DE20218717U1

DE20218717U1 - Leuchtstoff, insbesondere für Lumineszenzkonversions-LED

Info

Publication number: DE20218717U1
Application number: DE20218717U
Authority: DE
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2012-12-03

Abstract

Leuchtstoff, insbesondere für Lumineszenzkonversions-LED der im Bereich 400 bis 460 nm anregbar ist und im Bereich 475 bis 510 nm emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff ein Erdalkali(EA)-Sulfid ist, das mit Wismut, allein oder evtl. in Verbindung mit Natrium, dotiert ist, und der Formel EA_1–xS:(Na,Bi)_x folgt, mit EA = Sr, Ca, Mg, Ba und x = 0,005 bis 0,03.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einem Leuchtstoff, insbesondere für Lumineszenzkonversions-LED gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Sulfide, die mit Natrium bzw. Wismut dotiert sind. Es handelt sich dabei um Leuchtstoffe, die mit Primärstrahlung aus dem Blauen oder UV-Strahlungsbereich angeregt werden können. ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Beleuchtungseinheit auf LED-Basis mit einem entsprechenden Leuchtstoff.
Stand der Technik
Aus der WO 01/24229 ist bereits eine Leuchtstoff, insbesondere für Lumineszenzkonversions-LED bekannt, der auf Sulfiden der Erdalkalien basiert, die mit Europium oder Cer dotiert sein können. Die Palette der damit erreichbaren Leuchtstoffe reicht für eine vollständige Abdeckung der gewünschten Farborte nicht aus. Zudem weisen einige dieser Sulfide zwar spektral günstige Eigenschaften auf, zeigen aber beim Betrieb in der LED und/oder bei der Herstellung chemische Stabilitätsprobleme, die die Produktlebensdauer, Effizienz oder Farbort-Konstanz gefährden.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Leuchtstoff für Lumineszenzkonversion bei einer LED gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zugehörige LED bereitzustellen, die eine gute Farbwiedergabe ermöglichen und speziellen Anforderungen an das Anregungs- und Emissionsverhalten sowie Temperaturverhalten genügen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer entsprechenden Beleuchtungseinheit.
Erfindungsgemäß handelt es sich bei den Leuchtstoffen um Erdalkali-Sulfide, die mit Natrium (Na) und/oder Wismut (Bi) dotiert sind. Sie gewährleisten eine gute Anregung bei Wellenlängen um 400 bis 460 nm, bevorzugt bei 420 bis 450 nm, und eine Emission im blaugrünen Bereich um 475 bis 510, insbesondere 480 bis 500 nm. Sie genügen der Formel EA_1–xS:(Na,Bi)_x. Dabei ist EA ein oder mehrere Erdalkalimetalle, ausgewählt aus der Gruppe Sr, Mg, Ca, Ba. Bisher existieren keine Konverterleuchtstoffe, die für diesen Spektralbereich einsetzbar sind.
Bevorzugt wird Sr alleine oder mit geringen Beimengungen (bis 40 mol-% des gesamten EA-Gehalts) an Ba und/oder Ca verwendet. Der Anteil des Dotierstoffs Na bzw. Bi liegt bevorzugt im Bereich x = 0,005 bis 0,03. Dabei wird entweder Bi alleine oder in Verbindung mit Na zugegeben.
Besonders bevorzugt ist eine Verbindung (Sr_aCa_bBa_c)_1–xS:(Na,Bi)_x mit

0,7 ≤ a ≤ 1; 0 ≤ b ≤ 0,25; 0 ≤ c ≤ 0,06.

Dabei liegt x bevorzugt im Bereich x = 0,015 bis 0,025, wobei Na und Bi gleichermaßen, insbesondere im Verhältnis 0,5 bis 2, vorhanden sind. Besonders gute Ergebnisse liefert ein Verhältnis Na:Bi = 0,9 bis 1,1. Diese Verbindungen zeigen besonders gute und effiziente Anregbarkeit bei Wellenlängen zwischen 420 und 450 nm sowie effiziente grüne Photolumineszenz mit einem Maximum bei etwa 490 nm.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1 ein Halbleiterbauelement, das als Lichtquelle (LED) für weißes Licht dient;
2 eine Beleuchtungseinheit mit Leuchtstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 das Emissions- und Reflexionsspektrum eines Sulfid-Leuchtstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Für den Einsatz in einer weißen LED zusammen mit einem GalnN-Chip wird beispielsweise ein Aufbau ähnlich wie in US 5 998 925 beschrieben verwendet. Der Aufbau einer derartigen Lichtquelle für weißes Licht ist in 1 explizit gezeigt. Die Lichtquelle ist ein Halbleiterbauelement (Chip 1) des Typs InGaN mit einer Peak-Emissionswellenlänge von 460 nm mit einem ersten und zweiten elektrischen Anschluss 2,3, das in ein lichtundurchlässiges Grundgehäuse 8 im Bereich einer Ausnehmung 9 eingebettet ist. Einer der Anschlüsse 3 ist über einen Bonddraht 14 mit dem Chip 1 verbunden. Die Ausnehmung hat eine Wand 17, die als Reflektor für die blaue Primärstrahlung des Chips 1 dient. 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. Weitere geringe Anteile entfallen u.a. auf Methylether und Aerosil. Die Leuchtstoffpigmente sind eine Mischung aus mehreren Pigmenten, darunter Sulfide.
In 2 ist ein Ausschnitt aus einer Flächenleuchte 20 als Beleuchtungseinheit gezeigt. Sie besteht aus einem gemeinsamen Träger 21, auf den ein quaderförmiges äußeres Gehäuse 22 aufgeklebt ist. Seine Oberseite ist mit einer gemeinsamen Abdeckung 23 versehen. Das quaderförmige Gehäuse besitzt Aussparungen, in denen einzelne Halbleiter-Bauelemente 24 untergebracht sind. Sie sind UV-emittierende Leuchtdioden mit einer Peakemission von 380 nm. Die Umwandlung in weißes Licht erfolgt mittels Konversionsschichten, die direkt im Gießharz der einzelnen LED sitzen ähnlich wie in 1 beschrieben oder Schichten 25, die auf allen der UV-Strahlung zugänglichen Flächen angebracht sind. Dazu zählen die innen liegenden Oberflächen der Seitenwände des Gehäuses, der Abdeckung und des Bodenteils. Die Konversionsschichten 25 bestehen aus drei Leuchtstoffen, die im gelben, grünen und blauen Spektralbereich emittieren unter Benutzung der erfindungsgemäßen Leuchtstoffe.
Bei den erfindungsgemäßen Leuchtstoffen des Sulfid-Typs handelt es sich überwiegend um Sr-Sulfide des Typs (SrEA)1–xS, wobei ein Anteil x des Kations Sr, der zwi schen 0,5 und 4 mol % liegt, durch die gleichzeitige Dotierung mit Na und Bi ersetzt ist. Typische Quanteneffizienzen dieser Leuchtstoffe liegen bei mehr als 50 %, wobei sich die Peakemission von 480 nm bei geringer Dotierung zu etwa 500 nm bei hoher Dotierung verschiebt.
Ein repräsentatives Anregungs- und Emissionsspektrum ist in 3 gezeigt. Dabei erfolgt die Anregung durch 400 nm-Strahlung. 3 stellt das Absorptions- (Kurve a) und Emissionsspektrum (Kurve b) von (Sr0,82Ba0,03Ca0,15)0.98S:(Na,Bi)0,02 dar. Es zeigt sich, dass als Anregung auch eine UV-Lichtquelle (300 bis 400 nm) in Frage kommt.

Claims

Leuchtstoff, insbesondere für Lumineszenzkonversions-LED der im Bereich 400 bis 460 nm anregbar ist und im Bereich 475 bis 510 nm emittiert, dadurch gekenn zeichnet, dass der Leuchtstoff ein Erdalkali(EA)-Sulfid ist, das mit Wismut, allein oder evtl. in Verbindung mit Natrium, dotiert ist, und der Formel EA_1–xS:(Na,Bi)_x folgt, mit EA = Sr, Ca, Mg, Ba und x = 0,005 bis 0,03.
Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass EA durch Sr alleine oder mit geringen Beimengungen (bis 40 mol-%) an Ba und/oder Ca dargestellt wird.
Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sulfid der Formel Verbindung (Sr_aCa_bBa_c)_1–xS:(Na,Bi)_x verwendet wird mit 0,7 ≤ a ≤ 1; 0 ≤ b ≤ 0,25; 0 ≤ c ≤ 0,06.
Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zusammen mit weiteren Leuchtstoffen, insbesondere zur Erzeugung von weiß, verwendet wird.
Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Dotierstoff Na und Bi in einem Verhältnis Na:Bi = 0.1 bis 2, insbesondere 0.9 bis 1.1, verwendet wird.
Beleuchtungseinheit mit mindestens einer LED, wobei die LED primäre Strahlung im Bereich, wobei die LED primäre Strahlung im Bereich 400 bis 460 nm emittiert, wobei diese Strahlung teilweise oder vollständig in längerwellige Strahlung konvertiert wird durch Leuchtstoffe, die der primären Strahlung der LED ausgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversion zumindest unter Zuhilfenahme eines Leuchtstoffs, der blau-grün mit einer Wellenlänge der Peakemission bei 475 bis 510 nm emittiert und der aus der Klasse der (Na,Bi)-aktivierten Erdalkali-Sulfide stammt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.