LEUCHTSTOFF, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES LEUCHTSTOFFS UND

STRAHLUNGSEMITTIERENDES BAUELEMENT

Es werden ein Leuchtstof f , ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstof fs sowie ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben .

Aufgabe zumindest einer Aus führungs form ist es einen Leuchtstof f mit verbesserten Eigenschaften anzugeben . Aufgabe zumindest einer weiteren Aus führungs form ist es , ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstof fs mit verbesserten Eigenschaften anzugeben . Aufgabe zumindest einer weiteren Aus führungs form ist es , ein strahlungsemittierendes Bauelement mit verbesserten Eigenschaften anzugeben . Diese Aufgaben werden durch einen Leuchtstof f , ein Verfahren und ein strahlungsemittierendes Bauelement gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst .

Es wird ein Leuchtstof f angegeben . Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist der Leuchtstof f ein Wirtsmaterial enthaltend ein Oxid, ein Aktivatorelement aufweisend ein Seltenerdelement mit einer ersten Wertigkeit , und das Seltenerdelement mit einer zweiten Wertigkeit auf , wobei die zweite Wertigkeit größer als die erste Wertigkeit ist .

Der hier beschriebene Leuchtstof f enthält also dasselbe Seltenerdelement mit zwei verschiedenen Wertigkeiten, der ersten Wertigkeit und der zweiten Wertigkeit .

Unter dem Begri f f „Leuchtstof f" wird hier und im Folgenden ein Wellenlängenkonversionsstof f oder kurz Konversionsstof f verstanden, also ein Material , das zur Absorption und Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist . Insbesondere absorbiert der Leuchtstof f elektromagnetische Strahlung, die ein anderes Wellenlängenmaximum als die von dem Leuchtstof f emittierte elektromagnetische Strahlung aufweist . Beispielsweise absorbiert der Leuchtstof f Strahlung mit einem Wellenlängenmaximum bei kleineren Wellenlängen als das Emissionsmaximum und emittiert somit Strahlung mit einem in Richtung Rot verschobenen Emissionsmaximum . Reine Streuung oder reine Absorption werden vorliegend nicht als we llenlängenkonver tier end verstanden .

Unter „Wirtsmaterial" ist hier und im Folgenden ein kristallines , beispielsweise keramisches Material zu verstehen, in das das Seltenerdelement eingebracht ist . Bei dem Leuchtstof f handelt es sich somit beispielsweise um ein keramisches Material . Das Wirtsmaterial bildet insbesondere ein Wirtsgitter, welches sich aus einer sich in der Regel periodisch wiederholenden dreidimensionalen Elementarzelle aufbaut . Mit anderen Worten handelt es sich bei der Elementarzelle um die kleinste wiederkehrende Einheit des kristallinen Wirtsgitters . Die in dem Wirtsmaterial enthaltenen Elemente , das Seltenerdelement mit der ersten Wertigkeit und das Seltenerdelement mit der zweiten Wertigkeit besetzen in der Elementarzelle j eweils festgelegte Plätze , sogenannte Punktlagen .

Mit dem Begri f f „Wertigkeit" in Bezug auf ein bestimmtes Element ist vorliegend gemeint , wie viele Elemente mit einfacher entgegengesetzter Ladung in einer chemischen Verbindung benötigt werden, um einen Ladungsausgleich zu erzielen . Somit umfasst der Begri f f „Wertigkeit" die Ladungs zahl des Elements . Hier und im Folgenden sind unter erster Wertigkeit und zweiter Wertigkeit zwei voneinander verschiedene Wertigkeiten zu verstehen . Beispielsweise handelt es sich bei der ersten Wertigkeit um die Wertigkeit 3 und bei der zweiten Wertigkeit um die Wertigkeit 4 . Das Seltenerdelement kann somit dreiwertig und vierwertig in dem Leuchtstof f vorhanden sein . Insbesondere ist das dreiwertige Seltenerdelement drei fach positiv und das vierwertige Seltenerdelement vierfach positiv geladen .

Das Seltenerdelement mit der ersten Wertigkeit hat in dem Leuchtstof f die Funktion eines Aktivatorelements . Das Aktivatorelement verändert die elektronische Struktur des Wirtsmaterials insofern, dass elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs von dem Leuchtstof f absorbiert werden kann . Diese sogenannte Primärstrahlung kann in dem Leuchtstof f einen elektronischen Übergang anregen, der unter Aussenden von elektromagnetischer Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs , auch Sekundärstrahlung genannt , wieder in den Grundzustand übergehen kann . Das Aktivatorelement , das in das Wirtsmaterial eingebracht ist , ist somit für die wellenlängenkonvertierenden Eigenschaften des Leuchtstof fs verantwortlich . Die Sekundärstrahlung weist insbesondere Wellenlängen im sichtbaren Spektralbereich auf .

Ein Teil des Seltenerdelements liegt in oxidierter Form vor, also mit höherer, zweiter Wertigkeit . Das Seltenerdelement mit der zweiten Wertigkeit hat insbesondere nicht die Funktion eines Aktivatorelements oder führt nicht zu einer Konversion der Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung, die im sichtbaren Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung liegt . Zur Unterscheidung des Seltenerdelements mit erster Wertigkeit und mit zweiter Wertigkeit wird hier und im Folgenden nur das Seltenerdelement mit erster Wertigkeit als Aktivatorelement bezeichnet .

Seltenerdelemente umfassen vorliegend die chemischen Elemente der 3 . Nebengruppe des Periodensystems sowie die Lanthanoide . Seltenerdelemente sind vorliegend in der Regel ausgewählt aus der Gruppe gebildet durch Scandium, Yttrium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium .

Die Erfinder haben erkannt , dass durch das Vorhandensein des Seltenerdelements mit der zweiten Wertigkeit , welches insbesondere im Gegensatz zu dem Seltenerdelement mit der ersten Wertigkeit kein Aktivatorelement ist oder zu einer Sekundärstrahlung führt , die außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs liegt , die Quantenef fi zienz des Leuchtstof fs und damit die Helligkeit der von einem den Leuchtstof f enthaltenden Bauelement emittierten elektromagnetischen Strahlung reduziert werden kann . Bei geeigneter Variation des Verhältnisses von Seltenerdelement mit erster Wertigkeit und Seltenerdelement mit zweiter Wertigkeit kann somit die für eine Anwendung benötigte Helligkeit eines strahlungsemittierenden Bauelements , beispielsweise einer LED ( LED : Licht emittierende Diode ) , in dem der Leuchtstof f eingesetzt wird, stufenlos eingestellt werden .

Bei sogenannten Baukasten-Plattformen für LEDs sind einzelne Komponenten austauschbar . Das Ziel ist es , einen Baukasten bereitzustellen, in dem möglichst viele verschiedene LED- Derivate eingesetzt werden können, die unterschiedliche Farben, Weiß-Farborte und insbesondere Helligkeiten umfassen . Verschiedene Helligkeiten werden bislang vor allem durch unterschiedliche Chipgrößen und Chiptypen umgesetzt , um eine große Helligkeitsbandbreite abzudecken . Die spezi fischen Designs der Chips und eventuell geringe Einzelvolumina einzelner Derivate führen dazu, dass ein komplexes Chip- Portfolio bereitgehalten werden muss , um die Baukasten- Plattformen insbesondere über einen langen Zeitraum hinweg, beispielsweise für länger als 10 Jahre , bereithalten zu können, was insbesondere im Automotive Bereich von Relevanz ist . Das verursacht Chip-Mehrkosten um den Faktor zwei bis drei im Vergleich zu Standard Chips .

Bislang ist es nicht möglich, mit einem Chip-Typ verschiedene Helligkeiten einer LED zu erzeugen ohne entweder den Betriebsstrom zu verändern oder den Chip hinsichtlich seiner Pass form, Form oder Funktion zu verändern . Eine solche Veränderung erfolgt beispielsweise über engere Lichtaustrittswege oder über schwarzes Material , wie zum Beispiel Rußpartikel , im Lichtaustrittsweg . Gerade Rußpartikel verändern aber auch den äußeren optischen Eindruck, was in der Regel nicht erwünscht ist .

Eine bisher bekannte Methode zur Helligkeitsabstufung einer LED erfolgt beispielsweise durch die Einstellung über unterschiedliche Chipgrößen . Auch eine zusätzliche Abdunkelung über beispielsweise spezielle Designs der Bondpads ist bekannt . Diese Vorgehensweise verursacht hohe Produktionskosten, da die für verschiedene Helligkeiten benötigten Designs der LEDs nur in geringen Stückzahlen benötigt werden, und die einzelnen LED-Chips dadurch sehr teuer in ihrer Herstellung sind .

Weiterhin ist es prinzipiell möglich, einen zusätzlichen

Nicht-Konversionsstof f in die LED einzubringen, der Strahlung absorbiert , aber keine Quantenef fi zienz aufweist , um den Einfluss auf die Farbe der emittierten Strahlung so gering wie möglich zu halten . Dadurch entsteht allerdings das Problem, dass der eigentliche Konversionsstof f und der zusätzliche Nicht-Konversionsstof f , welcher keine Quantenef fi zienz aufweist , aufgrund ihrer unterschiedlichen Zusammensetzungen nicht das exakt gleiche Anregungsoptimum haben . Eine LED mit zusätzlichem Nicht-Konversionsstof f hat somit eine andere Gesamtabsorption, was wiederum eine aufwändige Einstellung des Farborts der emittierten Strahlung durch eine Anpassung der Konversionsstof fmischung mit sich bringt . Somit ist es bisher nicht möglich, eine reproduzierbare verringerte Quantenef fi zienz eines Konverters her- und sicherzustellen, da dies nur durch das Einbringen von Fremdelementen bewerkstelligt wurde , welche unerwünschte Absorptionen mit sich bringen und dies zu einer Veränderung der Emissions farbe führt .

Mit dem hier beschriebenen Leuchtstof f hingegen kann die Helligkeit der emittierten Strahlung eines strahlungsemittierenden Bauelements , beispielsweise einer LED, reproduzierbar eingestellt werden, da bei unverändert hoher Absorption, also einem hohen Wirkungsgrad, die Lage des Absorptionsmaximums erhalten bleibt und gleichzeitig eine verringerte Quantenausbeute sichergestellt werden kann . Dadurch wird die Emissions farbe des strahlungsemittierenden Bauelements nicht beeinflusst und die benötigte Helligkeit kann stufenlos eingestellt werden . Dadurch, dass sich die Zusammensetzung des Leuchtstof fs grundsätzlich nicht verändert und nur ein Teil des Seltenerdelements eine veränderte Wertigkeit aufweist , kann unter Erhaltung der Eigenschaften des Leuchtstof fs nur die Helligkeit der emittierten Strahlung angepasst werden . Eine aufwändige Anpassung einer Leuchtstof fmischung für die Einstellung des genauen Farborts bei veränderter Helligkeit ist somit nicht nötig . Auch bleibt der äußere optische Eindruck eines den Leuchtstof f enthaltenden Bauelements unverändert , was bei der Verwendung von beispielsweise Rußpartikeln oder Pigmenten nicht der Fall wäre .

Das bringt in der Anwendung viele Vorteile mit sich . Beispielsweise kann der hier beschriebene Leuchtstof f allein oder in einer Mischung mit einem Basisleuchtstof f , welcher sich von dem Leuchtstof f nur darin unterscheidet , dass er frei von dem Seltenerdelement mit zweiter Wertigkeit ist , eingesetzt werden . Dadurch kann die Helligkeit des den Leuchtstof f enthaltenden Bauelements , beispielsweise einer LED, flexibel und lückenlos eingestellt werden, wobei der Farbort , beispielsweise der Weiß-Farbort , erhalten bleibt . Damit wird auch der Aufwand für die Farbortsteuerung reduziert oder vermieden, da außer der Helligkeit alle Eigenschaften des Leuchtstof fs , insbesondere die Lage des Absorptionsmaximums , im Vergleich zu dem Basisleuchtstof f erhalten bleiben .

Durch die lückenlose Einstellung der Helligkeit werden somit auch keine unterschiedlichen Größen und Typen der Bauelemente , beispielsweise LED-Chips , benötigt , was die Reduktion der Komplexität eines Portfolios an Bauelementen reduziert , insbesondere im Falle von benötigten langen Verfügbarkeiten wie bei Automotive Produkten . Eine solche Harmonisierung eines Portfolios kann auch zu weiteren Kosteneinsparungen führen, da ein höheres Volumen nur eines oder weniger Bauelementtypen bereitgestellt werden muss . Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist das Wirtsmaterial ein Granat . Mit Granaten als Wirtsmaterialien können bei geeigneter Dotierung mit einem Aktivatorelement Leuchtstof fe mit einer hohen Quantenausbeute von beispielsweise über 95% bereitgestellt werden . Unter einem Granat ist hier und im Folgenden ein Oxid zu verstehen, welches beispielsweise durch die allgemeine Formel (Y, Lu, Gd, Tb ) 3 (A12- _x , Ga _x ) 5O12 mit 0 < x < 1 dargestellt werden kann . Die in der ersten Klammer aufgeführten Elemente können, j e nach Art des Granats , einzeln oder in Kombination miteinander in dem Granat vorhanden sein . Konkrete Beispiele für Granate sind etwa Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) mit der allgemeinen Formel Y3AI5O12 und Lutetium-Aluminium-Granat ( LuAG) mit der allgemeinen Formel LU3AI5O12 .

Hier und im Folgenden werden Leuchtstof fe bzw . das Wirtsmaterial anhand von Summenformeln beschrieben . Die in den Summenformeln aufgeführten Elemente liegen dabei in geladener Form vor . Hier und im Folgenden sind mit Elementen und/oder Atomen in Bezug auf die Summenformeln der Leuchtstof fe bzw . Wirtsmaterialien somit Ionen in Form von Kationen und Anionen gemeint , auch wenn dies nicht expli zit angegeben ist . Dies gilt auch für Element Symbole , wenn diese der Übersichtlichkeit halber ohne Ladungs zahl angegeben werden .

Es ist bei den angegebenen Summenformeln möglich, dass der Leuchtstof f bzw . das Wirtsmaterial weitere Elemente beispielsweise in Form von Verunreinigungen aufweist . Zusammengenommen weisen diese Verunreinigungen höchstens 5 Mol% , insbesondere höchstens 1 Mol% , bevorzugt höchstens 0 , 1

Mol% auf . Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form ist das Seltenerdelement Cer ( Ce ) . Ce kann somit in dem Leuchtstof f als Aktivatorelement vorliegen, wenn es mit der ersten Wertigkeit vorhanden ist . I st es mit der zweiten Wertigkeit vorhanden, kann es als Nicht-Aktivatorelement vorhanden sein, oder zumindest zu einer Sekundärstrahlung führen, die außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs liegt . Ce als Aktivatorelement führt , insbesondere in Kombination mit einem Granat als Wirtsgitter, zu einem stabilen Leuchtstof f mit hoher Quantenef fi zienz .

Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form ist die erste Wertigkeit drei und die zweite Wertigkeit vier . Ce liegt somit in dem Leuchtstof f als Ce ³⁺ und als Ce ⁴⁺ vor . Ce ³⁺ mit der niedrigeren ersten Wertigkeit liegt somit als Aktivatorelement vor .

Granatleuchtstof fe mit Ce ³⁺ als Aktivatorelement können eine Quantenausbeute von über 95% und eine Remission von weniger als 10% im blauen Spektralbereich der elektromagnetischen Strahlung haben, j e nach Zusammensetzung des Granats bei ungefähr 460 nm . Das Aktivatorelement Ce ³⁺ wird durch Photonen, insbesondere blaue Photonen, aktiviert und zeigt einen 4 f l-5d0 <-> 4 f 0-5dl Übergang, bei dessen Relaxation typischerweise Licht im sichtbaren Spektralbereich frei wird . Wird als Granat beispielsweise YAG verwendet , wird in dem dotierten System YAG : Ce ³⁺ eine Emission im gelben Spektralbereich mit einem Peakmaximum der Wellenlänge in dem Bereich 540 nm bis 580 nm und einer Halbwertsbreite in dem Bereich 110 nm bis 130 nm frei .

Das zusätzliche Einbringen von Ce ⁴⁺ oder die teilweise Umwandlung von Ce ³⁺ in Ce ⁴⁺ , bewirkt im Vergleich zu dem Basisleuchtstof f , welcher nur Ce ³⁺ enthält , keine Änderung der Emission im sichtbaren Spektralbereich, allerdings bleiben die hohe Absorption und die Lage des Absorptionsmaximums im blauen Spektralbereich erhalten . Damit wird der Farbort des strahlungsemittierenden Bauelements , das den hier beschriebenen Leuchtstof f enthält , nicht verändert gegenüber einem Leuchtstof f , welcher Ce nur als Ce ³⁺ enthält . Beispielsweise wird ein Weiß-Farbort einer LED nicht beeinflusst durch das Vorhandensein von Ce ⁴⁺ in dem Leuchtstof f . Mit zunehmendem Anteil an Ce ⁴⁺ in dem Leuchtstof f wird außerdem die Absorption im UV-Bereich, also in dem Bereich von 300 nm bis 400 nm, erhöht . Eine erhöhte Absorption im UV-Bereich kann dazu führen, dass kurzwellige Anteile der Primärstrahlung absorbiert werden, welche keinen Beitrag zur Helligkeit liefern, aber die Alterung von Packagematerialien wie Silikon oder Epoxy beschleunigen können . Durch das teilweise Ersetzen von Ce ³⁺ zu Ce ⁴⁺ , beispielsweise durch Oxidation von Ce ³⁺ zu Ce ⁴⁺ , kann somit die Quantenausbeute bzw . -ef fi zienz des Leuchtstof fs unter Erhalt der hohen Absorption und exakten Lage des Absorptionsmaximums beliebig zwischen 0% und 100% , insbesondere zwischen 20% und 100% , beispielsweise zwischen 50% und 100% der Quantenausbeute eines Vergleichsleuchtstof fs ohne Ce ⁴⁺ -Anteil (Basisleuchtstof f ) eingestellt werden . Zudem kann die Lebensdauer eines den Leuchtstof f enthaltenden Bauelements erhöht werden .

Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form weist der Leuchtstof f die allgemeine Formel (Y, Lu, Gd, Tb ) 3 (A12- x, Ga _x ) 5O12 : Ce _y ³⁺ Cei- _y ⁴⁺ wobei 0 < x < 1 und 0 < y < 1 auf . Das Wirtsmaterial ist somit ein Granat der Formel (Y, Lu, Gd, Tb ) 3 (Ali- _X , Ga _x ) 5O12 , das Aktivatorelement , also das Seltenerdelement mit erster Wertigkeit ist Ce ³⁺ und das

Seltenerdelement mit zweiter Wertigkeit ist Ce ⁴⁺ .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist der Leuchtstof f frei von zweiwertigen Co-Dotanden, insbesondere frei von Mg ²⁺ . Als Co-Dotanden sollen hier und im Folgenden Elemente verstanden werden, die neben dem Aktivatorelement bzw . dem Seltenerdelement mit der zweiten Wertigkeit zusätzlich in das Wirtsmaterial eingebracht sind .

Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form weist der Leuchtstof f einen Absorptionsbereich mit einem Absorptionsmaximum auf , wobei das Absorptionsmaximum eine Lage aufweist , die im Wesentlichen identisch ist mit einer Lage eines Absorptionsmaximums eines Basisleuchtstof fs , wobei der Basisleuchtstof f sich von dem Leuchtstof f nur darin unterscheidet , dass er frei von dem Seltenerdelement mit der zweiten Wertigkeit ist .

„Im Wesentlichen identisch" soll hier und im Folgenden bedeuten, dass zwei zu vergleichende Größen exakt identisch sind, sich nur im Rahmen von Messungenauigkeiten unterscheiden oder sich nur in einem Maß unterscheiden, dass sie für einen äußeren Betrachter nicht wahrnehmbar sind . Darunter fallen auch Abweichungen von bis zu 5% , insbesondere von bis zu 2 % , beispielsweise bis zu 1 % .

Als Basisleuchtstof f soll hier und im Folgenden eine Zusammensetzung verstanden werden, die sich von dem hier beschriebenen Leuchtstof f nur darin unterscheidet , dass sie kein Seltenerdelement mit der zweiten Wertigkeit enthält . Der Basisleuchtstoff weist also keine reduzierte Quantenausbeute auf wie der hier beschriebene Leuchtstoff, da im Basisleuchtstoff das Aktivatorelement nicht teilweise durch das Seltenerdelement mit zweiter Wertigkeit ersetzt ist. Je höher der Anteil an Seltenerdelement mit zweiter Wertigkeit ist, desto reduzierter ist der Anteil an Aktivatorelement, desto reduzierter ist die Quantenausbeute des Leuchtstoffs. Weist der Leuchtstoff beispielsweise die Formel (Y, Lu, Gd, Tb) ₃ (Ali- _X , Ga _x ) 5O12 : Ce _y ³⁺ Cei- _y ⁴⁺ auf, so handelt es sich bei dem Basisleuchtstoff um (Y, Lu, Gd, Tb) 3 (Ali-x, Ga _x ) 5O12 : Ce ³⁺ . Aufgrund der ansonsten gleichen Zusammensetzung des Leuchtstoffs und des Basisleuchtstoffs bleibt die Lage des Absorptionsmaximums jedoch unverändert, wodurch der Farbort des Leuchtstoffs, welcher beispielsweise mittels Fluoreszenzspektroskopie bestimmt wird, unbeeinflusst bleibt .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form liegt der Absorptionsbereich des Leuchtstoffs zumindest im UV bis blauen Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums. Der Absorptionsbereich des Leuchtstoffs liegt somit in dem Bereich 300 nm bis 500 nm. Die Lage des Absorptionsmaximums kann beispielsweise in dem Bereich 440 nm bis 470 nm liegen.

Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form weist der Leuchtstoff eine Quanteneffizienz auf, die im Vergleich zu einer Quanteneffizienz eines Basisleuchtstoffs verringert ist, wobei der Basisleuchtstoff sich von dem Leuchtstoff nur darin unterscheidet, dass er frei von dem Seltenerdelement mit der zweiten Wertigkeit ist. Der Basisleuchtstoff weist also keine reduzierte Quantenausbeute auf wie der hier beschriebene Leuchtstoff. Je höher der Anteil an Seltenerdelement mit zweiter Wertigkeit in dem Leuchtstoff ist , desto reduzierter ist der Anteil an Aktivatorelement , desto reduzierter ist die Quantenausbeute des Leuchtstof fs . Weist der Leuchtstof f beispielsweise die Formel (Y, Lu, Gd, Tb ) 3 (Ali- _X , Ga _x ) 5O12 : Ce _y ³⁺ Cei- _y ⁴⁺ auf , so handelt es sich bei dem Basisleuchtstof f um (Y, Lu, Gd, Tb ) 3 (Ali- _X , Ga _x ) 5O12 : Ce ³⁺ .

Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form weist eine von dem Leuchtstof f emittierte elektromagnetische Strahlung eine Dominanzwellenlänge auf , die im Wesentlichen identisch ist zu einer Dominanzwellenlänge eines Basisleuchtstof fs , wobei der Basisleuchtstof f sich von dem Leuchtstof f nur darin unterscheidet , dass er frei von dem Seltenerdelement mit der zweiten Wertigkeit ist . Weist der Leuchtstof f beispielsweise die Formel (Y, Lu, Gd, Tb ) 3 (Ali- _X , Ga _x ) 5O12 : Ce _y ³⁺ Cei- _y ⁴⁺ auf , so handelt es sich bei dem Basisleuchtstof f um (Y, Lu, Gd, Tb ) 3 (Ali-x, Ga _x ) ₅ 0i2 : Ce ³⁺ .

Zur Bestimmung der Dominanzwellenlänge der von dem Leuchtstof f ausgesandten elektromagnetischen Strahlung wird in dem 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 Spektral farblinie bezeichnet die Dominanzwellenlänge der elektromagnetischen Strahlung . Im Allgemeinen weicht die Dominanzwellenlänge von der Wellenlänge des Emissionsmaximums ab .

Eine im Vergleich zu einem Basisleuchtstof f unveränderte Dominanzwellenlänge des Leuchtstof fs bedeutet , dass der Farbort des Leuchtstof fs , welcher beispielsweise mittels Fluores zenzspektroskopie bestimmt werden kann, von dem teilweisen Ersetzen des Seltenerdelements mit erster Wertigkeit, zum Beispiel Ce ³⁺ , durch das Seltenerdelement mit zweiter Wertigkeit, zum Beispiel Ce ⁴⁺ , unbeeinflusst ist.

Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form weist eine von dem Leuchtstoff emittierte elektromagnetische Strahlung eine Halbwertsbreite auf, die im Wesentlichen identisch ist zu einer Halbwertsbreite eines Basisleuchtstoffs, wobei der Basisleuchtstoff sich von dem Leuchtstoff nur darin unterscheidet, dass er frei von dem Seltenerdelement mit der zweiten Wertigkeit ist. Weist der Leuchtstoff beispielsweise die Formel (Y, Lu, Gd, Tb) ₃ (Ali- _X , Ga _x ) 5O12 : Ce _y ³⁺ Cei- _y ⁴⁺ auf, so handelt es sich bei dem Basisleuchtstoff um (Y, Lu, Gd, Tb) 3 (Ali-x, Ga _x ) 5O12 : Ce ³⁺ . Die nahezu unveränderte Halbwertsbreite ist bedingt durch ein nahezu unverändertes Emissionsverhalten des Leuchtstoffs im Vergleich zu dem Bas is leucht stoff .

Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form sind auch weitere Spezifikationsparameter des Leuchtstoffs im Wesentlichen unverändert gegenüber einem Basisleuchtstoff wie oben beschrieben. Weitere Spezifikationsparameter umfassen beispielsweise Partikelgröße, Morphologie, Streueigenschaften und Körperfarbe des Leuchtstoffpulvers.

Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form weist der Leuchtstoff eine Helligkeit auf, die mit zunehmendem Anteil des Seltenerdelements mit zweiter Wertigkeit in dem Leuchtstoff abnimmt. Am Beispiel des Leuchtstoffs (Y, Lu, Gd, Tb) 3 (Ali- _X , Ga _x ) 5O12 : Ce _y ³⁺ Cei- _y ⁴⁺ wobei 0 < x < 1 und 0 < y < 1, ist die Helligkeit bei großem y also größer als bei kleinem y. Die Helligkeit des hier beschriebenen Leuchtstoffs ist somit stufenlos einstellbar. Es wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstof fs angegeben . Das Verfahren ist dazu geeignet einen Leuchtstof f wie hier beschrieben herzustellen . Sämtliche Merkmale , die in Verbindung mit dem Leuchtstof f of fenbart sind, gelten somit auch für das Verfahren und umgekehrt .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das Verfahren die Schritte

- Bereitstellen eines Basisleuchtstof fs aufweisend

- ein Wirtsmaterial enthaltend ein Oxid, und

- ein Aktivatorelement aufweisend ein Seltenerdelement mit einer ersten Wertigkeit ,

- Oxidation des Basisleuchtstof fs zu einem Leuchtstof f aufweisend

- das Wirtsmaterial enthaltend ein Oxid,

- das Aktivatorelement aufweisend ein Seltenerdelement mit einer ersten Wertigkeit , und

- das Seltenerdelement mit einer zweiten Wertigkeit , wobei die zweite Wertigkeit größer als die erste Wertigkeit ist .

Mit dem Verfahren kann somit ein Basisleuchtstof f zu einem Leuchtstof f veredelt werden, der eine reduzierte und stufenlos einstellbare Quantenef fi zienz aufweist , indem ein Teil des Aktivatorelements oxidiert wird zu dem Seltenerdelement mit zweiter Wertigkeit . Je mehr Seltenerdelement mit erster Wertigkeit zu dem Seltenerdelement mit zweiter Wertigkeit oxidiert wird, desto reduzierter sind die Quantenef fi zienz und damit auch die Helligkeit der emittierten Strahlung .

Die Herstellung des Leuchtstof fs ist nicht wesentlich teurer als die des Basisleuchtstof fs und benötigt insbesondere keine teuren Rohstof fe wie Gallium oder Scandiumoxid, womit die Produktionskosten des Leuchtstoffs und eines den Leuchtstoff enthaltenden Bauelements nicht wesentlich erhöht werden. Der hier beschriebene Leuchtstoff kann somit kostengünstig bei reproduzierbarer erniedrigter Quanteneffizienz her- und bereitgestellt werden.

Die kostengünstige Herstellung des Leuchtstoffs ist eine einfache Nachbehandlung eines Basisleuchtstoffs. Mit dem Verfahren können auch weitere Kosten gespart werden, da keine zusätzlichen Leuchtstoffe, welche keine Quanteneffizienz aufweisen, oder anderen Fremdelemente bereitgestellt werden, um die Helligkeit eines Leuchtstoffs zu reduzieren, sondern mit einem einzigen Basisleuchtstoff können je nach Anwendung verschiedene Helligkeiten des resultierenden, veredelten Leuchtstoffs erzeugt werden. Es werden also keine extra Kosten für die Bereitstellung verschiedener Leuchtstoffe und damit einhergehend für die Erstellung neuer Rezepturen zur Anpassung des Farborts der emittierten Strahlung erzeugt.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form erfolgt die Oxidation durch Erhitzen. Gemäß zumindest einer Aus führungs form erfolgt die Oxidation bei einer Temperatur aus dem Bereich einschließlich 350°C bis einschließlich 1400°C, insbesondere aus dem Bereich einschließlich 600°C bis einschließlich 1200°C, beispielsweise aus dem Bereich einschließlich 600°C bis einschließlich 1000°C. Damit kann das Verfahren bei moderaten bis hohen Temperaturen durchgeführt werden und die Oxidation findet durch ein Nachsintern des Basisleuchtstoffs zur Bildung des Leuchtstoffs statt. Je höher die Temperatur gewählt wird, desto höher ist der Anteil an oxidiertem Ce ⁴⁺ in dem resultierenden Leuchtstoff und somit desto niedriger seine Quanteneffizienz. Über die Temperatur kann in dem Verfahren somit die resultierende Helligkeit der emittierten Strahlung gesteuert werden .

Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form wird die Oxidation an Luft oder Sauerstof f durchgeführt . Die Oxidation bzw . das Nachsintern des Basisleuchtstof fs findet somit unter oxidierenden Bedingungen statt .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form wird die Oxidation für einen Zeitraum von einschließlich einer Stunde bis einschließlich fünf Stunden, beispielsweise drei Stunden, durchgeführt .

Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form wird der Basisleuchtstof f (Y, Lu, Gd, Tb ) ₃ (Ali- _X , Ga _x ) 5O12 : Ce ³⁺ wobei 0 < x < 1 bereitgestellt und zu dem Leuchtstof f (Y, Lu, Gd, Tb ) 3 (Ali- _X , Ga _x ) 5O12 : Ce _y ³⁺ Cei- _y ⁴⁺ wobei 0 < x < 1 und 0 < y < 1 oxidiert .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form werden in dem Verfahren keine zweiwertigen Co-Dotanden, insbesondere kein Mg ²⁺ verwendet .

Es wird weiterhin ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben . Das strahlungsemittierende Bauelement ist dazu eingerichtet und vorgesehen einen hier beschriebenen Leuchtstof f zu enthalten . Sämtliche in Verbindung mit dem Leuchtstof f of fenbarten Merkmale gelten somit auch für das strahlungsemittierende Bauelement und umgekehrt .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das strahlungsemittierende Bauelement - einen Halbleiterchip, der im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs emittiert ,

- ein Konversionselement , das einen hier beschriebenen Leuchtstof f aufweist , der elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs umwandelt , der von dem ersten Wellenlängenbereich teilweise verschieden ist .

Die elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs bildet das Emissionsspektrum des Halbleiterchips aus und wird auch als Primärstrahlung bezeichnet .

Bei dem Halbleiterchip handelt es sich zum Beispiel um einen Leuchtdiodenchip oder einen Laserdiodenchip . Das Bauelement kann somit eine Licht emittierende Diode ( LED) oder ein Laser sein . 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 eine Mehrfachquantentopfstruktur auf .

Der Halbleiterchip kann im Betrieb elektromagnetische Strahlung beispielsweise aus dem ultravioletten Spektralbereich und/oder aus dem sichtbaren Spektralbereich, insbesondere aus dem blauen Spektralbereich aussenden . Die Primärstrahlung weist somit beispielsweise Wellenlängen aus dem Bereich 300 nm bis 500 nm, insbesondere 400 nm bis 460 nm, auf . Das Konversionselement ist insbesondere auf der Strahlungsaustritts fläche des Halbleiterchips angeordnet und befindet sich beispielsweise im Strahlengang des Halbleiterchips , so dass zumindest ein Teil der von dem Halbleiterchip emittierten Strahlung auf das Konversionselement tri f ft .

Der Leuchtstof f in dem Konversionselement wandelt elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereichs um . Die elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs bildet das Emissionsspektrum des Leuchtstof fs aus und wird auch als Sekundärstrahlung bezeichnet .

Die elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs ist von dem ersten Wellenlängenbereich zumindest teilweise verschieden . Der Leuchtstof f , der in dem Konversionselement enthalten ist oder aus dem das Konversionselement besteht , verleiht dem Konversionselement wellenlängenkonvertierende Eigenschaften . Beispielsweise wandelt das Konversionselement die elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips lediglich teilweise in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs um, während ein weiterer Teil der elektromagnetischen Strahlung des Halbleiterchips von dem Konversionselement transmittiert wird . Das strahlungsemittierende Bauelement emittiert in diesem Fall Mischlicht , das sich aus elektromagnetischer Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs und elektromagnetischer Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs zusammensetzt . Das Mischlicht umfasst beispielsweise weißes Licht . Erfolgt eine vollständige Konversion der Primärstrahlung durch das Konversionselement und/oder findet keine Transmission von Primärstrahlung durch das Konversionselement statt , bezeichnet man das als Vollkonversion . In diesem Fall emittiert das strahlungsemittierende Bauelement die von dem Konversionselement emittierte Sekundärstrahlung .

Aufgrund der Beschaf fenheit des hier beschriebenen Leuchtstof fs kann bei gleichbleibender Helligkeit der von dem Halbleiterchip emittierten Primärstrahlung die gewünschte Endhelligkeit des strahlungsemittierenden Bauelements stufenlos eingestellt werden, da j e nach Anteil an Seltenerdelement mit zweiter Wertigkeit die Quantenef fi zienz des Leuchtstof fs einstellbar ist . Der Farbort der emittierten Gesamtstrahlung bleibt dabei erhalten, ohne dass eine neue Rezeptur einer Leuchtstof fmischung für die Einstellung des Farborts entwickelt werden muss .

Mit nur einem Typ und nur einer Größe von Halbleiterchip und damit von strahlungsemittierendem Bauelement kann somit ein breites Spektrum an Helligkeiten bereitgestellt werden . Insbesondere spezielle Chiptypen, die für bestimmte Anwendungen, beispielsweise im automotive Bereich, benötigt werden, können somit in großem Maßstab angeschaf ft bzw . produziert werden und die gewünschten Helligkeiten mittels des passenden Leuchtstof fs , welcher eine reproduzierbar reduzierte Quantenef fi zienz aufweist , eingestellt werden . Mehrkosten, die bislang aufgrund der Notwendigkeit verschiedene Chip-Typen bereitzustellen, entstanden sind, können somit gesenkt werden . Ein Chipport folio kann durch Verwendung des hier beschriebenen Leuchtstof fs somit harmonisiert werden, ohne dass sich die Eigenschaften des strahlungsemittierenden Bauelements bezüglich seiner Spezi fikation, insbesondere der Emissions farbe und dem äußeren optischen Eindruck, ändert. Ein äußerer optischer Eindruck des Bauelements, welcher durch das Einbringen des hier beschriebenen Leuchtstoffs nicht verändert wird, ist mit Rußpartikeln oder anderen Pigmenten nicht realisierbar.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form enthält das Konversionselement nur den Leuchtstoff. Der Leuchtstoff wird somit als alleiniger Leuchtstoff in dem Konversionselement eingesetzt. Mit dem hier beschriebenen Leuchtstoff kann je nach Anteil des Seltenerdelements mit zweiter Wertigkeit die gewünschte Helligkeit des strahlungsemittierenden Bauelements stufenlos eingestellt werden.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das Konversionselement zusätzlich einen Basisleuchtstoff auf, wobei der Basisleuchtstoff sich von dem Leuchtstoff nur darin unterscheidet, dass er frei von dem Seltenerdelement mit der zweiten Wertigkeit ist. Das Konversionselement enthält somit eine Mischung aus unveredeltem Basisleuchtstoff und veredeltem Leuchtstoff mit verminderter Quanteneffizienz, womit eine flexible und lückenlose Einstellung der Helligkeit des strahlungsemittierenden Bauelements erhalten werden kann. Bei Erhalt der Absorption und Lage des Absorptionsmaximums des Basisleuchtstoffs kann eine Quanteneffizienz zwischen 50% und 100% der Quanteneffizienz des Basisleuchtstoffs eingestellt werden, je nach gewähltem Leuchtstoff und Verhältnis zwischen Basisleuchtstoff und Leuchtstoff.

Unabhängig davon, ob der Leuchtstoff alleine oder zusammen mit dem Basisleuchtstoff in dem Konversionselement eingesetzt wird, bleibt der Farbort des Basisleuchtstoffs erhalten.

Damit auch das strahlungsemittierende Bauelement, welches den

Leuchtstoff und optional den Basisleuchtstoff enthält, den gleichen Farbort aufweist wie ein strahlungsemittierendes Bauelement, in dem nur der Basisleuchtstoff vorhanden ist, kann die Menge an zugegebenen Leuchtstoff und/oder das Mischungsverhältnis zwischen Leuchtstoff und Basisleuchtstoff entsprechend angepasst werden.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form enthält das Konversionselement (Y, Lu, Gd, Tb) ₃ (Ali- _X , Ga _x ) 5O12 : Ce _y ³⁺ Cei- _y ⁴⁺ wobei 0 < x < 1 und 0 < y < 1 als alleinigen Leuchtstoff.

Gemäß zumindest einer weiteren Aus führungs form enthält das Konversionselement eine Mischung aus dem Leuchtstoff (Y, Lu, Gd, Tb) 3 (Ali- _X , Ga _x ) 5O12 : Ce _y ³⁺ Cei- _y ⁴⁺ wobei 0 < x < 1 und 0 < y < 1 und dem Basisleuchtstoff (Y, Lu, Gd, Tb) 3 (Al _ix , Ga _x ) 5O12 : Ce ³⁺ wobei 0 < x < 1.

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist das Verhältnis von Leuchtstoff zu Basisleuchtstoff in dem Konversionselement ausgewählt aus 100:0, 80:20, und 60:40.

Der Leuchtstoff und gegebenenfalls der Basisleuchtstoff können in einem Matrixmaterial eingebettet sein. Der Leuchtstoff und optional der Basisleuchtstoff liegen dann in Partikelform vor. Das Matrixmaterial ist gemäß einer

Aus führungs form ausgewählt aus einer Gruppe, die Polymere und Glas umfasst. Als Polymere können beispielsweise Polystyrol, Polysiloxan, Polysilazan, PMMA, Polycarbonat, Polyacrylat, Polytetrafluorethylen, Polyvinyl, Silikonharz, Silikon, Epoxidharz und transparentes Synthesekautschuk ausgewählt werden. Als Glas können beispielsweise Silikate, Wasserglas und Quarzglas ausgewählt werden. Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist das Konversionselement als Vergusselement ausgebildet . Dazu können der Leuchtstof f und gegebenenfalls der

Basisleuchtstof f in dem Matrixmaterial eingebettet vorliegen . Das Vergusselement kann beispielsweise in der Vertiefung eines Gehäuses angeordnet sein und den Halbleiterchip umschließen . Gemäß einer Aus führungs form ist das Vergusselement ein Volumenverguss , in dem der Leuchtstof f und gegebenenfalls der Basisleuchtstof f gleichmäßig verteilt in dem Matrixmaterial vorliegen . Alternativ liegen der Leuchtstof f und gegebenenfalls der Basisleuchtstof f gemäß einer weiteren Aus führungs form in dem Vergusselement in sedimentierter Form vor . Innerhalb des Vergusselements liegt also ein Konzentrationsgradient des Leuchtstof fs und gegebenenfalls des Basisleuchtstof fs in dem Matrixmaterial vor, wobei die Konzentration des Leuchtstof fs und gegebenenfalls des Basisleuchtstof fs mit zunehmendem Abstand vom Halbleiterchip abnimmt .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist das Konversionselement als Konversionsschicht ausgebildet . Die Konversionsschicht kann in direktem oder in indirektem Kontakt zu dem Halbleiterchip aufgebracht sein . Im Falle eines indirekten Kontakts kann sie mit Hil fe von beispielsweise einer Klebeschicht auf den Halbleiterchip, insbesondere auf seiner Strahlungsaustritts fläche , aufgebracht sein oder zwischen Halbleiterchip und dem Konversionselement kann ein Verguss vorhanden sein .

Halbleiterchip, optional Konversionselement und gegebenenfalls Klebeschicht können gemäß einer weiteren Aus führungs form auch alle von einem Verguss umgeben sein . Beispielsweise sind Halbleiterchip, Konversionselement und gegebenenfalls eine Klebeschicht dann in der Vertiefung eines Gehäuses angeordnet , in der weiterhin der Verguss angeordnet ist .

Ein Verguss kann eine Durchlässigkeit für die Primärstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung aufweisen, die mindestens 85 % , bevorzugt 95 % beträgt . Weiterhin kann ein Verguss beispielsweise Silikon oder Epoxidharz als Material aufweisen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form sind in dem Konversionselement zwei oder mehr hier beschriebene Leuchtstof fe mit unterschiedlicher Zusammensetzung vorhanden . In diesem Fall können zudem auch die j eweils zugehörigen Basisleuchtstof fe in dem Konversionselement vorhanden sein .

Weitere vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen des Leuchtstof fs , des Bauelements und des Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispielen .

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einem Aus führungsbeispiel .

Figuren 2a und 2b zeigen schematische Schnittansichten eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß Aus führungsbeispielen .

Figur 3 zeigt Reflexionsspektren von Leuchtstof fen gemäß

Aus führungsbeispielen . Figur 4 zeigt Reflexionsspektren von Leuchtstof fen gemäß Aus führungsbeispielen .

Gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugs zeichen 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 eine schematische Schnittansicht eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß einem Aus führungsbeispiel . Das strahlungsemittierende Bauelement 100 weist einen Halbleiterchip 10 auf . Der Halbleiterchip 10 emittiert im Betrieb elektromagnetische Strahlung eines ersten Wellenlängenbereichs ( Primärstrahlung) aus einer Strahlungsaustritts fläche 11 . Der Halbleiterchip 10 weist eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone auf , die dazu geeignet ist , elektromagnetische Strahlung zu erzeugen . Die Primärstrahlung weist beispielsweise Wellenlängen im blauen und/oder ultravioletten Bereich auf . Bei dem Halbleiterchip 10 handelt es sich insbesondere um einen LED-Chip .

Weiterhin weist das Bauelement ein Konversionselement 20 auf . Das Konversionselement 20 enthält entweder ein Matrixmaterial , in dem der Leuchtstof f 1 , insbesondere Partikel des Leuchtstof fs 1 , eingebettet ist , oder das Konversionselement 20 weist eine aus dem Leuchtstof f 1 gebildete Keramik auf oder besteht daraus . Alternativ enthält das Konversionselement 20 ein Matrixmaterial , in der der Leuchtstof f 1 und ein Basisleuchtstof f 2 , insbesondere Partikel des Leuchtstof fs 1 und des Basisleuchtstof fs 2 , eingebettet ist , oder das Konversionselement 20 weist eine aus dem Leuchtstof f 1 und dem Basisleuchtstof f 2 gebildete Keramik auf oder besteht daraus .

Das Matrixmaterial ist ausgewählt aus Polymeren wie beispielsweise Polystyrol , Polysiloxan, Polysilazan, PMMA, Polycarbonat , Polyacrylat , Polytetrafluorethylen, Polyvinyl , Silikonharz , Silikon, Epoxidharz und transparentes Synthesekautschuk, und Glas wie beispielsweise Silikate , Wasserglas und Quarzglas .

Der Leuchtstof f 1 und gegebenenfalls der Basisleuchtstof f 2 wandeln im Betrieb elektromagnetische Strahlung des ersten Wellenlängenbereichs in elektromagnetische Strahlung des zweiten Wellenlängenbereichs ( Sekundärstrahlung) um . Bei nicht vollständiger Konversion der Primärstrahlung durch das Konversionselement sendet das Bauelement somit Mischlicht , das aus Primär- und Sekundärstrahlung zusammengesetzt ist , aus .

Das Konversionselement 20 , das hier als Konversionsschicht ausgebildet ist , kann entweder direkt auf dem Halbeiterchip 10 aufgebracht sein, oder beispielsweise mittels einer Klebeschicht (hier nicht expli zit gezeigt ) , daran befestigt sein .

Der Halbleiterchip 10 mit dem darauf angeordneten Konversionselement 20 ist in der Ausnehmung eines Gehäuses 30 angeordnet . Das Gehäuse 30 hat zum Halbleiterchip 10 hin abgeschrägte Seitenflächen, die reflektiv ausgebildet sein können . Der Halbleiterchip 10 und das Konversionselement 20 können in dem Gehäuse 30 von einem Verguss 40 umgeben sein, wie hier gezeigt . Das Vorhandensein eines Vergusses 40 ist j edoch nicht zwingend erforderlich . Der Verguss kann beispielsweise aus einem Silikon oder Epoxidharz gebildet sein und weist eine Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung der aktiven Zone auf , die mindestens 85% , bevorzugt 95% beträgt .

Alternativ kann das Gehäuse 30 auch keine Seitenwände und damit keine Ausnehmung aufweisen und als Träger ausgebildet sein (hier nicht gezeigt ) .

Figur 2a zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel eines strahlungsemittierenden Bauelements . Für die Elemente mit gleichen Bezugs zeichen gelten die in Bezug auf Figur 1 gemachten Aus führungen . In diesem Aus führungsbeispiel ist das Konversionselement 20 nicht direkt auf dem Halbleiterchip 10 angeordnet , sondern beabstandet dazu auf der von dem Halbleiterchip 10 abgewandten Seite des Vergusses 40 . Auch hier ist das Konversionselement 20 wieder als Konversionsschicht ausgebildet .

Figur 2b zeigt ein weiteres Aus führungsbeispiel eines strahlungsemittierenden Bauelements . Für die Elemente mit gleichen Bezugs zeichen gelten die in Bezug auf die Figuren 1 und 2a gemachten Aus führungen . In diesem Aus führungsbeispiel ist das Konversionselement 20 als Vergusselement ausgebildet und in der Ausnehmung des Gehäuses 30 angeordnet . Dabei umschließt es den Halbleiterchip 10 . Das Vergusselement kann entweder als Volumenverguss ausgebildet sein, in dem der Leuchtstof f 1 und optional der Basisleuchtstof f 2 in dem Matrixmaterial gleichmäßig verteilt vorliegen . Alternativ können der Leuchtstof f 1 und optional der Basisleuchtstof f 2 in sedimentierter Form vorliegen . Die Konzentration des Leuchtstoffs 1 und optional des Basisleuchtstoffs 2 in dem Matrixmaterial ist dann nahe des Halbleiterchips 10 hoch und nimmt mit zunehmendem Abstand vom Halbleiterchip 10 ab.

Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Bauelementen handelt es sich beispielsweise um LEDs. Der Übersichtlichkeit halber sind in den Figuren 1 und 2 zusätzlich vorhandene Elemente, wie beispielsweise elektrische Kontaktierungen, nicht gezeigt .

Im Folgenden werden der hier beschriebene Leuchtstoff 1 und das Verfahren zu seiner Herstellung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.

Als Ausgangsmaterial werden die Basisleuchtstoffe gemäß den Ausführungsbeispielen Bl (YAG:Ce ³⁺ mit einem Gehalt von Ce ³⁺ von 2,0 mol%) und B2 (YAG:Ce ³⁺ mit einem Gehalt von Ce ³⁺ von 2,8 mol%) bereitgestellt. Diese enthalten jeweils das Oxid Y3AI5O12 als Oxid bzw. Wirtsmaterial und das Seltenerdelement Ce als Aktivatorelement mit der ersten Wertigkeit 3+ .

Die Basisleuchtstoffe Bl und B2 werden einer Nachsinterung unterzogen. Dazu werden sie für drei Stunden an Luft bei verschiedenen Temperaturen erhitzt und damit zu dem Leuchtstoff 1 oxidiert. Je nach angewendeter Temperatur resultieren die Leuchtstoffe gemäß den Ausführungsbeispielen LI bis L4 aus dem Basisleuchtstoff Bl und die Leuchtstoffe L5 und L6 aus dem Basisleuchtstoff B2.

In den folgenden Tabellen 1 und 2 sind die

Ausführungsbeispiele LI bis L6 mit ihren jeweiligen

Herstellungstemperaturen T, der relativen Quanteneffizienz

QE _rei im Vergleich zu dem jeweiligen Basisleuchtstoff, der minimalen Remission R450-470 bei den Wellenlängen 450 nm bis 470 nm, der relativen Helligkeit H _re i , sowie der Halbwertsbreite FWHM und der Dominanzwellenlänge Xd _Om der zugehörigen Emissionsspektren auf geführt .

Tabelle 1

Tabelle 2

Die zugehörigen Reflexionsspektren sind in den Figuren 3 und 4 gezeigt . Figur 3 zeigt die Reflexionsspektren des Basisleuchtstof fs Bl und der Leuchtstof fe LI bis L4 , Figur 4 zeigt die Reflexionsspektren des Basisleuchtstof fs B2 und der Leuchtstof fe L5 und L6 . Aufgetragen ist j eweils die Wellenlänge X in nm gegen die Reflexion R in % .

Es ist gut zu erkennen, dass mit zunehmender Temperatur während der Oxidation des Basisleuchtstof fs die relative Quantenef fi zienz und damit die relative Helligkeit der Leuchtstof fe abnimmt , worauf zurückzuführen ist , dass der Gehalt an Aktivatorelement Ce ³⁺ abnimmt , womit der Gehalt an Ce ⁴⁺ in den j eweiligen Leuchtstof fen zunimmt .

Gleichzeitig bleibt das Absorptionsverhalten des Basisleuchtstof fs in den Leuchtstof fen erhalten, was insbesondere an der beinahe unveränderten minimalen Remission R450- 47 0 bei den Wellenlängen 450 nm und 470 nm zu erkennen ist . In den Spektren der Figuren 3 und 4 ist das an dem vollständigen Überlapp der Kurven in dem Bereich zwischen 450 nm und 470 nm zu erkennen .

Weiterhin bleibt auch das Emissionsverhalten der resultierenden Leuchtstof fe erhalten, was an der beinahe unveränderten Halbwertsbreite der Emissionsspektren zu erkennen ist .

Die im wesentlichen identische Dominanzwellenlänge Xd _Om der Leuchtstof fe im Vergleich zu den j eweiligen Basisleuchtstof fen zeigt , dass die Basisleuchtstof fe zu den Leuchtstof fen oxidiert werden können, ohne dass eine Veränderung des Farborts der emittierten Strahlung statt findet .

Die hier beschriebenen Leuchtstof fe eignen sich somit sehr gut für den Einsatz in Bauelementen, die in verschiedenen Helligkeiten bereitgestellt werden sollen .

Die in den in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Merkmale und Aus führungsbeispiele können gemäß weiteren Aus führungsbeispielen miteinander kombiniert werden, auch wenn nicht alle Kombinationen expli zit beschrieben sind . Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispiele alternativ oder zusätzlich weitere Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen .

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele auf diese beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist .

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102022126567 . 6 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird .

Bezugszeichenliste

1 Leuchtstoff

2 Basisleuchtstoff

10 Halbleiterchip

11 Strahlungsaustrittsfläche

20 Konversionselement

30 Gehäuse

40 Verguss

100 Strahlungsemittierendes Bauelement

Bl Basisleuchtstoff gemäß einem Ausführungsbeispiel

B2 Basisleuchtstoff gemäß einem Ausführungsbeispiel

LI Leuchtstoff gemäß einem Ausführungsbeispiel

L2 Leuchtstoff gemäß einem Ausführungsbeispiel

L3 Leuchtstoff gemäß einem Ausführungsbeispiel

L4 Leuchtstoff gemäß einem Ausführungsbeispiel

L5 Leuchtstoff gemäß einem Ausführungsbeispiel

L6 Leuchtstoff gemäß einem Ausführungsbeispiel