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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zum Überprüfen einer
Lichtquelle.
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Bei
verschiedenen Anwendungen wird die Homogenität einer Lichtquelle überprüft. Ein
Beispiel einer solchen Überprüfung ist
eine Messung der Leuchtdichteverteilung einer Oberfläche, wie
z.B. die Substratausleuchtung bei einem Belichtungsprozess im Rahmen
einer Herstellung eines Halbleiterbauelements.
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Um
die Leuchtdichteverteilung auf der Oberfläche zu ermitteln, wird die
Lichtstärke
z.B. mit einem ca. 2cm2 Detektor an verschiedenen
Positionen der Oberfläche
gemessen. Dieses Verfahren ist jedoch relativ zeitaufwändig und
ungenau.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren und verbesserte
Vorrichtungen zur Überprüfung einer
Lichtquelle anzugeben.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst
durch ein Verfahren zum Überprüfen einer
Lichtquelle, aufweisend folgende Verfahrensschritte:
- – Erzeugen
einer flächenhaften
Lichtverteilung mit einer Lichtquelle,
- – Erzeugen
eines einem Bild der flächenhaften Lichtverteilung
zugeordneten Bilddatensatzes mit einem pixelierten flächenhaften
Fotodetektor, der eine der Pixelierung des Fotodetektors entsprechende
Mehrzahl von Teilelektroden aufweisende strukturierte flächenhafte
erste Elektrode, eine unstrukturierte oder entsprechend der flächenhaften ersten
Elektrode strukturierte flächenhafte
zweite Elektrode und wenigstens eine zwischen den beiden flächenhaften
Elektroden angeordnete unstrukturierte oder entsprechend der flächenhaften ersten
Elektrode strukturierte fotoaktive Halbleiterschicht aufweist, und
- – Analysieren
des Bilddatensatzes oder des Bildes.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren
wird der pixelierte flächenhafte
Fotodetektor verwendet. Der flächenhafte
Fotodetektor ist pixiliert, sodass mit diesem ein Bilddatensatz
aufgenommen werden kann, dessen zugeordnetes Bild eine Pixelierung
entsprechend der Pixelierung des Fotodetektors aufweist. Zu diesem
Zweck ist wenigstens eine der beiden flächenhaften Elektroden derart
strukturiert, dass sie die Mehrzahl der Teilelektroden aufweist.
Die entsprechende Elektrode ist derart strukturiert, dass jedem
der einzelnen Teilelektroden ein Pixel (Bildpunkt) des entsprechenden,
mit dem Fotodetektor aufgenommenen Bildes zugeordnet ist.
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Eine
der beiden flächenhaften
Elektroden ist die Anode und die andere flächenhafte Elektrode ist die
Kathode des Fotodetektors. Die Anode weist beispielsweise Indium-Zinn-Oxid
(ITO), Gold, Palladium, Silber oder Platin auf und wird beispielsweise
auf die wenigstens eine fotoaktive Halbleiterschicht oder auf einem
Substrat z.B. mittels eines Sputter- oder Aufdampfverfahrens aufgebracht.
Die Kathode weist z.B. Ca, Al, Ag, ITO, LiF, Mg oder verschiedene
Kombinationen aus diesen Materialien auf und wird insbesondere durch
thermisches Verdampfen oder Elektronenstrahldampfen aufgebracht.
Die Anode bzw. die Kathode müssen
nicht aus Metall sein; sie können
z.B. auch aus einem organischen Material gefertigt sein.
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Zusätzlich zur
flächenhaften
ersten Elektrode kann auch die flächenhafte zweite Elektrode
entsprechend der flächenhaften
ersten Elektrode strukturiert sein. Dadurch kann die optische Auflösung des Fotodetektors
erhöht
werden.
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Der
Fotodetektor weist ferner die wenigstens eine fotoaktive Halbleiterschicht
auf, die zwischen den beiden flächenhaften
Elektroden angeordnet ist. Die wenigstens eine fotoaktive Halbleiterschicht
kann unstrukturiert oder entsprechend der flächenhaften ersten Elektrode
strukturiert sein. Die strukturierte oder unstrukturierte fotoaktive
Halbleiterschicht wird insbesondere großflächig, z.B. mittels Spin-Coating, Spray
Coating, Rakeln, Dip-Coating, Siebdruck, Flexodruck oder Slit-Coating,
abgeschieden.
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Zusätzlich zur
wenigstens einen fotoaktiven Halbleiterschicht kann der flächenhafte
Fotodetektor noch wenigstens eine unstrukturierte oder entsprechend
der flächenhaften
ersten Elektrode strukturierte Lochtransportschicht aufweisen.
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Mit
diesem flächenhaften
Fotodetektor wird erfindungsgemäß die von
der Lichtquelle erzeugte flächenhafte
Lichtverteilung aufgenommen, wodurch der Bilddatensatz, der dem
Bild der flächenhaften Lichtverteilung
zugeordnet ist, entsteht. Durch die Analyse dieses Bildes oder des
Bilddatensatzes kann die Lichtquelle insbesondere daraufhin überprüft werden,
ob die Lichtquelle den Fotodetektor gleichmäßig ausgeleuchtet hat, d.h.
ob die Lichtquelle eine homogenen Leuchtdichteverteilung auf der vom
Fotodetektor definierten Fläche
erzeugt. Da der verwendete Fotodetektor ein flächenhafte Ausdehnung hat, die
bevorzugt wenigstens der Größe der flächenhaften
Lichtverteilung entspricht, kann die gesamte Lichtverteilung auf
einmal aufgenommen werden.
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Nach
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist die Lichtquelle für
eine Belichtung eines herzustellenden elektronischen Bauelements
im Rahmen eines Belichtungsprozesses bei der Herstellung des Bauelements
vorgesehen. Während
der Herstellung insbesondere eines Halbleiterbauelementes wird dieses
in allgemein bekannter Weise mit einer dafür vorgesehenen Lichtquelle
belichtet. Die Lichtquelle soll die zu belichtende Fläche möglichst
homogen belichten. Mittels des flächenhaften Fotodetektors kann
diese homogene Belichtung relativ einfach insbesondere mittels genau
einer Messung überprüft werden.
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Gemäß einer
Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist der pixelierte flächenhafte
Fotodetektor für
das Licht der Lichtquelle für
den Belichtungsprozess im Wesentlichen transparent. Dadurch ist
es möglich,
wie es nach einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgesehen ist, den Bilddatensatz mit dem pixelierten flächenhaften Fotodetektor
während
der Belichtung des Halbleiterbauelements zu erzeugen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrnes
ist diejenige Fläche des
pixelierten flächenhaften
Fotodetektors, auf die das Licht der Lichtquelle auftrifft, gekrümmt. Durch eine
gekrümmte
Fläche
kann mit dem Fotodetektor ein dreidimensionaler Bilddatensatz erzeugt
werden. Diejenige Fläche
des pixelierten flächenhaften
Fotodetektors, auf die das Licht der Lichtquelle auftrifft, kann
beispielsweise glockenförmig
oder kugelförmig ausgebildet
sein.
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Bei
bestimmten Anwendungen soll die Lichtquelle insbesondere eine vorgegebene
gekrümmte Oberfläche ausleuchten.
Nach einer weiteren Ausführungsform
ist daher diejenige Fläche
des pixelierten flächenhaften
Fotodetektors, auf die das Licht der Lichtquelle auftrifft, an die
Fläche
angepasst, die von der Lichtquelle homogen ausgeleuchtet werden
soll.
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Ein
gekrümmter
Fotodetektor kann beispielsweise hergestellt werden, indem die flächenhafte
erste oder zweite Elektrode auf einem flexiblen Substrat aufgebracht
ist. Als flexibles Substrat bietet sich beispielsweise eine Metall-
oder Kunststofffolie an. Insbesondere die Kunststofffolie kann auch
zumindest semitransparent ausgeführt
werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist die wenigstens eine fotoaktive Halbleiterschicht eine organische
fotoaktive Halbleiterschicht. Eine organische fotoaktive Halbleiterschicht
kann im Vergleich zu einer anorganischen fotoaktiven Halbleiterschicht auch
für relativ
großflächige Fotodetektoren
relativ preisgünstig
hergestellt werden. Mit der organischen fotoak tiven Halbleiterschicht
kann auch besser ein gekrümmter
Fotodetektor hergestellt werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zum Überprüfen einer
Lichtquelle, aufweisend:
- – einen für Licht einer zu untersuchenden
Lichtquelle transparenten pixelierten flächenhaften Fotodetektor, der
eine der Pixelierung des Fotodetektors entsprechende Mehrzahl von
Teilelektroden aufweisende strukturierte flächenhafte erste Elektrode,
eine unstrukturierte oder entsprechend der flächenhaften ersten Elektrode
strukturierte flächenhafte
zweite Elektrode und wenigstens eine zwischen den beiden flächenhaften
Elektroden angeordnete unstrukturierte oder entsprechend der flächenhaften
ersten Elektrode strukturierte fotoaktive Halbleiterschicht aufweist,
und
- – eine
Auswertevorrichtung zum Auswerten eines mittels des Fotodetektors
erzeugten Bilddatensatzes oder dem Bilddatensatz zugeordneten Bildes, wobei
das Bild ein Bild einer mit der Lichtquelle erzeugten flächenhaften
Lichtverteilung ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann insbesondere dann verwendet werden, wenn nach einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
der Fotodetektor derart ausgebildet ist, dass er das Licht der Lichtquelle
aufnehmen kann, wenn diese für
eine Belichtung eines herzustellenden elektronischen Bauelements
im Rahmen eines Belichtungsprozesses bei der Herstellung des Bauelements
vorgesehen ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zum Überprüfen einer
Lichtquelle, aufweisend:
- – einen pixelierten flächenhaften
Fotodetektor, der eine der Pixelierung des Fotodetektors entsprechende
Mehrzahl von Teilelektroden aufweisende strukturierte flächenhafte
erste Elektrode, eine unstrukturierte oder entsprechend der flächenhaften ersten
Elektrode strukturierte flächenhafte
zweite Elektrode und wenigstens eine zwischen den beiden flächenhaften
Elektroden angeordnete unstrukturierte oder entsprechend der flächenhaften ersten
Elektrode strukturierte fotoaktive Halbleiterschicht aufweist, wobei
diejenige Fläche
des pixelierten flächenhaften
Fotodetektors, auf die Licht einer zu untersuchenden Lichtquelle
auftrifft, gekrümmt
ist, und
- – eine
Auswertevorrichtung zum Auswerten eines mittels des Fotodetektors
erzeugten Bilddatensatzes oder dem Bilddatensatz zugeordneten Bildes, wobei
das Bild ein Bild einer mit der Lichtquelle erzeugten flächenhaften
Lichtverteilung ist.
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Ein
gekrümmter
Fotodetektor, dessen fotoaktive Halbleiterschicht insbesondere eine
organische fotoaktive Halbleiterschicht ist, kann z.B. mittels eines
flexiblen Substrats realisiert werden, auf dem die flächenhafte
erste oder zweite Elektrode aufgebracht ist.
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Diejenige
Fläche
des pixelierten flächenhaften
Fotodetektors, auf die das Licht der Lichtquelle auftrifft, ist
nach Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung
glockenförmig
oder kugelförmig
ausgebildet oder ist an eine Fläche
angepasst, die von der Lichtquelle homogen ausgeleuchtet werden
soll.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den beigefügten
schematischen Zeichnungen exemplarisch dargestellt. Es zeigen:
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1 einen
pixelierten flächenhaften
Fotodetektor in teilweiser Darstellung,
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2 eine
Draufsicht des Fotodetektors der 21 in
teilweiser Darstellung,
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3 eine
Ansteuerungsvorrichtung zum Ansteuern des Fotodetektors der 1,
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4 ein
herzustellendes Halbleiterbauelement, das mit einer Lichtquelle
beleuchtet wird, und den Fotodetektor der 1,
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5 einen
weiterer Fotodetektor mit einer weiteren Lichtquelle und
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6 ein
Flussdiagramm.
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Die 1 zeigt
einen Teil eines Fotodetektor 1 in teilweise geschnittener
Darstellung. Der Fotodetektor 1 weist eine mehrere Teilanoden 2a umfassende
strukturierte Anode 2 und eine entsprechend der Anode 2 strukturierte
Kathode 3 auf. Die Anode 2, die auf einem Substrat 6 aufgetragen
ist, ist beispielsweise aus ITO, aus Metall oder einem organischen
Material und die Kathode 3 ist beispielsweise aus Ca/Ag, Al,
ITO oder einem organischen Material. Auf der Anode 2 ist
im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
eine entsprechend der Kathode 3 und der Anode 2 strukturierte
organische Lochtransportschicht 4 aufgetragen, auf der
sich wiederum eine entsprechend der Kathode 3 und der Anode 2 strukturierte organische
fotoaktive Halbleiterschicht 5 befindet. Die organische
Halbleiterschicht 5 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ein so genanntes "Bulk
Heterojunction",
z.B. realisiert als Blend aus einem lochtransportierenden Polythiophen
und einem elektronentransportierenden Fulleren-Derivat.
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Die
organische Lochtransportschicht 4 und die fotoaktive Halbleiterschicht 5 sind
derart strukturiert, dass sie jeweils den Teilanoden 2a zugeordnete und
voneinander getrennte aktive Bereiche 4a bzw. 5a aufweisen,
die z.B. durch Lasern während
der Herstellung des Fotodetektors 1 in die Lochtransportschicht 4 bzw.
fotoaktive Halbleiterschicht 5 eingebracht wurden. Die
aktiven Bereiche der Lochtransportschicht 4 sind mit den
Bezugszeichen 4a und die aktiven Bereiche der fotoaktiven
Halbleiterschicht 5 sind mit den Bezugszeichen 5a versehen.
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Die
Kathode 3 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
entsprechend der Anode 2 strukturiert und umfasst voneinander
getrennte Teilkathoden 3a.
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Um
den Fotodetektor 1 zu schützen, ist dieser in nicht dargestellter
Weise verkapselt. Die Verkapselung ist derart ausgeführt, dass
diese für
Licht transparent ist.
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Die
Anode 2, die Kathode 3, die Lochtransportschicht 4 und
die Halbleiterschicht 5 sind im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
matrixförmig strukturiert
und ergeben daher eine matrixförmig
angeordnete Mehrzahl von lichtempfindlichen Elementen. D.h. der
Fotodetektor 1 ist spalten- und zeilenförmig ausgeführt und weist Zeilen 7.1 bis 7.4 und
Spalten 8.1 bis 8.8 auf. Eine Draufsicht des Fotodetektors 1 ist
in der 2 gezeigt, die die Strukturierung der Kathode 3 mit
ihren Teilkathoden 3a zeigt.
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Trifft
Licht auf die Kathode 3 auf, so bildet sich in bekannter
Weise eine Ladungsverteilung innerhalb des Fotodetektors 1 bzw.
innerhalb der einzelnen lichtempfindlichen Elemente. Die Ladungsverteilungen
der einzelnen lichtempfindlichen Elemente können im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
mit im Substrat 6 matrixförmig angeordneten, mit der
Anode 2 verbundenen und in der 3 dargestellten
Transistoren 9 ausgelesen werden. Der Auslesevorgang wird
von einer mit dem Fotodetektor 1 verbundenen und in der 4 gezeigten Auswertevorrichtung 10 gesteuert,
die auch aus den ausgelesenen Signalen einen Bilddatensatz erzeugt, dessen
zugeordnetes Bild 23 mit einem mit der Auswertevorrichtung 10 verbundenen
Monitor 11 betrachtet werden kann. Das dem Bilddatensatz
zugeordnete Bild 23 weist matrixförmig angeordnete Pixel, die
der Struktur der Anode 2 entsprechen, auf.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
sind die Drain-Anschlüsse
der einzelnen Transistoren 9 jeweils über ein Via 12 des
Substrats 6 mit jeweils einer der Teilanoden 2a verbunden.
Die Source-Anschlüsse
der Transistoren 9 einer Spalte 8.1-8.6 sind
jeweils mit einer Signalsteuerungsleitung 13.1-13.6 und
die Gate-Anschlüsse
der Transistoren 9 einer Zeile 7.1-7.4 sind
mit einer Adressierungsleitung 14.1-14.4 verbunden.
Die einzelnen Teilkathoden 3a liegen im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
auf einem Potenzial von 5V.
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Die
Signalsteuerungsleitungen 13.1-13.6 und die Adressierungsleitung 14.1-14.4 sind
in allgemein bekannter Weise mit der Auswertevorrichtung 10 verbunden,
sodass im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Fotodetektor 1 in
der so genannten Aktiv-Matrix-Steuerung betrieben wird.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ist es vorgesehen, die Lichtdichteverteilung einer in der 4 gezeigten
Lichtquelle 15 mittels des Fotodetektors 1 zu überprüfen. Die
Lichtquelle 15 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
für einen
Belichtungsprozess für
die Herstellung eines Halbleiterbauelements 16 vorgesehen.
Für den
Belichtungsprozess soll die Lichtquelle 15 eine Fläche 17 des
herzustellenden Halbleiterbauelements 16 mit einer im Wesentlichen
homogenen Lichtverteilung beleuchten.
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Für die Überprüfung der
Lichtquelle 15 wird der Fotodetektor 1 in einem
ersten Ausführungsbeispiel
derart zur Lichtquelle 15 ausgerichtet, dass der Fotodetektor 1 in
etwa in der Ebene der zu belichtenden Fläche 17 des herzustellenden
Halbleiterbauelements 16 liegt. Anschließend wird
die Lichtquelle 15 eingeschaltet und ein Bild 23 der
Lichtverteilung der Lichtquelle 15 bzw. ein diesem Bild 23 zugeordneter Bilddatensatz
mittels des Fotodetektors 1 erzeugt, indem die Auswertevorrichtung 10 den
Fotodetektor 1 in allgemein bekannter Weise ausliest. Das
Bild 23 kann anschließend
mittels des Monitors 11 analysiert werden. Alternativ oder
zusätzlich
läuft auf
der Auswertevorrichtung 10 ein Rechenprogramm, das automatisch
den Bilddatensatz daraufhin analysiert, ob die aufgenommene Lichtverteilung
homogen ist.
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In
einem zweiten Ausführungsbeispiel
sind die Materialien für
den Fotodetektor 1 bzw. die Schichtdicken der Anode 2,
der Lochtransportschicht 4, der fotoaktiven Halbleiterschicht 5 und
der Kathode 6 derart gewählt, dass der Fotodetektor 1 für das von
der Lichtquelle 15 abgegebene Licht 18 im Wesentlichen
transparent ist. Dadurch ist es möglich, die Lichtverteilung
der Lichtquelle 15 während
der Belichtung des herzustellenden Halbleiterbauelementes 16 zu überprüfen.
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Die 5 zeigt
einen weiteren Fotodetektor 19 und eine weitere Licht 20 abgebende
Lichtquelle 21. Wenn folgend nicht anders beschrieben,
dann sind Bestandteile des in der 5 gezeigten
Fotodetektors 19, welche mit Bestandteilen des in der 1 gezeigten
Fotodetektors 1 weitgehend bau- und funktionsgleich sind,
mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Der
Fotodetektor 19 unterscheidet sich im Wesentlichen vom
Fotodetektor 1 dadurch, dass diejenige Fläche 22,
auf die das von der Lichtquelle 21 abgegebene Licht 20 auftrifft,
gekrümmt
ist. Um den Fotodetektor 19 gekrümmt auszuführen, ist im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
das Substrat 6 eine flexible Kunststofffolie.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ist die Lichtquelle 21 derart ausgeführt, dass sich auf einer gekrümmten Fläche eine
homogene Lichtverteilung ergibt. Diejenige Fläche 22 des Fotodetektors 19,
auf die das Licht 20 der Lichtquelle 21 auftrifft,
ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels an die Fläche angepasst,
die von der Lichtquelle 21 homogen ausgeleuchtet werden
soll.
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Die 6 veranschaulicht
mit einem Flussdiagramm die Schritte zur Überprüfung der Lichtquelle 15 bzw.
der Lichtquelle 21.
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Zunächst erzeugt
die Lichtquelle 15 bzw. die Lichtquelle 21 eine
flächenhafte
Lichtverteilung, Schritt S1. Danach erzeugt der Fotodetektor 1 bzw. der
Fotodetektor 19 einen einem Bild 23 der flächenhaften
Lichtverteilung zugeordneten Bilddatensatz, Schritt S2. danach wird
das Bild 23 mittels des Monitors 11 oder der Bilddatensatz
mit der Auswertevorrichtung 10 automatisch ausgewertet,
Schritt S3.
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Sowohl
die Anode 2 als auch die Kathode 3 der beschriebenen
Fotodetektoren 1, 19 sind strukturiert. Dies ist
nicht notwendig. Es kann auch nur eine dieser beiden Elektroden
(Anode 2, Kathode 3) strukturiert sein, wobei
die andere dann unstrukturiert ausgeführt ist.
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Auch
die Lochtransportschicht 4, die optional ist, und/oder
die fotoaktive Halbleiterschicht 5 können unstrukturiert sein.
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Darüber hinaus
können
auch andere Bestandteile des Fotodetektors 1, 19,
wie z.B. die Anode 2 oder die Kathode 3, aus einem
organischen Material sein.
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Die
beschriebenen Fotodetektoren 1, 19 werden in den
Ausführungsbeispielen
mittels einer Aktiv-Matrix-Ansteuerung ausgelesen. Dies ist nicht unbedingt
nötig.
Insbesondere eine Passiv-Matrix Ansteuerung kann ebenfalls verwendet
werden.
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Obwohl
bevorzugt, müssen
die beschriebenen Fotodetektoren 1, 19 nicht notwendigerweise
organische Fotodetektoren 1, 19 sein. Die fotoaktive Halbleiterschicht
bzw. die Lochtransportschicht können
auch aus einem anorganischen Material gefertigt sein.