DE20218718U1

DE20218718U1 - Leuchtstoff für Lumineszenzkonversions-LED

Info

Publication number: DE20218718U1
Application number: DE20218718U
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 für Lumineszenzkonversions-LED der im Bereich 300 bis 460 nm anregbar ist und im Bereich 490 bis 560 nm, insbesondere 545 bis 560 nm, emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff ein Erdalkali(EA)-Thiosilikat ist, das mit Europium dotiert ist, und der Formel EA_2–xSiS₄:Eu_x folgt, mit EA = Sr, Ca, Mg und x = 0,005 bis 0,05.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einem Leuchtstoff für Lumineszenzkonversions-LED gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Thiosilikate, die mit Europium 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 02/11173 ist bereits eine Leuchtstoff für Lumineszenzkonversions-LED bekannt, der auf komplexen Thiometallaten basiert, die mit Europium dotiert sein können. die Palette der damit erreichbaren Leuchtstoffe reicht für eine vollständige Abdeckung der gewünschten Farborte nicht aus. Zudem weisen einige dieser Thiometallate 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 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-Thiosilikate, die mit Eu dotiert sind. Sie gewährleisten eine gute Anregung bei Wellenlängen um 400 nm und eine Emission im blaugrünen Bereich um 550 nm. Sie genügen der Formel EA_2–xSiS₄:Eu_X. Dabei ist EA ein oder mehrere Erdalkalimetalle, ausgewählt aus der Gruppe Sr, Mg, Ca. Bevorzugt wird Sr alleine oder mit geringen Beimengungen (bis 40 mol-%) an Mg und/oder Ca verwendet. Der Anteil des Eu liegt bevorzugt im Bereich x = 0,005 bis 0,05.
Besonders bevorzugt ist eine Verbindung (Sr_aCa_bMg_c)_2–xSiS₄:Eu_X mit
0,6 ≤ a ≤ 1;
0 ≤ b ≤ 0,2;
0,03 ≤ c ≤ 0,4.
Derartige Verbindungen zeigen besonders gute und effiziente Anregbarkeit bei Wellenlängen zwischen 380 und 460 nm sowie effiziente breitbandige grüne Photolumineszenz mit einem Maximum bei etwa 550 nm.
Bevorzugter Bereich der Anregung ist 380 bis 460 nm, der Emissionbereich liegt insbesondere bei etwa 545 bis 560 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 bis 4 das Emissions- und Reflexionsspektrum von verschiedenen Thiosilikat-Leuchtstoffen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Für den Einsatz in einer weißen LED zusammen mit einem GaInN-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 Leuchtstoftpigmente sind eine Mischung aus mehreren Pigmenten, darunter Thiosilikate.
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.
Einige Leuchtstoffe des Thiosilikat-Typs sind in Tab. 1 zusammengefasst. Es handelt sich überwiegend um Sr-Thiosilikate des Typs (SrEA)2–xSiS4, wobei ein Anteil x des Kations Sr, der zwischen 0,5 und 4 mol-% liegt, durch Eu ersetzt ist. Typische Quanteneffizienzen dieser Leuchtstoffe liegen bei mehr als 50 %, wobei sich die Peakemission von 545 nm bei geringer Eu-Dotierung zu etwa 560 nm bei hoher Eu-Dotierung verschiebt.
Repräsentative Spektren werden im folgenden gezeigt. 3 und 4 zeigt die Emission und das Reflexionsverhalten verschiedener Thiosilikate als Funktion der Wellenlänge. 3a und 3b zeigt das Anregungs- und Emissionsspektrum von Sr1.98SiS4:Eu0.02, während 4a und 4b das Anregungs- und Emissionsspektrum von (Sr0,8Mg0,05Ca0,15)1.98SiS4:Eu0.02 zeigt.
Erstaunlicherweise ergibt sich bei den in Tab. 1 zusammengefassten Leuchtstoffen nur eine sehr geringe Verschiebung der Wellenlänge der maximalen Emission von weniger als 5 nm. Die ersten drei Spalten zeigen die eingesetzten Erdalkalimetalle (EA) in mol-% des Gesamt-EA-Gehalts, die vierte Spalte zeigt die zugehörige Europium-Dotierung, die fünfte die resultierende Verbindung und die sechste Spalte zeigt das beobachtete Emissionsmaximum bei Anregung durch 400 nm-Strahlung.
Tabelle 1
5 zeigt die relativen Helligkeiten der verschiedenen Leuchtstoffe aus Tab. 1 im Vergleich zu anderen. Dabei zeigen vor allem die „bis-ternären" Verbindungen, die gleichzeitig Sr, Ca und Mg enthalten, deutlich bessere Helligkeiten als einfacher aufgebaute Verbindungen. Es handelt sich um zwei Versuchsreihen (VR in Tab. 1), von denen die erste VR1 bei geringen Zusätzen (oder keinen) relativ hohe Intensitäten, etwa 30 %, zeigen (VR 1/1 und VR 1/2), während die zweite VR2 bei relativ hohen Zusätzen an Ca und Mg (VR 2/3 bis 2/5) sehr gute Ergebnisse zeigt.

Claims

Leuchtstoff für Lumineszenzkonversions-LED der im Bereich 300 bis 460 nm anregbar ist und im Bereich 490 bis 560 nm, insbesondere 545 bis 560 nm, emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff ein Erdalkali(EA)-Thiosilikat ist, das mit Europium dotiert ist, und der Formel EA_2–xSiS₄:Eu_x folgt, mit EA = Sr, Ca, Mg und x = 0,005 bis 0,05.
Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass EA durch Sr alleine oder mit geringen Beimengungen (bis 40 mol-%) an Mg und/oder Ca dargestellt wird.
Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Thiosilikat der Formel (Sr_aCa_bMg_c)_2–xSiS₄:Eu_X verwendet wird mit 0,6 ≤ a ≤ 1; 0 ≤ b ≤ 0,2; 0,03 ≤ c ≤ 0,4.
Leuchtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zusammen mit weiteren Leuchtstoffen, insbesondere zur Erzeugung von weiß, verwendet wird.
Lumineszenzkonversions-LED, wobei die LED primäre Strahlung im Bereich 300 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 490 bis 560 nm emittiert und der aus der Klasse der Eu-aktivierten Erdalkalithiosilikate stammt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.
Beleuchtungseinheit mit mindestens einer LED, wobei die LED primäre Strahlung im Bereich 300 bis 460 nm emittiert, wobei diese Strahlung teilweise oder vollständig in längerwellige Strahlung konvertiert wird durch mindestens einen Leuchtstoff, der der primären Strahlung der LED ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversion zumindest unter Zuhilfenahme eines Leuchtstoffs, der im Bereich 490 bis 560 emittiert und wobei der Leuchtstoff ein Erdalkali(EA)-Thiosilikat ist, das mit Europium dotiert ist, und der Formel EA_2–xSiS₄:Eu_X folgt, mit EA = Sr, Ca, Mg und x = 0,005 bis 0,05.