DE102012208900A1

DE102012208900A1 - Verfahren zum Herstellen optoelektronischer Bauelemente und Vorrichtung zum Herstellen optoelektronischer Bauelemente

Info

Publication number: DE102012208900A1
Application number: DE102012208900A
Authority: DE
Inventors: Hans-Christoph Gallmeier; Claudia Jurenka; Ion Stoll
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2013-11-28
Also published as: KR20150021077A; JP6033413B2; CN104302407A; US9793445B2; WO2013174977A1; US20150155446A1; KR101640197B1; CN104302407B; JP2015527725A

Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Herstellen optoelektronischer Bauelemente bereitgestellt, das Verfahren aufweisend: Sprühen einer Leuchtstoffschicht eines optoelektronischen Bauelementes auf ein Substrat (104), wobei der Stoff oder das Stoffgemisch der Leuchtstoffschicht beim Aufsprühen eine elektrische Ladung aufweist und wobei der elektrisch geladene Stoff oder das wenigstens teilweise elektrisch geladene Stoffgemisch beim Aufsprühen der Leuchtstoffschicht ein größeres elektrisches Potential aufweist als wenigstens ein Bereich des Substrates (104); und wobei die Dicke der Leuchtstoffschicht des aufgesprühten Leuchtstoffes mittels eines elektrischen Potentialgradientens auf dem Substrat (104) während des Aufsprühens der Leuchtstoffschicht lokal eingestellt wird.

Description

In verschiedenen Ausgestaltungen werden ein Verfahren zum Herstellen optoelektronischer Bauelemente und eine Vorrichtung zum Herstellen optoelektronischer Bauelemente bereitgestellt.
Herkömmlich wird um weißes Licht mittels einer Leuchtdiode (LED) zu generieren ein Halbleiterchip verwendet, der schmalbandiges blaues Licht emittiert. Anteile des emittierten blauen Lichtes werden mittels eines Konverters, beispielsweise in Partikel-Form, beispielsweise Leuchtstoff-Partikel, in gelbe und rote Bestandteile des Lichtes umgewandelt. Aus der Farbmischung aus unkonvertiertem blauen Licht und konvertiertem gelben und roten Licht kann weißes Licht gebildet werden. Für die Lichtkonversion und das Ausbilden der Farbmischung sollten sich die Konverter-Partikel im Lichtweg, d.h. dem optischen Weg des emittierten Lichtes, der LED befinden.
Eine herkömmliche Methode um Konverter-Partikel im Lichtweg einer LED auszubilden, ist der Volumenverguss, bei dem Konverter-Partikel in einer Silikon-Matrix verteilt werden und die Silikon-Matrix beispielweise um die LED verteilt wird.
Eine weitere herkömmliche Methode um Konverter-Partikel im Lichtweg einer LED auszubilden, ist das Verwenden von Leuchtstoff-Schichten, die Leuchtstoffe in einer Silikon-Matrix aufweisen und mittels Siebdrucks ausgebildet werden. Diese Leuchtstoff-Schichten können dann beispielsweise mit einem Kleber auf einer LED fixiert werden.
Eine weitere herkömmliche Methode um Konverter-Partikel im Lichtweg einer LED auszubilden, ist das elektrophoretische Abscheiden von Leuchtstoff-Schichten auf einer LED.
Eine weitere herkömmliche Methode um Konverter-Partikel im Lichtweg einer LED auszubilden, ist das Sprühen von Leuchtstoffen bzw. Konverter-Partikeln auf ein Substrat, beispielsweise einen Halbleiterchip, beispielsweise eine LED. Dabei wird eine Suspension oder Dispersion eines Leuchtstoffes in einer niedrig viskosen Matrix, beispielsweise ein Silikon oder Epoxid im unvernetzten Zustand, mittels Überdrucks durch eine Düse auf ein Substrat aufgesprüht. Mittels mehrmaligen Besprühens des Substrates mit der Leuchtstoff-Suspension oder Leuchtstoff-Dispersion kann die Schichtdicke der Matrix mit Leuchtstoff und damit der Farbort bzw. die Farbmischung des emittierten Lichtes eingestellt werden. Das Besprühen mit der Leuchtstoff-Suspension oder Leuchtstoff-Dispersion kann für eine einzelne LED, einem Panel mit mehreren, beispielsweise mehreren Hundert, LEDs oder einem Chip-Wafer eingerichtet sein, wobei die LEDs auf dem Panel oder Chip-Wafer nach dem Besprühen mit Leuchtstoffen vereinzelt werden können.
Die Leuchtstoff-Schicht auf einem Panel oder Chip-Wafer können aufgrund des Besprühens Inhomogenitäten aufweisen, beispielsweise unterschiedliche Farborte, d.h. die emittierte Farbe (Farbmischung) kann bei den LEDs auf einem Panel oder einem Chip-Wafer unterschiedlich ausgebildet sein. Ursache für die Inhomogenität des Farbortes auf einem Panel oder Chip-Wafer können das Verlaufen oder Entmischen bereits aufgesprühten Leuchtstoffes sein, wobei es lokal zum Ausbilden unterschiedlicher Dicken der Leuchtstoff-Schicht auf dem Substrat kommen kann. Ein Verlaufen der aufgesprühten Schichten im unausgehärteten Zustand der Matrix, beispielsweise ein Silikon oder Epoxid im unausgehärteten Zustand, kann mittels der Viskosität des Stoffes der Matrix ausgebildet sein.
Der Stoff der Matrix sollte möglichst hoch viskos aber noch sprühbar sein, wobei mit steigender Viskosität der Leuchtstoff-Suspension oder Leuchtstoff-Dispersion die Suspension oder Dispersion schwieriger zu sprühen ist.
Weiterhin können bereits auf dem Substrat aufgebrachte Leuchtstoff-Partikel mittels des Impulses weiterer aufgesprühter Leuchtstoff-Partikel abgelöst und/oder verschoben werden. Weiterhin kann es zu einer Agglomeration, d.h. einem Ansammeln, Clustern oder auch Verklumpen, von Leuchtstoff-Partikel kommen. Weiterhin können komplexere Substratformen, beispielsweise ein LED-Gehäuse oder Package, nur schwierig mittels Besprühens mit einer Leuchtstoff-Schicht versehen werden. Wegen der oben genannten Probleme kann die Prozessführung erschwert werden und die Reproduzierbarkeit und Homogenität der Farbverteilung in einem fertigen Produkt reduziert werden. Weiterhin sind in dem angestrebten Dickenbereich der Leuchtstoff-Schicht, d.h. in einem Bereich von ungefähr 100 nm bis ungefähr 200 µm keine hochviskosen Stoffe für die Matrix verwendbar.
In verschiedenen Ausgestaltungen werden ein Verfahren zum Herstellen optoelektronischer Bauelemente und eine Vorrichtung zum Herstellen optoelektronischer Bauelemente bereitgestellt, mit denen es möglich ist in sich homogenere Leuchtstoffschichten optoelektronischer Bauelemente auszubilden, selbst auf geometrisch komplex geformten Substraten.
Im Rahmen dieser Beschreibung kann unter einem organischen Stoff eine, ungeachtet des jeweiligen Aggregatzustandes, in chemisch einheitlicher Form vorliegende, durch charakteristische physikalische und chemische Eigenschaften gekennzeichnete Verbindung des Kohlenstoffs verstanden werden. Weiterhin kann im Rahmen dieser Beschreibung unter einem anorganischen Stoff eine, ungeachtet des jeweiligen Aggregatzustandes, in chemisch einheitlicher Form vorliegende, durch charakteristische physikalische und chemische Eigenschaften gekennzeichnete Verbindung ohne Kohlenstoff oder einfacher Kohlenstoffverbindung verstanden werden. Im Rahmen dieser Beschreibung kann unter einem organisch-anorganischen Stoff (hybrider Stoff) eine, ungeachtet des jeweiligen Aggregatzustandes, in chemisch einheitlicher Form vorliegende, durch charakteristische physikalische und chemische Eigenschaften gekennzeichnete Verbindung mit Verbindungsteilen die Kohlenstoff enthalten und frei von Kohlenstoff sind, verstanden werden. Im Rahmen dieser Beschreibung umfasst der Begriff „Stoff“ alle oben genannten Stoffe, beispielsweise einen organischen Stoff, einen anorganischen Stoff, und/oder einen hybriden Stoff. Weiterhin kann im Rahmen dieser Beschreibung unter einem Stoffgemisch etwas verstanden werden, was Bestandteile aus zwei oder mehr verschiedenen Stoffen besteht, deren Bestandteile beispielsweise sehr fein verteilt sind. Als eine Stoffklasse ist ein Stoff oder ein Stoffgemisch aus einem oder mehreren organischen Stoff(en), einem oder mehreren anorganischen Stoff(en) oder einem oder mehreren hybrid Stoff(en) zu verstehen. Der Begriff „Material“ kann synonym zum Begriff „Stoff“ verwendet werden.
In verschiedenen Ausgestaltungen kann unter einem elektrischen Potential die elektrische, potentielle Energie einer elektrischen Ladung bezüglich der Lage der elektrischen Ladung bezüglich gegensätzlich geladener Elektroden verstanden werden. Das elektrische Feld in dem sich ein elektrisch geladener Stoff oder ein wenigstens teilweise elektrisch geladenes Stoffgemisch befindet kann dabei auch von einem anderen elektrisch geladenen Stoff oder einem wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisch ausgebildet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Herstellen optoelektronischer Bauelemente bereitgestellt, das Verfahren aufweisend: Sprühen einer Leuchtstoffschicht eines optoelektronischen Bauelementes auf ein Substrat, wobei der Stoff oder das Stoffgemisch der Leuchtstoffschicht beim Aufsprühen eine elektrische Ladung aufweist und wobei der elektrisch geladene Stoff oder das wenigstens teilweise elektrisch geladene Stoffgemisch beim Aufsprühen der Leuchtstoffschicht ein größeres elektrisches Potential aufweist als wenigstens ein Bereich des Substrates; und wobei die Dicke der Leuchtstoffschicht des aufgesprühten Leuchtstoffes mittels eines elektrischen Potentialgradientens auf dem Substrat während des Aufsprühens der Leuchtstoffschicht lokal eingestellt wird.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens können die optoelektronischen Bauelemente beispielsweise als Leuchtdioden oder Laserdioden ausgebildet werden.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Substrat als ein Chip-Wafer, ein Draht-gebondetes Keramik-Substrat, ein Leadframe oder als ein ähnliches Substrat ausgebildet sein.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Substrat als wenigstens ein teilweise ausgebildetes optoelektronisches Bauelement ausgebildet sein. Ein teilweise ausgebildetes optoelektronisches Bauelement kann dabei auch nur teilweise bezüglich des vollständig ausgebildeten optoelektronischen Bauelementes ausgebildet sein. Ein teilweise ausgebildetes optoelektronisches Bauelement kann demnach an sich auch bereits als ein vollständig ausgebildetes Bauelement angesehen werden, allerdings bezüglich anderer Zieleigenschaften. Ein bereitgestellter Träger eines optoelektronischen Bauelementes kann dabei bereits als ein teilweise ausgebildetes optoelektronisches Bauelement angesehen werden, wenn auf dem Träger ein optoelektronisches Bauelement ausgebildet wird.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Substrat derart eingerichtet sein, dass daraus oder darauf ein einzelnes optoelektronisches Bauelement oder mehrere optoelektronische Bauelemente nebeneinander ausgebildet werden. Ein einzelnes optoelektronisches Bauelement kann beispielsweise ein vereinzelter Chip sein. Mehrere optoelektronische Bauelemente nebeneinander können beispielsweise mehrere optoelektronische Bauelemente auf einem Chip-Wafer oder einem Panel sein.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Stoffgemisch, das auf das Substrat aufgebracht wird, eine Matrix und darin eingebettet einen Leuchtstoff aufweisen, beispielsweise eine Suspension oder Dispersion. Mittels chemischen Vernetzens eines Teils des aufgesprühten Stoffs oder Stoffgemisches und/oder einem Verdunsten bzw. Verdampfen flüchtiger Bestandteile des aufgesprühten Stoffgemisches, kann beispielsweise die Viskosität des aufgesprühten Stoffs oder Stoffgemisches erhöht werden.
Ein Leuchtstoff kann beispielsweise Ce³⁺ dotierte Granate wie YAG:Ce und LuAG, beispielsweise (Y, Lu)₃(Al, Ga)₅O₁₂:Ce³⁺; Eu²⁺ dotierte Nitride, beispielsweise CaAlSiN₃:Eu²⁺, (Ba, Sr)₂Si₅N₈:Eu²⁺; Eu²⁺ dotierte Sulfdide, SIONe, SiAlON, Orthosilicate, beispielsweise (Ba, Sr)₂SiO₄:Eu²⁺; Chlorosilicate, Chlorophosphate, BAM (Bariummagnesiumaluminat:Eu) und/oder SCAP, Halophosphat aufweisen oder daraus gebildet sein.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Stoff der Matrix des Stoffgemisches ein flüchtiges Lösungsmittel aufweisen oder daraus gebildet sein, beispielsweise eine Lösungsmittel-Suspension oder einer Lösungsmittel-Dispersion.
Der Leuchtstoff kann aus einer flüchtigen Matrix als eine Schicht ohne umgebende Matrix auf dem Substrat aufgebracht werden. Dadurch kann die Wärmeabfuhr, der bei einem Leuchtstoff zur Wellenlängenkonversion entstehenden Stokes-Wärme, verbessert werden. Die Stokes-Wärme kann dabei als die Energiedifferenz zwischen der von dem Leuchtstoff absorbierten elektromagnetischen Strahlung und der von dem Leuchtstoff emittierten elektromagnetischen Strahlung verstanden werden.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das flüchtige Lösungsmittel mittels eines Unterdruckes und/oder eines Erwärmens der aufgesprühten Schicht und/oder eines Erwärmens des Substrates von der Oberfläche des Substrates verdampft werden und/oder entweichen.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Stoff der Matrix des aufgesprühten Stoffgemisches derart eingerichtet sein, dass der Stoff der Matrix nach dem Aufsprühen auf das Substrat verfestigt wird.
Ein Erhöhen der Viskosität, d.h. ein Verfestigen des aufgesprühten Stoffs oder Stoffgemischs kann beispielsweise bei einem unvernetzten Polymer, beispielsweise ein Epoxid, ein Silikon oder ein Stoffgemisch eines dieser Stoffe mit einem Leuchtstoff; und/oder Stoffgemische mit flüchtigen Bestandteilen beispielsweise bei einer Lösung, Suspension oder Dispersion; ausgebildet sein.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Stoff der Matrix einen Stoff aufweisen oder daraus gebildet sein aus der Gruppe der Stoffe: ein Silikon, ein Lack oder ein Epoxidharz.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Stoff oder das Stoffgemisch mittels einer Düse auf das Substrat aufgebracht werden.
Die Düse kann dabei einen Öffnungsdurchmesser in einem Bereich von ungefähr 20 µm bis ungefähr 0,6 mm aufweisen. Der Öffnungsdurchmesser der Düse kann abhängig von der Viskosität des Stoffs oder Stoffgemisches, der Größe etwaiger Partikel des Stoffs oder Stoffgemisches und dem angelegten Druck eingestellt werden.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Stoff oder das Stoffgemisch mittels eines Druckes aus der Düse versprüht werden. Ein Überdruck kann beispielsweise mittels einer Pumpe eingestellt werden. Ein Unterdruck kann beispielsweise mittels Evakuierens des Raumes zwischen Düse und Substrat eingestellt werden. Der Druck, mit dem der Stoff oder das Stoffgemisch aus der Düse versprüht wird, kann einen Wert in einem Bereich von ungefähr 0,1 bar bis ungefähr 10 bar aufweisen. Der Stoff bzw. das Stoffgemisch kann einen divergenten Strahl ausbilden. Der divergente Strahl ist dabei auf die zu beschichtende Oberfläche des Substrates gerichtet.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann zum Aufsprühen der Leuchtstoffschicht auf das Substrat, das Substrat und die Düse relativ zueinander verschoben werden, beispielsweise indem die Düse und/oder das Substrat bzw. der Substrathalter beweglich gelagert sind.
Das Verschieben kann, beispielsweise elektrisch, beispielsweise mittels Elektromotoren oder elektronisch, beispielsweise mittels Computer-gesteuerter Elektromotoren implementiert sein.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Fläche des Strahls auf der Oberfläche des Substrates mittels Änderns des Abstandes zwischen Düse und Substrat eingestellt werden.
Der Abstand der Düse von der Oberfläche des Substrates kann einen Wert in einem Bereich von ungefähr 0,5 cm bis ungefähr 30 cm, beispielsweise ungefähr 1 cm aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Fläche des Strahls auf der Oberfläche des Substrates mittels Änderns des Strahlprofils eingestellt werden.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die elektrische Potentialdifferenz des elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches mittels einer Spannungsquelle ausgebildet werden, wobei eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode elektrisch mit der Spannungsquelle verbunden werden, wobei die elektrische Potentialdifferenz des elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches zwischen erster Elektrode und zweiter Elektrode ausgebildet ist.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Spannungsquelle derart ausgebildet sein, dass der Wert der Potentialdifferenz des elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches statisch eingestellt oder dynamisch verändert werden kann.
Die Spannung kann einen Wert in einem Bereich von ungefähr –40 kV bis ungefähr +40 kV, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr –2 kV bis ungefähr +2 kV, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr –400 V bis ungefähr +400 V, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr –50 V bis ungefähr +50 V, aufweisen.
Die treibende Kraft für den elektrisch geladenen Stoff oder das wenigstens teilweise elektrisch geladene Stoffgemisch kann das elektrische Feld, beispielsweise zwischen den Elektroden sein. Das elektrische Feld kann dabei der lokalen Änderung des elektrischen Potentials entsprechen. Bei einer geeigneten Wahl des elektrischen Potentials des Substrates und des aufgesprühten, elektrisch geladenen Stoffs oder des aufgesprühten, wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisch, beispielsweise ein Leuchtstoff, kann der Leuchtstoff auf der Oberfläche elektrisch, beispielsweise elektrostatisch, angezogen und gehalten werden.
Das Substrat kann bereits Teile einer elektrisch geladenen Leuchtstoffschicht aufweisen, wobei Teile der bereits aufgesprühten, elektrisch geladenen Leuchtstoffschicht und das Substrat unterschiedliche Ladungen aufweisen können.
Zusätzlich kann der elektrisch angezogene Stoff für weiteren aufgesprühten Stoff elektrisch isolierend wirken. Weiterer aufgesprühter Stoff, beispielsweise weiterer Leuchtstoff, kann sich dann bevorzugt lokal an der Oberfläche des Substrates anlagern, an der noch kein oder wenig elektrisch geladener Stoff, beispielsweise elektrisch geladener Leuchtstoff, aufgebracht ist.
D.h. der aufzusprühende elektrisch geladene Stoff oder das aufzusprühende elektrisch geladene Stoffgemisch kann mit Teilen des Substrates eine gleiche oder ähnliche elektrische Ladung aufweisen. Die Oberfläche kann jedoch wenigstens einen Bereich mit einem geringeren elektrischen Potential als der aufzusprühende, elektrisch geladene Stoff oder das aufzusprühende, elektrisch geladene Stoffgemisch aufweisen. Das elektrische Potential des wenigstens einen Bereiches des Substrates kann zusätzlich ein geringeres elektrisches Potential aufweisen als benachbarte Bereiche der Oberfläche des Substrates.
Mit anderen Worten: Die elektrische Feldstärke, d.h. die lokale Änderung des elektrischen Potentials, auf der Oberfläche des Substrates kann ein lokales Einstellen der Schichtdicke bewirken.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Leuchtstoffschicht des elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches beim Aufsprühen und Ausbilden zwischen erster Elektrode und zweiter Elektrode ausgebildet werden, wobei die zweite Elektrode mittels des Substrates und/oder einer Elektrode hinter oder unter dem Substrat eingerichtet ist und die erste Elektrode parallel zu der zweiten Elektrode angeordnet ist.
Eine Elektrode hinter oder unter dem Substrat, beispielsweise ein elektrisch geladener Substrathalter, und/oder eine elektrostatische Aufladung des Substrates kann beispielsweise bei elektrisch nicht leitfähigen Substraten, beispielsweise die Oberflächen eines Saphir-Halbleiterchips, oder eines leitfähigen aber nicht geerdeten Halbleiterchips, Chip-Wafers oder Panels ausgebildet sein.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Düse zum Aufsprühen des Stoffs oder des Stoffgemisches auf das Substrat als erste Elektrode eingerichtet sein.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die elektrische Potentialdifferenz mittels eines elektrisch geladenen, versprühten Stoffs oder wenigstens teilweise elektrisch geladenen, versprühten Stoffgemisches und einem geerdeten Substrat ausgebildet werden. Die elektrisch geladenen Partikel des elektrisch geladenen, versprühten Stoffs oder wenigstens teilweise elektrisch geladenen, versprühten Stoffgemisches können dann beeinflusst von einem elektrischen Feld, beispielsweise anderer elektrisch geladener Partikel, auf das Substrat gelangen. Auf der Oberfläche des Substrates kann die Position der geladenen Partikel derart beeinflusst werden, dass das elektrische Potential der elektrisch geladenen Partikel auf der Oberfläche des Substrates in dem elektrischen Feld minimiert wird. Mit anderen Worten: die geladenen Partikel gelangen auf der Oberfläche des Substrates zu Bereichen höher Feldstärke, beispielsweise Bereichen mit geringerer elektrischer Isolation. Die Isolation kann dabei mittels bereits aufgesprühten Stoffs oder Stoffgemischs gebildet werden.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der elektrisch geladene Stoff oder das wenigstens teilweise elektrisch geladene Stoffgemisch oder wenigstens ein Teil des teilweise elektrisch geladenen des Stoffgemischs eine intrinsische elektrische Ladung aufweisen. Versprühte Partikel des Stoffs oder Stoffgemisches, beispielsweise Leuchtstoff-Partikel, können beispielsweise eine elektrische Oberflächenladung aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Stoff oder das Stoffgemisch oder ein Teil des Stoffgemischs vor oder beim Aufsprühen auf das Substrat elektrostatisch aufgeladen werden. Der versprühte Stoff oder Teile des versprühten Stoffgemisches, beispielsweise Partikel, beispielsweise Leuchtstoff-Partikel, können beispielsweise mittels des elektrischen Potentials der Düse und/oder der Reibung beim Versprühen elektrostatisch aufgeladen werden.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die elektrische Potentialdifferenz des elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches mittels einer elektrostatischen Aufladung des Substrathalters und/oder des Substrates ausgebildet werden.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Fläche des Strahls auf der Oberfläche des Substrates mittels einer Strahloptik zwischen der Düse und der Oberfläche des Substrates eingestellt werden, wobei die Form des Strahles des Stoffs oder Stoffgemisches mittels der Strahloptik geändert werden kann, wobei mittels der Form des Strahles die Fläche des aufgesprühten Stoffs oder Stoffgemisches auf der Oberfläche des Substrates eingestellt werden kann, beispielsweise indem der Strahl fokussiert oder kollimiert wird. Der Strahl kann auf dem Substrat eine Fläche aufweisen die mittels der Bildweite und der Strahloptik, beispielsweise der Brennweite und Wirkung der Linse auf den Strahl, beispielsweise sammelnde Wirkung oder zerstreuende Wirkung, eingestellt werden.
Mittels der Strahloptik kann der Bereich auf der Oberfläche des Substrates der mit dem elektrisch geladenen Stoff oder dem wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisch besprüht wird, gezielt eingestellt werden, beispielsweise um einen Leuchtstoff nur auf kleine, ausgewählte Bereiche eines Substrates aufzubringen, beispielsweise um die Keramik-Ränder eines Panels nicht mit Leuchtstoff zu besprühen oder um Inhomogenitäten der Schichtdicke der aufgesprühten Schicht auszugleichen.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Einstellen der Fläche mittels der Strahloptik mit dem Wert des Druckes des aus der Düse versprühten Stoffs oder Stoffgemisches gekoppelt sein.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann der Öffnungswinkel des Strahls und/oder der Strahldurchmesser mittels der Strahloptik verändert werden.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Form des Strahles des Stoffs oder Stoffgemisches beim Aufsprühen des Stoffs oder Stoffgemisches mittels eines statischen elektrischen Feldes, eines dynamischen elektrischen Feldes, eines elektromagnetischen Feldes oder einer Erdung ausgebildet werden.
Die Strahloptik kann in Abhängigkeit der Beschaffenheit des versprühten, elektrisch geladenen Stoffs oder des versprühten, wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches bzw. der Beschaffenheit des Substrates mittels eines statischen oder dynamischen elektrischen bzw. magnetischen Feldes ausgebildet sein. Dabei kann zwischen Düse und Substrat ein anderes elektromagnetisches Potential anliegen als an der Strahloptik und so der divergente Strahl moduliert werden, beispielsweise kann die Strahloptik geerdet sein, d.h. auf Masse „liegen“ und zwischen Düse und Substrat eine Spannung angelegt sein beispielsweise gemäß einer der Ausgestaltungen der Beschreibung von 1.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Strahloptik eine oder mehrere elektromagnetische Linsen aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Strahloptik beim Aufsprühen des Stoffs oder Stoffgemisches auf die Substratoberfläche elektrisch oder elektronisch bewegt werden.
Die Bewegungen der Strahloptik können dabei parallel, senkrecht oder unter einem Winkel, beispielsweise diagonal, zur Substratoberfläche ausgebildet sein.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Strahloptik als eine erste metallische Platte und eine zweite metallische Platte ausgebildet sein, wobei die metallischen Platten planparallel in einem Abstand zueinander angeordnet sein können und der Strahl zwischen den Platten verlaufen kann.
Die metallischen Platten können als Stoff oder Legierung Metalle und/oder Edelmetalle aufweisen oder daraus gebildet sein, beispielsweise Fe, Cu, Au, Ag, Pt, Pd, Al, Ti oder C (Graphit) und eine Größe in einem Bereich von ungefähr 25 cm² bis ungefähr 250 cm² aufweisen, beispielsweise 100 cm². wobei die metallischen Platten planparallel zueinander angeordnet sein können.
Die beiden metallischen Platten können derart eingerichtet sein, dass eine elektrische Potentialdifferenz, d.h. ein elektrisches Feld, zwischen beiden Platten ausgebildet ist. Beide Platten können jedoch das gleiche elektrische Potential aufweisen, beispielsweise auf Masse liegen. Bei einem unterschiedlichen elektrischen Potential zwischen den Platten kann beispielsweise die erste metallische Platte geerdet sein, d.h. auf Masse liegen während die zweite metallische Platte mit einer Spannungsquelle verbunden sein kann. Das elektrische Feld zwischen der ersten metallischen Platte und der zweiten metallischen Platte kann statisch oder dynamisch ausgebildet sein und zur Modulation des Strahls des versprühten, elektrisch geladenen Stoffs oder Stoffgemisches ausgebildet sein.
Die Platten können einen Abstand voneinander in einem Bereich von ungefähr 10 mm bis ungefähr 20 cm aufweisen, einen Abstand zur Düse in einem Bereich von ungefähr 5 mm bis ungefähr 5 cm aufweisen, und zur Oberfläche des Substrates einen Abstand in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 1 cm, beispielsweise ungefähr 1 cm aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die erste metallische Platte ein gleiches oder anderes elektrisches Potential aufweisen als die zweite metallische Platte.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Strahloptik einen metallischen Ring aufweisen, wobei der Ring mit einer anderen Spannungsquelle elektrisch verbunden sein kann und wobei der Strahl durch die Ringöffnung verläuft. Der Ring kann jedoch auf Masse liegen, d.h. er kann geerdet sein. Der metallische Ring kann als Stoff oder Legierung ein Metall oder Edelmetall aufweisen oder daraus gebildet sein, beispielsweise Fe, Cu, Au, Ag, Pt, Pd, Al, Ti, oder C (Graphit), mit einem Innendurchmesser in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 10 cm und einem Außendurchmesser in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 10 cm, bei einer Dicke in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 3 cm. Die metallische Ring kann einen Abstand zur Düse in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 5 cm aufweisen, und zur Oberfläche des Substrates einen Abstand in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 5 cm, beispielsweise ungefähr 1 cm aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Form des Strahls zusätzlich mittels wenigstens einer elektrisch wirkenden Blende und/oder mechanisch wirkenden Blende eingestellt werden.
In noch einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Menge an elektrisch geladenen Stoff oder wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisch, die lokal auf die Oberfläche des Substrates aufgebracht wird und/oder die Fläche des Strahls auf der Oberfläche des Substrates, mit einer Messung der lokalen Schichtdicke der Leuchtstoffschicht des bereits aufgesprühten, elektrisch geladenen Stoffs und/oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches gekoppelt sein.
Der Ausgleich der Inhomogenitäten der Schichtdicken der Leuchtstoffschicht kann beispielsweise nach einem ersten Sprühvorgang und einem lokalen Vermessen der Dicke, der bereits auf die Substratoberfläche aufgesprühten Leuchtstoffschicht erfolgen. In einem zweiten Sprühvorgang kann lokal mittels der gemessenen Schichtdickeninformation und der Strahloptik die Menge an elektrisch geladenen Stoff oder wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches, die lokal aufgebracht wird, angepasst werden. Die Fläche des Strahls kann dynamisch mittels der Strahloptik, der Potentialdifferenz und dem Abstand zwischen Strahloptik und Substrat angepasst werden.
In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Vorrichtung zum Herstellen von Schichten optoelektronischer Bauelemente bereitgestellt, die Vorrichtung aufweisend: eine Einrichtung zum Erzeugen einer elektrischen Potentialdifferenz; einen Substrathalter zum Halten eines Substrats; eine Einrichtung zum Aufsprühen eines elektrisch geladenen Stoffs oder eines wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches, eingerichtet zum Einstellen der Dicke des aufgesprühten elektrisch geladenen Stoffs oder des aufgesprühten, wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches auf dem Substrat mittels unterschiedlicher elektrischer Potentialänderungen auf dem Substrat; wobei die Einrichtung zum Aufsprühen eines Stoffs oder eines Stoffgemisches einen Strahl ausbildet, wobei der Strahl den elektrisch geladenen Stoff oder das wenigstens teilweise elektrisch geladene Stoffgemisch aufweist oder daraus gebildet ist; wobei der Strahl auf die Oberfläche des Substrates gerichtet ist und auf der Oberfläche eine erste Fläche bedeckt; wobei die Dicke der Schicht des auf dem Substrat aufgesprühten Stoffs oder Stoffgemischs mittels der Potentialdifferenz lokal eingestellt wird.
In einer Ausgestaltung können die optoelektronischen Bauelemente beispielsweise als Leuchtdioden oder Laserdioden eingerichtet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann das Substrat ein Chip-Wafer, ein Draht-gebondetes Keramik-Substrat, ein Leadframe oder ein ähnliches Substrat aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann das Substrat als wenigstens ein teilweise ausgebildetes optoelektronisches Bauelement ausgebildet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann das Substrat derart eingerichtet sein, dass daraus oder darauf ein einzelnes optoelektronisches Bauelement oder mehrere optoelektronische Bauelement nebeneinander ausgebildet werden.
In noch einer Ausgestaltung kann das wenigstens teilweise elektrisch geladene Stoffgemisch, das auf das Substrat aufgebracht wird, eine Matrix und darin eingebettet einen Leuchtstoff aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff der Matrix des aufgesprühten Stoffgemisches ein flüchtiges Lösungsmittel aufweisen oder daraus gebildet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann die Vorrichtung derart eingerichtet sein, dass das flüchtige Lösungsmittel mittels eines Unterdruckes und/oder eines Erwärmens der aufgesprühten Schicht und/oder eines Erwärmens des Substrates von der Oberfläche des Substrates verdampft und/oder entweicht.
In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff der Matrix des aufgesprühten Stoffgemisches derart eingerichtet sein, dass die Matrix nach dem Aufsprühen auf das Substrat verfestigt werden kann.
In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff der Matrix einen Stoff aufweisen oder daraus gebildet sein aus der Gruppe der Stoffe: ein Silikon, ein Lack oder ein Epoxidharz.
In noch einer Ausgestaltung kann die Einrichtung zum Aufsprühen des Stoffs oder Stoffgemisches eine Düse zum Erzeugen des Strahls des Stoffs oder Stoffgemisches aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann die Vorrichtung derart eingerichtet sein, dass die elektrische Potentialdifferenz des elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches mittels einer Spannungsquelle ausgebildet ist, wobei eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode elektrisch mit der Spannungsquelle verbunden sind, wobei die elektrische Potentialdifferenz des elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches zwischen erster Elektrode und zweiter Elektrode ausgebildet ist.
In noch einer Ausgestaltung kann die Spannungsquelle derart eingerichtet sein, dass der Wert der Potentialdifferenz des elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches statisch einstellbar ist oder dynamisch verändert werden kann.
In noch einer Ausgestaltung kann die Spannungsquelle derart eingerichtet sein, dass die Einrichtung zum Aufsprühen des elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches teilweise zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode eingerichtet ist, wobei die zweite Elektrode mittels des Substrates und/oder einer Elektrode hinter oder unter dem Substrat eingerichtet ist und die erst Elektrode parallel zu der zweiten Elektrode eingerichtet ist. Wobei der Teil der Einrichtung zum Aufsprühen des Stoffs oder Stoffgemisches zwischen der ersten Elektrode der zweiten Elektrode den elektrisch geladenen Stoff oder das wenigstens teilweise elektrisch geladene Stoffgemisch auf die Oberfläche des Substrates aufbringt, beispielsweise als Düse eingerichtet ist.
In noch einer Ausgestaltung kann die Düse als erste Elektrode eingerichtet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann die Düse derart eingerichtet sein, dass der elektrisch geladene Stoff oder das wenigstens teilweise elektrisch geladene Stoffgemisch als ein Aerosol auf die Oberfläche des Substrates aufgebracht werden kann.
In noch einer Ausgestaltung kann die Vorrichtung derart eingerichtet sein, dass die elektrische Potentialdifferenz des elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches mittels eines elektrisch geladenen versprühten Stoffs oder elektrisch geladenen versprühten Stoffgemisches ausgebildet ist.
In noch einer Ausgestaltung kann der Stoff oder das Stoffgemisch oder ein Teil des Stoffgemischs eine intrinsische elektrische Ladung aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann die Vorrichtung derart eingereicht sein, dass der Stoff oder das Stoffgemisch oder ein Teil des Stoffgemischs elektrostatisch aufgeladen werden kann.
In noch einer Ausgestaltung kann die elektrische Potentialdifferenz des elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches mittels einer elektrostatischen Aufladung des Substrathalters und/oder des Substrates ausgebildet werden.
In noch einer Ausgestaltung kann die Einrichtung zum Aufsprühen des Stoffs oder Stoffgemisches eine Düse aufweisen, wobei die Düse mit einem Container verbunden ist, wobei der der Container das Stoff oder ein Stoffgemisch bereitstellt, und wobei Düse und Container derart eingerichtet sind, dass der Stoff oder das Stoffgemisch von dem Container zur Düse transportiert werden kann.
In noch einer Ausgestaltung kann die Einrichtung zum Aufsprühen des Stoffs oder Stoffgemisches derart eingerichtet sein, dass der Stoff oder das Stoffgemisch mittels eines Druckes aus der Düse versprüht wird.
In noch einer Ausgestaltung kann die Vorrichtung derart eingerichtet sein, dass das Substrat und die Düse relativ zueinander verschiebbar sind.
In noch einer Ausgestaltung kann die Einrichtung zum Aufsprühen des elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches derart eingerichtet sein, dass die erste Fläche mittels Änderns des Abstandes zwischen Düse und Substrat eingestellt werden kann.
In noch einer Ausgestaltung kann die Einrichtung zum Aufsprühen des elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches derart eingerichtet sein, dass die erste Fläche mittels Änderns des Strahlprofils eingestellt werden kann.
In noch einer Ausgestaltung kann die Vorrichtung derart eingerichtet sein, dass zwischen der Düse und der Oberfläche des Substrates eine Strahloptik ausgebildet ist.
In noch einer Ausgestaltung kann die Strahloptik derart eingerichtet sein, dass die Form des Strahles des Stoffs oder Stoffgemisches mittels der Strahloptik geändert werden kann, wobei mittels der Form des Strahles die erste Fläche eingestellt wird, d.h. die Fläche des Strahls auf der Oberfläche des Substrates.
In noch einer Ausgestaltung kann die Strahloptik wenigstens ein statisches elektrisches Feld oder dynamisches elektrisches Feld oder elektromagnetisches Feld aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann die Strahloptik derart eingerichtet sein, dass der Öffnungswinkel des Strahls mittels der Strahloptik verändert werden kann.
In noch einer Ausgestaltung kann die Strahloptik eine oder mehrere elektromagnetische Linsen aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann die Strahloptik elektrisch oder elektronisch bewegt werden.
In noch einer Ausgestaltung kann die Strahloptik als eine erste metallische Platte und eine zweite metallische Platte ausgebildet sein, wobei die metallischen Platten planparallel in einem Abstand zueinander angeordnet sind und der Strahl zwischen den Platten verläuft.
In noch einer Ausgestaltung kann die erste metallische Platte ein gleiches oder anderes elektrisches Potential aufweisen als die zweite metallische Platte.
In noch einer Ausgestaltung kann die Strahloptik einen metallischen Ring aufweisen, wobei der Ring mit einer weiteren Spannungsquelle elektrisch verbunden sein kann und wobei der Strahl durch die Ringöffnung verläuft.
In noch einer Ausgestaltung kann die Strahloptik zusätzlich elektrisch wirkende Blenden und/oder mechanisch wirkende Blenden zur Eingrenzung des Strahls aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung kann die Vorrichtung derart eingerichtet sein, dass die Menge an elektrisch geladenen Stoffs oder an wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisch, die lokal auf der Oberfläche des Substrates aufgebracht wird und/oder die Fläche des Strahls auf der Oberfläche des Substrates, mit einer Messung der lokalen Schichtdicke bereits aufgesprühten Leuchtstoffschicht gekoppelt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen
1 eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Ausbilden von Schichten optoelektronischer Bauelemente, gemäß verschieden Ausführungsbeispielen;
2 eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Ausbilden von Schichten optoelektronischer Bauelemente, gemäß verschieden Ausführungsbeispielen;
3 Ausgestaltungen von Strahloptiken, gemäß verschieden Ausführungsbeispielen; und
4 eine Ausgestaltung der Vorrichtung, gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung 100 zum Ausbilden von Schichten optoelektronischer Bauelemente, gemäß verschieden Ausführungsbeispielen.
Dargestellt ist ein Substrathalter 102 auf dem ein Substrat 104 fixiert ist. Das Substrat 104 kann beispielsweise ein teilweise ausgebildetes optoelektronisches Bauelement sein, beispielsweise während der Fertigung. Ein teilweise ausgebildetes optoelektronisches Bauelement kann in diesem Sinne bereits der Träger eines optoelektronischen Bauelementes sein, wenn auf oder über diesem Träger ein optoelektronisches Bauelement ausgebildet wird. Ein teilweise ausgebildetes optoelektronisches Bauelement kann aber auch ein an sich, bezüglich anderen optoelektronischen Zieleigenschaften, vollständiges, optoelektronisches Bauelement sein, dessen optoelektronische Eigenschaften an eine bestimmte optoelektronische Zieleigenschaft angepasst werden sollen.
Das Substrat 104 kann ein einzelnes optoelektronisches Bauelement, beispielsweise einen vereinzelten Chip, oder mehrere optoelektronische Bauelement nebeneinander, beispielsweise auf einem Chip-Wafer oder einem Panel, aufweisen. Das Substrat 104 kann bei bereits ausgebildeten Schichten auf einem Träger (nicht dargestellt), als Träger einen Chip-Wafer, eine Draht-gebondete Keramik, einen Leadframe oder ähnliches aufweisen.
Über dem Substrat 104 kann die Vorrichtung eine Düse 106 aufweisen. Mit dieser Düse 106 kann ein Container mit einem Stoff oder Stoffgemisch verbunden sein (nicht dargestellt), wobei Container und Düse 106 derart eingerichtet sein können, dass der Stoff oder das Stoffgemisch von dem Container zur Düse 106 transportiert werden kann.
Der Stoff oder das Stoffgemisch kann mittels eines Druckes, beispielsweise eines Überdruckes, beispielsweise mittels einer Pumpe; oder eines Unterdruckes, beispielsweise mittels Evakuierens des Raumes zwischen Düse 106 und Substrat 104, aus der Düse 106 versprüht werden. Der Stoff bzw. das Stoffgemisch kann dabei einen divergenten Strahl 108 ausbilden. Der divergente Strahl 108 kann dabei auf die zu beschichtende Oberfläche des Substrates 104 gerichtet sein.
Die Düse 106 kann dabei einen Öffnungsdurchmesser in einem Bereich von ungefähr 20 µm bis ungefähr 6 mm aufweisen, wobei der Öffnungsdurchmesser der Düse 106 abhängig von der Viskosität des Stoffs oder Stoffgemisches, der Größe etwaiger Partikel des Strahles 108 des Stoffs oder Stoffgemisches und dem angelegten Druck sein kann.
Eine geringere Viskosität des aufgesprühten Stoffs oder Stoffgemischs kann beispielsweise bei einem unvernetzten Polymer, beispielsweise ein Epoxid, ein Silikon oder ein Stoffgemisch eines dieser Stoff mit einem Leuchtstoff wichtig für das Aufsprühen sein. Stattdessen oder zusätzlich kann das Stoffgemisch flüchtige Bestandteile beispielsweise Lösungsmittel aufweisen.
Mittels chemischen Vernetzens eines Teils des aufgesprühten Stoffs oder Stoffgemisches und/oder einem Verdunsten bzw. Verdampfen flüchtiger Bestandteile des aufgesprühten Stoffgemisches, kann die Viskosität des aufgesprühten Stoffs oder Stoffgemisches erhöht werden.
Der Druck, mit dem der Stoff oder das Stoffgemisch aus der Düse 106 versprüht wird, kann einen Wert in einem Bereich von ungefähr 0,1 bar bis ungefähr 10 bar aufweisen.
Zwischen versprühtem Stoff oder versprühtem Stoffgemisch und Substrat 104 kann eine elektrische Potentialdifferenz ausgebildet sein, beispielsweise:

• mittels elektrostatischer Aufladung des Substrathalters 102 und/oder des Substrates 104; und/oder
• mittels eines elektrisch geladenen, versprühten Stoffs oder elektrisch geladenen, versprühten Stoffgemisches, beispielsweise eines Leuchtstoffes, wobei der Stoff oder das Stoffgemisch oder ein Teil des Stoffgemischs elektrostatisch geladen sein können und/oder elektrostatisch aufgeladen werden kann, beispielsweise mittels einer Spannungsquelle 110, wobei die Spannung der Spannungsquelle 110 anliegen kann zwischen:
• der Düse 106 und dem Substrat 104 und/oder einer Elektrode hinter bzw. unter dem Substrat 104, beispielsweise dem Substrathalter 102, oder
• zwischen einer Elektrode hinter oder über der Düse 106, beispielsweise der Halterung (nicht dargestellt) der Düse 106, und dem Substrat 104 und/oder einer Elektrode hinter oder unter dem Substrat 104, beispielsweise dem Substrathalter 102.

Eine Elektrode hinter oder unter dem Substrat 104, beispielsweise einem elektrisch geladenen Substrathalter 102, und/oder eine elektrostatische Aufladung des Substrates 104 kann beispielsweise bei elektrisch nicht leitfähigen Substraten 102, beispielsweise die Oberflächen eines Saphir-Halbleiterchips, oder eines leitfähigen aber nicht geerdeten Halbleiterchips, Chip-Wafers oder Panels ausgebildet sein.
Der Wert der Potentialdifferenz, d.h. die Spannung, kann statisch oder dynamisch ausgebildet sein kann, wobei die Spannung einen Wert in einem Bereich von ungefähr –40 kV bis ungefähr +40 kV, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr –2 kV bis ungefähr +2 kV, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr –400 V bis ungefähr +400 V, beispielsweise in einem Bereich von ungefähr –50 V bis ungefähr +50 V, aufweisen kann.
Der gerichtete Strahl kann auf dem Substrat 104 eine Fläche 112 aufweisen, die mittels des Abstandes 114 der Düse 106 von der Oberfläche des Substrates 104 und/oder dem Wert des Druckes aus der Düse 106 versprühten Stoffs oder Stoffgemisches eingestellt werden kann. Der Abstand 114 der Düse 106 von der Oberfläche des Substrates 104 kann einen Wert in einem Bereich von ungefähr 0,5 cm bis ungefähr 30 cm, beispielsweise 1 cm aufweisen.
Bei geeigneter Wahl der Potentialdifferenz kann der aufgesprühte, elektrisch geladene Stoff oder das aufgesprühte, wenigstens teilweise elektrisch geladene Stoffgemisches oder ein Teil des aufgesprühten, elektrisch geladenen Stoffgemisches, beispielsweise ein Leuchtstoff, auf der Oberfläche elektrisch, beispielsweise elektrostatisch, angezogen und gehalten werden. Zusätzlich kann der elektrisch angezogene Stoff elektrisch isolierend wirken für weiteren aufgesprühten, elektrisch geladenen Stoff oder weiteres aufgesprühtes, wenigstens teilweise elektrisch geladenes Stoffgemisch. Weiterer aufgesprühter, elektrisch geladener Stoff, beispielsweise weiterer Leuchtstoff, kann sich dann bevorzugt lokal an der Oberfläche des Substrates 104 anlagern, an der noch kein oder wenig elektrisch geladener Stoff, beispielsweise elektrisch geladener Leuchtstoff, aufgebracht ist.
In noch einer Ausgestaltung können der versprühte Stoff oder Teile des versprühten Stoffgemisches, beispielsweise Partikel, beispielsweise Leuchtstoff-Partikel, eine elektrische Ladung, beispielsweis eine Oberflächenladung aufweisen.
In noch einer Ausgestaltung können der versprühte Stoff oder Teile des versprühten Stoffgemisches, beispielsweise Partikel, beispielsweise Leuchtstoff-Partikel, mittels des elektrischen Potentials der Düse 106 und der Reibung beim Versprühen, elektrostatisch aufgeladen werden.
In noch einer Ausgestaltung kann das versprühte Stoffgemisch als ein Leuchtstoff in einem Matrixstoff beispielsweise einer Suspension oder Dispersion ausgebildet sein, wobei der Stoff der Matrix ein Silikon, ein Lack oder ein Harz aufweisen oder daraus gebildet sein kann.
In noch einer Ausgestaltung kann das versprühte Stoffgemisch als ein Leuchtstoff in einem Matrixstoff beispielsweise einer Suspension oder Dispersion ausgebildet sein, wobei der Stoff der Matrix ein flüchtiges, d.h. volatiles, Lösungsmittel aufweist. Das Lösungsmittel kann teilweise oder vollständig während des Aufsprühens oder aus der aufgesprühten Schicht verdampfen bzw. entweichen. Das Verdampfen bzw. Entweichen von Lösungsmittel aus der aufgesprühten Schicht kann mittels eines Unterdruckes und/oder eines Erwärmens der aufgesprühten Schicht und/oder des Substrates 104 ausgebildet sein.
In einer Ausgestaltung kann die Oberfläche des Substrates 104 teilweise oder vollständig beschichtet werden mittels eines teilweisen oder vollständigen Anpassens der Fläche 112 des Strahls an die Größe der Oberfläche des Substrates 104, beispielsweise indem der Abstand 114 zwischen Düse 106 und Substrat 104 eingestellt wird. Bei konstantem Abstand 114 kann mittels Anpassens des Öffnungswinkels des Strahls 108 die Fläche 112 eingestellt werden.
In einer Ausgestaltung können für ein Beschichten der Oberfläche des Substrates 104, Substrat 104 und Düse 106 relativ zueinander verschoben werden, beispielsweise indem die Düse 106 und/oder das Substrat 104 bzw. der Substrathalter 102 beweglich gelagert sind. Das Verschieben relativ zueinander kann, beispielsweise elektrisch, beispielsweise mittels Elektromotoren oder elektronisch, beispielsweise mittels Computer-gesteuerter Elektromotoren ausgebildet sein nicht dargestellt.
Mittels des E-Feld unterstützen Bildens der Schichten auf dem Substrat 104 kann eine homogenere Schichtdickenverteilung auf dem Substrat 104 ausgebildet werden, als ohne elektrisches Feld. Weiterhin kann ein Verlaufen und/oder Ablösen der aufgesprühten Schicht, beispielsweise des Leuchtstoffverbundwerkstoffes, von der Oberfläche des Substrates 104 mittels der elektrischen Anziehungskräfte reduziert und/oder weitestgehend verhindert werden. Dadurch kann, beispielsweise beim Aufsprühen einer Leuchtstoffschicht, eine homogenere Verteilung des Farbortes mehrerer optoelektronischer Bauelemente auf einem gemeinsamen Substrat 104 ausgebildet werden.
Weiterhin können komplexe Substratformen umformt werden, wobei ein Verlaufen, beispielsweise an senkrechten Stellen des Substrates 104, verlangsamt oder verhindert wird.
Weiterhin können die elektrisch geladenen Stoffe oder elektrisch geladenen Teile des Stoffgemisches, beispielsweise Leuchtstoffe, mittels der elektrischen Kraft dichter gepackt werden. Die dichtere Packung kann zu ein Verbessern der Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise einer aufgesprühten Phosphorschicht, und eine effizientere Bauteilentwärmung ausbilden oder aufweisen.
Mittels des Versprühens eines Leuchtstoffes in einer flüchtigen Matrix, beispielsweise in einer Lösungsmittel-Suspension oder einer Lösungsmittel-Dispersion, kann der Leuchtstoff als eine Schicht ohne umgebende Matrix auf dem Substrat 104 aufgebracht werden, da der Stoff der Matrix flüchtig ist, d.h. verdampfen oder entweichen kann. Dadurch kann die Wärmeabfuhr, der bei einem Leuchtstoff zur Wellenlängenkonversion entstehenden Stokes-Wärme, verbessert werden. Die Stokes-Wärme kann dabei als die Energiedifferenz zwischen der von dem Leuchtstoff absorbierten elektromagnetischen Strahlung und der emittierten elektromagnetischen Strahlung verstanden werden.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung 300 zum Ausbilden von Schichten optoelektronischer Bauelemente, gemäß verschieden Ausführungsbeispielen.
Zusätzlich zur 1 kann die Vorrichtung zwischen Düse 106 und Substrat 104 eine Strahloptik 204 aufweisen. Die Strahloptik 204 kann den aus der Düse 106 versprühten divergenten Strahl 202 formen, beispielsweise fokussieren oder kollimieren dargestellt, und einen gerichteten Strahl 206 ausbilden.
Die Strahloptik 204 kann in Abhängigkeit der Beschaffenheit des versprühten Stoffs oder Stoffgemisches bzw. der Beschaffenheit des Substrates 104 mittels eines statischen oder dynamischen elektrischen bzw. magnetischen Feldes ausgebildet sein. Dabei kann zwischen Düse 106 und Substrat 104 ein anderes elektromagnetisches Feld anliegen als im Bereich der Strahloptik 204 und so der divergente Strahl 108 moduliert werden, beispielsweise kann die Strahloptik 204 auf Masse „liegen“ und zwischen Düse 106 und Substrat 104 eine Spannung angelegt sein gemäß einer der Ausgestaltungen der Beschreibung der 1. Das E-Feld kann dadurch, im Vergleich zum Verlauf des E-Feld zwischen Düse 106 und Substrat 104 ohne Strahloptik 204 eingeschränkt werden.
Die Strahloptik 204 kann dabei als eine oder mehrere elektromagnetische Linsen mit einem statischen oder dynamischen elektromagnetischen Feld oder als Dauermagneten ausgebildet sein.
In noch einer Ausgestaltung kann die Strahloptik 204 wenigstens eine elektrisch wirkende Blende und/oder mechanisch wirkende Blende zur Eingrenzung des Strahls, aufweisen.
Der gerichtete Strahl kann auf dem Substrat 104 eine Fläche 208 aufweisen die mittels der Bildweite 212 und der Strahloptik 204, beispielsweise der Brennweite und Wirkung der Linse auf den Strahl 202, beispielsweise sammelnde Wirkung oder zerstreuende Wirkung, eingestellt werden kann.
Das Einstellen der Fläche 208 mittels der Strahloptik 204 kann dabei mit dem Wert des Druckes des aus der Düse 106 versprühten Stoffs oder Stoffgemisches gekoppelt sein.
Mittels der Strahloptik 204 kann der Bereich auf der Oberfläche des Substrates 104 der mit dem elektrisch geladenen Stoff oder dem wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisch besprüht wird, gezielt eingestellt werden, beispielsweise um einen Leuchtstoff nur auf kleine, ausgewählte Bereiche eines Substrates 104 aufzubringen, beispielsweise um die Keramik-Ränder eines Panels nicht mit Leuchtstoff zu besprühen oder um Inhomogenitäten der Schichtdicke der aufgesprühten Schicht auszugleichen.
Der Ausgleich der Schichtdickeninhomogenitäten kann beispielsweise nach einem ersten Sprühvorgang und einem lokalen Vermessen der Dicke, der auf die Substratoberfläche aufgesprühten Leuchtstoffschicht, in einem zweiten Sprühvorgang lokal mittels der gemessenen Schichtdickeninformation und der Strahloptik 204 ausgebildet sein.
Die Fläche 208 des Strahls kann dabei dynamisch mittels der Strahloptik 204, der Spannungsquelle 110 und dem Abstand 212 zwischen Strahloptik 204 und Substrat 104 angepasst werden.
In einer Ausgestaltung kann die Strahloptik 204 beweglich gelagert sein und elektrisch oder elektronisch bewegt werden. Die Bewegungen der Strahloptik 204 können dabei parallel, senkrecht oder unter einem Winkel, beispielsweise diagonal, zur Oberfläche des Substrates ausgebildet sein.
3 zeigt Ausgestaltungen 300 von Strahloptiken 204, gemäß verschieden Ausführungsbeispielen.
In 3 sind in zwei Draufsichten 310, 320 eine erste Ausgestaltung 310 und eine zweite Ausgestaltung 320 für eine Strahloptik 204 dargestellt, wobei die dargestellten Strahloptiken 310, 320 auch als einzelne Strahllinsen einer komplexeren Strahloptik 204 ausgebildet sein können, beispielsweise mittels in Reihe geschalteten Linsen, beispielsweise gemäß der ersten Ausgestaltung oder der zweiten Ausgestaltung.
Die erste Ausgestaltung der Strahloptik 204 kann als eine erste metallische Platte 302 und eine zweite metallische Platte 304 ausgebildet sein, wobei die metallischen Platten 302, 304 beispielsweise planparallel zueinander angeordnet sein können. Die metallischen Platten können als Stoff oder Legierung Metalle und/oder Edelmetalle aufweisen oder daraus gebildet sein, beispielsweise Fe, Cu, Au, Ag, Pt, Pd, Al, Ti oder C (Graphit) und eine Größe in einem Bereich von ungefähr 210 × 10 cm² aufweisen.
Die beiden metallischen Platten 302, 304 können derart eingerichtet sein, dass eine elektrische Potentialdifferenz 306, 308, d.h. ein elektrisches Feld, zwischen beiden Platten ausgebildet ist. Beide Platten können jedoch das gleiche elektrische Potential 306, 308 aufweisen, beispielsweise auf Masse liegen.
Bei einem unterschiedlichen elektrischen Potential 306, 308 zwischen den metallischen Platten 302, 304 kann beispielsweise die erste metallische Platte 302 geerdet sein 306, d.h. auf Masse liegen, während die zweite metallische Platte 304 mit einer Spannungsquelle 308 verbunden sein kann. Das elektrische Feld zwischen der ersten metallischen Platte 302 und der zweiten metallischen Platte 304 kann statisch oder dynamisch ausgebildet sein und zur Modulation des Strahls 202 des versprühten, elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches ausgebildet sein.
Die metallischen Platten 302, 304 können einen Abstand voneinander in einem Bereich von ungefähr 10 mm bis ungefähr 20 cm aufweisen, einen Abstand 210 zur Düse 106 in einem Bereich von ungefähr 5 mm bis ungefähr 5 cm aufweisen, und einen Abstand 212 zur Oberfläche des Substrates 104 einen Abstand in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 1 cm, beispielsweise 1 cm aufweisen.
In einer zweiten Ausgestaltung kann die Strahloptik 204 als ein metallischer Ring 312 ausgebildet sein. Der metalltische Ring kann als Stoff oder Legierung Metalle und/oder Edelmetalle aufweisen oder daraus gebildet sein, beispielsweise Fe, Cu, Au, Ag, Pt, Pd, Al, Ti oder C (Graphit) und einen Innendurchmesser in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 1 cm und einem Außendurchmesser in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 10 cm, bei einer Dicke in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 3 cm aufweisen.
Der Ring 312 kann mit einer Spannungsquelle 110 elektrisch verbunden sein, wobei der Ring 312 auf Masse liegen kann, d.h. geerdet sein kann.
Die metallischer Ring 312 kann einen Abstand 210 zur Düse 106 in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 5 cm aufweisen, und zur Oberfläche des Substrates 104 einen Abstand 212 in einem Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 5 cm, beispielsweise 1 cm aufweisen.
4 zeigt eine Ausgestaltung der Vorrichtung, gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
In der dargestellten Ausgestaltung in 4 kann ein LED Panel 104 als erste Elektrode 104 eingerichtet sein, wobei die LED-Chips auf dem Panel 104 mittels der Chip-Rückseite elektrisch kontaktiert sein können. Die Gegenelektrode zur ersten Elektrode 104 kann direkt hinter der Spray-Düse 106 ausgebildet sein. Zwischen den Elektroden kann ein elektrisches Feld mittels einer Spannungsquelle 110 angelegt werden und anschließend ein Strahl 202 einer Silikon-Leuchtstoff-Suspension in mehreren Lagen auf das Panel 104 aufgesprüht werden. Die Silikon-Leuchtstoff-Suspension kann dabei ein Polydimethylsiloxane-Silikon als Matrix aufweisen. mit einer Viskosität von ungefähr 0.5 Pas und mit einem Massenanteil an Leuchtstoff bezüglich der Silikon-Leuchtstoff-Suspension in einem Bereich von ungefähr 40 % bis ungefähr 80 %, beispielsweise ungefähr 50 %.
Der Strahl 202 aus der Düse 106 kann dabei mittels eines geerdeten 314, metallischen Ringes 313 einen kollimierten Strahl 206 ausbilden, der auf die Oberfläche des Substrates 104 gerichtet ist.
Nach Erreichen der Zieldicke der Leuchtstoffschicht kann das Panel 104 mit einer Linse vergossen werden, d.h. mit einer Linse mittels Verguss versehen, werden nicht dargestellt. Anschließend können die LED-Chips des Panels vereinzelt werden und so eine fertige LED ausbilden.
In verschiedenen Ausführungsformen werden Vorrichtungen und ein Verfahren zu deren Herstellung bereitgestellt, mit denen es möglich ist mittels des E-Feld unterstützen Bildens der Leuchtstoffschichten auf einem Substrat eine homogenere Schichtdickenverteilung auf dem Substrat auszubilden, als ohne elektrisches Feld. Weiterhin kann ein Verlaufen und/oder Ablösen der aufgesprühten Leuchtstoffschicht, beispielsweise des Leuchtstoffverbundwerkstoffes, von der Oberfläche des Substrates mittels der elektrischen Anziehungskräfte reduziert und/oder weitestgehend verhindert werden. Dadurch kann, beispielsweise beim Aufsprühen einer Leuchtstoffschicht, eine homogene Verteilung des Farbortes mehrerer optoelektronischer Bauelemente auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet werden. Weiterhin können komplexe Substratformen umformt werden, wobei ein Verlaufen, beispielsweise an senkrechten Stellen des Substrates, verlangsamt oder verhindert wird. Weiterhin können die elektrisch geladenen Stoffe oder elektrisch geladenen Teile des Stoffgemisches, beispielsweise Leuchtstoffe, mittels der elektrischen Kraft dichter gepackt werden. Die dichtere Packung kann zu ein Verbessern der Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise einer aufgesprühten Phosphorschicht, und eine effizientere Bauteilentwärmung ausbilden oder aufweisen. Mittels des Versprühens eines Leuchtstoffes in einer flüchtigen Matrix, beispielsweise in einer Lösungsmittel-Suspension oder einer Lösungsmittel-Dispersion, kann der Leuchtstoff als eine Schicht ohne umgebende Matrix auf dem Substrat aufgebracht werden, da der Stoff der Matrix flüchtig ist, d.h. verdampfen oder entweichen kann. Dadurch kann die Wärmeabfuhr, der bei einem Leuchtstoff zur Wellenlängenkonversion entstehenden Stokes-Wärme, verbessert werden. Die Stokes-Wärme kann dabei die Energiedifferenz zwischen der von dem Leuchtstoff absorbierten elektromagnetischen Strahlung und der emittierten elektromagnetischen Strahlung sein.

Claims

Verfahren zum Herstellen optoelektronischer Bauelemente, das Verfahren aufweisend: • Sprühen einer Leuchtstoffschicht eines optoelektronischen Bauelementes auf ein Substrat (104), wobei der Stoff oder das Stoffgemisch der Leuchtstoffschicht beim Aufsprühen eine elektrische Ladung aufweist und wobei der elektrisch geladene Stoff oder das wenigstens teilweise elektrisch geladene Stoffgemisch beim Aufsprühen der Leuchtstoffschicht ein größeres elektrisches Potential aufweist als wenigstens ein Bereich des Substrates (104); und • wobei die Dicke der Leuchtstoffschicht des aufgesprühten Leuchtstoffes mittels eines elektrischen Potentialgradientens auf dem Substrat (104) während des Aufsprühens der Leuchtstoffschicht lokal eingestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die optoelektronischen Bauelemente als Leuchtdioden oder Laserdioden ausgebildet werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das wenigstens teilweise elektrisch geladene Stoffgemisch, das auf das Substrat (104) aufgesprüht wird, eine Matrix und darin eingebettet einen Leuchtstoff aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei der Stoff der Matrix des Stoffgemisches ein flüchtiges Lösungsmittel aufweist oder daraus gebildet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das flüchtige Lösungsmittel mittels eines Unterdruckes und/oder eines Erwärmens der aufgesprühten Schicht und/oder eines Erwärmens des Substrates (104) von der Oberfläche des Substrates (104) verdampft wird und/oder entweicht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektrische Potentialdifferenz des elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches mittels einer Spannungsquelle (110) ausgebildet wird, wobei eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode elektrisch mit der Spannungsquelle (110) verbunden werden, wobei die elektrische Potentialdifferenz des elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgebildet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die elektrische Potentialdifferenz mittels eines elektrisch geladenen, versprühten Stoffs oder eines wenigstens teilweise elektrisch geladenen, versprühten Stoffgemisches und einem geerdeten Substrat (104) ausgebildet wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der elektrisch geladene Stoff oder das wenigstens teilweise elektrisch geladene Stoffgemisch eine intrinsische elektrische Ladung aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei der Stoff oder das Stoffgemisch oder ein Teil des Stoffgemischs vor oder beim Aufsprühen auf das Substrat (104) elektrostatisch aufgeladen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die elektrische Potentialdifferenz mittels einer elektrostatischen Aufladung des Substrathalters (102) und/oder des Substrates (104) ausgebildet wird.
Vorrichtung (100, 200) zum Herstellen eines elektronischen Bauelements, die Vorrichtung (100, 200) aufweisend: • eine Einrichtung zum Erzeugen einer elektrischen Potentialdifferenz; • einen Substrathalter zum Halten eines Substrats; • eine Einrichtung zum Aufsprühen eines elektrisch geladenen Stoffs oder eines wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches (104), eingerichtet zum Einstellen der Dicke des aufgesprühten elektrisch geladenen Stoffs oder des aufgesprühten, wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches (104) mittels unterschiedlicher elektrischer Potentialänderungen auf dem Substrat (104).
Vorrichtung (100, 200) gemäß Anspruch 11, wobei das wenigstens teilweise elektrisch geladene Stoffgemisch, das auf das Substrat (104) aufgebracht wird, eine Matrix und darin eingebettet einen Leuchtstoff aufweist.
Vorrichtung (100, 200) gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Einrichtung zum Aufsprühen des elektrisch geladenen Stoffs oder des wenigstens teilweise elektrisch geladenen Stoffgemisches (106) eine Düse (106) zum Erzeugen des Strahls (108, 202) des Stoffs oder Stoffgemisches aufweist.
Vorrichtung (100, 200) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Substrathalter und die Düse (106) relativ zueinander bewegbar angeordnet sind.
Vorrichtung (100, 200) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei zwischen der Düse (106) und dem Substrathalter eine Strahloptik (204) ausgebildet ist.