-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
-
Zumindest
eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit
einer strahlungsemittierenden Schichtenfolge und einer Wellenlängenkonversionsschicht
anzugeben.
-
Diese
Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen
Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden
Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
-
Ein
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer
Ausführungsform umfasst insbesondere die Schritte
- A)
Bereitstellen einer strahlungsemittierenden Schichtenfolge mit einem
aktiven Bereich, der im Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung
abstrahlt,
- B) Bereitstellen einer die Primärstrahlung zumindest teilweise
in elektromagnetische Sekundärstrahlung umwandelnden ersten
Wellenlängenkonversionsschicht und
- C) Anordnen der ersten Wellenlängenkonversionsschicht
auf der strahlungsemittierenden Schichtenfolge im Strahlengang der
Primärstrahlung.
-
Ein
derartiges Verfahren kann es ermöglichen, dass die strahlungsemittierende
Schichtenfolge und die erste Wellenlängenkonversionsschicht getrennt
voneinander herstellbar sind und erst nach der vollständigen
Herstellung miteinander angeordnet werden. Ein Vorteil einer solchen
getrennten Herstellung der strahlungsemittierenden Schichtenfolge und
der ersten Wellenlängenkonversionsschicht kann dabei darin
liegen, dass beispielsweise für die Bereitstellung der
ersten Wellenlängenkonversionsschicht Prozessschritte durchgeführt
werden können, die die strahlungsemittierende Schichtenfolge
in ihrer Beschaffenheit und/oder Funktionsweise beeinträchtigen
würden. Insbesondere Methoden der thermischen Behandlung,
Bestrahlung mit UV-Licht oder anderer elektromagnetischen Strahlung
oder mit Teilchen wie etwa Elektronen sind dabei denkbar, die einerseits
für die Bereitstellung der ersten Wellenlängenkonversionsschicht
vorteilhaft und andererseits für die strahlungsemittierende
Schichtenfolge schädigend sein können. Ebenso
kann etwa durch das obige Verfahren das Vorhandensein beispielsweise
von Lösungsmitteln, Wasser oder reaktiven Gasen als von
außen zugeführte Mittel oder als Reaktionsprodukte
während der Bereitstellung der ersten Wellenlängenkonversionsschicht
möglich sein.
-
Dass
eine Schicht oder ein Element „auf" oder „über"
einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder
aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass
die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar im direkten mechanischen
und/oder elektrischen Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen
Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die
eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über
der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei
können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der
einen und der anderen Schicht angeordnet sein.
-
Die
Anordnung der ersten Wellenlängenkonversionsschicht auf
der strahlungsemittierenden Schichtenfolge im Strahlengang der Primärstrahlung gemäß dem
oben genannten Verfahrensschritt C kann dabei das Befestigen der
ersten Wellenlängenkonversionsschicht auf der strahlungsemittierenden Schichtenfolge
mittels Kleben, Laminieren, einer mechanischen Befestigungsart wie
etwa Klemmen oder einer Kombination daraus umfassen. Insbesondere kann
dadurch eine dauerhafte und widerstandsfähige Verbindung
der strahlungsemittierenden Schichtenfolge und der ersten Wellenlängenkonversionsschicht
ermöglicht werden. Als Klebstoff kann beispielsweise ein
Material auf Silikon- oder Epoxidbasis Anwendung finden, das bei
Zimmertemperatur oder bei einer für die strahlungsemittierende
Schichtenfolge verträglichen Temperatur ausgehärtet
werden kann. Vorteilhafterweise ist dabei der Brechungsindex des
Klebstoffs an den der Wellenlängenkonversionsschicht und/oder
den der strahlungsemittierenden Schichtenfolge angepasst.
-
Weiterhin
kann der Verfahrensschritt B folgende Teilschritte umfassen:
- B1)
Aufbringen eines Wellenlängenkonversionsstoffs auf einem
Trägersubstrat,
- B2) Aufbringen eines Binders auf dem Trägersubstrat und
- B3) Härten des Binders zur Fixierung des Wellenlängenkonversionsstoffs.
-
Das
Trägersubstrat kann beispielsweise ein transparentes Material
aufweisen oder aus einem solchen sein. Geeignete Trägersubstratmaterialien können
beispielsweise Glas, Kunststoff oder Metall in Platten- oder Folienform
sein, oder Kombinationen oder Mischung daraus.
-
Der
Wellenlängenkonversionsstoff und der Binder, die weiter
unten näher beschrieben werden, können somit zusammen
mit dem Trägersubstrat die erste Wellenlängenkonversionsschicht
bilden.
-
Das
Aufbringen eines Wellenlängenkonversionsstoffs kann beispielsweise
mittels Aufsprühen, Aufdrucken oder Bestäuben
erfolgen.
-
Weiterhin
kann der Verfahrensschritt B auch folgende Teilschritte umfassen:
- B1') Bereitstellen eines Gemisches aus einem Wellenlängenkonversionsstoff
und einem Matrixmaterial,
- B2') Aufbringen des Gemisches auf einem Trägersubstrat,
- B3') Härten des Gemisches.
-
Dabei
können der Wellenlängenkonversionsstoff und das
Matrixmaterial zusammen mit dem Trägersubstrat die Wellenlängenkonversionsschicht bilden.
Weiterhin kann nach dem Schritt B3' in einem weiteren Verfahrensschritt
auch das gehärtete Gemisch, das den Wellenlängenkonversionsstoff
und das gehärtete Matrixmaterial umfasst, vom Trägersubstrat
mittels mechanischer, optischer und/oder chemischer Methoden abgelöst
werden. Das gehärtete Gemisch kann dann ohne das Trägersubstrat
die Wellenlängenkonversionsschicht bilden.
-
Weiterhin
kann der Verfahrensschritt auch folgende Teilschritte umfassen:
- B1'') Bereitstellen eines Gemisches aus einem Wellenlängenkonversionsstoff
und einem Matrixmaterial,
- B2'') Ausformen einer Folie oder Platte aus dem Gemisch,
- B3'') Härten des Gemisches zur ersten Wellenlängenkonversionsschicht.
-
Das
Ausformen des Gemisches zu einer Folie oder Platte kann durch Spritzgießen,
Spritzpressen, Formpressen, Extrudieren, Walzen oder Folienziehen
erfolgen.
-
Der
Wellenlängenkonversionsstoff kann geeignet sein, die elektromagnetische
Primärstrahlung zumindest teilweise zu absorbieren und
als Sekundärstrahlung mit einem zumindest teilweise von
der Primärstrahlung verschiedenen Wellenlängenbereich
als Sekundärstrahlung zu emittieren. Die elektromagnetische
Primärstrahlung und elektromagnetische Sekundärstrahlung
können eine oder mehrere Wellenlängen und/oder
Wellenlängenbereiche in einem infraroten bis ultravioletten
Wellenlängenbereich umfassen, insbesondere in einem sichtbaren Wellenlängenbereich.
Dabei können das Spektrum der Primärstrahlung
und/oder das Spektrum der Sekundärstrahlung schmalbandig
sein, das heißt, dass die Primärstrahlung und/oder
die Sekundärstrahlung einen einfarbigen oder annähernd
einfarbigen Wellenlängenbereich aufweisen können.
Das Spektrum der Primärstrahlung und/oder das Spektrum
der Sekundärstrahlung kann alternativ auch breitbandig sein,
das heißt, dass die Primärstrahlung und/oder die
Sekundärstrahlung einen mischfarbigen Wellenlängenbereich
aufweisen kann, wobei der mischfarbige Wellenlängenbereich
ein kontinuierliches Spektrum und/oder mehrere diskrete spektrale
Komponenten mit verschiedenen Wellenlängen aufweisen kann.
Beispielsweise kann die elektromagnetische Primärstrahlung
einen Wellenlängenbereich aus einem ultravioletten bis
grünen Wellenlängenbereich aufweisen, während
die elektromagnetische Sekundärstrahlung einen Wellenlängenbereich
aus einem blauen bis infraroten Wellenlängenbereich aufweisen kann.
Besonders bevorzugt können die Primärstrahlung
und die Sekundärstrahlung überlagert einen weißfarbigen
Leuchteindruck erwecken. Dazu kann die Primärstrahlung
vorzugsweise einen blaufarbigen Leuchteindruck erwecken und die
Sekundärstrahlung einen gelbfarbigen Leuchteindruck, der
durch spektrale Komponenten der Sekundärstrahlung im gelben
Wellenlängenbereich und/oder spektrale Komponenten im grünen
und roten Wellenlängenbereich entstehen kann.
-
Insbesondere
kann das optoelektronische Bauelement eine Überlagerung
aus der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung
abstrahlen. Für einen externen Beobachter kann daher der
oben erwähnte mischfarbige Leuchteindruck durch die Überlagerung
der elektromagnetischen Primarstrahlung und elektromagnetischen
Sekundärstrahlung wahrgenommen werden. Der mischfarbige
Leuchteindruck kann dabei von den relativen Anteilen der Primärstrahlung
und Sekundärstrahlung zueinander abhängen.
-
Der
Wellenlängenkonversionsstoff kann dabei einen oder mehrere
der folgenden Materialien aufweisen: Granate der Seltenen Erden
und der Erdalkalimetalle, beispielsweise YAG:Ce
3 +, Nitride, Nitridosilikate, Sione, Sialone,
Aluminate, Oxide, Halophosphate, Orthosilikate, Sulfide, Vanadate
und Chlorosilikate. Weiterhin kann der Wellenlängenkonversionsstoff
zusätzlich oder alternativ ein organisches Material umfassen,
das aus einer Gruppe ausgewählt sein kann, die Perylene,
Benzopyrene, Coumarine, Rhodamine und Azo-Farbstoffe umfasst. Weitere
Beispiele und Ausführungsformen sind in der Patentanmeldung
DE 102007049005.6 beschrieben, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen
wird. Die Wellenlängenkonversionsschicht kann geeignete
Mischungen und/oder Kombinationen der genannten Wellenlängenkonversionsstoffe
aufweisen. Dadurch kann es beispielsweise möglich sein,
dass, wie oben beschrieben, die Wellenlängenkonversionsschicht
in einem blauen ersten Wellenlängenbereich absorbiert und
in einem zweiten Wellenlängenbereich emittiert, der grüne
und rote Wellenlängen und/oder gelbe Wellenlängenbereiche aufweist.
-
Der
Wellenlängenkonversionsstoff kann zumindest teilweise in
Form von Partikeln vorliegen, die eine Größe von
2 bis 10 μm aufweisen können. Weiterhin können
die Partikel neben der oben beschriebenen Konversionseigenschaft
geeignet sein, zumindest teilweise die Primärstrahlung
und/oder die Sekundärstrahlung zu streuen. Damit kann ein
Wellenlängenkonversionsstoff gleichzeitig als ein Leuchtzentrum,
das Strahlung der Primärstrahlung teilweise absorbiert
und eine Sekundärstrahlung emittiert, und als Streuzentrum
für die Primärstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung
ausgebildet sein. Derartige Streueigenschaften eines Wellenlängenkonversionsstoffs
können somit zu einer verbesserten Strahlungsauskopplung
führen. Die Streuwirkung kann beispielsweise auch zu einer
Steigerung der Absorptionswahrscheinlichkeit von Primärstrahlung
in der Wellenlängenkonversionsschicht führen, wodurch
eine geringere Schichtdicke der Wellenlängenkonversionsschicht
zur Erreichung einer notwendigen Konversionseffizienz ausreichend
sein kann. Alternativ oder zusätzlich können dem
Wellenlängenkonversionsstoff noch Streupartikel zugemischt
sein. Insbesondere können die Streupartikel beispielsweise ein
Metalloxid, so etwa Titanoxid oder Aluminiumoxid wie etwa Korund,
und/oder Glaspartikel umfassen. Die Streupartikel können
dabei Durchmesser oder Korngrößen von weniger
als einem Mikrometer bis zu einer Größenordnung
von 10 μm oder auch bis zu 100 μm aufweisen.
-
Das
Matrixmaterial oder der Binder können für die
Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung zumindest
teilweise transparent sein und geeignet sein, den Wellenlängenkonversionsstoff
zu umgeben und/oder an den Wellenlängenkonversionsstoff
chemisch oder adhäsiv gebunden zu werden. Das Matrixmaterial
oder der Binder können beispielsweise härtbare
organische Materialien wie etwa Siloxane, Epoxide, Acrylate, Methylmethacrylate,
Imide, Carbonate, Olefine, Styrole, Urethane oder Derivate davon
in Form von Monomeren, Oligomeren oder Polymeren und weiterhin auch
Mischungen, Copolymere oder Verbindungen damit aufweisen. Beispielsweise können
das Matrixmaterial oder der Binder ein Epoxidharz, Polymethylmethacrylat
(PMMA), Polystyrol, Polycarbonat, Polyacrylat, Polyurethan oder
ein Silikonharz wie etwa Polysiloxan oder Mischungen daraus umfassen
oder sein. Alternativ oder zusätzlich können das
Matrixmaterial oder der Binder auch anorganische Materialien aufweisen.
Vorteilhafterweise kann dabei der Brechungsindex des Matrixmaterials oder
Binders an den der strahlungsemittierenden Schichtenfolge angepasst
sein.
-
Das
Härten des Matrixmaterials oder des Binders kann durch
Verdunstung oder Verdampfung von Lösungsmitteln oder Reaktionsprodukten und/oder
durch Vernetzungsreaktionen erfolgen. Das Härten kann dabei
durch mechanische Einwirkung, etwa Druckbeaufschlagung, durch thermische
Einwirkung, etwa Erwärmen, durch Lichteinwirkung, etwa
Bestrahlung mit Licht im ultraviolettem bis infrarotem Wellenlängenbereich,
durch Teilcheneinwirkung, etwa Bestrahlen mit Elektroden, und/oder durch
Zusatz von weiteren Materialien, die im Matrixmaterial Vernetzungsreaktion
bewirken können, erfolgen.
-
Der
oder die Wellenlängenkonversionsstoffe können
dabei homogen im Matrixmaterial beziehungsweise nach dem Aufbringen
des Binders in diesem verteilt sein. Weiterhin kann die Wellenlängenkonversionsschicht
mehrere Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen, die in
verschiedenen Schichten in der Wellenlängenkonversionsschicht
angeordnet sind.
-
Weiterhin
können der oder die Wellenlängenkonversionsstoffe
im Matrixmaterial, das in einer flüssigen Phase vorliegen
kann, enthalten sein. Das flüssige Matrixmaterial mit dem
oder den Wellenlängenkonversionsstoffen kann dann auf dem
Trägersubstrat aufgebracht werden oder ausgeformt werden
und durch Trocknungs- und/oder Vernetzungsprozesse schichtförmig
als Wellenlängenkonversionsschicht ausgebildet werden.
Alternativ können das Matrixmaterial mit dem Wellenlängenkonversionsstoff
im oben beschriebenen Verfahrensschritt B2' oder der Binder im oben
beschriebenen Verfahrensschritt B2 auch aufgedampft werden. Weiterhin kann
des Matrixmaterial mit dem Wellenlängenkonversionsstoff
danach durch Vernetzungsreaktionen ausgehärtet werden.
-
Der
Wellenlängenkonversionsstoff und/oder der Binder und/oder
das Matrixmaterial mit dem Wellenlängenkonversionsstoff
können großflächig oder lateral strukturiert
aufgebracht werden, beispielsweise mittels Siebdruck. „Lateral
strukturiert" kann dabei bedeuten, dass Bereiche auf dem Trägersubstrat
frei vom Wellenlängenkonversionsstoff und/oder vom Binder
und/oder vom Matrixmaterial mit dem Wellenlängenkonversionsstoff
bleiben während andere Bereiche bedeckt davon sind. Dadurch
kann es möglich sein, dass eine strukturierte Abstrahlcharakteristik des
optoelektronischen Bauelements erreichbar ist, durch die eine Information
beispielsweise mittels zumindest eines Zeichens, Buchstabens und/oder
Piktogramms an einen Beobachter vermittelt werden kann.
-
Auf
zumindest einer Oberfläche der Wellenlängenkonversionsschicht
kann eine Oberflächenstruktur in einem weiteren Verfahrensschritt
hergestellt werden. Die Oberfläche der Wellenlängenkonversionsschicht
kann dabei bevorzugt eine Oberfläche sein, die nach dem
Anordnen der Wellenlängenkonversionsschicht auf der strahlungsemittierenden Schichtenfolge
eine von der strahlungsemittierenden Schichtenfolge abgewandte Oberfläche
der Wellenlängenkonversionsschicht ist. Die Oberflächenstruktur
kann Aufrauungen, Gräben, Prismen, Linsen oder Kegelstümpfe
oder Kombinationen daraus aufweisen, die beispielsweise die Strahlungsauskopplung der
Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung aus der
Verkapselungsanordnung erhöhen und verbessern können.
Die Oberflächenstruktur kann dabei je nach Ausgestaltung
der Wellenlängenkonversionsschicht im Matrixmaterial, im
Binder oder im Trägersubstrat erzeugt werden. Dabei kann
die Oberflächestruktur vor dem Verfahrensschritt C, nämlich dem
Anordnen der Wellenlängenkonversionsschicht auf der strahlungsemittierenden
Schichtenfolge, durch Prägen, Ätzen, Aufrauen
oder Laserabtragung oder eine Kombination daraus aufgebracht werden.
-
Alternativ
oder zusätzlich kann auf der Wellenlängenkonversionsschicht
eine weitere Schicht aufgebracht werden, in der die Oberflächenstruktur ausgebildet
wird. Die weitere Schicht kann beispielsweise ein wie weiter oben
im Zusammenhang mit dem Matrixmaterial ausgeführtes Material,
etwa ein Polymermaterial, aufweisen. Die Wellenlängenkonversionsschicht
mit Oberflächenstruktur kann derart auf der strahlungsemittierenden
Schichtenfolge angeordnet werden, dass die Oberfläche der
Wellenlängenkonversionsschicht mit der Oberflächenstruktur eine
von der strahlungsemittierenden Schichtenfolge im Strahlengang der
Primärstrahlung und Sekundärstrahlung abgewandte
Oberfläche ist.
-
Weiterhin
kann die Wellenlängenkonversionsschicht in beliebiger Größe
herstellbar sein und die Größe durch Schneiden,
Stanzen, Brechen oder Sägen veränderbar sein.
Insbesondere kann dadurch die Größe der Wellenlängenkonversionsschicht
an die Größe, insbesondere die flächige
Ausdehnung der strahlungsemittierenden Schichtenfolge angepasst
werden. Dadurch können beispielsweise Produktionskosten,
insbesondere bei kleinen oder im Produktionsprozess wechselnden
Bauelementgrößen, verringert werden.
-
Ferner
kann zumindest eine zweite Wellenlängenkonversionsschicht
bereitgestellt werden. Zur Bereitstellung kann die zumindest eine
zweite Wellenlängenkonversionsschicht mit einem Verfahren herstellbar
sein, dass eines oder mehrere Merkmale der oben bezüglich
der ersten Wellenlängenkonversionsschicht genannten Verfahrensschritte
aufweist.
-
Weiterhin
kann eine Mehrzahl von gleichen oder verschiedenen Wellenlängenkonversionsschichten
bereitgestellt werden, die im Strahlengang der Primärstrahlung
nebeneinander oder übereinander als Schichtenstapel angeordnet
werden können. Dazu können Wellenlängenkonversionsschichten
vor oder nach der Anordnung auf der strahlungsemittierenden Schichtenfolge
nebeneinander oder als Schichtenstapel übereinander angeordnet
und miteinander verklebt oder laminiert werden. Alternativ oder
zusätzlich können die erste und die zumindest eine
zweite Wellenlängenkonversionsschicht auf verschiedenen
Oberflächen der strahlungsemittierenden Schichtenfolge
angeordnet werden. Sind die Wellenlängenkonversionsschichten
beispielsweise lateral strukturiert aufgebracht, lassen sich durch
einen Schichtenstapel mit mehreren unterschiedlichen Wellenlängenkonversionsschichten
bildhafte Informationen wie etwa Zeichen, Buchstaben und/oder Piktogramme
darstellen.
-
Bei
einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements
ist die strahlungsemittierende Schichtenfolge eine organische strahlungsemittierende
Schichtenfolge, insbesondere eine organische, strahlungsemittierende
Diode (OLED). Eine organische strahlungsemittierende Schichtenfolge
beziehungsweise eine OLED kann beispielsweise eine erste Elektrode
auf einem Substrat aufweisen. Über der ersten Elektrode
kann ein funktionaler Bereich mit einer oder mehreren funktionalen
Schichten aus organischen Materialien aufgebracht sein, die den aktiven
Bereich zur Emission der Primärstrahlung umfassen können.
Die funktionalen Schichten können dabei beispielsweise
Elektronentransportschichten, elektrolumineszierende Schichten und/oder Lochtransportschichten
aufweisen. Über den funktionalen Schichten kann eine zweite
Elektrode aufgebracht sein.
-
Beispielsweise
kann das Substrat Glas, Quarz, Kunststofffolien, Metall, Metallfolien,
Siliziumwafer oder ein anderes geeignetes Substratmaterial umfassen.
Ist die OLED als so genannter „Bottom-Emitter" ausgeführt,
das heißt, dass die in den funktionellen Schichten erzeugte
Strahlung durch das Substrat abgestrahlt wird, so kann das Substrat vorteilhafterweise
eine Transparenz für zumindest einen Teil der ersten Strahlung
aufweisen.
-
In
der Bottom-Emitter-Konfiguration kann vorteilhafterweise auch die
erste Elektrode eine Transparenz für zumindest einen Teil
der Primärstrahlung aufweisen. Eine transparente erste
Elektrode, die als Anode ausgeführt sein kann und somit
als Löcher-injizierendes Material dient, kann beispielsweise
ein transparentes leitendes Oxid aufweisen oder aus einem transparenten
leitenden Oxid bestehen. Transparente leitende Oxide (transparent
conductive Oxides, kurz „TCO") sind transparente, leitende
Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid,
Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid
(ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie
beispielsweise ZnO, SnO2 oder In2O3 gehören
auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 oder In4Sn3O12 oder Mischungen
unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der
TCOs. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen
Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein.
-
Die
funktionalen Schichten können organische Polymere, organische
Oligomere, organische Monomere, organische kleine, nicht-polymere
Moleküle („small molecules") oder Kombinationen
daraus aufweisen. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn eine
funktionale Schicht als Lochtransportschicht ausgeführt
ist um eine effektive Löcherinjektion in eine elektrolumineszierende
Schicht oder einen elektrolumineszierenden Bereich zu ermöglichen.
Als Materialien für eine Lochtransportschicht können sich
beispielsweise tertiäre Amine, Carbazolderivate, leitendes
Polyanilin oder Polyethylendioxythiophen als vorteilhaft erweisen.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn eine funktionelle Schicht
als elektrolumineszierende Schicht ausgeführt ist. Als
Materialien hierzu eignen sich Materialien, die eine Strahlungsemission
aufgrund von Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen, beispielsweise
Polyfluoren, Polythiophen oder Polyphenylen oder Derivate, Verbindungen,
Mischungen oder Copolymere davon. Abhängig von den Materialien
in den funktionellen Schichten kann die erzeugte erste Strahlung
einzelne Wellenlängen oder Bereiche oder Kombinationen
daraus aus dem ultravioletten bis rotem Spektralbereich aufweisen.
-
Die
zweite Elektrode kann als Kathode ausgeführt sein und somit
als Elektronen-injizierendes Material dienen. Als Kathodenmaterial
können sich unter anderem insbesondere Aluminium, Barium,
Indium, Silber, Gold, Magnesium, Kalzium oder Lithium sowie Verbindungen,
Kombinationen und Legierungen davon als vorteilhaft erweisen. Zusätzlich
oder alternativ kann die zweite Elektrode auch transparent ausgeführt
sein und/oder die erste Elektrode kann als Kathode und die zweite
Elektrode als Anode ausgeführt sein. Das bedeutet insbesondere,
dass die OLED auch als „Top-Emitter" ausgeführt
sein kann.
-
Weiterhin
kann die OLED eine Verkapselung aufweisen, um für die Elektroden
und den funktionalen Bereich einen Schutz vor Feuchtigkeit und/oder oxidierenden
Substanzen wie etwa Sauerstoff zu erreichen. Dabei kann die Verkapselung
die gesamte OLED einschließlich des Substrats umgeben.
Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat einen Teil
der Verkapselung bilden. Die Verkapselung kann dabei eine oder mehrere
Schichten umfassen, wobei die Schichten der Verkapselung beispielsweise
Planarisierungsschichten, Barriereschichten, Wasser und/oder Sauerstoff
absorbierende Schichten, Verbindungsschichten oder Kombinationen
daraus sein können.
-
Weiterhin
kann die strahlungsemittierende Schichtenfolge eine Epitaxieschichtenfolge,
also eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge, aufweisen.
Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auf der Basis
eines anorganischen Materials, etwa InGaAlN, wie etwa als GaN-Dünnfilm-Halbleiterschichtenfolge,
ausgeführt sein. Unter InGaAlN-basierte Halbleiterschichtenfolgen
fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte
Halbleiterschichtenfolge, die in der Regel eine Schichtenfolge aus
unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, mindestens eine Einzelschicht enthält,
die ein Material aus dem III-V-verbindungshalbleitermaterialsystem
InxAlyGa1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1
und x + y ≤ 1 aufweist.
-
Alternativ
oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge auch
auf InGaAlP basieren, das heißt, dass die Halbleiterschichtenfolge
unterschiedliche Einzelschichten aufweist, wovon mindestens eine
Einzelschicht ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem
InxAlyGa1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1
und x + y ≤ 1 aufweist. Alternativ oder zusätzlich
kann die Halbleiterschichtenfolge auch andere III-V-Verbindungshalbleitermaterialsysteme, beispielsweise
ein AlGaAs-basiertes Material, oder II-VI-Verbindungshalbleitermaterialsysteme
aufweisen.
-
Die
als Epitaxieschichtenfolge ausgeführte strahlungsemittierende
Schichtenfolge kann dabei wie die organische strahlungsemittierende
Schichtenfolge zwischen der ersten und zweiten Elektrode auf einem
Substrat angeordnet sein und/oder eine Verkapselung aufweisen.
-
Die
erste Wellenlängenkonversionsschicht und/oder die zumindest
eine zweite Wellenlängenkonversionsschicht können
dabei auf der dem aktiven Bereich abgewandten Oberfläche
des Substrats oder der Verkapselung angeordnet sein.
-
Durch
ein Verfahren mit den oben beschriebenen Merkmalen können
beispielsweise verschiedene Wellenlängenkonversionsschichten
mit verschiedenen Abmessungen wie Dicke und Fläche sowie
mit verschiedenen Mischungen und Konzentrationen des Wellenlängenkonversionsstoffs
bereitgestellt werden, die je nach Anforderung ausgewählt und
mit anderen Wellenlängenkonversionsschichten kombiniert
werden können, um verschiedenfarbige optoelektronische
Bauelemente herzustellen.
-
Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1A bis 4C beschriebenen
Ausführungsformen.
-
Es
zeigen:
-
1A bis 1E schematische
Darstellungen eines Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel,
-
2A bis 2E schematische
Darstellungen eines Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
-
3A bis 3C schematische
Darstellungen eines Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel
und
-
4A bis 4D schematische
Darstellungen von optoelektronischen Bauelementen gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen.
-
In
den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche
oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen
versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse
untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht
anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel
Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit
und/oder zum besseren Verständnis übertrieben
dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
-
In
den folgenden Figuren ist eine strahlungsemittierende Schichtenfolge 1 gezeigt,
die ein Substrat 11 aufweist, auf dem eine erste Elektrode 12, funktionelle
Schichten mit einem aktiven Bereich 13, und darüber
eine zweite Elektrode 14 angeordnet sind. Durch Anlegen
eines elektrischen Stromes zwischen der ersten und zweiten Elektrode 12, 14 strahlt der
aktive Bereich eine elektromagnetische blaufarbige Primärstrahlung
ab. Über den Elektroden 12, 14 und dem
aktiven Bereich 13 ist auf dem Substrat 11 eine
Verkapselung 15 angeordnet, die die Elektroden 12, 14 und
den aktiven Bereich 13 zusammen mit dem Substrat 11 vor
schädigenden Einflüssen wie etwa Sauerstoff und/oder
Feuchtigkeit schützt.
-
Die
strahlungsemittierende Schichtenfolge 1 kann dabei sowohl
als organische strahlungsemittierende Schichtenfolge, insbesondere
als organische Leuchtdiode (OLED), oder als anorganische strahlungsemittierende
Schichtenfolge, insbesondere mit einer anorganischen Epitaxieschichtenfolge,
wie im allgemeinen Teil beschrieben, ausgeführt sein. Rein beispielhaft
ist in den folgenden Ausführungsbeispielen eine OLED als
strahlungsemittierende Schichtenfolge 1 gezeigt, die als
Bottom-Emitter ausgeführt ist.
-
Im
Ausführungsbeispiel gemäß der 1A bis 1E wird
ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 100 gezeigt.
In einem ersten Verfahrensschritt in 1A wird
eine wie oben beschriebene strahlungsemittierende Schichtenfolge 1 bereitgestellt.
-
In
den 1B bis 1D werden
Verfahrensschritte zur Bereitstellung einer ersten Wellenlängenkonversionsschicht 2 gezeigt.
Dabei wird, wie in 1B gezeigt, ein Trägersubstrat 20,
das im gezeigten Ausführungsbeispiel als Kunststofffolie
ausgeführt ist, bereitgestellt. Auf das Trägersubstrat 20 wird
ein Wellenlängenkonversionsstoff 21 aufgesprüht.
Der Wellenlängenkonversionsstoff 21 ist geeignet,
einen Teil der Primärstrahlung in elektromagnetische gelbfarbige
Sekundärstrahlung zu konvertieren. Durch die Mischung der
blauen Primärstrahlung und der gelben Sekundärstrahlung
kann das optoelektronische Bauelement 100 im Betrieb einen weißfarbigen
Leuchteindruck erwecken.
-
In
einem weiteren Verfahrensschritt gemäß 1C wird
ein Bindermaterial 22, im gezeigten Ausführungsbeispiel
ein Silikon- oder Epoxidharz, auf das Trägersubstrat 20 und
den Wellenlängenkonversionsstoff 21 aufgebracht
und in einem weiteren Verfahrensschritt gemäß 1D ausgehärtet,
wodurch die erste Wellenlängenkonversionsschicht 2 bereitgestellt
wird. Bei den Verfahrensschritten gemäß der 1B bis 1D können
dabei die im allgemeinen Teil beschrieben Prozesse angewandt und
Materialien verwendet werden, die die strahlungsemittierende Schichtenfolge 1 schädigen
würden. Der Binder 22 kann beispielsweise mittels
UV-Licht aushärtbar sein. Dadurch, dass die Wellenlängenkonversionsschicht 2 unabhängig
von der strahlungsemittierenden Schichtenfolge 1 hergestellt
und bereitgestellt wird, kann somit eine einfachere und kostengünstigere
Fertigung erfolgen, da die Verfahrensschritte nicht auf eine Verträglichkeit
mit der strahlungsemittierenden Schichtenfolge 1 angepasst
werden müssen.
-
Gegebenfalls
kann die erste Wellenlängenkonversionsschicht 2 durch
Zuschneiden in ihrer Fläche auf die strahlungsemittierende
Schichtenfolge angepasst werden (nicht gezeigt).
-
In
einem weiteren Verfahrensschritt gemäß 1E wird
die erste Wellenlängenkonversionsschicht 2 auf
der strahlungsemittierenden Schichtenfolge 1 auf der dem
aktiven Bereich abgewandten Oberfläche des Substrats angeordnet
und mittels einer Klebstoffschicht 3, die aus einem Epoxidharz
ist, verklebt.
-
Im
Ausführungsbeispiel gemäß der 2A bis 2E wird
ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements 200 gezeigt. In einem ersten Verfahrensschritt
in 2A wird eine wie oben beschriebene strahlungsemittierende
Schichtenfolge 1 bereitgestellt.
-
In
den 2B und 2C werden
Verfahrensschritte zur Bereitstellung einer ersten Wellenlängenkonversionsschicht 2 gezeigt.
Dabei wird, wie in 2B gezeigt, ein Trägersubstrat 20,
das im gezeigten Ausführungsbeispiel beispielsweise als
Glasplättchen oder Kunststofffolie ausgeführt
ist, bereitgestellt. Auf das Trägersubstrat 20 wird
ein zuvor bereitgestelltes Gemisch aus einem Matrixmaterial 22, das
ein transparentes Polymer wie allgemeinen Teil beschrieben aufweist,
und einem Wellenlängenkonversionsstoff 21 aufgebracht
und als Schicht ausgeformt. Mittels eines Aushärtschritts
wird, wie in 2C gezeigt, die erste Wellenlängenkonversionsschicht 2 hergestellt.
-
In
einem weiteren Verfahrensschritt (2D) wird
in eine Oberfläche 5 der Wellenlängenkonversionsschicht 2,
nämlich eine Oberfläche des Matrixmaterials 22,
eine Oberflächenstruktur 50 in Form von Mikroprismen
erzeugt.
-
In
einem weiteren Verfahrensschritt gemäß 2E wird
die Wellenlängenkonversionsschicht 2 auf der zuvor
bereitgestellten strahlungsemittierenden Schichtenfolge 1 mittels
Klemmvorrichtungen 4 angeordnet und befestigt.
-
Im
Ausführungsbeispiel gemäß der 3A bis 3C wird
ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements 300 gezeigt. In einem ersten Verfahrensschritt
in 3A wird eine wie oben beschriebene strahlungsemittierende
Schichtenfolge 1 bereitgestellt.
-
Gemäß einem
weiteren Verfahrensschritt in 3B wird
ein Gemisch aus einem flüssigen Matrixmaterial 22 und
einem Wellenlängenkonversionsstoff 21 bereitgestellt
und mittels eines Formprozesses 9 wie etwa Spritzgießen
zu einer flächigen Wellenlängenkonversionsschicht 2 ausgeformt
und ausgehärtet. Dabei kann eine Oberflächestruktur
wie im vorherigen Ausführungsbeispiel beispielsweise durch
die gewählte Spritzgussform in zumindest einer Oberfläche
der Wellenlängenkonversionsschicht 2 erzeugt werden
(nicht gezeigt).
-
In
einem weiteren Verfahrensschritt gemäß 3C wird
die Wellenlängenkonversionsschicht 2 durch Druck-
und Wärmeeinwirkung auf die strahlungsemittierende Schichtenfolge 1 auflaminiert
und mit dieser verbunden. Zusätzlich kann dazu zwischen
der strahlungsemittierenden Schichtenfolge und der Wellenlängenkonversionsschicht 2 noch
zusätzlich eine Klebstoffschicht angeordnet werden (nicht
gezeigt).
-
In
den Ausführungsbeispielen gemäß der 4A bis 4D sind
weitere optoelektronische Bauelemente 400, 401, 402 und 403 gezeigt,
die mittels eines der vorher gezeigten Verfahren herstellbar sind.
-
Das
optoelektronische Bauelement 400 weist dabei einen Schichtenstapel
aus einer ersten Wellenlängenkonversionsschicht 2 und
einer zweiten Wellenlängenkonversionsschicht 2' auf,
die zuerst hergestellt und bereitgestellt werden, anschließend als
Schichtenstapel angeordnet und laminiert werden und danach auf dem
strahlungsemittierenden Schichtenstapel 1 angeordnet werden.
-
Das
optoelektronische Bauelement 401 weist neben der ersten
Wellenlängenkonversionsschicht 2 auf einer Oberfläche
der strahlungsemittierenden Schichtenfolge 1 auf einer
weiteren Oberfläche der strahlungsemittierenden Schichtenfolge 1 eine
zweite Wellenlängenkonversionsschicht 2' auf. Eine
derartige Ausführung ist insbesondere für eine beidseitig
emittierende strahlungsemittierende Schichtenfolge 1, also
etwa für eine OLED, die gleichzeitig als Top-Emitter und
als Bottom-Emitter ausgeführt ist, geeignet. Dabei kann
je nach Wahl des Wellenlängenkonversionsstoffs in der ersten
und in der zweiten Wellenlängenkonversionsschicht 2, 2' auf
den beiden Seiten ein gleicher oder ein verschiedener Leuchteindruck
bei einem Beobachter erweckt werden.
-
Das
optoelektronische Bauelement 402 gemäß der 4C weist
eine erste Wellenlängenkonversionsschicht 2 und
eine zweite Wellenlängenkonversionsschicht 2' auf,
die nebeneinander auf der strahlungsemittierenden Schichtenfolge 1 angeordnet
sind. Somit kann beispielsweise bei Wahl verschiedener Wellenlängenkonversionsstoffe
für die erste bzw. zweite Wellenlängenkonversionsschicht 2, 2' in
verschiedenen Bereichen des optoelektronischen Bauelements 402 ein
unterschiedlicher Leuchteindruck bei einem Beobachter erweckt werden.
-
Das
optoelektronische Bauelement 403 gemäß 4D weist
wie das optoelektronische Bauelement 400 gemäß 400 einen Schichtenstapel mit der Wellenlängenkonversionsschicht 2 und
der Wellenlängenkonversionsschicht 2' auf, wobei
bei der Wellenlängenkonversionsstoff jeder der Wellenlängenkonversionsschichten 2 und 2' nur
einen Bereich des Substrats bedeckt. Dadurch lässt sich
eine mehrfarbige, strukturierte Abstrahlung zur Vermittlung von
bild- und/oder zeichenhaften Informationen ermöglichen.
-
Die
erste und zweite Wellenlängenkonversionsschicht 2, 2' können
in den gezeigten Ausführungsbeispielen mittels gleicher
oder verschiedener oben beschriebener Verfahrensschritte herstellbar sein
und gleiche oder verschiedene Matrixmaterialien, Bindermaterialien
und/oder Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen. Zusätzlich
zu den jeweiligen ersten Wellenlängenkonversionsschichten 2 und 2' der
gezeigten Ausführungsbeispiele können noch weitere
Wellenlängenkonversionsschichten und Schichtenstapel mit
Wellenlängenkonversionsschichten im Strahlengang der Primärstrahlung
der strahlungsemittierenden Schichtenfolge 1 angeordnet
werden.
-
Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele
auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes
neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere
jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen
beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst
nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen
angegeben ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-