raumgruppe C2 bei a
ungefähr gleich 22,98(1) Ä, b ungefähr gleich 5,542(1) Ä, c ungefähr gleich 6,477(1) Ä, und die Winkel und g gleich 90° und der Winkel ß ungefähr gleich 102,524(7)°.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Leuchtstoff die gleiche Kristallstruktur auf wie Sr7Li2Si5N40i2.
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
EA7A2TltiT2t2T3t3Nn0o : RE werden zunächst Edukte bereitgestellt, die aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Edukte und Kombinationen dieser Edukte ausgewählt sind: EA2N, EAO, A2CO3, TI2O3, T2O2, T32O5, RE2O3. Anschließend werden die Edukte auf eine Temperatur zwischen einschließlich 800 °C und
einschließlich 1200 °C erhitzt. Die Temperatur zur
Herstellung herkömmlicher Leuchtstoffe, wie beispielsweise Granate, ist in der Regel deutlich höher. So liegt die
Temperatur bei der Herstellung von Granatleuchtstoffen in der Regel über 1400 °C. Demgegenüber ist die Temperatur bei dem vorliegenden Herstellungsverfahren deutlich reduziert, was zu einer vereinfachten Herstellung sowie zu einer verbesserten Energieeffizienz führt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Leuchtstoffs mit der allgemeinen Formel EA7A2Si5N40i2 : RE werden zunächst Edukte bereitgestellt, die aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Edukte und
Kombinationen dieser Edukte ausgewählt sind: EA2N, EAO, A2CO3, S1O2, RE2O3. Anschließend werden die Edukte auf eine
Temperatur zwischen einschließlich 800 °C und einschließlich 1200 °C erhitzt.
Gemäß einer Ausführungsform werden in einem ersten Schritt des Verfahrens die Edukte homogenisiert. Das entstandene Gemenge aus den Edukten wird in einen offenen Tiegel,
bevorzugt in einen Nickeltiegel , gegeben. Das Gemenge aus den Edukten wird beispielsweise auf eine Temperatur von etwa 1000 °C für etwa 24 Stunden unter 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 7,5 % H2 auf oder ist aus einem solchen Gemisch gebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist EA2N gleich Sr2N, EAO gleich SrO, A2CO3 gleich L12CO3 und RE2O3 gleich EU2O3.
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 einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Bauelement einen Halbleiterchip, der im Betrieb
elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche aussendet. Die elektromagnetische Strahlung des ersten
Wellenlängenbereichs bildet das Emissionsspektrum des
Halbleiterchips aus.
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 geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen.
Hierzu weist die aktive Zone beispielsweise einen pn- Übergang, eine Doppelheterostruktur, ein Einfachquantentopf oder, 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.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das
optoelektronische Bauelement ein Konversionselement auf, das einen hier beschriebenen Leuchtstoff aufweist. Der
Leuchtstoff wandelt elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs um. Die elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs bildet das
Emissionsspektrum des Leuchtstoffs aus.
Die elektromagnetische Strahlung des zweiten
Wellenlängenbereichs ist von dem ersten Wellenlängenbereich bevorzugt verschieden. Der Leuchtstoff, der in das
Konversionselement eingebracht ist, verleiht dem Konversionselement wellenlängenkonvertierende Eigenschaften. Beispielsweise wandelt das Konversionselement die
elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips lediglich in teilweise elektromagnetische Strahlung des zweiten
Wellenlängenbereichs 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 zweiten Wellenlängenbereichs zusammensetzt. Beispielsweise sendet das optoelektronische Bauelement weißes Licht aus.
Beispielsweise kann neben dem Halbleiterchip und dem hier beschriebenen Leuchtstoff ein weiterer Leuchtstoff in das Konversionselement eingebracht sein. Bevorzugt wird der Leuchtstoff mit der allgemeinen Formel EA7A2S15^012 : RE mit einem rot emittierenden Leuchtstoff kombiniert, um somit Mischlicht mit einem Farbort im warmweißen Bereich zu
erzeugen .
Das Mischlicht mit einem Farbort im warmweißen Bereich wird bevorzugt durch eine Kombination der blauen
elektromagnetischen Strahlung des Halbleiterchips,
elektromagnetischer Strahlung des rot-emittierenden
Leuchtstoffs und der elektromagnetischen Strahlung des hier beschriebenen Leuchtstoffs erzeugt.
Als rot-emittierende Leuchtstoffe werden bevorzugt Nitrid- Leuchtstoffe, beispielsweise (Ba, Sr, Ca) AlSiN3 : Eu,
Sr (Sr, Ca) Al2Si2N6:Eu, (Ca, Sr, Ba) Si202N2 : Eu oder
(Ca, Sr, Ba) 2S15N8 : Eu, eingesetzt. Besonders bevorzugt wird als rot emittierender Leuchtstoff CaAlSiN3:Eu verwendet. Gemäß einer Ausführungsform weist das Konversionselement ein Matrixmaterial auf, in das der Leuchtstoff eingebettet ist. Das Matrixmaterial kann beispielsweise aus der Gruppe
gebildet durch die folgenden Materialien ausgewählt sein: Polymere und Glas. Bevorzugt umfasst die Gruppe der Polymere Polystyrol, Polysiloxan, Polysilazan, PMMA, Polycarbonat, Polyacrylat, Polytetrafluorethylen, Polyvinyl, Silikonharz, Silikon, Epoxidharz und transparentes Synthesekautschuk. Die Gruppe der Gläser umfasst beispielsweise Silikate, Wasserglas und Quarzglas.
Bevorzugt wird das Konversionselement als Konversionsschicht ausgebildet. Die Konversionsschicht wird bevorzugt in
direktem Kontakt auf die Strahlungsaustrittsfläche des
Halbleiterchips aufgebracht. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Konversionsschicht mit Hilfe einer Klebeschicht auf die Strahlungsaustrittsfläche aufgebracht wird. Weiterhin kann beispielsweise zwischen der Strahlungsaustrittsfläche und dem Konversionselement ein Verguss angebracht sein. Somit ist das Konversionselement nicht im direkten Kontakt mit der Strahlungsaustrittsfläche. Der Verguss weist bevorzugt eine Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung zumindest der aktiven Zone auf, die mindestens 85 %, bevorzugt 95 % beträgt. Die oben genannten Materialien für das
Matrixmaterial können auch für den Verguss eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements liegt ein Emissionsmaximum des Leuchtstoffs zwischen einschließlich 500 Nanometer und einschließlich 550 Nanometer. Der Leuchtstoff absorbiert elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer Anregungswellenlänge. Die
Anregungswellenlänge des Leuchtstoffs kann hierbei
beispielsweise im nahen ultravioletten bis blauen
Spektralbereich, bei etwa 408 Nanometer oder 448 Nanometer, liegen. Das Emissionsmaximum des Leuchtstoffs liegt bevorzugt bei etwa 515 Nanometer. Ein Emissionsmaximum eines
Emissionsspektrums des Halbleiterchips wird zur Vereinfachung vorliegend als Primärwellenlänge bezeichnet. Somit gibt es einen Überlapp der Bereiche für die Primärwellenlänge des Halbleiterchips und der Anregungswellenlänge des
Leuchtstoffs .
Das Emissionsmaximum ist die Wellenlänge, bei der der
Leuchtstoff bzw. der Halbleiterchip die größte Emission aufzeigt. Das Emissionsmaximum wird vorliegend anhand des Emissionsspektrums ermittelt. Bei einem Emissionsspektrum handelt es sich in der Regel um ein Diagramm, bei dem die spektrale Intensität oder der spektrale Lichtstrom pro
Wellenlängenintervall („spektrale Intensität/spektraler
Lichtstrom") der von dem Leuchtstoff oder einem anderen
Element ausgesandten elektromagnetischen Strahlung in
Abhängigkeit der Wellenlänge l 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.
Gemäß einer Ausführungsform befindet sich das
Emissionsmaximum des Leuchtstoffs bevorzugt im grüngelben Spektralbereich. Im Vergleich zu herkömmlichen Leuchtstoffen, beispielsweise Y3 (Al, Ga) 5O12 : Ce, weist der erfindungsgemäße Leuchtstoff eine Schulter im roten Spektralbereich auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt eine
Dominanzwellenlänge der elektromagnetischen Strahlung des Emissionsspektrums des Leuchtstoffs zwischen einschließlich 555 Nanometer und einschließlich 575 Nanometer. Die Anregungswellenlänge ist hierbei bevorzugt im nahen ultravioletten bis blauen Spektralbereich, beispielsweise bei etwa 408 Nanometer oder 448 Nanometer. Bevorzugt liegt die Dominanzwellenlänge des Emissionsspektrums des Leuchtstoffs bei etwa 562 Nanometer oder 564 Nanometer.
Zur Bestimmung der Dominanzwellenlänge von
elektromagnetischer Strahlung wird in einem CIE-Normdiagramm ausgehend vom Weißpunkt durch den Farbort der
elektromagnetischen Strahlung eine gerade Linie gezogen. Der Schnittpunkt der geraden Linie mit der das CIE-Normdiagramm begrenzenden Spektralfarblinie bezeichnet die
Dominanzwellenlänge der elektromagnetischen Strahlung. Im Allgemeinen weicht die Dominanzwellenlänge von dem
Emissionsmaximum ab.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt eine FWHM-Breite des Leuchtstoffs zwischen einschließlich 170 Nanometer und einschließlich 190 Nanometer. Die Anregungswellenlänge ist hierbei im nahen ultravioletten bis blauen Spektralbereich, beispielsweise bei etwa 408 Nanometer oder 448 Nanometer. Bevorzugt liegt die FWHM-Breite bei etwa 182 Nanometer oder 175 Nanometer.
Der Begriff FWHM-Breite {„Full Wldth Half Maximum-Breite") bezieht sich auf eine Kurve mit einem Maximum, wie etwa ein Emissionsspektrum, wobei die FWHM-Breite derjenige Bereich auf der x-Achse ist, der zu den beiden y-Werten
korrespondiert, die der Hälfte des Maximums entsprechen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das
optoelektronische Bauelement frei von einem weiteren
Leuchtstoff. Das heißt, dass bevorzugt lediglich der
Leuchtstoff mit der allgemeinen Formel EA7A2S15^012 : RE in dem Konversionselement des optoelektronischen Bauelements zur Wellenlängenkonversion enthalten ist und eine
Wellenlängenkonversion innerhalb des optoelektronischen
Bauelements bewirkt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das
optoelektronische Bauelement frei von einem weiteren
Leuchtstoff und sendet elektromagnetische Strahlung mit einer korrelierten Farbtemperatur zwischen einschließlich 9000 K und einschließlich 10000 K aus.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sendet das
optoelektronische Bauelement elektromagnetische Strahlung, mit einem kaltweißen Farbeindruck aus, beispielsweise mit einer korrelierten Farbtemperatur zwischen einschließlich 9000 K und einschließlich 10000 K. Ein Farbwiedergabeindex der elektromagnetischen Strahlung des optoelektronischen Bauelements ist mindestens 80, bevorzugt mindestens 85, besonders bevorzugt mindestens 90. Ebenso wird bevorzugt ein hoher roter Farbwiedergabeindex R9 von mindestens 60, bevorzugt mindestens 70, besonders bevorzugt mindestens 75 erzielt .
Beispielsweise wird bei einer korrelierten Farbtemperatur zwischen einschließlich 9000 K und einschließlich 10000 K ein hoher Farbwiedergabeindex von mindestens 80, bevorzugt mindestens 85, besonders bevorzugt mindestens 90 und ein hoher roter Farbwiedergabeindex R9 von mindestens 60, bevorzugt mindestens 70, besonders bevorzugt mindestens 75 erzielt. Die elektromagnetische Strahlung mit dem kaltweißen Farbeindruck wird bevorzugt durch eine Kombination der von dem Halbleiterchip emittierten elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und der von dem Leuchtstoff emittierten elektromagnetischen Strahlung des zweiten
Wellenlängenbereichs, erhalten.
Die korrelierte Farbtemperatur ist ein Maß, um den
Farbeindruck einer Lichtquelle quantitativ zu bestimmen. Der Farbwiedergabeindex beschreibt die Qualität der
Farbwiedergabe von optoelektronischen Bauelementen gleicher korrelierter Farbtemperatur. Der rote Farbwiedergabeindex R9 ist ein spezieller Farbwiedergabeindex für gesättigtes rotes Licht .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das
optoelektronische Bauelement einen weiteren Leuchtstoff auf, der elektromagnetische Strahlung des ersten
Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten Wellenlängenbereichs aussendet. Insgesamt sendet das optoelektronische Bauelement somit eine elektromagnetische Strahlung mit einer korrelierten Farbtemperatur zwischen einschließlich 3000 K und einschließlich 5000 K aus. Der weitere Leuchtstoff ist bevorzugt ein Leuchtstoff, der elektromagnetische Strahlung des roten Spektralbereichs emittiert. Das führt zu einer niedrigeren korrelierten
Farbtemperatur, welche zur Folge hat, dass ein warmweißer Farbeindruck mit einem hohen Farbwiedergabeindex R9 erzielt wird .
Eine Idee des vorliegenden optoelektronischen Bauelements ist es, Halbleiterchips, die unterschiedliche Primärwellenlängen aus dem nahen ultravioletten bis blauen Spektralbereichs aussenden, für verschiedene optoelektronische Bauelemente einzusetzen, ohne dass sich der Farbwiedergabeindex des Mischlichts der optoelektronischen Bauelemente mit dem hier beschriebenen Leuchtstoff stark unterscheidet. Dies kann die Prozessausbeute bei der Herstellung erhöhen und die Produktionskosten erniedrigen. Weiterhin ist der Anteil der seltenen Erden in dem Leuchtstoff niedrig, was zu einer einfachen und kostengünstigen Herstellung führt. Zusätzlich ist die Herstellungstemperatur herabgesetzt, um somit die Energieeffizienz zu steigern.
Weiterhin wird bei dem Einsatz des Leuchtstoffs mit der allgemeinen Formel EA7A2TltiT2t2T3t3Nn0o : RE ohne einen weiteren Leuchtstoff in einem optoelektronischen Bauelement mit Vorteil ein kaltweißer Farbeindruck mit hoher korrelierter Farbtemperatur bei gleichzeitig hohem Farbwiedergabeindex erzielt. Dies ist unter anderem auf das breite
Emissionsspektrum sowie die deutliche Schulter im roten Spektralbereich des Emissionsspektrums des Leuchtstoffs zurückzuführen. Außerdem kann mit Vorteil ein
optoelektronisches Bauelement mit einem warmweißen
Farbeindruck mit niedriger korrelierter Farbtemperatur realisiert, indem weitere Leuchtstoffe in das
Konversionselement des optoelektronischen Bauelements eingebracht werden.
Weitere vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen des Bauelements und des Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen .
Es zeigen:
Figur 1 einen Ausschnitt des Wirtsgitters des Leuchtstoffs Sr7Li2Si5N40i2 : Eu2+ in Blickrichtung b gemäß einem
Ausführungsbeispiel, Figur 2 einen Ausschnitt des Wirtsgitters des Leuchtstoffs Sr7Li2Si5N40i2 : Eu2+ in Blickrichtung b gemäß einem
Ausführungsbeispiel,
Figur 3 einen Ausschnitt des Wirtsgitters des Leuchtstoffs Sr7Li2Si5N40i2 : Eu2+ in Blickrichtung c gemäß einem
Ausführungsbeispiel,
Figur 4 und Figur 5 einen Ausschnitt des Wirtsgitters des Leuchtstoffs Sr7Li2Si5N40i2 : Eu2+ gemäß einem
Ausführungsbeispiel,
Figur 6 eine schematische Schnittdarstellung für
verschiedene Verfahrensstadien eines Verfahrens zur
Herstellung eines Leuchtstoffs gemäß einem
Ausführungsbeispiel,
Figur 7, Figur 8 und Figur 9 eine schematische
Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß jeweils einem Ausführungsbeispiel,
Figur 10 zwei Emissionsspektren des Leuchtstoffs
Sr7Li2Si5N40i2 : Eu2+ gemäß eines Ausführungsbeispiels bei
Anregung mit Primärwellenlängen des Halbleiterchips von ungefähr 408 Nanometern und ungefähr 448 Nanometern,
Figur 11 Emissionsspektren von Sr7Li2Si5N40i2 : Eu2+ und einem herkömmlichen Leuchtstoff mit vergleichbarer
Dominanzweilenlänge,
Figur 12 einen Farbwiedergabeindex als Funktion einer
Primärwellenlänge des blau emittierenden Halbleiterchips für verschiedene optoelektronische Bauelemente mit weißem
Farbeindruck, und Figur 13 gesamte Emissionsspektren für verschiedene
optoelektronische Bauelemente mit weißem Farbeindruck mit einer Primärwellenlänge des Halbleiterchips von etwa 445 Nanometer .
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.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt des Wirtsgitters des
Leuchtstoffs 1 EA7A2TltiT2t2T3t3Nn0o : RE, vorliegend des
Leuchtstoffs LI Sr7Li2Si5N40i2 : Fu2+ in einer schematischen
Darstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Wirtsgitter weist eine Struktur mit einer monoklinen Raumgruppe C2 auf. Die Struktur des Wirtsgitters weist eckenverknüpfte T1(0,N)4- Tetraeder und/oder T2 (0, N) 4-Tetraeder und/oder T3(0,N)4- Tetraeder und ACy-Tetraeder . Vorliegend weist das Wirtsgitter T2 (0, N) 4-Tetraeder mit T2=Si, also Si (0, N) 4-Tetraeder 8 und A (0, N) 4-Tetraeder mit A=Li, also LiCg-Tetraeder 9 auf.
„Eckenverknüpft" heißt hier und im Folgenden, dass zwei Tetraeder über eine gemeinsame Ecke 10 miteinander verbunden sind. Die Ecke 10 kann entweder ein gemeinsames
Sauerstoffatom 6 oder ein gemeinsames Stickstoffatom 7 sein. Die Struktur des Leuchtstoffs LI wurde anhand von
Röntgenstrukturanalysemessungen ermittelt, deren Ergebnisse beispielhaft in Tabelle 1 dargestellt sind. In den Figuren 1 bis 5 sind aufgrund der Übersichtlichkeit nicht alle
Tetraeder und Atome mit einem Bezugszeichen versehen. Der Si (0, N) 4-Tetraeder 8 und/oder der LiCg-Tetraeder 9 weisen eine Tetraederlücke auf. Die Tetraederlücke ist ein Bereich im Inneren des jeweiligen Tetraeders.
Die Sauerstoffatome 6 und die Stickstoffatome 7 des Si(0,N)4- Tetraeders 8 spannen den Tetraeder auf, wobei sich in der Tetraederlücke des durch die Sauerstoffatome 6 und die
Stickstoffatome 7 aufgespannten Tetraeders das Siliziumatom 4 befindet. Hierbei befinden sich bevorzugt alle Atome, welche den Tetraeder aufspannen, in ähnlichem Abstand zu dem
Siliziumatom 4, welches sich in der Tetraederlücke befindet.
Bei dem LiCg-Tetraeder 9 spannen die Sauerstoffatome 6 einen Tetraeder auf und das Lithiumatom 3 befindet sich in der Tetraederlücke des durch die Sauerstoffatome 6 aufgespannten Tetraeders .
Zumindest ein Si (0, N) 4-Tetraeder 8 und zumindest ein L1O4- Tetraeder 9 sind jeweils über ein Sauerstoffatom 6
miteinander verknüpft. Das Sauerstoffatom 6, das den L1O4- Tetraeder 9 mit dem Si (0, N) 4-Tetraeder 8 verknüpft, ist ein gemeinsames Sauerstoffatom 6 des LiCg-Tetraeders 9 und des Si (0, N) 4-Tetraeders 8. Die Si (0, N) 4-Tetraeder 8 können ebenso über ein Stickstoffatom 7 mit einem weiteren Si(0,N)4- Tetraeder 8 verknüpft sein. Das Stickstoffatom 7, das den Si (0, N) 4-Tetraeder 8 mit dem weiteren Si (0, N) 4-Tetraeder 8 verknüpft, ist ein gemeinsames Stickstoffatom 7 der Si(0,N)4- Tetraeder 8. Die Struktur weist isolierte Stränge auf, die vorliegend aus fünf Si (0, N) 4-Tetraedern 8, die über
gemeinsame Ecken 10 verknüpft sind, gebildet sind.
Die Si (ON) 4-Tetraeder 8 und LiCg-Tetraeder 9 bilden über eine Ecke 10 verknüpfte Kanäle 11 aus, in denen sich zumindest ein Strontiumatom 2 befindet. Das Strontiumatom 2 kann durch Europiumatome 5 als Aktivator-Element ersetzt werden. Die Kanäle 11 sind als Hohlräume in den Strängen von
eckenverknüpften Si (0, N) 4-Tetraedern 8 und LiCy-Tetraedern 9 ausgebildet .
Jedes Si (0, N) 4-Tetraeder 8 ist über zumindest ein L1O4- Tetraeder 9 mit Si (0, N) 4-Tetraedern 8 desselben oder des Nachbarstrangs verknüpft. Durch diese Verknüpfung entstehen, wie in Figur 2 gezeigt, Schichten aus Ecken 10 verknüpften Si(0,N)4- 8 und LiCg-Tetraedern 9, welche sich in der bc-
Ebene erstrecken. Die Strontiumatome 2 beziehungsweise die Europiumatome 5 besetzen die von Si(0,N)4- 8 und L1O4- Tetraedern 9 gebildeten Kanäle 11. Die Figur 3 unterscheidet sich von der Figur 2 lediglich in der Blickrichtung. Figur 2 erstreckt sich in Blickrichtung b und Figur 3 in Blickrichtung c.
Die unten stehende Tabelle 1 zeigt die kristallografischen Daten des Leuchtstoffs LI Sr7Li2Si5N40i2 : Fu2+ . Bei der
monoklinen Raumgruppe sind die Winkel und g gleich 90° und ß ungleich 90° und die Gitterparameter a, b und c
unterscheiden sich. Die Mischbesetzung von Europium und Strontium wurde in der Strukturverfeinerung aufgrund des geringen atomaren Anteils an Europium nicht berücksichtigt.
Tabelle 1 : Kr is tallogra fische Daten von Sr LizSisNtO z :Eu2+.
Figure imgf000027_0001
Figure imgf000028_0001
Die unten stehende Tabelle 2 zeigt Atomlagenbesetzungen und isotrope Auslenkungsparameter für den Leuchtstoff LI
Sr7Li2Si5N40i2:Eu2+.
Tabelle 2; Atomlagen , Besetzungen und Isotrope Auslenkungsparameter für den Leuchtstoff LI Sr-LioSisNiOr:Eu:it .
Figure imgf000028_0002
Figure imgf000029_0001
Figur 4 und Figur 5 zeigen schematisch einen eckenverknüpften Kanal 11 aus Si(0,N)4- 8 und LiCR-Tetraedern 9 aus zwei verschiedenen Perspektiven. Im Kanal 11 befinden sich hierbei die Strontiumatome 2 und die Europiumatome 5.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 6 werden in einem ersten Verfahrensschritt S1 Edukte
bereitgestellt. Diese sind aus der folgenden Gruppe gewählt: EA2N, EAO, A2C03, T1203, T202, T3205 und RE203; vorliegend EA2N, EAO, A2C03, Si02 und RE203. Die Edukte werden homogen vermengt, anschließend wird das Gemenge in einen offenen Nickeltiegel überführt, der in einen Rohrofen überführt wird. In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird das Gemenge unter einer Formiergasatmosphäre (N2:H2 = 92,5:7,5), um so reduzierende Bedingungen zu gewährleisten, oder unter einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur zwischen einschließlich 800 °C und einschließlich 1200 °C erhitzt. Das Gemenge wird für etwa 24 Stunden erhitzt. Der Leuchtstoff LI wird beispielsweise hergestellt, indem die Edukte Sr2N, SrO, S1O2, L12CO3 und EU2O3 vermischt, homogenisiert und erhitzt werden. Das entsprechende Verhältnis der einzelnen Edukte zueinander ist exemplarisch in Tabelle 3 gezeigt. Die
niedrige Temperatur im Vergleich zu herkömmlichen
Herstellungsverfahren von Leuchtstoffen, wie beispielsweise Granatleuchtstoffe, führt zu einer vereinfachten Herstellung sowie zu einer verbesserten Energieeffizienz.
Tabelle 3: Edukte für die Synthese von Leuchtstoff LI.
Figure imgf000030_0001
Die Figur 7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines optoelektronischen Bauelements 12, das einen Halbleiterchip 13, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche 19 aussendet, aufweist. Die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs weist ein Emissionsspektrum auf, das auch als Emissionsspektrum des Halbleiterchips bezeichnet wird. Ein Emissionsmaximum des Emissionsspektrums des
Halbleiterchips wird zur Vereinfachung vorliegend auch als Primärwellenlänge lR bezeichnet. Der Halbleiterchip 13 weist eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone 17 auf, die dazu geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Außerdem umfasst das optoelektronische Bauelement 12 einen Verguss 15. Der Verguss 15 weist eine Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung zumindest der aktiven Zone 17 auf, die mindestens 85 %, bevorzugt 95 % beträgt. Der Halbleiterchip 13 ist von dem Verguss 15 umgeben. Ebenso weist das optoelektronische Bauelement 12 ein Konversionselement 14 mit einem Leuchtstoff LI auf, der elektromagnetische Strahlung des ersten
Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt. Die
elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs weist ein Emissionsspektrum auf, das auch als
Emissionsspektrum des Leuchtstoffs bezeichnet wird. Der
Leuchtstoff LI ist in ein Matrixmaterial eingebettet. Das Matrixmaterial ist aus der Gruppe der Polysiloxane
ausgewählt. Das Konversionselement 14 kann als eine
Konversionsschicht ausgebildet sein.
Das optoelektronische Bauelement 12 gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Figur 8 umfasst einen Halbleiterchip 13, ein Trägerelement 16, eine Klebeschicht 18 und ein
Konversionselement 14. Das Konversionselement 14 ist mit Hilfe einer Klebeschicht 18 auf der Strahlungsaustrittsfläche 19 des Halbleiterchips 13 angeordnet. Das Konversionselement 14 kann jedoch auch direkt auf der Strahlungsaustrittsfläche 19 des Halbleiterchips 13 aufgebracht sein. Die der
Strahlungsaustrittsfläche 19 gegenüberliegende Fläche des Halbleiterchips 13 ist auf einem Trägerelement 16 zur
Stabilisierung angeordnet. Das Konversionselement 14 ist als Konversionsschicht ausgebildet und weist den Leuchtstoff LI auf, der in das Matrixmaterial eingebettet ist.
Das Konversionselement 14 ist frei von einem weiteren
Leuchtstoff und sendet elektromagnetische Strahlung mit einer korrelierten Farbtemperatur CCT zwischen einschließlich 9000 K und einschließlich 10000 K aus. Somit wird ein kaltweißer Farbeindruck bei einer hohen korrelierten Farbtemperatur CCT und ein hoher Farbwiedergabeindex CRI von mindestens 80, bevorzugt mindestens 85, besonders bevorzugt mindestens 90, erzielt. Die elektromagnetische Strahlung mit dem kaltweißen Farbeindruck wird durch eine Kombination der von dem
Halbleiterchip 13 emittierten elektromagnetischen Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und der von dem Leuchtstoff LI emittierten elektromagnetischen Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs, erhalten.
Im Vergleich zu der Figur 8 weist das Ausführungsbeispiel der Figur 9 einen weiteren Leuchtstoff LX in dem
Konversionselement 14 auf. Der weitere Leuchtstoff LX kann beispielsweise ein Granatleuchtstoff oder ein
Nitridleuchtstoff sein. Bevorzugt ist der Leuchtstoff ein rot emittierender Leuchtstoff. Als rot-emittierende Leuchtstoffe werden beispielsweise Nitridleuchtstoffe, beispielsweise (Ba, Sr, Ca) AlSiN3:Eu, Sr (Sr, Ca) Al2Si2N6 : Eu, (Ca, Sr, Ba) Si202N2 : Eu und (Ca, Sr, Ba) 2SisN8 : Eu eingesetzt. Bevorzugt wird als rot emittierender Leuchtstoff (Ba, Sr, Ca) AlSiN3 : Eu verwendet.
Der rot emittierende Leuchtstoff konvertiert
elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten
Wellenlängenbereichs, bevorzugt dem roten Spektralbereich. Durch die Kombination von verschiedenfarbig emittierenden Leuchtstoffen kann aus der elektromagnetischen Strahlung des Halbleiterchips 13 im blauen Spektralbereich Mischlicht mit einem Farbort im weißen Bereich, bevorzugt im warmweißen Bereich, erzeugt werden. Durch die Kombination des
Halbleiterchips 13, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs emittiert, mit dem Leuchtstoff LI, der elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs emittiert mit dem weiteren Leuchtstoff LX, der elektromagnetische Strahlung eines dritten
Wellenlängenbereichs emittiert, wird elektromagnetische
Strahlung im warmweißen Bereich mit einer korrelierten
Farbtemperatur CCT zwischen einschließlich 3000 K und
einschließlich 5000 K erzeugt.
Figur 10 zeigt exemplarisch zwei Emissionsspektren eines Leuchtstoffs LI bei Anregung mit elektromagnetischer
Strahlung zweier Primärwellenlängen lR des Halbleiterchips 13 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Emissionsspektren sind eine Kurve, bei denen die spektrale Intensität I oder der spektrale Lichtstrom pro Wellenlängenintervall („spektrale Intensität/spektraler Lichtstrom") der von dem Leuchtstoff LI ausgesandten elektromagnetischen Strahlung auf der y-Achse gegen die Wellenlänge l der von dem Leuchtstoff LI
ausgesandten elektromagnetischen Strahlung aufgetragen ist. Wenn die Primärwellenlänge lR des Halbleiterchips im nahen ultravioletten Spektralbereich, bei etwa 408 Nanometer, liegt, dann besitzt der hier beschriebene Leuchtstoff LI ein Emissionsmaximum im grüngelben Spektralbereich bei etwa 515 Nanometer bei einer Dominanzwellenlänge ÄD von ungefähr 562 Nanometer und einer FWHM-Breite von ungefähr 182 Nanometer (durchgezogene Linie) . Weiterhin kann die Primärwellenlänge lR des Halbleiterchips im blauen Spektralbereich, bei etwa 448 Nanometer, liegen. Der hier beschriebene Leuchtstoff LI besitzt ein Emissionsmaximum im grüngelben Spektralbereich bei etwa 525 Nanometer bei einer Dominanzwellenlänge ÄD von ungefähr 564 Nanometer und einer FWHM-Breite von ungefähr 175 Nanometer (gestrichelte Linie) .
In Figur 11 sind Emissionsspektren des Leuchtstoffs LI
Sr7Li2Si5N40i2 : Eu2+ im Vergleich zu einem herkömmlichen Leuchtstoff L2 mit vergleichbarer Dominanzwellenlänge ÄD gezeigt. Hierbei ist die Intensität I, der von den
Leuchtstoffen ausgesandten elektromagnetischen Strahlung auf der y-Achse gegen die Wellenlänge l, der von den
Leuchtstoffen ausgesandten elektromagnetischen Strahlung aufgetragen. Der herkömmliche Leuchtstoff L2 weist die allgemeine Formel Y3 (Al, Ga) 5O12 : Ce auf. Die
Anregungswellenlänge der Leuchtstoffe liegt hierbei im blauen Spektralbereich bei etwa 460 Nanometer. Die
Dominanzwellenlänge ÄD des Leuchtstoffs LI beträgt 562,9 Nanometer. Im Vergleich zu dem herkömmlichen Leuchtstoff weist das Emissionsspektrum des Leuchtstoffs LI eine Schulter im roten Spektralbereich auf. Die höhere FWHM-Breite und der somit gesteigerte Anteil an rötlicher Emission des
Leuchtstoffs LI im Vergleich zu dem herkömmlichen Leuchtstoff L2 sind in der Figur 11 gezeigt.
Weiterhin wird in der Figur 12 der Farbwiedergabeindex CRI gegen die Primärwellenlängen lR der Halbleiterchips 13 aufgetragen. Hierzu wird die elektromagnetische Strahlung mit dem Emissionsspektrum der Leuchtstoffe LI, L2 und L3 in
Kombination mit L4 jeweils mit verschiedenen
Primärwellenlängen lR verschiedener Halbleiterchips 13 kombiniert. Der Leuchtstoff L3 wird durch die Formel
LU3 (Al, Ga) 5O12 : Ce beschrieben und der Leuchtstoff L4 durch die Formel CaAlSiN3:Eu. Es wurden vier verschiedene
Halbleiterchips 13 mit verschiedenen Primärwellenlängen lr des Halbleiterchips 13 im blauen Spektralbereich eingesetzt. Die Farbwiedergabeindizes CRI des optoelektronischen
Bauelements 12 mit dem Leuchtstoff LI zeigt Werte zwischen 80 und 95, wohingegen das optoelektronische Bauelement 12 mit dem Leuchtstoff L2 und die Kombination der Leuchtstoffe L3 und L4 niedrigere Farbwiedergabeindizes CRI aufweisen. L2 zeigt lediglich Farbwiedergabeindizes CRI zwischen 60 und 75. Außerdem zeigt die Figur 12, dass es lediglich geringe
Auswirkungen auf den Farbwiedergabeindex CRI des
optoelektronischen Bauelements 12 mit dem Leuchtstoff LI hat, ob mit einer Primärwellenlänge lr des Halbleiterchips 13 von etwa 415 Nanometer eingestrahlt wird oder mit einer
Primärwellenlänge lr des Halbleiterchips 13 von 450
Nanometer. Hingegen zeigen die verschiedenen
Primärwellenlängen lr des Halbleiterchips 13 stärkeren
Einfluss auf den Farbwiedergabeindex CRI bei den
optoelektronischen Bauelementen 12 mit den Leuchtstoffen L2 und L3 in Kombination mit L4. Bei der Verwendung von
Halbleiterchips 13 mit kürzeren Primärwellenlängen lr fallen die Farbwiedergabeindizes CRI bei optoelektronischen
Bauelementen 12 mit dem Leuchtstoff L2 und/oder L3 in
Kombination mit L4 schneller ab als bei Verwendung von optoelektronischen Bauelementen 12 mit dem Leuchtstoff LI. Beispielsweise ist bei einer Primärwellenlänge lr des
Halbleiterchips 13 von 450 Nanometer zu 430 Nanometer der Farbwiedergabeindex CRI bei optoelektronischen Bauelementen 12 mit den Leuchtstoffen L3 in Kombination mit L4 bei 94 und 78. Bei den optoelektronischen Bauelementen 12 mit dem
Leuchtstoff LI ist der Farbwiedergabeindex CRI bei 95 und 87 (siehe Tabelle 4) . Das führt dazu, dass Halbleiterchips 13, die verschiedene Primärwellenlängen lr der
elektromagnetischen Strahlung des blauen Spektralbereichs aussenden, für verschiedene optoelektronische Bauelemente 12 eingesetzt werden können, ohne dass sich der
Farbwiedergabeindex CRI der optoelektronischen Bauelemente 12 mit dem hier beschriebenen Leuchtstoff LI stark
unterscheidet. Mit Vorteil führt das zu einer höheren
Prozessausbeute und einer Erniedrigung der Produktionskosten.
In Figur 13 wird ein gesamtes Emissionsspektrum von 380
Nanometer bis 780 Nanometer des optoelektronischen Bauelements 12 mit dem Leuchtstoff LI, L2 und die Kombination aus L3 und L4 gezeigt. Hierbei ist die Intensität I gegen die Wellenlänge l der von den Leuchtstoffen ausgesandten
elektromagnetischen Strahlung aufgetragen. Es wird deutlich, dass das gesamte Emissionsspektrum des optoelektronischen Bauelements 12 mit dem Leuchtstoff LI eine breitere FWHM- Breite als die vergleichbaren herkömmlichen
optoelektronischen Bauelemente 12 mit den Leuchtstoffen L2 und L3 in Kombination mit L4 aufzeigt. Ebenso ist eine deutliche Schulter im roten Spektralbereich des gesamten Emissionsspektrums des optoelektronischen Bauelements 12 mit dem Leuchtstoff LI sichtbar.
In der Tabelle 4 sind Primärwellenlängen lr des
Halbleiterchips 13, Dominanzwellenlängen ÄD,
Farbwiedergabeindizes CRI, korrelierte Farbtemperaturen CCT, Farborte CIEX und CIEY sowie rote Farbwiedergabeindizes R9 für die optoelektronischen Bauelemente 12 mit den
Leuchtstoffen LI, L2 und L3 in Kombination mit L4
aufgelistet. Die vergleichbaren optoelektronischen
Bauelemente 12 mit dem Leuchtstoff L2 beziehungsweise den Leuchtstoffen L3 und L4 zeigen Farborte nahe denen mit dem Leuchtstoff LI. Die Tabelle 4 zeigt, dass das
optoelektronische Bauelement 12 mit dem Leuchtstoff LI eine hohe korrelierte Farbtemperatur CCT, CCT > 9000 K bei gleichzeitig hohem Farbwiedergabeindex CRI, CRI > 80, bevorzugt > 85, besonders bevorzugt > 90, und einem hohen roten Farbwiedergabeindex R9, R9 > 60, bevorzugt R9 > 70, besonders bevorzugt R9 > 75, aufzeigt.
Tabelle 4 : Spektrale Daten verschiedener optoelektronischer Bauelemente 12.
Lösung
Figure imgf000036_0001
Figure imgf000037_0001
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2019 104 008.6, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugs zeichenliste :
1 Leuchtstoff
2 Strontiumatom
3 Lithiumatom
4 Siliziumatom
5 Europiumatom
6 Sauerstoffatom
7 Stickstoffatom
8 Si (0, N) 4-Tetraeder
9 LiCg-Tetraeder
10 Ecke
11 Kanäle
12 optoelektronisches Bauelement
13 Halbleiterchip
14 Konversionselement
15 Verguss
16 Trägerelement
17 aktive Zone
18 Klebeschicht
19 Strahlungsaustrittsfläche
51 Verfahrensschritt
52 Verfahrensschritt
LI Leuchtstoff 1
L2 Leuchtstoff 2
L3 Leuchtstoff 3
L4 Leuchtstoff 4
CCT korrelierte Farbtemperatur
CRI Farbwiedergabeindex
R9 roter Farbwiedergabeindex
CIEX Farbort
CIEy Farbort
lR Primärwellenlänge
ÄD Dominanzwellenlänge

Claims

Patentansprüche
1. Leuchtstoff (1) mit der allgemeinen Formel EA7A2TltiT2t2 T3t3Nn0o:RE, wobei
- EA ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Elemente,
- A ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen Elemente,
- TI ausgewählt ist aus der Gruppe der dreiwertigen Elemente,
- T2 ausgewählt ist aus der Gruppe der vierwertigen Elemente,
- T3 ausgewählt ist aus der Gruppe der fünfwertigen Elemente,
- RE ein Aktivator-Element ist,
- 16 + 3 tl + 4 t2 + 5 t3 - 3 n - 2 o = 0, und
- tl + t2 + t3 = 5; n + o = 16; 0 < tl < 4; 0 < t2 < 5; 0 <
13 < 5 ; 0 < n < 9; 7 < o < 16.
2. Leuchtstoff (1) nach Anspruch 1,
der ein Wirtsgitter mit einer Struktur aufweist, die
T1(0,N)4- und/oder T2(0,N)4- und/oder T3 (0, N) 4-Tetraeder und ACg-Tetraeder umfasst.
3. Leuchtstoff (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
der das Wirtsgitter mit der Struktur aufweist, bei der zumindest ein T1(0,N)4- und/oder zumindest ein T2(0,N)4- und/oder zumindest ein T3 (0, N) 4-Tetraeder und zumindest ein ACg-Tetraeder jeweils über eine Ecke (10) verknüpft sind.
4. Leuchtstoff (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
wobei zumindest ein T1(0,N)4- und/oder ein T2(0,N)4- und/oder ein T3 (0, N) 4-Tetraeder über eine Ecke (10) mit zumindest einem weiteren T1(0,N)4- und/oder zumindest einem weiteren T2(0,N)4- und/oder zumindest einem weiteren T3 (0, N) 4-Tetraeder verknüpft ist.
5. Leuchtstoff (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die T1(0,N)4- und/oder die T2(0,N)4- und/oder die
T3 (0, N) 4-Tetraeder und die ACg-Tetraeder, die über eine Ecke (10) verknüpft sind, Kanäle (11) ausbilden, in denen sich zumindest ein EA-Atom befindet.
6. Leuchtstoff (1) nach Anspruch 1 mit der allgemeinen Formel EA7A2Si5N40i2:RE, wobei
- EA ausgewählt ist aus der Gruppe der zweiwertigen Elemente,
- A ausgewählt ist aus der Gruppe der einwertigen Elemente, und
- RE ein Aktivator-Element ist.
7. Leuchtstoff (1) nach Anspruch 6 ,
wobei EA ausgewählt ist aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Mg, Ca, Sr, Ba.
8. Leuchtstoff (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7,
wobei A ausgewählt ist aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Elemente und Kombinationen dieser Elemente: Li, Na, K, Rb, Cs.
9. Leuchtstoff (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
wobei RE ausgewählt ist aus der Gruppe der seltenen Erden, Mangan, Chrom und Nickel.
10. Leuchtstoff (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
der die folgende Formel aufweist (EAi-aREa) 7A2S15^012, wobei a zwischen einschließlich 0,001 und einschließlich 0,1 liegt.
11. Leuchtstoff (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Leuchtstoff die Formel Sr7Li2Si5N40i2 : RE aufweist.
12. Leuchtstoff (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Wirtsgitter des Leuchtstoffs (1) eine Struktur mit einer monoklinen Raumgruppe aufweist.
13. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs (1) mit der allgemeinen Formel EA7A2TltiT2t2T3t3Nn0o : RE mit den Schritten
- Bereitstellen von Edukten, die aus der Gruppe gebildet durch die folgenden Edukte und Kombinationen dieser Edukte gewählt sind: EA2N, EAO, A2C03, T1203, T202, T3205, RE203,
- Erhitzen der Edukte auf eine Temperatur zwischen
einschließlich 800 °C und einschließlich 1200 °C.
14. Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs (1) nach Anspruch 13,
wobei EA2N gleich Sr3N ist, EAO gleich SrO ist, A3C03 gleich Li C03 ist und RE 03 gleich Eu303 ist.
15. Optoelektronisches Bauelement (12) mit:
- einem Halbleiterchip (13), der im Betrieb
elektromagnetische Strahlung eines ersten
Wellenlängenbereichs von einer Strahlungsaustrittsfläche (19) aussendet,
- einem Konversionselement (14), das einen Leuchtstoff (1) nach Anspruch 1 aufweist, der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische
Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt.
16. Optoelektronisches Bauelement (12) nach Anspruch 15, wobei ein Emissionsmaximum des Leuchtstoffs (LI) zwischen einschließlich 500 Nanometer und einschließlich 550 Nanometer liegt .
17. Optoelektronisches Bauelement (12) nach einem der
Ansprüche 15 bis 16, wobei eine Dominanzwellenlänge (ÄD) des Leuchtstoffs (LI) zwischen einschließlich 555 Nanometer und einschließlich 575 Nanometer liegt.
18. Optoelektronisches Bauelement (12) nach einem der
Ansprüche 15 bis 17,
wobei eine FWHM-Breite des Leuchtstoffs (1) zwischen
einschließlich 170 Nanometer und einschließlich 190 Nanometer liegt .
19. Optoelektronisches Bauelement (12) nach einem der
Ansprüche 15 bis 18,
- das frei ist von einem weiteren Leuchtstoff (1), und
- elektromagnetische Strahlung mit einer korrelierten
Farbtemperatur (CCT) zwischen einschließlich 9000 K und einschließlich 10000 K aussendet.
20. Optoelektronisches Bauelement (12) nach einem der
Ansprüche 15 bis 18,
das einen weiteren Leuchtstoff (1) aufweist, der
elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines dritten
Wellenlängenbereichs und elektromagnetische Strahlung mit einer korrelierten Farbtemperatur (CCT) zwischen
einschließlich 3000 K und einschließlich 5000 K aussendet.
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