DE10105800A1 - Hocheffizienter Leuchtstoff - Google Patents

Abstract

Leuchtstoff aus der Klasse der Nitridosilikate, wobei als Anion Sr verwendet wird und wobei das Nitridosilikat mit dreiwertigem Ce dotiert ist.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einem Leuchtstoff aus der Klasse der Nitridosilikate ge­ mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Nitridosilikate, die im Gelben leuchten.

Stand der Technik

Leuchtstoffe des Typs Nitridosilikat wie Sr₂Si₅N₈ und Ba₂Si₅N₈ sind aus dem Ar­ tikel von Schlieper, Millus and Schlick: Nitridosilicate II, Hochtemperatursyn­ thesen und Kristallstrukturen von Sr₂Si₅N₈ and Ba₂Si₅N₈, Z. anorg. allg. Chem. 621, (1995), p. 1380), bereits bekannt. Dabei sind jedoch keine Aktivato­ ren angegeben, die eine effiziente Emission in bestimmten Bereichen des sichtba­ ren Spektrums nahelegen würden.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Leuchtstoff gemäß dem Oberbeg­ riff des Anspruchs 1 bereitzustellen, dessen Effizienz möglichst hoch ist und der sich gut durch UV-Strahlung im Bereich 370 bis 430 nm anregen lässt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Bisher gibt es keinen gelb emittierenden Leuchtstoff hoher Effizienz, der sich im Bereich um 400 nm gut anregen lässt. Der wohlbekannte normalerweise verwende­ te Leuchtstoff YAG:Ce lässt sich zwar unterhalb 370 m und oberhalb 430 nm gut anregen, jedoch nicht im Bereich um 400 nm. Auch andere Ce-dotierte Granate zeigen im fraglichen Einsatzbereich nur geringe Anregbarkeit. Es musste daher ein völlig anderes System entwickelt werden.

Erfindungsgemäß wird die Zusammensetzung des Leuchtstoffs so gewählt, dass er ein Sr-Nitridosilikat darstellt, das mit dreiwertigem Ce aktiviert ist. Der bisher unbe­ kannte Leuchtstoff Sr₂Si₅N₈:Ce³⁺ absorbiert effizient im nahen UV, insbesondere im Bereich 370 bis 430 nm und hat eine effiziente gelbe Lumineszenz. Bevorzugt ist er mit 1 bis 10 mol-% Ce (für Sr) aktiviert. Dabei kann das Sr teilweise (vorteilhaft bis maximal 30 mol-%) durch Ba u/o Ca ersetzt sein. Eine weitere Ausführungsform stellt ein Nitridosilikat des Typs SrSi₇N₁₀:Ce³⁺ dar. Auch hier kann das Sr teil­ weise durch Ba u/o Ca ersetzt sein.

Dieser Leuchtstoff eignet sich gut als gelbe Komponente für die Anregung durch eine primäre UV-Strahlungsquelle wie beispielsweise eine UV-LED oder auch Lampe. Damit kann eine weiß oder gelb emittierende Lichtquelle realisiert werden, ähnlich wie in der WO 98/39807 beschrieben. Eine gelb emittierende Lichtquelle beruht auf einer primär UV-Strahlung emittierenden LED, deren Strahlung von ei­ nem erfindungsgemäßen Leuchtstoff vollständig in gelbes Licht umgewandelt wird.

Insbesondere kann dieser Leuchtstoff in Verbindung mit einer UV-LED (beispiels­ weise vom Typ InGaN) verwendet werden, die mittels blau und gelb emittierender Leuchtstoffe weißes Licht erzeugt. Kandidaten für die blaue Komponente sind an sich bekannt, beispielsweise eignen sich BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺ (bekannt als BAM) oder Ba₅SiO₄(Cl,Br)₆:Eu²⁺ oder CaLa₂S₄:Ce³⁺ oder auch (Sr,Ba,Ca)₅(PO₄)₃Cl:Eu²⁺ (be­ kannt als SCAP). Zur Farbverbesserung dieses Systems lässt sich zusätzlich ein Rotleuchtstoff einsetzen. Besonders geeignet sind ((Y,La,Gd,Lu)₂O₂S:Eu³⁺, SrS:Eu²⁺ oder auch Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺ (noch nicht veröffentlicht, siehe EP-A 99 123 747.0).

Figuren

Im folgenden soll die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Emissionsspektrum eines ersten Nitridosilikats;

Fig. 2 das Reflektionsspektrum dieses Nitridosilikats;

Fig. 3 ein Emissionsspektrum eines zweiten Nitridosilikats;

Fig. 4 das Reflektionsspektrum dieses Nitridosilikats;

Fig. 5 ein Halbleiterbauelement, das als Lichtquelle für weißes Licht dient;

Fig. 6 ein Emissionsspektrum einer Mischung dreier Leuchtstoffe.

Beschreibung der Zeichnungen

Ein konkretes Beispiel für den erfindungsgemäßen Leuchtstoff ist in Fig. 1 gezeigt. Es handelt sich um die Emission des Leuchtstoffs Sr₂Si₅Na:Ce²⁺, wobei der Ce- Anteil 4 mol = % der von Sr besetzten Gitterplätze ausmacht. Das Emissions­ maximum liegt bei 545 nm, die mittlere Wellenlänge bei 572 nm. Der Farbort ist x = 0,395; y = 0,514. Die Anregung erfolgte bei 400 nm.

Die Herstellung erfolgt in der üblichen Weise, wobei zunächst die Ausgangsstoffe Sr₃N₂, Si₃N₄ und CeO₂ miteinander gemischt werden und die Mischung anschlie­ ßend im Ofen bei 1400°C unter N₂ und H₂ reduzierend über 5 Std. geglüht wird.

Fig. 2 zeigt das diffuse Reflektionsspektrum dieses Leuchtstoffs. Es zeigt ein aus­ geprägtes Minimum im Bereich 370 bis 440 nm, das somit die gute Anregbarkeit in diesem Bereich demonstriert.

Ein zweites Beispiel für den erfindungsgemäßen Leuchtstoff ist in Fig. 3 gezeigt. Es handelt sich um die Emission des Leuchtstoffs Sr₂Si₅N₈:Ce²⁺, wobei der Ce- Anteil 8 mol-% der von Sr besetzten Gitterplätze ausmacht. Das Emissions­ maximum liegt bei 554 nm, die mittlere Wellenlänge bei 579 nm. Der Farbort ist x = 0,414; y = 0,514.

Die Herstellung erfolgt in der oben beschriebenen Weise, wobei die Mischung im Ofen bei 1400°C unter N₂ reduzierend über 6 Std. geglüht wird.

Fig. 4 zeigt das diffuse Reflektionsspektrum dieses Leuchtstoffs. Es zeigt ein aus­ geprägtes Minimum im Bereich 370 bis 440 nm, das somit die gute Anregbarkeit in diesem Bereich demonstriert.

Der Aufbau einer Lichtquelle für weißes Licht ist in Fig. 5 explizit gezeigt. Die Lichtquelle ist ein Halbleiterbauelement mit einem Chip 1 des Typs InGaN mit einer Peakemissionswellenlänge von beispielsweise 390 nm, das in ein lichtundurchlässi­ ges Grundgehäuse 8 im Bereich einer Ausnehmung 9 eingebettet ist. Der Chip 1 ist über einen Bonddraht 14 mit einem ersten Anschluss 3 und direkt mit einem zweiten elektrischen Anschluss 2 verbunden. Die Ausnehmung 9 ist mit einer Vergussmasse 5 gefüllt, die als Hauptbestandteile ein Epoxidgießharz (80 bis 90 Gew.-%) und Leuchtstoffpigmente 6 (weniger als 15 Gew.-%) enthält. Ein erster Leuchtstoff ist das als erstes Ausführungsbeispiel vorgestellte Nitridosilikat, das zweite ist ein blau emittierender Leuchtstoff, hier insbesondere Ba₅SiO₄(Cl,Br)6:Eu²⁺. Die Ausnehmung hat eine Wand 17, die als Reflektor für die Primär- und Sekundärstrahlung vom Chip 1 bzw. den Pigmenten 6 dient. Die Kombination der blauen und gelben Sekundär­ strahlung mischt sich zu weiß.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird als Leuchtstoffpigment eine Mischung aus drei Leuchtstoffen verwendet. Ein erster Leuchtstoff (1) ist das als erstes Aus­ führungsbeispiel vorgestellte gelb emittierende Nitridosilikat Sr₂Si₅N₈:Ce²⁺, der zweite (2) ist als blau emittierender Leuchtstoff das oben erwähnte SCAP, der dritte (3) ist ein rot emittierender Leuchtstoff vom Typ Sr₂Si₅N₈:Eu²⁺. Fig. 6 zeigt das Emissionsspektrum einer derartigen LED mit primärer Emission bei 375 nm, wobei sich die einzelnen Komponenten gelb (1), blau (2) und rot (3) zu einem Gesamt­ spektrum (G) addieren, das einen weißen Farbeindruck hoher Qualität vermittelt. Der zugehörige Farbort ist x = 0,333 und y = 0,331. Die Verwendung dreier Kompo­ nenten sichert eine besonders gute Farbwiedergabe.

Claims (8)

1. Hocheffizienter Leuchtstoff aus der Klasse der Nitridosilikate mit einem Anion A und der grundsätzlichen Formel A_xSi_yN_z, dadurch gekennzeichnet, dass als Anion Sr verwendet wird, wobei das Nitridosilikat mit dreiwertigem Ce dotiert ist, das als Akti­ vator wirkt.

2. Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff Sr₂Si₅N₈:Ce³⁺ oder SrSi₇N₁₀:Ce³⁺ ist.

3. Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Ce zwi­ schen 1 und 10 mol% des Sr ausmacht.

4. Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Sr, insbe­ sondere bis zu 30 mol-%, durch Ba u/o Ca ersetzt ist.

5. Lichtquelle mit einer primären Strahlungsquelle, die Strahlung im kurzwelligen Be­ reich des optischen Spektralbereichs im Wellenlängenbereich 370 bis 430 nm emit­ tiert, wobei diese Strahlung mittels eines ersten Leuchtstoffs nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche ganz oder teilweise in sekundäre längerwellige Strahlung im sichtbaren Spektralbereich konvertiert wird.

6. Lichtquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als primäre Strah­ lungsquelle eine Leuchtdiode auf Basis von InGaN verwendet wird.

7. Lichtquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der primären Strahlung weiterhin mittels eines zweiten Leuchtstoffs in längerwellige Strahlung konvertiert wird, wobei der erste und zweite Leuchtstoff insbesondere geeignet ge­ wählt und gemischt sind um weißes Licht zu erzeugen.

8. Lichtquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der primären Strahlung weiterhin mittels eines dritten Leuchtstoffs in längerwellige Strahlung konvertiert wird, wobei dieser dritte Leuchtstoff im roten Spektralbereich emittiert.