DE102015101749B4

DE102015101749B4 - Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements und lichtemittierendes Bauelement

Info

Publication number: DE102015101749B4
Application number: DE102015101749.0A
Authority: DE
Inventors: Philipp Schwamb
Original assignee: Osram Oled GmbH
Current assignee: Osram Oled GmbH
Priority date: 2015-02-06
Filing date: 2015-02-06
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2035-02-07
Also published as: DE102015101749A1; WO2016124507A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements (1) mit einer Mehrzahl getrennt voneinander betreibbarer Segmente (21, 23) mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Trägers (3), umfassend ein Substrat (5); b) Ausbilden von Gräben (9) in dem Träger (3) entlang eines Segmentierungsmusters (17); c) Aufbringen einer ersten Elektrodenschicht (11) auf den Träger (3) derart, dass die erste Elektrodenschicht (11) zumindest in einem Bereich der Gräben (9) vollständig unterbrochen ist; d) Aufbringen einer Schichtenfolge (13) zur Erzeugung von Licht; und e) Aufbringen einer zweiten Elektrodenschicht (15) derart, dass die zweite Elektrodenschicht (15) kontaktfrei zu der ersten Elektrodenschicht (11) angeordnet ist, wobei – der Träger eine Hilfsschicht (7) umfasst, die sich in lateraler Richtung über das Substrat (5) erstreckt, – die Hilfsschicht (7) elektrisch isolierend ausgebildet ist, – die Hilfsschicht (7) lateral beabstandet von einer das Substrat (5) lateral begrenzenden Außenkontur ausgebildet ist, und – die zweite Elektrodenschicht (15) das Substrat (5) elektrisch kontaktiert.

Description

Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements mit einer Mehrzahl getrennt voneinander betreibbarer Segmente sowie ein lichtemittierendes Bauelement angegeben.
Ein lichtemittierendes Bauelement, das mehrere Leuchtsegmente mit zum Beispiel verschiedenen Helligkeiten oder Formen aufweist, kann dadurch realisiert werden, dass die mehreren Segmente mit separaten Elektroden versehen werden, die über separate Zuleitungen mit verschiedenen Stromstärken betrieben werden können. Die separate Kontaktierung der Segmente erhöht den Herstellungsaufwand im Vergleich zu einem nicht segmentierten lichtemittierenden Bauelement.
In der Druckschrift US 2002/0055210 A1 werden eine organische Leuchtdiode und ein Verfahren zu deren Herstellung beschrieben. Bei dem Verfahren werden Gräben in einem Substrat ausgebildet und eine Anode in den Gräben aufgebracht. Nachfolgend werden eine lichtemittierende Schichtenfolge über der Anode und eine Kathode über der lichtemittierenden Schichtfolge hergestellt.
Aus den Druckschriften JP 2009-048814 A und JP 2009/048814 A sind weitere organische Leuchtdioden bekannt, bei denen in einem Substrat Gräben ausgebildet sind.
Es ist eine Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, das einen Beitrag leistet, ein lichtemittierendes Bauelement mit einer Mehrzahl getrennt voneinander betreibbarer Segmente einfach und effizient herzustellen.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements mit einer Mehrzahl getrennt voneinander betreibbarer Segmente angegeben. Bei dem lichtemittierenden Bauelement kann es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode, insbesondere um eine organische Leuchtdiode (OLED), handeln.
Das lichtemittierende Bauelement erstreckt sich in einer vertikalen Richtung zwischen einer ersten Hauptebene und einer zweiten Hauptebene, wobei die Quer- oder vertikale Richtung senkrecht zur ersten und/oder zweiten Hauptebene verlaufen kann. Bei den Hauptebenen kann es sich beispielsweise um die Deckfläche und die Bodenfläche des lichtemittierenden Bauelements handeln. Das lichtemittierende Bauelement ist in lateraler Richtung, also zum Beispiel zumindest stellenweise parallel zu den Hauptebenen flächig, ausgedehnt und weist in der vertikalen Richtung eine Dicke auf, die klein ist gegenüber einer maximalen Erstreckung des lichtemittierenden Bauelements in lateraler Richtung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Träger bereitgestellt. Der Träger umfasst dabei insbesondere ein Substrat des lichtemittierenden Bauelements. Das Substrat bildet beispielsweise die Bodenfläche des lichtemittierenden Bauelements. Bei dem Substrat handelt es sich beispielsweise um ein Glassubstrat oder ein Polymersubstrat. Das Substrat kann insbesondere transluzent oder transparent ausgebildet sein. Das Substrat kann ferner beispielsweise flexibel ausgebildet sein. Insbesondere kann das Substrat dazu beispielsweise eine Metallfolie, eine Kunststofffolie und/oder ein Dünnglas enthalten oder aus einer dieser Folien bestehen.
Anschließend werden Gräben in dem Träger ausgebildet, insbesondere entlang eines Segmentierungsmusters. Die Gräben werden insbesondere quer zu der ersten und/oder der zweiten Hauptebene ausgebildet, beispielsweise im Wesentlichen in der vertikalen Richtung. Das Segmentierungsmuster kann dabei eine beliebige zweidimensionale Form aufweisen, beispielsweise eine geometrische Grundform oder die Form eines grafischen Symbols. Ebenso kann das Segmentierungsmuster beispielsweise gitterförmig nach Art eines mehreckigen Gitters ausgebildet sein.
Das Ausbilden der Gräben muss dabei nicht notwendigerweise senkrecht zu einer Hauptfläche des Trägers erfolgen. Vielmehr können bei dem Ausbilden der Gräben auch Seitenflächen der Gräben entstehen, die zumindest bereichsweise gekrümmt sind oder zumindest einen Knick aufweisen und somit zumindest stellenweise in einem nichtrechten Winkel zu der Hauptfläche des Trägers verlaufen, von der sich die Gräben in den Träger hinein erstrecken.
Bei dem Verfahren wird eine erste Elektrodenschicht derart auf den Träger aufgebracht, dass die erste Elektrodenschicht zumindest in einem Bereich der Gräben vollständig unterbrochen ist. Die erste Elektrodenschicht besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie einem Metall oder einem Oxid, oder enthält ein derartiges Material. Die erste Elektrodenschicht kann beispielsweise mittels eines physikalischen Gasphasenabscheidungs-Prozesses (physical vapour deposition, PVD) auf den Träger aufgebracht werden. Die erste Elektrodenschicht bedeckt nach diesem Schritt insbesondere eine der Bodenfläche des lichtemittierenden Bauteils abgewandte Oberfläche des Trägers. Im Bereich der Gräben weist die erste Elektrodenschicht dabei mindestens eine Trennlinie auf, an der die erste Elektrodenschicht vollständig unterbrochen ist.
Insbesondere kann ein Teil der ersten Elektrodenschicht auf einer Bodenfläche der Gräben angeordnet sein. Dieser Teil der ersten Elektrodenschicht ist durch die mindestens eine Trennlinie kontaktfrei zu einem jeweiligen Abschnitt der außerhalb der Gräben angeordneten ersten Elektrodenschicht angeordnet, so dass eine elektrische Leitfähigkeit im Bereich der Trennlinie unterbrochen ist. Die jeweilige Trennlinie entsteht dabei beispielsweise durch einen vertikalen Versatz, den der jeweilige Abschnitt der außerhalb der Gräben angeordneten Elektrodenschicht zu dem Teil der ersten Elektrodenschicht auf der Bodenfläche der Gräben aufweist. Der Teil der ersten Elektrodenschicht auf der Bodenfläche der Gräben kann insbesondere durch eine zweite Trennlinie von einem zweiten Abschnitt der außerhalb der Gräben angeordneten Elektrodenschicht getrennt sein. Ferner sind die in den Gräben angeordneten Teile der Elektrodenschicht, die auf den Bodenflächen angeordnet sind, auch untereinander elektrisch voneinander getrennt.
Die erste Elektrodenschicht ist beispielsweise transparent ausgebildet. Insbesondere kann die erste Elektrodenschicht ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO, Transparent Conductive Oxide) aufweisen. Transparente leitfähige Oxide sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO).
Anschließend wird eine Schichtenfolge zur Erzeugung von Licht auf die erste Elektrodenschicht aufgebracht. Die Schichtenfolge ist ausgebildet im Betrieb des lichtemittierenden Bauelements Licht zu erzeugen, insbesondere in einem oder mehreren aktiven Bereichen. Dabei kann in der Schichtenfolge weißes oder farbiges Licht erzeugt werden. Die Schichtenfolge umfasst in diesem Zusammenhang beispielsweise organische Schichten. Bei dem lichtemittierenden Bauelement kann es sich dann insbesondere um eine organische Leuchtdiode handeln.
Die Schichtenfolge bedeckt nach diesem Schritt insbesondere eine der Bodenfläche des lichtemittierenden Bauteils abgewandte Oberfläche der ersten Elektrodenschicht. Insbesondere im Bereich der Gräben kann die Schichtenfolge dabei vollflächig ununterbrochen ausgebildet sein. Beispielsweise füllt die Schichtenfolge die Gräben vollständig aus, so dass eine aufgrund einer Tiefe der Gräben in vertikaler Richtung verursachte Unebenheit des lichtemittierenden Bauelements weitestgehend ausgeglichen werden kann. Das heißt, die den Bodenflächen der Gräben abgewandte Seite der Schichtenfolge zur Erzeugung von Licht kann ihm Rahmen der Herstellungstoleranz eben ausgebildet sein und überdeckt die Gräben in dieser Ausführungsform vollständig. Eine optionale Schlussverkapselung des lichtemittierenden Bauelements als Abschluss des beschriebenen Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt kann in diesem Zusammenhang beispielsweise vereinfacht durchführbar sein.
Anschließend wird eine zweite Elektrodenschicht derart auf die Schichtenfolge aufgebracht, dass die zweite Elektrodenschicht kontaktfrei zu der ersten Elektrodenschicht angeordnet ist. Die zweite Elektrodenschicht besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material oder enthält ein derartiges Material. Die zweite Elektrodenschicht kann beispielsweise ferner transparent ausgebildet sein. Die zweite Elektrodenschicht kann beispielsweise mittels eines physikalischen Gasphasenabscheidungs-Prozesses auf den Träger aufgebracht werden. Die zweite Elektrodenschicht bedeckt nach diesem Schritt insbesondere eine der Bodenfläche des lichtemittierenden Bauteils abgewandte Oberfläche der Schichtenfolge. Die zweite Elektrodenschicht ist dabei im Bereich der Gräben insbesondere frei von einer Unterbrechung.
Die zweite Elektrodenschicht ist zu der ersten Elektrodenschicht insbesondere mittels der Schichtenfolge in zumindest vertikaler Richtung derart beabstandet angeordnet, dass die beiden Elektrodenschichten elektrisch isoliert voneinander sind. Insbesondere ist der Abstand einer der Bodenfläche des lichtemittierenden Bauelements zugewandten Oberfläche der zweiten Elektrodenschicht von der Bodenfläche des lichtemittierenden Bauelements in vertikaler Richtung größer als der Abstand der der Bodenfläche des lichtemittierenden Bauelements abgewandten Oberfläche der ersten Elektrodenschicht.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird ein Träger bereitgestellt, der ein Substrat umfasst. In dem Träger werden Gräben entlang eines Segmentierungsmusters ausgebildet. Eine erste Elektrodenschicht wird derart auf den Träger aufgebracht, dass die erste Elektrodenschicht zumindest in einem Bereich der Gräben vollständig unterbrochen ist. Eine Schichtenfolge zur Erzeugung von Licht wird aufgebracht und eine zweite Elektrodenschicht wird derart aufgebracht, dass die zweite Elektrodenschicht kontaktfrei zu der ersten Elektrodenschicht angeordnet ist.
Durch Unterbrechung der ersten Elektrodenschicht wird eine elektrische Kontaktierung und damit ein Betrieb mehrerer Segmente des lichtemittierenden Bauelements getrennt voneinander ermöglicht. Beispielsweise wird jede mit dem Segmentierungsmuster strukturierte Elektrode der ersten Elektrodenschicht mit einem elektrischen Anschlusskontakt versehen, an dem die jeweilige Elektrode mit einer Strom- oder Spannungsquelle verbunden werden kann. Der zweiten Elektrodenschicht ist vorzugsweise lediglich ein einziger elektrischer Anschlusskontakt zugeordnet. Die jeweilige Elektrode der ersten Elektrodenschicht kann zum Beispiel eine Anode des jeweiligen Segments des lichtemittierenden Bauelements und die zweite Elektrodenschicht eine gemeinsame Kathode der Segmente des lichtemittierenden Bauelements sein. Alternativ kann die jeweilige Elektrode der ersten Elektrodenschicht eine Kathode des jeweiligen Segments des lichtemittierenden Bauelements und die zweite Elektrodenschicht eine gemeinsame Anode der Segmente des lichtemittierenden Bauelements sein. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Elektrodenschicht ähnlich der ersten Elektrodenschicht beispielsweise in mehrere Elektroden unterteilt sein.
Durch das beschriebene Verfahren kann ein lichtemittierendes Bauelement mit einer Mehrzahl getrennt voneinander betreibbarer Segmente einfach und effizient hergestellt werden. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang auf zusätzliche Verfahrensschritte, wie beispielsweise einen Photolithographie-Prozess verzichtet werden, so dass zu einer kostengünstigen Herstellung des lichtemittierenden Bauelements beigetragen wird. Zudem können durch das beschriebene Verfahren gemäß dem ersten Aspekt besonders feine Strukturgrenzen erreicht werden, insbesondere im Hinblick auf Maskentoleranzen wie beispielsweise des Photolitographie-Prozesses. In diesem Zusammenhang wird ferner zu einer hohen Ausbeute bei der Herstellung derartiger lichtemittierender Bauelemente beigetragen, da ein aktiver Bereich der jeweiligen lichtemittierenden Bauelemente frei von einem Aufliegen von Masken ist, so dass die Elektrodenschichten kontaktfrei zueinander angeordnet sind. Die Temperaturbelastbarkeit sowie die Feuchtigkeitsbeständigkeit des Trägers sind wesentlich höher als die Temperaturbelastbarkeit beziehungsweise die Feuchtigkeitsbeständigkeit von den auf dem Träger angeordneten, zusätzlichen Schichten, wie beispielsweise den Elektrodenschichten und/oder der Schichtenfolge. Mit dem beschriebenen Verfahren können also temperatur- und/oder feuchtigkeitsbelastende Verfahrensschritte vor Aufbringen der ersten Elektrodenschicht durchgeführt werden. Insbesondere können derartige Verfahrensschritte nach Ausbilden der Gräben durchgeführt werden, durch die wie beschrieben die Unterbrechung der ersten Elektrodenschicht erreicht wird.
In zumindest einer Ausführungsform werden die Gräben mittels eines Laserablations-Prozesses ausgebildet. Insbesondere wird dabei ein Bereich des Trägers entlang des Segmentierungsmusters bis zu einer vorgegebenen Tiefe in vertikaler Richtung mittels kohärenter Strahlung abgetragen. Als Strahlungsquelle eignet sich beispielsweise ein Laser im Pulsbetrieb.
Alternativ oder zusätzlich können die Gräben beispielsweise mittels Abformung ausgebildet werden. Beispielsweise kann ein mechanischer Stempel in den Bereich des Trägers entlang des Segmentierungsmusters bis zu der vorgegebenen Tiefe in vertikaler Richtung eingepresst werden. Zu diesem Zeitpunkt kann der Träger zumindest teilweise einen flüssigen Zustand aufweisen. Beispielsweise wird zumindest ein flüssiger Teil des Trägers nach und/oder bei Eindringen des mechanischen Stempels ausgehärtet, beispielsweise durch Belichten. Ein Ausbilden der Gräben mittels des Laserablations-Prozesses hat im Hinblick auf die Abformung insbesondere den Vorteil, dass eine variable Form der Seitenflächen der Gräben ermöglicht wird.
In zumindest einer Ausführungsform werden die Gräben derart ausgebildet, dass zumindest eine Seitenfläche der Gräben eine Ausnehmung in lateraler Richtung aufweist. Die Ausnehmung kann dabei insbesondere durch zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildete Seitenflächen entstehen, oder wenn die Seitenflächen zumindest einen Knick aufweisen. Die Ausnehmung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass zumindest ein Teil der Oberfläche des Trägers im Bereich der Gräben aus einem der Bodenfläche des lichtemittierenden Bauelements in vertikaler Richtung zugewandten Blickwinkel verdeckt ist durch den Träger.
Dies hat den Vorteil, dass bei einem anschließenden Aufbringen der ersten Elektrodenschicht die Unterbrechung der ersten Elektrodenschicht im Bereich der Gräben besonders einfach, insbesondere ohne weitere Verfahrensschritte ermöglicht wird. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang ein beliebiger physikalischer Gasphasenabscheidungs-Prozess zum Aufbringen der ersten Elektrodenschicht eingesetzt werden wie beispielsweise thermisches Verdampfen.
In zumindest einer Ausführungsform werden die Gräben in dem Träger ausgebildet, bevor die erste Elektrodenschicht auf den Träger aufgebracht wird. In vorteilhafter Weise kann so die Temperaturbelastbarkeit und/oder die Feuchtigkeitsbeständigkeit des Trägers ausgenutzt werden, um temperatur- und/oder feuchtigkeitsbelastende Verfahrensschritte vor Aufbringen der ersten Elektrodenschicht durchzuführen. Ferner hat dies den Vorteil, dass die Unterbrechung der ersten Elektrodenschicht auf einfache Weise, insbesondere ohne weitere Verfahrensschritte, ermöglicht wird. In diesem Zusammenhang kann in besonders vorteilhafter Weise auf einen Wechsel einer Prozesskammer zur Herstellung des lichtemittierenden Bauelements zwischen dem Aufbringen der ersten Elektrodenschicht und der Schichtenfolge verzichtet werden, wie dies beispielsweise bei einem Durchtrennen der ersten Elektrodenschicht nach Aufbringen einer vollflächig verbundenen ersten Elektrodenschicht auf einen grabenfreien Träger erforderlich wäre, so dass eine damit verbundene Verunreinigung des lichtemittierenden Bauelements verhindert werden kann.
Erfindungsgemäß umfasst der Träger eine Hilfsschicht, die sich in lateraler Richtung über das Substrat erstreckt. Die Hilfsschicht kann einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein. Die Hilfsschicht oder eine Teilschicht davon kann beispielsweise als eine Verbindungsschicht für eine stoffschlüssige Verbindung ausgebildet sein, etwa zwischen der ersten Elektrodenschicht und dem Substrat. Die Hilfsschicht wirkt in diesem Zusammenhang beispielsweise planarisierend. Die Hilfsschicht oder eine Teilschicht davon kann beispielsweise elektrisch isolierend ausgebildet sein. Die Hilfsschicht oder eine Teilschicht davon kann weiterhin als Spiegelschicht für das in der Schichtenfolge zu erzeugende Licht ausgebildet sein. In diesem Fall handelt es sich bei dem lichtemittierenden Bauelement beispielsweise um einen sogenannten „Topemitter”. Die Hilfsschicht kann ferner transluzent oder transparent ausgebildet sein. In diesem Fall handelt es sich bei dem lichtemittierenden Bauelement beispielsweise um einen sogenannten „Bottomemitter” oder eine sogenannte „transparente OLED”. Ferner kann die Hilfsschicht oder eine Teilschicht davon in diesem Zusammenhang lichtstreuend ausgebildet sein.
In zumindest einer Ausführungsform weist die Hilfsschicht nach Ausbilden der Gräben in dem Träger im Bereich der Gräben in vertikaler Richtung eine Höhe von mindestens 1 μm auf. Vorzugsweise wird dadurch zumindest eine der vorgenannten Wirkungen der Hilfsschicht oder einer Teilschicht davon insbesondere im Bereich der Gräben erhalten, und zugleich das vorteilhafte Verfahren zur Herstellung des lichtemittierenden Bauelements ermöglicht.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist die Hilfsschicht elektrisch isolierend ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine elektrische Kontaktierung der ersten Elektrodenschicht unabhängig von dem Substrat ermöglicht wird. Beispielsweise kann in diesem Zusammenhang eine elektrische Kontaktierung der zweiten Elektrodenschicht über das Substrat erfolgen.
In zumindest einer Ausführungsform ist die Hilfsschicht lichtstreuend ausgebildet. Beispielsweise umfasst die Hilfsschicht oder eine Teilschicht davon mikroskalige und/oder nanoskalige Partikel. Die Hilfsschicht ist insbesondere hochbrechend ausgebildet, beispielsweise als sogenannte Hochindexglasbeschichtung. Die Hilfsschicht kann ferner zu einer Auskopplung von Moden in dem lichtemittierenden Bauelement ausgebildet sein.
Die Hilfsschicht ist lateral beabstandet von einer das Substrat lateral begrenzenden Außenkontur ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass eine elektrische Kontaktierung der zweiten Elektrodenschicht über das Substrat ermöglicht wird. Die Hilfsschicht kann in diesem Zusammenhang auch als Isolationsinsel bezeichnet werden.
Die zweite Elektrodenschicht kontaktiert das Substrat elektrisch. In vorteilhafter Weise wird so beispielsweise zu einer einfachen, kompakten Bauform des lichtemittierenden Bauelements beigetragen.
In zumindest einer Ausführungsform wird die erste Elektrodenschicht in einem nicht-konformen Abscheidungs-Prozess aufgebracht. Als nicht-konformer Abscheidungs-Prozess ist beispielsweise Sputtern besonders geeignet. Unter einem nicht-konformen (Englisch „non-conformal”) Abscheidungs-Prozess wird insbesondere ein Verfahren zum gerichteten Aufbringen abzuscheidenden Materials mit hoher Geschwindigkeit verstanden, so dass eine Umformung von Kanten durch abzuscheidendes Material zumindest an Seitenflächen der Kanten parallel des gerichteten Aufbringens weitgehend vermieden wird. In vorteilhafter Weise trägt das nicht-konforme Abscheiden der ersten Elektrodenschicht dazu bei, dass die Unterbrechung der ersten Elektrodenschicht besonders einfach, beispielsweise ohne Ausbildung von Ausnehmungen in den Seitenflächen der Gräben ermöglicht wird.
In zumindest einer Ausführungsform wird ein Reinigungsschritt zur Reinigung des Trägers zwischen dem Ausbilden der Gräben in dem Träger und dem Aufbringen der ersten Elektrodenschicht durchgeführt. Insbesondere durch Ausbilden der Gräben in dem Träger kann der Träger Verunreinigungen aufweisen, wie zum Beispiel Schmelzüberreste bei dem Laserablations-Prozess (sogenanntes „Debris”). In diesem Zusammenhang wird die Erkenntnis genutzt, dass der Träger die hohe Temperaturbelastbarkeit und Feuchtebeständigkeit aufweist, so dass ein derartiger Reinigungsschritt äußerst vielseitig und effizient erfolgen kann.
Weiterhin wird ein lichtemittierendes Bauelement mit einer Mehrzahl getrennt voneinander betreibbaren Segmenten angegeben. Das lichtemittierende Bauelement ist insbesondere mit einem hier beschriebenen Verfahren gemäß dem ersten Aspekt herstellbar, so dass sämtliche für das Verfahren offenbarten Merkmale auch für das lichtemittierende Bauelement offenbart sind und umgekehrt.
Das lichtemittierende Bauelement weist einen Träger mit Gräben entlang eines Segmentierungsmusters auf, der ein Substrat umfasst. Das lichtemittierende Bauelement weist ferner eine erste Elektrodenschicht auf, die zumindest im Bereich der Gräben vollständig unterbrochen ausgebildet ist, so dass die durch das Segmentierungsmuster definierten Segmente des lichtemittierenden Bauelements elektrisch getrennt voneinander kontaktierbar sind. Des Weiteren weist das lichtemittierende Bauelement eine Schichtenfolge zur Erzeugung von Licht, sowie eine zweite Elektrodenschicht auf. Der Träger, die erste Elektrodenschicht, die Schichtenfolge und die zweite Elektrodenschicht sind in vertikaler Richtung übereinander angeordnet. Zur Herstellung eines solchen lichtemittierenden Bauelements kann auf Verwendung von Masken beziehungsweise einen Photolithographie-Prozess verzichtet werden.
Außerdem umfasst der Träger eine Hilfsschicht, die in vertikaler Richtung zwischen dem Substrat und der ersten Elektrodenschicht angeordnet ist. Die Hilfsschicht kann wie in dem bereits beschriebenen Verfahren gemäß dem ersten Aspekt ausgebildet sein, so dass zu einem effizienten Betrieb des lichtemittierenden Bauelements beigetragen wird.
In zumindest einer Ausführungsform weisen die Gräben an jeweils zumindest einer Seitenfläche Spuren eines Materialabtrags eines Laserablations-Prozesses auf. Hierbei handelt es sich um ein gegenständliches Merkmal, das mit Analysemethoden der Halbleitertechnik am fertigen lichtemittierenden Bauelement eindeutig nachweisbar ist. Zum Beispiel sind diese Spuren eindeutig von Spuren unterscheidbar, die durch Sägen, Brechen, Ätzen oder andere Trenntechniken erzeugbar sind. Es handelt sich bei dem genannten Merkmal also insbesondere nicht um ein Verfahrensmerkmal.
In zumindest einer Ausführungsform ist an einer Bodenfläche der Gräben elektrisch nicht kontaktiertes Material der ersten Elektrodenschicht vorhanden. Insbesondere kann dies der Fall sein, wenn die erste Elektrodenschicht zwischen jeweils zwei lateral benachbarten Segmenten des lichtemittierenden Bauelements mehrmals unterbrochen ausgebildet ist. In vorteilhafter Weise können so beispielsweise beliebig geformte Bereiche des lichtemittierenden Bauelements nichtleuchtend ausgebildet werden.
Die elektrisch isolierend ausgebildete Hilfsschicht ist lateral beabstandet zu einer Außenkontur des Substrats auf dem Substrat angeordnet. Die Hilfsschicht weist die Gräben auf, so dass die auf der Hilfsschicht angeordnete erste Elektrodenschicht im Bereich der Gräben vollständig unterbrochen ist. Die auf der ersten Elektrodenschicht angeordnete Schichtenfolge füllt die Gräben derart auf, dass die auf der Schichtenfolge angeordnete zweite Elektrodenschicht kontaktfrei zu der ersten Elektrodenschicht ausgebildet ist. In vorteilhafter Weise ermöglicht die elektrisch isolierend ausgebildete Hilfsschicht eine elektrische Kontaktierung der ersten Elektrodenschicht unabhängig von dem Substrat. Durch eine zumindest teilweise laterale Beabstandung der Hilfsschicht zu der Außenkontur des Substrats wird in diesem Zusammenhang ferner eine elektrische Kontaktierung der zweiten Elektrodenschicht über das Substrat ermöglicht.
In zumindest einer Ausführungsform weisen die Gräben an zumindest einer Seitenfläche eine Ausnehmung auf, die im Wesentlichen frei von Material der ersten Elektrodenschicht ist. In vorteilhafter Weise kann eine Unterbrechung der ersten Elektrodenschicht im Bereich der Gräben dadurch groß ausgebildet sein, ohne eine im Betrieb des lichtemittierenden Bauelements sichtbare Strukturgrenze zwischen lateral benachbarten Segmenten des lichtemittierenden Bauelements zu vergrößern. Eine derartige große Unterbrechung kann insbesondere beitragen zu einem besonders zuverlässigen Betrieb des lichtemittierenden Bauelements.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Beispielen und einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen:
Figuren 1a bis 1d ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements mit einer Mehrzahl getrennt voneinander betreibbarer Segmente anhand von jeweils in schematischer Schnittansicht dargestellten Zwischenschritten;
2a und 2b ein zweites Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements mit einer Mehrzahl getrennt voneinander betreibbarer Segmente anhand von jeweils in schematischer Schrägansicht dargestellten Zwischenschritten;
3a und 3b ein drittes Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements mit einer Mehrzahl getrennt voneinander betreibbarer Segmente anhand von jeweils in schematischer Schnittansicht dargestellten Zwischenschritten; und
4a und 4b ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements mit einer Mehrzahl getrennt voneinander betreibbarer Segmente anhand von jeweils in schematischer Explosionsansicht dargestellten Zwischenschritten.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente und insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Ein erstes Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements 1 mit einer Mehrzahl getrennt voneinander betreibbarer Segmente 21, 23 ist anhand der 1a bis 1d jeweils in schematischer Schnittansicht gezeigt. Wie in 1a dargestellt, wird ein Träger 3 bereitgestellt, der sich in lateraler Richtung erstreckt. Der Träger umfasst ein Substrat 5 sowie eine in vertikaler Richtung darauffolgende Hilfsschicht 7. Beispielsweise ist das lichtemittierende Bauelement 1 ein organischer Leuchtdiodenchip, mit einem zur Erzeugung von Licht vorgesehenen aktiven Bereich (in den Figuren zur vereinfachten Darstellung nicht explizit gezeigt).
Das Substrat 5 ist in diesem Beispiel flexibel als opake Metallfolie ausgebildet. Eine Abstrahlrichtung des lichtemittierenden Bauelements 1 ist in vertikaler Richtung auf eine der Hilfsschicht 7 zugewandten Seite des Substrats 5 gerichtet (sogenannter „Topemitter”). In anderen Beispielen ist das Substrat 5 transluzent, beispielsweise aus Glas ausgebildet, so dass es im Betrieb des lichtemittierenden Bauelements 1 durchleuchtet werden kann, beziehungsweise die Abstrahlrichtung des lichtemittierenden Bauelements 1 vertikal zu einer der Hilfsschicht 7 abgewandten Seite des Substrats 5 gerichtet sein kann (sogenannter „Bottomemitter”).
Beispielsweise weist die Hilfsschicht 7 in vertikaler Richtung eine Höhe zwischen einschließlich 1 μm bis einschließlich 50 μm auf. Insbesondere ist die Höhe der Hilfsschicht 7 zu diesem Zeitpunkt im Wesentlichen konstant in lateraler Richtung.
In diesem Beispiel ist die Hilfsschicht 7 elektrisch isolierend ausgebildet und lateral beabstandet zu einer Außenkontur des Substrats 5 angeordnet. Die Hilfsschicht 7 kann beispielsweise als sogenannte Isolationsinsel bezeichnet werden. Die Hilfsschicht 7 dient ferner einer Planarisierung einer Oberfläche des Substrats 5, so dass eine zuverlässige stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Substrat 5 und einer in vertikaler Richtung folgenden Schicht hergestellt werden kann. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Hilfsschicht 7 beispielsweise als Hochindexschicht lichtstreuend ausgebildet sein, insbesondere im Hinblick auf eine Effizienzsteigerung des lichtemittierenden Bauelements 1.
Wie in 1b dargestellt, wird in den Träger 3 auf einer dem Substrat 5 abgewandten Seite der Hilfsschicht 7 ein Graben 9 ausgebildet. Beispielsweise wird der Träger 3 dazu entlang eines Segmentierungsmusters 17 (siehe 2a) in vertikaler Richtung mit kohärenter Strahlung, beispielsweise Laserstrahlung beaufschlagt, oder mechanisch verformt. Eine Tiefe des Grabens 9 in vertikaler Richtung beträgt dabei beispielsweise zwischen einschließlich 10 nm bis einschließlich 50 μm. Insbesondere beträgt die Tiefe des Grabens zwischen einschließlich 10 μm bis einschließlich 20 μm. Die Tiefe des Grabens 9 in vertikaler Richtung ist dabei insbesondere größer als eine Höhe einer in einem nächsten Verfahrensschritt aufgebrachten ersten Elektrodenschicht 11 (siehe 1c) in vertikaler Richtung. Der Graben 9 ist ferner derart ausgebildet, dass eine Höhe der Hilfsschicht 7 in vertikaler Richtung zumindest 1 μm beträgt. Wie in 1b dargestellt ist eine Seitenfläche 19 des Grabens 9 in dem ersten Beispiel im Wesentlichen parallel zu der vertikalen Richtung ausgebildet.
Anschließend wird in einem nicht-konformen Abscheidungs-Prozess die erste Elektrodenschicht 11 auf einer dem Substrat 5 abgewandten Oberfläche der Hilfsschicht 7 aufgebracht (1c). Bei dem nicht-konformen Abscheidungs-Prozess kann es sich beispielsweise um Sputtern handeln. Die erste Elektrodenschicht 11 weist beispielsweise ein leitfähiges Oxid, Metall oder Metalloxid auf wie zum Beispiel Aluminium, Silber oder Indiumzinnoxid. Die erste Elektrodenschicht 11 kann in diesem Zusammenhang beispielsweise transparent ausgebildet sein.
Durch nicht-konformes Abscheiden der ersten Elektrodenschicht 11 wird Material der ersten Elektrodenschicht 11 im Wesentlichen lediglich parallel der vertikalen Richtung auf die Oberfläche der Hilfsschicht 7 aufgebracht, so dass eine Umformung von Kanten des Grabens 9 weitgehend vermieden wird. Insbesondere sind die Seitenflächen 19 des Grabens dadurch zumindest teilweise frei von Material der ersten Elektrodenschicht 11, so dass die erste Elektrodenschicht 11 im Bereich des Grabens 9 unterbrochen ist. In vorteilhafter Weise ist die erste Elektrodenschicht 11 dadurch unterteilt in zwei separat kontaktierbare erste Elektroden 27, 29. Zwischen den beiden ersten Elektroden 27, 29 kann durch Unterbrechung der ersten Elektrodenschicht 11 beispielsweise nicht kontaktiertes Material der ersten Elektrodenschicht 11 in dem Graben 9 angeordnet sein.
In einem anschließenden Schritt wird, wie in 1d dargestellt, zunächst eine Schichtenfolge 13 zur Erzeugung von Licht auf einer in vertikaler Richtung dem Träger 3 abgewandten Oberfläche der ersten Elektrodenschicht 11 aufgebracht. Auf einer in vertikaler Richtung dem Träger 3 abgewandten Oberfläche der Schichtenfolge 13 wird darauffolgend eine zweite Elektrodenschicht 15 aufgebracht.
Die Schichtenfolge 13 umfasst beispielsweise organisches Halbleitermaterial, insbesondere organische Schichten zur Emission von Licht und zur Zuleitung von Ladungsträgern. Die zweite Elektrodenschicht 15 weist beispielsweise ein leitfähiges Oxid, Metall oder Metalloxid auf. Die zweite Elektrodenschicht 15 kann in diesem Zusammenhang beispielsweise transparent ausgebildet sein.
Die zweite Elektrodenschicht 15 kann beispielsweise mit einem physikalischen Gasphasenabscheidungs-Prozess aufgebracht werden. Die zweite Elektrodenschicht 15 wird dabei derart auf die Schichtenfolge 13 aufgebracht, dass die zweite Elektrodenschicht 15 vollflächig in vertikaler Richtung beabstandet von der ersten Elektrodenschicht 11 ist und insbesondere kontaktfrei zu dieser angeordnet ist. Dabei kann insbesondere ein konformer Abscheidungs-Prozess eingesetzt werden, so dass die zweite Elektrodenschicht 15 vollflächig verbunden ist, insbesondere im Bereich des Grabens 9.
Die ersten Elektroden 27, 29 bilden beispielsweise Anoden der Segmente 21, 23. Die zweite Elektrodenschicht 15 bildet beispielsweise eine gemeinsame Kathode der Segmente 21, 23. Durch getrennte Kontaktierung der jeweiligen Elektroden 27, 29 und der zweiten Elektrodenschicht 15 kann im Betrieb des lichtemittierenden Bauelements 1 ein Erzeugen von Licht durch die Segmente 21, 23 getrennt voneinander erfolgen.
2a und 2b zeigen jeweils Ausführungsvarianten eines zweiten Beispiels eines Verfahrens zur Herstellung des lichtemittierenden Bauelements 1, das sich von dem Verfahren gemäß dem ersten Beispiel dadurch unterscheidet, dass die Elektrodenschicht 11 durch mehrere Gräben 9 entlang des Segmentierungsmusters 17 unterteilt wird.
Die Gräben 9 können sich dabei in zumindest eine Richtung in lateraler Ebene vollständig durch die Hilfsschicht 7 erstrecken (siehe 2a), oder sich zumindest teilweise lediglich zu einer Wandung der Hilfsschicht 7 erstrecken, die lateral beabstandet ist von einer Außenkontur der Hilfsschicht 7 (siehe 2b). Das Segmentierungsmuster 17 kann dabei eine beliebige zweidimensionale Form aufweisen. Beispielsweise kann das Segmentierungsmuster 17 eine einzelne Linie beziehungsweise ein einzelnes Rechteck aufweisen, wie es zum Beispiel in dem ersten Beispiel eingesetzt werden könnte. Ferner kann das Segmentierungsmuster 17 beispielsweise eine regelmäßige Gitterstruktur aufweisen, wie in 2a.
3a und 3b zeigen jeweils Ausführungsvarianten eines dritten Beispiels eines Verfahrens zur Herstellung des lichtemittierenden Bauelements 1, das sich von dem Verfahren gemäß dem ersten Beispiel dadurch unterscheidet, dass das Ausbilden des Grabens 9 zumindest teilweise in lateraler Richtung erfolgt. Zumindest eine der Seitenflächen 19 des Grabens 9 weist eine Ausnehmung 25 in lateraler Richtung auf, die in vertikaler Richtung jeweils durch Material der Hilfsschicht 7 umgeben ist. Die jeweilige Ausnehmung 25 ist insbesondere derart dimensioniert, dass bei einem anschließenden Aufbringen der ersten Elektrodenschicht 11 auf die dem Substrat 5 abgewandte Oberfläche der Hilfsschicht 7 zumindest ein Teilbereich der Ausnehmung 25 frei ist von Material der ersten Elektrodenschicht 11. Beispielsweise ist die jeweilige Ausnehmung 25 derart dimensioniert, dass der Teilbereich der Ausnehmung 25 von dem Material der Elektrodenschicht 11 nicht durch direkte Ablagerung erreicht wird. In vorteilhafter Weise wird dadurch die Unterbrechung der ersten Elektrodenschicht 11 ermöglicht.
In diesem Fall kann das anschließende Aufbringen der ersten Elektrodenschicht 11 beispielsweise mittels eines beliebigen physikalischen Gasphasenabscheidungs-Prozesses durchgeführt werden, solange das Material der ersten Elektrodenschicht 11 zumindest die Ausnehmung 25 nicht vollständig ausfüllt, so dass die erste Elektrodenschicht 11 im Bereich der jeweiligen Ausnehmung 25 unterbrochen ist. Eine Umformung der Kanten des Grabens 9 durch die erste Elektrodenschicht 11 kann in diesem Fall folglich in Kauf genommen werden.
Die in 3a dargestellte Form des Grabens 9 kann beispielsweise mittels eines Laserablations-Prozesses ausgebildet werden. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise ein zumindest teilweise schräges Einstrahlen eines Lasers bezüglich der vertikalen Richtung durchgeführt werden. Die in 3b dargestellte Form des Grabens 9 kann beispielsweise durch bezüglich der vertikalen Richtung schräges Einbringen eines mechanischen Stempels in die Hilfsschicht 7 realisiert werden.
4a und 4b zeigen jeweils eine schematische Explosionsansicht von Ausführungsvarianten eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung des lichtemittierenden Bauelements 1 gemäß der Erfindung. Die in 4a dargestellte Ausführungsvariante entspricht dabei dem zweiten Beispiel. Die in 4b dargestellte Ausführungsvariante unterscheidet sich von dem Verfahren gemäß dem zweiten Beispiel dadurch, dass das Substrat 5, die Hilfsschicht 7, die erste Elektrodenschicht 11, die Schichtenfolge 13 sowie die zweite Elektrodenschicht 15 in lateraler Richtung versetzt zueinander angeordnet sind. Ebenfalls denkbar wäre eine in lateraler Richtung unterschiedlich weite Erstreckung der Schichten. Dadurch können beispielsweise in vertikaler Richtung nicht direkt aufeinanderfolgende Schichten des lichtemittierenden Bauelements 1 kostengünstig und platzsparend miteinander in Kontakt gebracht werden. Die zweite Elektrodenschicht 15 ist über das Substrat 5 elektrisch kontaktiert.
Bezugszeichenliste

1: lichtemittierendes Bauelement
3: Träger
5: Substrat
7: Hilfsschicht
9: Gräben
11: erste Elektrodenschicht
13: Schichtenfolge
15: zweite Elektrodenschicht
17: Segmentierungsmuster
19: Seitenfläche
21, 23: Segmente
25: Ausnehmung
27, 29: erste Elektroden

Claims

Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements (1) mit einer Mehrzahl getrennt voneinander betreibbarer Segmente (21, 23) mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Trägers (3), umfassend ein Substrat (5); b) Ausbilden von Gräben (9) in dem Träger (3) entlang eines Segmentierungsmusters (17); c) Aufbringen einer ersten Elektrodenschicht (11) auf den Träger (3) derart, dass die erste Elektrodenschicht (11) zumindest in einem Bereich der Gräben (9) vollständig unterbrochen ist; d) Aufbringen einer Schichtenfolge (13) zur Erzeugung von Licht; und e) Aufbringen einer zweiten Elektrodenschicht (15) derart, dass die zweite Elektrodenschicht (15) kontaktfrei zu der ersten Elektrodenschicht (11) angeordnet ist, wobei – der Träger eine Hilfsschicht (7) umfasst, die sich in lateraler Richtung über das Substrat (5) erstreckt, – die Hilfsschicht (7) elektrisch isolierend ausgebildet ist, – die Hilfsschicht (7) lateral beabstandet von einer das Substrat (5) lateral begrenzenden Außenkontur ausgebildet ist, und – die zweite Elektrodenschicht (15) das Substrat (5) elektrisch kontaktiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gräben (9) mittels eines Laserablations-Prozesses ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gräben (9) derart ausgebildet werden, dass zumindest eine Seitenfläche der Gräben (9) eine Ausnehmung (25) in lateraler Richtung aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hilfsschicht (7) nach Schritt b) im Bereich der Gräben (9) in vertikaler Richtung eine Höhe von mindestens 1 μm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hilfsschicht (7) lichtstreuend ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Elektrodenschicht (11) in einem nicht-konformen Abscheidungs-Prozess, insbesondere Sputtern, aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Reinigungsschritt zur Reinigung des Trägers (3) zwischen Schritt b) und Schritt c) durchgeführt wird.
Lichtemittierendes Bauelement (1) mit einer Mehrzahl getrennt voneinander betreibbarer Segmente (21, 23), umfassend: – einen Träger (3) mit Gräben (9) entlang eines Segmentierungsmusters (17), umfassend ein Substrat (5); – eine erste Elektrodenschicht (11), die zumindest im Bereich der Gräben (9) vollständig unterbrochen ausgebildet ist, so dass die durch das Segmentierungsmuster (17) definierten Segmente (21, 23) elektrisch getrennt voneinander kontaktierbar sind; – einer Schichtenfolge (13) zur Erzeugung von Licht; und – einer zweiten Elektrodenschicht (15), wobei – der Träger (3), die erste Elektrodenschicht (11), die Schichtenfolge (13) und die zweite Elektrodenschicht (15) in vertikaler Richtung übereinander angeordnet sind, – der Träger (3) eine Hilfsschicht (7) umfasst, die sich in lateraler Richtung über das Substrat (5) erstreckt, – die Hilfsschicht (7) elektrisch isolierend ausgebildet ist, – die Hilfsschicht (7) lateral beabstandet von einer das Substrat (5) lateral begrenzenden Außenkontur ausgebildet ist, und – die zweite Elektrodenschicht (15) das Substrat (5) elektrisch kontaktiert.
Lichtemittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 8, bei dem die Hilfsschicht (7) in vertikaler Richtung zwischen dem Substrat (5) und der ersten Elektrodenschicht (11) angeordnet ist.
Lichtemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 9, wobei die Gräben (9) an jeweils zumindest einer Seitenfläche (19) Spuren eines Materialabtrags eines Laserablations-Prozesses aufweisen.
Lichtemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10, bei dem an einer Bodenfläche der Gräben (9) elektrisch nicht kontaktiertes Material der ersten Elektrodenschicht (11) vorhanden ist.
Lichtemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, bei dem – die Hilfsschicht (7) die Gräben (9) aufweist, so dass die auf der Hilfsschicht (7) angeordnete erste Elektrodenschicht (11) im Bereich der Gräben (9) vollständig unterbrochen ist, – die auf der ersten Elektrodenschicht (11) angeordnete Schichtenfolge (13) die Gräben (9) derart auffüllt, dass die auf der Schichtenfolge (13) angeordnete zweite Elektrodenschicht (15) kontaktfrei zu der ersten Elektrodenschicht (11) ausgebildet ist.
Lichtemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12, bei dem die Gräben an zumindest einer Seitenfläche (19) eine Ausnehmung (25) aufweisen, die im Wesentlichen frei von Material der ersten Elektrodenschicht (11) ist.