DE102015114167B4

DE102015114167B4 - Leuchtdiode und Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode

Info

Publication number: DE102015114167B4
Application number: DE102015114167.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Popp; Richard Baisl
Original assignee: Pictiva Displays International Ltd
Current assignee: Pictiva Displays International Ltd
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2025-08-28
Anticipated expiration: 2035-08-27
Also published as: WO2017032608A1; DE102015114167A1

Abstract

Leuchtdiode (100) aufweisend:
- eine Schichtenfolge (1) mit einer im Betrieb Strahlung emittierenden, aktiven Schicht (10),
- zumindest ein Zuleitungselement (3), das auf einer ersten Hauptseite (11) der Schichtenfolge (1) angeordnet ist und über das im Betrieb elektrischer Strom in die oder aus der Schichtenfolge (1) geleitet wird,
- eine Tunnelschicht (2) zwischen der aktiven Schicht (10) und dem Zuleitungselement (3), wobei
- das Zuleitungselement (3) in Draufsicht teilweise oder vollständig von der aktiven Schicht (10) und der Tunnelschicht (2) überdeckt ist,
- zwischen dem Zuleitungselement (3) und der Schichtenfolge (1) ein Stromfluss nur durch einen Tunneleffekt möglich ist,
- im Bereich des Zuleitungselements (3) zumindest zwei in lateraler Richtung nebeneinanderliegende Teilbereiche (31, 32) gebildet sind, in denen die Tunnelschicht (2) und/oder das Zuleitungselement (3) gezielt unterschiedlich ausgebildet sind, sodass die Tunnelwahrscheinlichkeiten durch die Tunnelschicht (2) in den unterschiedlichen Teilbereichen (31, 32) voneinander unterschiedlich sind, wobei
- das Zuleitungselement (3) direkt an die Tunnelschicht (2) grenzt,
- das Zuleitungselement (3) in den unterschiedlichen Teilbereichen (31, 32) unterschiedliche, an die Tunnelschicht (2) grenzende Materialen aufweist, sodass hierdurch die Höhe einer Tunnelbarriere zwischen dem Zuleitungselement (3) und der Tunnelschicht (2) in den unterschiedlichen Teilbereichen (31, 32) unterschiedlich ist.

Description

Es wird eine Leuchtdiode angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode angegeben.
Die Druckschriften US 3 710 167 A , DE 10 2014 100 747 A1 , WO 2008/ 130 207 A1 , EP 1 760 798 A1 , US 2010 / 0 258 833 A1 , und US 2006 / 0 220 035 A1 beschreiben Leuchtdioden und Verfahren zur Herstellung von Leuchtdioden.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Leuchtdiode mit einer strukturiert erscheinenden Leuchtfläche anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Leuchtdiode anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die Leuchtdiode gemäß Anspruch 1 und das Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Leuchtdiode eine Schichtenfolge mit einer im Betrieb Strahlung emittierenden, aktiven Schicht. Bei der Leuchtdiode kann es sich um eine organische oder um eine anorganische Leuchtdiode handeln.
Im Falle einer anorganischen Leuchtdiode, kurz LED, ist die Schichtenfolge beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge, die auf einem III-V-Verbindungs-Halbleitermaterial basiert. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungs-Halbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mN, oder um ein Phosphid-Verbindungs-Halbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mP, oder auch um ein Arsenid-Verbindungs-Halbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und m + n ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN.
Die aktive Schicht weist beispielsweise wenigstens einen pn-Übergang und/oder eine Quantentopfstruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs, kurz SQW, oder in Form einer Multiquantentopfstruktur, kurz MQW, auf.
Im Falle einer organischen Leuchtdiode, kurz OLED, weist die aktive Schicht beispielsweise ein organisches Emittermaterial auf. Weitere Schichten der Schichtenfolge können dann organische Elektronen-Transportschichten oder Loch-Transportschichten oder Elektronen-Injektionsschichten oder Loch-Injektionsschichten sein.
Beispielsweise emittiert die Leuchtdiode und/oder die aktive Schicht im Betrieb UV-Strahlung oder Infrarotstrahlung oder sichtbares Licht, wie blaues, grünes, gelbes, rotes oder weißes Licht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Leuchtdiode zumindest ein Zuleitungselement auf, das auf einer ersten Hauptseite der Schichtenfolge angeordnet ist. Über das Zuleitungselement wird im Betrieb elektrischer Strom, insbesondere flächig, in die oder aus der Schichtenfolge geleitet. Das Zuleitungselement bildet bevorzugt eine erste Elektrode der Leuchtdiode.
Eine Hauptseite verläuft im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht. „Flächig“ bedeutet insbesondere, dass über die gesamte Ausdehnung einer parallel zur aktiven Schicht verlaufenden Teilfläche des Zuleitungselements Strom in oder aus der Schichtenfolge geleitet wird. Zumindest die Teilfläche überlappt dabei in Draufsicht auf die erste Hauptseite vollständig mit der aktiven Schicht. Eine Hauptstromflussrichtung ist im Bereich der Teilfläche dann senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht.
Bei dem Zuleitungselement handelt es sich bevorzugt um ein elektrisch leitfähiges Element, das beispielsweise ein Metall, wie Al, Ag, Au, In, Ti, Pt, Zr, oder ein Oxid, zum Beispiel ein transparent leitfähiges Oxid, kurz TCO, wie Indium-Zinn-Oxid, kurz ITO, oder BaO_x oder ThO_x aufweist oder daraus besteht. Das Zuleitungselement kann dabei mehrere Teilbereiche und/oder Materiallagen aus unterschiedlichen Materialien aufweisen. Es kann das Zuleitungselement aber auch entlang seiner gesamten lateralen Ausdehnung eine gleiche Materialzusammensetzung aufweisen. „Lateral“ ist hier und im Folgenden dabei eine Richtung parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht.
Insbesondere ist das Zuleitungselement als Streifen oder Leiterbahn mit einer Breite von zum Beispiel zumindest 5 µm oder 10 µm oder 20 µm ausgebildet. Bei dem Zuleitungselement handelt es sich bevorzugt um ein zusammenhängendes, insbesondere einfach zusammenhängendes Element, das beispielsweise frei von Durchbrüchen ist. Zum Beispiel ist das Zuleitungselement in Draufsicht auf die erste Hauptseite rechteckig oder L-förmig oder U-förmig geformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ragt ein Kontaktbereich des Zuleitungselements in lateraler Richtung aus der Schichtenfolge hervor. Der Kontaktbereich überlappt in Draufsicht auf die erste Hauptseite also nicht mit der Schichtenfolge und dient insbesondere zur externen elektrischen Kontaktierung des Zuleitungselements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der aktiven Schicht oder der Schichtenfolge und dem Zuleitungselement eine Tunnelschicht angeordnet. Die Tunnelschicht kann ein elektrisch isolierendes Material, wie eine Keramik, aufweisen oder daraus bestehen. Insbesondere weist die Tunnelschicht ein Oxid des Materials des Tunnelelements auf oder besteht daraus. Beispielsweise umfasst die Tunnelschicht Aluminiumoxid, wie Al₂O₃, oder Titanoxid, wie TiO₂, oder Zirconiumoxid, wie ZrO₂, oder Siliziumoxid, wie SiO₂, auf oder besteht daraus. Die Tunnelschicht hat bevorzugt entlang ihrer gesamten lateralen Ausdehnung eine gleiche Materialzusammensetzung.
Die Tunnelschicht weist beispielsweise eine Dicke von zumindest 0,5 nm oder zumindest 1 nm oder zumindest 2 nm auf. Alternativ oder zusätzlich ist die Dicke der Tunnelschicht höchstens 20 nm oder 10 nm oder 5 nm. Unter der Dicke einer Schicht oder eines Elements wird hier und im Folgenden insbesondere die maximale oder mittlere Dicke entlang der gesamten lateralen Ausdehnung der Schicht oder des Elements verstanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Zuleitungselement in Draufsicht auf eine der ersten Hauptseite gegenüber liegenden zweiten Hauptseite der Schichtenfolge teilweise oder vollständig von der aktiven Schicht und der Tunnelschicht überdeckt. Das heißt, die Tunnelschicht, die aktive Schicht und das Zuleitungselement überlappen alle drei miteinander in einem Bereich. In diesem Bereich ist die Tunnelschicht direkt zwischen der Schichtenfolge und dem Zuleitungselement angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist ein Stromfluss zwischen dem Zuleitungselement und der Schichtenfolge nur durch einen quantenmechanischen Tunneleffekt möglich. Das heißt, die Tunnelschicht würde, wenn sie ausreichend dick gewählt ist, zum Beispiel dicker als 10 nm oder 100 nm oder 1 µm gewählt ist, elektrisch isolierend wirken. Es würde dann bei üblicherweise angelegten Betriebsspannungen für Leuchtdioden von zum Beispiel höchstens 10 V zu keinem Stromfluss zwischen dem Zuleitungselement und der Schichtenfolge kommen. Nur durch die geringe Dicke der Tunnelschicht kommt es im bestimmungsgemäßen Betrieb zu dem quantenmechanischen Tunneleffekt durch die Tunnelschicht hindurch, so dass Ladungsträger auch bei üblichen Betriebsspannungen aus dem Zuleitungselement in die Schichtenfolge oder umgekehrt gelangen können. Dabei kommt es zu einem so starken Stromfluss, dass die aktive Schicht Strahlung, zum Beispiel für einen Beobachter wahrnehmbar viel Strahlung, emittiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind im Bereich des Zuleitungselements zumindest zwei in lateraler Richtung nebeneinander liegende Teilbereiche gebildet. In den Teilbereichen sind die Tunnelschicht und/oder das Zuleitungselement gezielt unterschiedlich ausgebildet, so dass die Tunnelwahrscheinlichkeiten durch die Tunnelschicht in den unterschiedlichen Teilbereichen voneinander unterschiedlich sind. „Gezielt ausgebildet“ bedeutet dabei insbesondere, dass es sich nicht lediglich um herstellungsbedingte Fluktuationen in der Tunnelwahrscheinlichkeit entlang des Zuleitungselements handelt. Vielmehr sind die Tunnelwahrscheinlichkeiten in den Teilbereichen beabsichtigt und kontrolliert verschieden voneinander eingestellt. Insbesondere weisen die Teilbereiche keine beliebigen geometrischen Formen auf, sondern haben im Rahmen der Herstellungstoleranz wohl definierte geometrische Formen, wie beispielsweise Rechtecke, Kreise, Quadrate, U-Formen, L-Formen.
Die quantenmechanischen Tunnelwahrscheinlichkeit hängt sowohl von der Höhe der durch die Tunnelschicht gebildeten Potentialbarriere für Ladungsträger als auch von der Dicke der Tunnelschicht ab. Außerdem steigt die Tunnelwahrscheinlichkeit mit der Höhe der elektrischen Feldstärke in der Tunnelschicht.
In mindestens einer Ausführungsform weist die Leuchtdiode eine Schichtenfolge mit einer im Betrieb Strahlung emittierenden aktiven Schicht, zumindest ein Zuleitungselement, das auf einer ersten Hauptseite der Schichtenfolge angeordnet ist und über das im Betrieb elektrischer Strom in die oder aus der Schichtenfolge geleitet wird, und eine Tunnelschicht zwischen der aktiven Schicht und dem Zuleitungselement auf. Das Zuleitungselement ist in Draufsicht teilweise oder vollständig von der aktiven Schicht und der Tunnelschicht überdeckt. Zwischen dem Zuleitungselement und der Schichtenfolge ist ein Stromfluss nur durch einen Tunneleffekt möglich. Im Bereich des Zuleitungselements sind zumindest zwei in lateraler Richtung nebeneinander liegende Teilbereiche ausgebildet, in denen die Tunnelschicht und/oder das Zuleitungselement gezielt unterschiedlich ausgebildet sind, so dass die Tunnelwahrscheinlichkeiten durch die Tunnelschicht in den unterschiedlichen Teilbereichen voneinander unterschiedlich sind.
Bei der hier beschriebenen Leuchtdiode ist unter anderem von der Idee Gebrauch gemacht, den quantenmechanischen Tunneleffekt auszunutzen, um die Stärke eines in eine Schichtenfolge injizierten Stroms lokal gezielt zu beeinflussen. Über das Zuleitungselement kann zum Beispiel Strom unterhalb der Schichtenfolge bis zu einem Injektionsbereich geführt werden, ohne dass eine Injektion des Stroms in die Schichtenfolge außerhalb des Injektionsbereichs erfolgt. Dies ist beispielsweise dadurch erreicht, dass die Tunnelwahrscheinlichkeit durch die Tunnelschicht außerhalb des Injektionsbereichs gering gewählt ist. In dem Injektionsbereich ist die Tunnelwahrscheinlichkeit dagegen groß, sodass die Schichtenfolge dort bestromt wird. Das Zuleitungselement kann dabei für einen Beobachter, zum Beispiel aufgrund einer geringen Dicke oder eines transparenten Materials, unsichtbar sein.
Auch kann durch die hier beschriebene Erfindung auf einfache Weise ein Helligkeitsprofil entlang einer Leuchtfläche der Leuchtdiode realisiert werden. Bereiche, in denen die Tunnelwahrscheinlichkeit größer ist, erscheinen für einen Beobachter heller, Bereiche, in denen die Tunnelwahrscheinlichkeit geringer oder vernachlässigbar ist, erscheinen für einen Beobachter dunkler oder leuchten gar nicht. Die Erfindung ermöglicht also in einer Flächenlichtquelle mit einer unstrukturierten aktiven Schicht, Signaturen wie Muster oder Schriftzeichen darzustellen. Auch ist es möglich, die Leuchtfläche pixelliert oder segmentiert erscheinen zu lassen, ohne dass die aktive Schicht strukturiert, das heißt mit Unterbrechungen oder Durchbrüchen versehen werden muss.
Die Tunnelschicht zwischen Zuleitungselement und Schichtenfolge dient bevorzugt auch als Passivierung oder Verkapselung und bietet eine verbesserte Dichtigkeit der Leuchtdiode gegenüber Luft und/oder Wasser.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Teilbereiche eine laterale Ausdehnung entlang einer Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht von zumindest 10 µm oder zumindest 20 µm oder zumindest 50 µm auf. Die Fläche der Teilbereiche beträgt zum Beispiel zumindest 100 µm² oder 400 µm² oder 1000 µm². Mit einer solchen Größe oder Fläche in lateraler Richtung unterscheiden sich die hier definierten Teilbereiche von etwaigen zufälligen, durch Herstellungstoleranzen bedingte Teilbereiche mit unterschiedlichen Tunnelwahrscheinlichkeiten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt eine über die gesamte Fläche eines ersten Teilbereichs gemittelte Tunnelwahrscheinlichkeit höchstens 95 % oder höchstens 80 % oder höchstens 70 % oder höchstens 50 % oder höchstens 10 % der über eine gesamte Fläche des zweiten Teilbereichs gemittelten Tunnelwahrscheinlichkeit.
Der in einem Teilbereich durch die Tunnelschicht gelangende Strom hängt sowohl von der Fläche des entsprechenden Teilbereichs als auch von der Tunnelwahrscheinlichkeit in dem Teilbereich ab. Durch Einstellung der Fläche und der Tunnelwahrscheinlichkeit kann also gesteuert werden, wie hell oder stark die aktive Schicht in einem bestromten Bereich strahlt. Ferner kann ein Helligkeitsunterschied zwischen zwei Teilbereichen durch Änderung der angelegten Spannung variiert werden. Dies ist auf die Nichtlinearität der Tunnelwahrscheinlichkeit durch die Tunnelschicht und die Nichtlinearität der Strom- Spannungskennlinie der Schichtenfolge zurückzuführen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Leuchtdiode eine einzige Tunnelschicht und/oder eine einzige aktive Schicht auf. Die Tunnelschicht und die aktive Schicht überlappen bevorzugt vollständig und unterscheiden sich dabei zum Beispiel in ihrer lateralen Ausdehnung um höchstens 10 % oder 5 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die aktive Schicht und/oder die Tunnelschicht einfach zusammenhängend ausgebildet. Insbesondere weisen die aktive Schicht und/oder die Tunnelschicht also keine Unterbrechungen wie Durchbrüche auf. Das Erscheinungsbild einer segmentierten oder strukturierten Leuchtfläche kann also ohne eine Strukturierung der aktiven Schicht oder der Tunnelschicht erreicht sein. Durchkontaktierungen zur Bestromung sind bei der hier beschriebenen Leuchtdiode nicht nötig. Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt das Zuleitungselement direkt an die Tunnelschicht, ist also mit der Tunnelschicht in direktem mechanischem Kontakt. Die Tunnelschicht und das Zuleitungselement liegen bevorzugt flächig aufeinander.
Erfindungsgemäß weist das Zuleitungselement in den unterschiedlichen Teilbereichen unterschiedliche, an die Tunnelschicht grenzende Materialien auf. Hierdurch ist die Höhe einer Tunnelbarriere oder Potentialbarriere zwischen dem Zuleitungselement und der Tunnelschicht in den unterschiedlichen Teilbereichen unterschiedlich. Beispielsweise ist der Grenzbereich zwischen Tunnelschicht und Zuleitungselement in dem ersten Teilbereich ganzflächig mit einem Material gebildet und in dem zweiten Teilbereich ganzflächig mit einem anderen Material gebildet.
Die Höhe der Tunnelbarriere bestimmt sich unter anderem aus der Differenz der Austrittsarbeiten des Materials der Tunnelschicht und des an die Tunnelschicht grenzenden Materials. Für die an die Tunnelschicht grenzenden Materialien im zweiten Teilbereich eignen sich Materialien mit niedrigen Austrittsarbeiten, wie Al, In, Ca, Mo, K oder Legierungen daraus. Im ersten Teilbereich können Materialien mit hohen Austrittsarbeiten an die Tunnelschicht grenzen, wie Au, Pt, Pd.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Tunnelschicht in den unterschiedlichen Teilbereichen unterschiedliche Dicken auf. Die Dicke eines Teilbereichs ist dabei beispielsweise die über die gesamte Fläche des Teilbereichs gemittelte Dicke der Tunnelschicht. Der Unterschied in der Dicke der Tunnelschicht in den unterschiedlichen Teilbereichen, ab dem für den Beobachter ein wahrnehmbarer Helligkeitsunterschied in den unterschiedlichen Teilbereichen auftritt, hängt auch vom Material der Tunnelschicht und des Zuleitungselements ab. Beispielsweise beträgt der Unterschied in der Dicke der Tunnelschicht in den unterschiedlichen Teilbereichen zumindest 0,5 nm oder zumindest 1 nm oder zumindest 2 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die der aktiven Schicht abgewandte Seite der Tunnelschicht entlang ihrer gesamten lateralen Ausdehnung innerhalb der Herstellungstoleranz eben ausgebildet. „Eben“ bedeutet hier und im Folgenden, dass eine Oberfläche oder Grenzfläche frei von beabsichtigt eingebrachten Stufen oder Versetzungen ist. Stufen und Versetzungen können jedoch aufgrund von Herstellungstoleranzen auftreten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Tunnelschicht und/oder das Zuleitungselement innerhalb der unterschiedlichen Teilbereiche unterschiedliche Strukturierungen mit Spitzen und/oder Kanten auf. Im Betrieb bilden sich in den unterschiedlichen Teilbereichen dann unterschiedliche elektrische Feldstärken zwischen Zuleitungselement und Schichtenfolge. Im Bereich von Spitzen und Kanten können sich im Betrieb besonders hohe Feldstärken bilden, so dass dort die Tunnelwahrscheinlichkeit erhöht ist. Durch gezieltes Einbringen von Strukturierungen, wie pyramidenartige Erhebungen, können die Tunnelwahrscheinlichkeiten in den Teilbereichen gezielt beeinflusst werden. Das Strukturieren kann beispielsweise über isotrope Ätzung erfolgen. Die unterschiedlichen Teilbereichen können zum Beispiel im Hinblick auf folgende Merkmale unterschiedlich strukturiert sein: Dichte der Spitzen und/oder Kanten, Form der Spitzen und/oder Kanten wie unterschiedlich abgerundete Spitzen und/oder Kanten, Ineinanderschachtelung unterschiedlicher Spitzen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der Tunnelschicht und der Schichtenfolge im Bereich des Zuleitungselements ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement angeordnet. In Draufsicht, zum Beispiel auf die zweite Hauptseite der Schichtenfolge, überlappt das Kontaktelement mit dem zweiten Teilbereich des Zuleitungselements teilweise oder vollständig. Insbesondere gelangt also Strom, der im zweiten Teilbereich des Zuleitungselements durch die Tunnelschicht eingespeist wird, zumindest teilweise oder vollständig zunächst in das Kontaktelement bevor er in die Schichtenfolge gelangt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Kontaktelement in direktem mechanischem und elektrischem Kontakt mit der Tunnelschicht und/oder der Schichtenfolge. Über das Kontaktelement kann also Strom direkt in die Tunnelschicht oder in die Schichtenfolge injiziert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bewirkt das Kontaktelement im bestimmungsgemäßen Betrieb eine laterale Stromverteilung des im zweiten Teilbereich durch die Tunnelschicht gelangenden Tunnelstroms.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Kontaktelement entlang der gesamten lateralen Ausdehnung eine gleiche Materialzusammensetzung auf. Das Kontaktelement ist beispielsweise einstückig und/oder einfach zusammenhängend ausgebildet. Zum Beispiel weist das Kontaktelement ein Metall, wie Al, Ag, Au, Cu, Ti, Pt, Mg, oder Graphen auf oder besteht daraus. Auch ist es möglich, dass das Kontaktelement transparent ist, zum Beispiel ein transparent leitfähiges Oxid aufweist oder daraus besteht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Kontaktelement entlang seiner gesamten lateralen Ausdehnung und innerhalb der Herstellungstoleranz eben auf einer der aktiven Schicht zugewandten Seite und/oder weist eine konstante Dicke auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Leuchtdiode eine Mehrzahl von Zuleitungselementen auf. Jedes Zuleitungselement kann dabei entsprechend dem bisher beschriebenen Zuleitungselement ausgebildet sein. Insbesondere können die Zuleitungselemente in lateraler Richtung voneinander elektrisch isoliert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist jedem Zuleitungselement ein eigenes der oben beschriebenen Kontaktelemente eineindeutig zugeordnet. Das heißt insbesondere, dass ein Tunnelstrom nur zwischen den einander zugeordneten Elementen auftritt. Jedes Kontaktelement überlappt in Draufsicht gesehen zumindest mit dem zweiten Teilbereich des ihm zugeordneten Zuleitungselements teilweise oder vollständig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die unterschiedlichen Kontaktelemente untereinander durch elektrisch isolierende Bereiche lateral voneinander beabstandet. Bevorzugt findet also im Betrieb zwischen zwei benachbarten Kontaktelementen kein direkter Stromfluss statt. Die Lücke zwischen zwei benachbarten Kontaktelementen kann beispielsweise durch einen Hohlraum oder durch die Tunnelschicht gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform definiert in Draufsicht auf die Leuchtdiode gesehen jedes Kontaktelement die Größe eines Bildpunktes einer pixellierten Leuchtfläche. Wird im Betrieb die Schichtenfolge über eines der Kontaktelemente bestromt, so kommt es aufgrund der bevorzugt geringen lateralen elektrischen Leitfähigkeit innerhalb der Schichtenfolge zu einer Lichtemission in der aktiven Schicht nur im unmittelbaren Bereich direkt über dem Kontaktelement. Der für einen Beobachter leuchtend erscheinende Bereich oder Bildpunkt der Leuchtfläche entspricht dann seiner Größe und geometrischen Form nach überwiegend der Größe und geometrischen Form des Kontaktelements.
Sind beispielsweise mehrere Kontaktelemente matrixartig auf der ersten Hauptseite der Schichtenfolge angeordnet, so können diese Kontaktelemente eine pixellierte Leuchtfläche eines Displays definieren. Die Ansteuerung eines jeden Kontaktelements erfolgt bevorzugt über das ihm zugeordnete Zuleitungselement.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zur Aktivierung oder Deaktivierung der Bildpunkte die Zuleitungselemente einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar oder bestrombar. Zum Beispiel können die Zuleitungselemente über Gleichstrom oder Pulsweitenmodulation bestromt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kreuzt in Draufsicht, zum Beispiel auf die zweite Hauptseite der Schichtenfolge gesehen, ein erster Teilbereich eines Zuleitungselements ein Kontaktelement eines anderen Zuleitungselements. Das heißt insbesondere, dass zumindest ein Zuleitungselement in Draufsicht mit zwei Kontaktelementen überlappt. Dem Zuleitungselement ist dabei aber nur jenes Kontaktelement eineindeutig zugeordnet, welches auch mit dem zweiten Teilbereich des Zuleitungselements überlappt. Das Kontaktelement, was lediglich mit dem ersten Teilbereich des Zuleitungselements überlappt, ist beispielsweise einem anderen Zuleitungselement eineindeutig zugeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Tunnelwahrscheinlichkeit im ersten Teilbereich höchstens 1 % oder höchstens 0,5 % oder höchstens 0,1 % oder höchstens 0,05 % der Tunnelwahrscheinlichkeit im zweiten Teilbereich. Bevorzugt ist somit in dem ersten Teilbereich ein Stromfluss zwischen Zuleitungselement und dem oder den über dem ersten Teilbereich angeordneten Kontaktelementen verschwindend gering. Der Tunnelstrom im ersten Teilbereich reicht bevorzugt also nicht aus, um in der darüber liegenden aktiven Schicht ein für einen Beobachter sichtbares Leuchten zu erzeugen. Dies ist auch auf die Nichtlinearität der Strom-Spannungskennlinie der Schichtenfolge zurückzuführen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist über jedem Teilbereich eines Zuleitungselements ein eineindeutig zugeordnetes Kontaktelement angeordnet. Jedem Zuleitungselement sind also zumindest zwei Kontaktelemente eindeutig zugeordnet. Der über die unterschiedlichen Teilbereiche in die zugeordneten Kontaktelemente gelangende Strom kann dann über die Kontaktelemente in lateraler Richtung verteilt werden. Die Stromstärke hängt wiederum von der Tunnelwahrscheinlichkeit in den Teilbereichen sowie von der Fläche der Teilbereiche ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Kontaktelemente der unterschiedlichen Teilbereiche ebenfalls untereinander durch elektrisch isolierende Bereiche, wie zum Beispiel durch die Tunnelschicht, lateral voneinander beabstandet. Zwischen den Kontaktelementen der unterschiedlichen Teilbereiche findet also ebenfalls kein direkter Stromfluss statt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Leuchtdiode ein einziges Zuleitungselement auf, das sich vollständig oder nahezu vollständig entlang der gesamten lateralen Ausdehnung der aktiven Schicht erstreckt. Bevorzugt überdeckt das Zuleitungselement in Draufsicht beispielsweise zumindest 90 % oder 95 % oder 99 % der aktiven Schicht der Schichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform grenzt die Tunnelschicht direkt an die Schichtenfolge, so dass bei Bestromung der Leuchtdiode ein Beobachter aufgrund der unterschiedlichen Stromdichten in den unterschiedlichen Teilbereichen eine strukturierte Leuchtfläche im Bereich des Zuleitungselements wahrnimmt. In diesem Fall erfolgt keine laterale Stromverteilung mit Hilfe von Kontaktelementen. Nur die Größe und Fläche der Teilbereiche des Zuleitungselements oder der Tunnelschicht bestimmt also die Größe und Fläche der unterschiedlich stark leuchtenden Bereiche der aktiven Schicht. Dies ist wiederum der geringen lateralen Leitfähigkeit innerhalb der Schichtenfolge zuzuschreiben. Beispielsweise ist der Flächenwiderstand in der gesamten Schichtenfolge zumindest 100 Ω/□ oder 1.000 Ω/□ oder 10.000 Ω/□.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die der Tunnelschicht zugewandte und/oder abgewandte Seite des Zuleitungselements innerhalb der Herstellungstoleranz entlang der gesamten lateralen Ausdehnung eben ausgebildet.
Beispielsweise weist das Zuleitungselement eine konstante Dicke entlang der gesamten lateralen Ausdehnung auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Tunnelschicht entlang ihrer gesamten lateralen Ausdehnung an einer der Schichtenfolge zugewandten Seite innerhalb der Herstellungstoleranz eben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Zuleitungselement mehrere übereinander gestapelte, elektrisch leitende Materiallagen auf. Die verschiedenen Materiallagen weisen beispielsweise unterschiedliche Materialien oder Materialzusammensetzungen auf oder bestehen daraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Anzahl der Materiallagen in den unterschiedlichen Teilbereichen unterschiedlich, so dass die der Tunnelschicht zugewandte Seite des Zuleitungselements eine Stufe im Übergangsbereich von einem Teilbereich in einen direkt benachbarten Teilbereich aufweist. Insbesondere sind in den unterschiedlichen Teilbereichen also unterschiedlich viele der verschiedenen Materiallagen abgetragen oder übereinandergestapelt. Die Höhe der Stufe zwischen zwei benachbarten Teilbereichen entspricht dann der Höhe beziehungsweise Dicke der in dem einen Teilbereich zusätzlich abgetragenen oder aufgebrachten Materiallagen. Die Materiallagen können beispielsweise eines oder mehreren der folgenden Materialien aufweisen oder daraus gebildet sein: Al, Ag, Au, In, ITO, Pt. Insbesondere sind Mischungen aus transparenten und intransparenten Materiallagen denkbar.
Die Dicke des Zuleitungselements beträgt beispielsweise zumindest 50 nm oder 100 nm oder 150 nm. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Dicke des Zuleitungselements höchstens 400 nm oder höchstens 300 nm oder höchstens 200 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Tunnelschicht im Bereich des gesamten Zuleitungselements eine konstante Dicke im Rahmen der Herstellungstoleranz auf. Ist das Zuleitungselement beispielsweise auf der der Schichtenfolge zugewandten Seite stufenförmig ausgebildet, so bildet die Tunnelschicht die Stufen des Zuleitungselements konform oder formschlüssig nach.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung einer hier beschriebenen Leuchtdiode. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit der Leuchtdiode offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode einen Schritt A), in dem ein Substrat bereitgestellt wird. Das Substrat kann transparent oder intransparent, flexibel oder starr und/oder als Folie ausgebildet sein. Das Substrat kann beispielsweise ein Glassubstrat, ein Kunststoffsubstrat, ein Keramiksubstrat, ein Metallsubstrat oder ein Halbleitersubstrat sein. Insbesondere ist das Substrat selbsttragend und zur Aufbringung oder zum Aufwachsen weiterer Schichten geeignet.
In einem darauffolgenden Schritt B) wird zumindest ein Zuleitungselement auf dem Substrat angeordnet. Das Zuleitungselement kann beispielsweise aufgedampft oder aufgesputtert werden. Eine Strukturierung des Zuleitungselements kann über Ätzen, einen Schattenmaskenprozess oder Ablation erfolgen.
In einem weiteren Schritt C) wird eine Tunnelschicht auf dem Substrat angeordnet. Zum Beispiel schließen die Tunnelschicht und das Substrat dann das Zuleitungselement zumindest teilweise ein. Das Aufbringen der Tunnelschicht kann beispielsweise über Atomlagenabscheidung, englisch: Atomic Layer Deposition, kurz ALD, oder physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung, kurz PVD oder CVD, erfolgen. Auch das Aufbringen der Tunnelschicht mittels Bedampfen oder einer Siebdruckschablone und eines Aufdruckprozesses ist möglich. Ferner kann die Tunnelschicht auch durch Oxidation, wie anodische Oxidation, des Zuleitungselements hergestellt werden.
In einem weiteren Schritt D) wird eine Schichtenfolge mit einer im Betrieb Strahlung emittierenden aktiven Schicht auf dem Substrat ausgebildet. Handelt es sich bei der Schichtenfolge zum Beispiel um eine organische Schichtenfolge, so kann diese in Lösung aufgebracht werden, wobei das Lösungsmittel anschließend verdampft wird. Eine anorganische Schichtenfolge mit einer aktiven Schicht kann beispielsweise über Umbonden von einem Aufwachssubstrat auf das Substrat erfolgen. Nach Aufbringen der Schichtenfolge sind die Tunnelschicht und das Zuleitungselement bevorzugt zwischen dem Substrat und der Schichtenfolge angeordnet.
In den Schritten B) und/oder C) wird das Zuleitungselement und/oder die Tunnelschicht im Bereich des Zuleitungselements gezielt so strukturiert, dass zumindest zwei in lateraler Richtung nebeneinanderliegende Teilbereiche entstehen, in denen die Tunnelschicht und/oder das Zuleitungselement gezielt unterschiedlich ausgebildet sind. Dadurch sind im Betrieb die Tunnelwahrscheinlichkeiten durch die Tunnelschicht in den unterschiedlichen Teilbereichen voneinander unterschiedlich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Schritte A) bis D) in der angegebenen Reihenfolge und in separaten Verfahrensschritten durchgeführt. Alternativ können aber auch die Schritte D), C) und B) in dieser Reihenfolge durchgeführt werden. Das Zuleitungselement und die Tunnelschicht werden dann auf einer dem Substrat abgewandten Seite der Schichtenfolge ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird auf die Tunnelschicht oder die Schichtenfolge ein Kontaktelement aufgebracht, sodass das Kontaktelement in der fertigen Leuchtdiode zwischen der Tunnelschicht und der Schichtenfolge angeordnet ist. Das Kontaktelement kann mittels Lithographie, Drucken, Mikroablation, einem Maskenprozess aufgebracht oder strukturiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt B) zunächst im Bereich des Zuleitungselements mehrere unterschiedliche Materiallagen ganzflächig übereinander geschichtet. Anschließend werden in den unterschiedlichen Teilbereichen unterschiedlich viele Materiallagen abgetragen, sodass in den unterschiedlichen Teilbereichen die vom Substrat aus gesehenen obersten Schichten des Zuleitungselements unterschiedliche Materialzusammensetzungen aufweisen. Auf diese Weise erhält das Zuleitungselement eine gezielt mit Stufen versehene, der Schichtenfolge zugewandte Seite. Alternativ können die unterschiedlichen Materiallagen aber auch schon beim Übereinanderschichten strukturiert werden, sodass ein späteres selektives Abtragen nicht mehr nötig ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt B) die Teilbereiche selektiv mit unterschiedlichen Materiallagen beschichtet. Die Materiallagen haben dabei bevorzugt innerhalb der Herstellungstoleranz die gleiche Dicke. Nach der Beschichtung in den unterschiedlichen Teilbereichen weisen die vom Substrat aus gesehenen obersten Schichten in den Teilbereichen unterschiedliche Materialzusammensetzungen auf. Bevorzugt ist dabei das Zuleitungselement an einer dem Substrat abgewandten Seite entlang seiner gesamten lateralen Ausdehnung eben ausgebildet. Die Materiallagen werden also lateral nebeneinander und nicht übereinander angeordnet. Dies kann durch Drucken, Liftoff oder strukturierte Disposition erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Tunnelschicht mit Hilfe einer Siebdruckschablone aufgebracht. Bevorzugt weist die Siebdruckschablone dazu Teilbereiche auf, in denen die Größe und/oder die Dichte von Durchbrüchen in der Siebdruckschablone unterschiedlich sind. Wird das Material der Tunnelschicht beispielsweise mittels einer Druckrakel durch die Siebdruckschablone gepresst, so kommt es in den unterschiedlichen Teilbereichen der Druckschablone zu unterschiedlichen Durchlassraten des Materials der Tunnelschicht. Auf diese Weise wird zum Beispiel bei gleich bleibendem Aufrakeldruck die Dicke der erzeugten Tunnelschicht in den unterschiedlichen Teilbereichen der Siebdruckschablone unterschiedlich groß. Die Teilbereiche der Siebdruckschablone korrespondieren dann zu den Teilbereichen mit den unterschiedlichen Tunnelwahrscheinlichkeiten des Zuleitungselements.
Nachfolgend wird eine hier beschriebene Leuchtdiode sowie ein hier beschriebenes Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1A bis 2C, 4A bis 4D, 9A bis 9F, 11A bis 11E verschiedene Ausführungsbeispiele von Leuchtdioden in Seitenansicht und Draufsicht,
3 eine organische Leuchtdiode aus dem Stand der Technik,
5A und 5B verschiedene Ausführungsbeispiele eines Zuleitungselements einer hier beschriebenen Leuchtdiode,
5A bis 8F verschiedene Positionen in Ausführungsbeispielen von Verfahren zur Herstellung von Zuleitungselementen einer hier beschriebenen Leuchtdiode,
10A und 10B verschiedene Positionen in Ausführungsbeispielen zur Herstellung einer Leuchtdiode,
12A und 12B Tabellen mit Zahlenbeispielen zu verschiedenen Tunnelschichten.

Im Ausführungsbeispiel der 1A ist eine Leuchtdiode 100 in seitlicher Querschnittsansicht gezeigt. Die Leuchtdiode 100 umfasst ein Substrat 7 auf dem eine Mehrzahl von Zuleitungselementen 3 lateral nebeneinander angeordnet ist. Das Substrat 7 ist beispielsweise ein Glassubstrat oder Kunststoffsubstrat. Die Zuleitungselemente 3 sind in lateraler Richtung parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des Substrats 7 voneinander beabstandet. Jedes Zuleitungselement 3 weist dabei zwei nebeneinander angeordnete Teilbereiche 31, 32 auf. Die Dicke der Zuleitungselemente 3 ist entlang der gesamten lateralen Richtung konstant. In den unterschiedlichen Teilbereichen 31, 32 der Zuleitungselemente 3 weisen die Zuleitungselemente 3 unterschiedliche Materialzusammensetzungen auf. Beispielsweise ist der erste Teilbereich 31 aus Au oder In gebildet, der zweite Teilbereich 32 ist beispielsweise aus Al gebildet.
Auf die Zuleitungselemente 3 ist eine Tunnelschicht 2 direkt aufgebracht. Die Tunnelschicht 2 füllt dabei auch Zwischenräume zwischen benachbarten Zuleitungselementen 3 auf und isoliert die Zuleitungselemente 3 elektrisch voneinander. Die Tunnelschicht 2 ist im Bereich der Zuleitungselemente 3 mit einer Dicke von beispielsweise zumindest 2 nm und höchstens 20 nm aufgebracht. Bei der Tunnelschicht 2 handelt es sich beispielsweise um eine elektrisch isolierende Schicht, wie eine Al₂O₃-Schicht. Die Tunnelschicht 2 ist entlang ihrer gesamten lateralen Ausdehnung einfach zusammenhängend ausgebildet, weist also keine Durchbrüche in vertikaler Richtung senkrecht zur lateralen Richtung auf.
Auf die Tunnelschicht 2 ist in 1A eine Mehrzahl von Kontaktelementen 4 direkt aufgebracht. Die Kontaktelemente 4 sind dabei nicht in direktem Kontakt mit den Zuleitungselementen 3, sondern sind durch die Tunnelschicht 2 von den Zuleitungselementen 3 in vertikaler Richtung, senkrecht zur lateralen Richtung, beabstandet. Strom, oder Ladungsträger, die von einem Kontaktelement 4 in ein Zuleitungselement 3 gelangen wollen oder umgekehrt, müssen stets die Tunnelschicht 2 durchkreuzen. Die Kontaktelemente 4 sind bevorzugt elektrisch leitfähig ausgebildet und bestehen beispielsweise aus einem Metall oder einem TCO.
Im Ausführungsbeispiel der 1A ist jedem Zuleitungselement 3 ein Kontaktelement 4 eineindeutig zugeordnet und vertikal über dem entsprechenden Zuleitungselement 3 angeordnet. Die Kontaktelemente 4 sind dabei untereinander in lateraler Richtung voneinander bestandet, so dass kein direkter Stromfluss zwischen zwei benachbarten Kontaktelementen 4 möglich ist.
Auf die Kontaktelemente 4 und die Tunnelschicht 2 ist eine Schichtenfolge 1 mit einer im Betrieb Strahlung emittierenden aktiven Schicht 10 direkt aufgebracht. Bei der Schichtenfolge 1 handelt es sich beispielsweise um eine organische Schichtenfolge, die aktive Schicht umfasst beispielsweise organische Emittermoleküle. Aber auch eine anorganische Schichtenfolge ist möglich. Die Schichtenfolge 1 weist eine erste Hauptseite 11 und eine der ersten Hauptseite 11 gegenüberliegende zweite Hauptseite 12 auf, wobei die Kontaktelemente 4, die Tunnelschicht 2 und die Zuleitungselemente 3 auf der ersten Hauptseite 11 angeordnet sind.
Im Ausführungsbeispiel der 1A sind die Tunnelschicht 2, die aktive Schicht 10 die Zuleitungselementen 3 und die Kontaktelementen 4 jeweils einfach zusammenhängend ausgebildet. Insbesondere weist die aktive Schicht 10 keine Durchkontaktierungen oder Durchbrüche auf.
Auf die zweite Hauptseite 12 der Schichtenfolge 1 ist eine zweite, einfach zusammenhängende Kontaktschicht 5 aufgebracht, die einen elektrischen Gegenkontakt oder eine Gegenelektrode zu den Kontaktelementen 4 beziehungsweise den Zuleitungselementen 3 bildet. Im vorliegenden Beispiel ist die zweite Kontaktschicht 5 beispielsweise aus einem transparenten Material, wie einem TCO gebildet. Die zweite Kontaktschicht überdeckt die gesamte aktive Schicht 10 und/oder alle Zuleitungselemente 3.
Auf die zweite Kontaktschicht 5 ist eine Dünnfilmverkapselung 6 aufgebracht, die die Schichtenfolge 1 verkapselt und vor äußeren Einflüssen schützt.
Die Leuchtdiode 100 der 1A ist als sogenannter Top-Emitter ausgebildet. Die Kontaktelemente 4, die Zuleitungselemente 3 und/oder das Substrat 7 können in diesem Fall reflektierend für eine von der aktiven Schicht 10 emittierte elektromagnetische Strahlung sein. Die elektromagnetische Strahlung wird über eine dem Substrat 7 abgewandte Leuchtfläche 13 der Leuchtdiode 100 aus der Leuchtdiode 100 ausgekoppelt.
Im Ausführungsbeispiel der 1B ist die Leuchtdiode 100 der 1A in Draufsicht auf die Leuchtfläche 13 gezeigt. Zu erkennen ist das Substrat 7, auf dem die Schichtenfolge 1 ausgebildet ist. Unterhalb der Schichtenfolge 1 sind die Zuleitungselemente 3 angeordnet, die jeweils teilweise mit der Schichtenfolge 1 überlappen. Jeweils ein Kontaktbereich der Zuleitungselemente 3 ragt in lateraler Richtung aus der Schichtenfolge 1 heraus. Die Kontaktbereiche sind zur elektrischen Kontaktierung der Zuleitungselemente 3 ausgebildet.
Außerdem sind die Kontaktelemente 4 als gestrichelte Elemente in der 1B sichtbar gemacht. Jedes Kontaktelement 4 überlappt dabei teilweise mit einem ihm eineindeutig zugeordneten Zuleitungselement 3. Insbesondere überlappt jedes Kontaktelement 4 vollständig den zweiten Teilbereich 32 des zugeordneten Zuleitungselements 3. Außerdem ist in der 1B ersichtlich, dass einige der Zuleitungselemente 3 im ersten Teilbereich 31 mit zwei Kontaktelementen 4 überlappen.
In den Ausführungsbeispielen der 1A und 1B ist eine Tunnelwahrscheinlichkeit von dem Zuleitungselement 3 durch die Tunnelschicht 2 in das zugeordnete Kontaktelement 4 im ersten Teilbereich 31 beispielsweise höchstens 1 % der Tunnelwahrscheinlichkeit im zweiten Teilbereich 32. Entsprechend fließt in dem ersten Teilbereich 31 im Betrieb nahezu kein Strom aus dem Zuleitungselement 3 in das Kontaktelement 4. Nur im zweiten Teilbereich 32 kommt es zu einem signifikanten Stromfluss vom Zuleitungselement 3 in das Kontaktelement 4. Innerhalb des Kontaktelements 4 kann dann im Betrieb der Strom in lateraler Richtung verteilt werden und in die Schichtenfolge 1 injiziert werden. Aufgrund einer geringen lateralen elektrischen Leitfähigkeit in der Schichtenfolge 1 kommt es nur in einem unmittelbar oberhalbhalb des Kontaktelements 4 befindlichen Bereich der aktiven Schicht 10 zu signifikanter Strahlungserzeugung. Die Kontaktelemente 4 können im Betrieb also die Größe eines leuchtenden Bildpunktes oder Pixels der Leuchtdiode 100 definieren.
In dem Ausführungsbeispiel der 1B können vorteilhafterweise innenliegende, von weiteren Kontaktelementen 4 umgebene Kontaktelemente 4 auf einfache Weise bestromt werden. Das dem innenliegenden Kontaktelement 4 zugeordnete Zuleitungselement 3 überlappt in Draufsicht gesehen mit einem ihm nicht zugeordneten Kontaktelement 4. Da dieser Überlapp aber nur im ersten Teilbereich 31 auftritt, bestromt das Zuleitungselement 3 dieses Kontaktelement 4 nicht.
Das Ausführungsbeispiel der 1C entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 1A. Im Unterschied zur 1A sind nun die Kontaktelemente 4, die Zuleitungselemente 3 sowie das Substrat 7 transparent ausgeführt. Die zweite Kontaktschicht 5 ist dagegen aus einem reflektierenden Material, wie beispielsweise Al oder Ag gebildet. Strahlung, die in der aktiven Schicht 10 der Schichtenfolge 1 erzeugt wird, verlässt die Leuchtdiode 100 im Betrieb dann über das Substrat 7. Es handelt sich bei der Leuchtdiode 100 um einen sogenannten Bottom-Emitter.
Im Ausführungsbeispiel der 1D ist im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 1C nun auch noch zusätzlich die zweite Kontaktschicht 5 transparent ausgeführt. In diesem Fall weist die Leuchtdiode 100 zwei gegenüber liegende Leuchtflächen 13 auf, über welche im Betrieb elektromagnetische Strahlung ausgekoppelt wird. Es handelt sich bei der Leuchtdiode 100 um einen so genannten Top-Bottom-Emitter.
Im Ausführungsbeispiel der 1E sind die Kontaktelemente 4, die Tunnelschicht 2 und die Zuleitungselemente 3 auf der ersten Hauptseite 11 der Schichtenfolge 1 ausgebildet, das Substrat 7 ist auf der zweiten Hauptseite 12 der Schichtenfolge 1 ausgebildet. Die zweite Kontaktschicht 5 ist in diesem Fall zwischen Substrat 7 und Schichtenfolge 1 angebracht. Die Leuchtdiode 100 der 1E ist wiederum als Bottom-Emitter ausgebildet, das heißt das Substrat 7 und die zweite Kontaktschicht 5 sind transparent, die Kontaktelemente 4 sind beispielsweise reflektierend ausgebildet. Das Funktionsprinzip der Leuchtdiode 100 der 1E entspricht dem Funktionsprinzip der Leuchtdioden der vorigen Ausführungsbeispiele.
Im Ausführungsbeispiel der 1F ist eine Leuchtdiode 100 gezeigt, bei der sowohl auf der ersten Hauptseite 11 als auch auf der zweiten Hauptseite 12 der Schichtenfolge 1 Zuleitungselemente 3, eine Tunnelschicht 2 und den Zuleitungselementen 3 eineindeutig zugeordnete Kontaktelemente 4 aufgebracht sind. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist also keine einfach zusammenhängende, sich über die gesamte Ausdehnung der Schichtenfolge 1 erstreckende zweite Kontaktschicht 5 vorhanden.
Im Ausführungsbeispiel der 2A bis 2C ist eine Leuchtdiode 100 in Draufsicht auf die Leuchtfläche 13 gezeigt. In 2A ist ein von der Leuchtfläche 13 erzeugtes Leuchtbild skizziert. Das Leuchtbild umfasst einen Kreis und zwei konzentrische Ringe um den Kreis. Insgesamt gibt es also drei unterschiedliche Bildbereiche oder Bildpunkte. Die Bildbereiche sollen im Betrieb unterschiedliche Helligkeiten aufweisen. Dies ist in 2A durch die unterschiedlich starken Schattierungen der Bildbereiche skizziert.
In 2B ist gezeigt, wie die unterschiedliche Bestromung und unterschiedliche Helligkeit der drei Bildbereiche realisiert ist. Zur Demonstration ist dazu die Schichtenfolge 1 entfernt. Zu erkennen sind nur noch die Zuleitungselemente 3 sowie die Kontaktelemente 4. Die Kontaktelemente 4 weisen dabei die gewünschte Form und Größe der Bildbereiche auf. Insbesondere sind die Kontaktelemente 4 also als ein Kreis und zwei konzentrische Ringe ausgebildet, die untereinander in lateraler Richtung beabstandet und voneinander elektrisch isoliert sind. In jedes Kontaktelement 4 ragt ein eineindeutig zugeordnetes Zuleitungselement 3 hinein, wobei das Kontaktelement 4 mit dem zweiten Teilbereich 32 des zugeordneten Zuleitungselements 3 vollständig überlappt. Nur im zweiten Teilbereich 32 ist die Tunnelwahrscheinlichkeit ausreichend hoch, so dass es zu einem signifikanten Stromfluss zwischen Zuleitungselement 3 und zugeordnetem Kontaktelement 4 kommt. Auf diese Weise kann jedes Kontaktelement 4 beziehungsweise jeder zugeordnete Bildbereich unabhängig von den weiteren Kontaktelementen 4 über die Zuleitungselemente 3 angesteuert werden.
Das Produkt aus zugeführter Stromdichte in die Zuleitungselemente 3 und Fläche der Teilbereiche 32 bestimmt dabei, wie viel Strom in die zugeordneten Kontaktelemente 4 gelangt. Je größer dieser Strom und je kleiner die Fläche des Kontaktelements 4 ist, desto heller leuchtet der zugeordnete Bildbereich im Betrieb.
Im Ausführungsbeispiel der 2B weist die äußere Leuchtfläche, also der äußere konzentrische Ring, die größte Fläche auf, der innere kreisförmige Bildbereich die kleinste Fläche. Entsprechend leuchtet der innere Bildbereich im Betrieb am hellsten.
Im Ausführungsbeispiel der nachstehenden 2C sind lediglich das Substrat 7 und die darauf aufgebrachten Zuleitungselemente 3 gezeigt. Die Kontaktelemente 4 und die Tunnelschicht 2 sind entfernt.
In 3 ist eine Leuchtdiode 100 aus dem Stand der Technik gezeigt. Anders als die in dieser Erfindung beschriebene Leuchtdiode 100 weist die Leuchtdiode der 3 keine Zuleitungselemente 3 oder Kontaktelemente 4 auf. Vielmehr ist auf der ersten Hauptseite 11 der Schichtenfolge 1 eine flächige erste Kontaktschicht 50 und auf der zweiten Hauptseite 12 der Schichtenfolge 1 eine flächige zweite Kontaktschicht 5 aufgebracht. Die zweite Kontaktschicht 5 ist an Seitenflächen der Schichtenfolge 1 auf das Substrat 7 geführt und dort mit einem Kontaktbereich elektrisch leitend verbunden. Ebenso ist die Kontaktschicht 50 in lateraler Richtung aus der Schichtenfolge 1 herausgeführt und mit einem Kontaktbereich elektrisch leitend verbunden. Zur elektrischen Isolation zwischen erster Kontaktschicht 50 und zweiter Kontaktschicht 5 ist an Seitenflächen der Schichtenfolge 1 eine Isolationsschicht 9 aufgebracht.
Im Ausführungsbeispiel der 4A ist wiederum ein Top-Emitter gezeigt, bei dem die Leuchtfläche 13 auf einer dem Substrat 7 gegenüber liegenden Seite der Leuchtdiode 100 ausgebildet ist. Anders als in den Ausführungsbeispielen der 1A bis 2C weist die Leuchtdiode 100 nun ein einziges, einfach zusammenhängend ausgebildetes Zuleitungselement 3 auf, das sich nahezu entlang der gesamten lateralen Ausdehnung der Schichtenfolge 1 erstreckt. Das Zuleitungselement 3 weist lateral benachbarte Teilbereiche 31, 32, 33, 34 mit jeweils unterschiedlichen Tunnelwahrscheinlichkeiten durch die Tunnelschicht 2 auf. Die Tunnelschicht 2 grenzt im Ausführungsbeispiel der 4A direkt an die Schichtenfolge 1, ein zusätzliches Kontaktelement 4 ist also nicht verwendet.
Die unterschiedlichen Teilbereiche 31, 32, 33, 34 des Zuleitungselements 3 weisen beispielsweise unterschiedlich an die Tunnelschicht 2 grenzende Materialien auf, so dass die Tunnelbarrieren und damit die Tunnelwahrscheinlichkeiten unterschiedlich sind. Auf diese Weise gelangen über die unterschiedliche Teilbereiche 31, 32, 33, 34 unterschiedlich viel Strom oder unterschiedlich hohe Stromdichten in die darüber liegende Schichtenfolge 1, weshalb die aktive Schicht 10 in den unterschiedlichen Teilbereichen 31, 32, 33, 34 unterschiedlich viel Strahlung erzeugt. Für einen Betrachter leuchtet die Leuchtfläche 13 der Leuchtdiode 100 im Betrieb dann in den unterschiedlichen Teilbereichen 31, 32, 33, 34 unterschiedlich stark, was durch die unterschiedlich dicken Pfeile in der 4A gekennzeichnet ist.
Das Ausführungsbeispiel der 4B entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 4A, nur dass die zweite Kontaktschicht 5 reflektierend ausgebildet ist und die Leuchtdiode 100 als Bottom-Emitter betrieben ist.
In der 4C ist die zweite Kontaktschicht 5 sowie das Zuleitungselement 3 transparent ausgebildet. Die Leuchtdiode 100 wird als Top-Bottom-Emitter betrieben.
Im Ausführungsbeispiel der 4D sind wie im Ausführungsbeispiel der 4C die zweite Kontaktschicht 5 sowie das Substrat 7 transparent ausgebildet. Das Zuleitungselement 3 ist in manchen Teilbereichen 31, 33 transparent, in anderen Teilbereichen 32, 34 reflektierend ausgebildet. Das sich ergebende Leuchtbild ist daher abhängig davon, ob der Betrachter auf das Substrat 7 oder auf die zweite Kontaktschicht 5 guckt.
In den 5A und 5B sind zwei verschiedene Ausführungsbeispiele eines hier verwendeten Zuleitungselements 3 gezeigt. In der 5A ist das Zuleitungselement 3 mit einer innerhalb der Herstellungstoleranz konstanten Dicke entlang der gesamten lateralen Ausdehnung des Zuleitungselements 3 gebildet. Die Teilbereiche 31, 32 sind durch zwei aneinander grenzende Materiallagen unterschiedlicher Materialien gebildet.
Dagegen ist in der 5B das Zuleitungselement 3 aus drei übereinander gelagerten Materiallagen 301, 302, 303 gebildet. In einigen Bereichen ist die dritte Materiallage 303 entfernt, in anderen Bereichen ist sowohl die dritte Materiallage 303 als auch die zweite Materiallage 302 entfernt. Dadurch bilden sich Stufen innerhalb des Zuleitungselements 3. Je nachdem welche Materiallage freigelegt ist und damit unmittelbar an die Tunnelschicht 2 grenzt, ist die Tunnelwahrscheinlichkeit unterschiedlich. Auf diese Weise sind verschiedene Teilbereiche 31, 32, 33 mit unterschiedlichen Tunnelwahrscheinlichkeiten gebildet.
In den 6A bis 6F sind verschiedene Positionen in der Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zuleitungselements 3 für eine Leuchtdiode 100 dargestellt.
In der 6A ist zunächst ein Träger bereitgestellt. In der darauffolgenden 6B sind vier Materiallagen 301, 302, 303, 304 unterschiedlicher Materialien oder Materialzusammensetzungen vollflächig übereinander gestapelt.
6C zeigt eine Position, in der die am weitesten vom Träger beabstandete vierte Materiallage 304 teilweise entfernt ist und dort die dritte Materiallage 303 freigelegt ist.
In einem weiteren Schritt, dargestellt in der 6D, wird auch die dritte Materiallage 303 teilweise entfernt, so dass die zweite Materialage 302 teilweise freigelegt wird.
In der 6E werden zusätzlich Gräben in die zweite Materiallage 302 eingebracht, so dass ein Zuleitungselement 3 mit drei lateral voneinander beabstandete Teilbereiche 31, 32, 33 entstehen. In dem ersten Teilbereich 31 ist eine dem Träger abgewandte Außenseite des Zuleitungselements 3 durch die vierte Materiallage 304 gebildet, in dem zweiten Teilbereich 32 durch die zweite Materiallage 302 und in dem dritten Teilbereich 33 durch die dritte Materiallage 303.
Anschließend wird in 6F eine einfach zusammenhängende Tunnelschicht 2 ganzflächig und direkt auf die Teilbereiche 31, 32, 33 aufgebracht. Die Tunnelschicht 2 weist dabei in allen Teilbereichen 31, 32, 33, 34 eine konstante mittlere Dicke auf. Die Tunnelwahrscheinlichkeit durch die Tunnelschicht 2 wird also nur durch das an die Tunnelschicht 2 grenzende Material der Materiallagen 302, 303, 304 bestimmt.
Im Ausführungsbeispiel der 7A bis 7F sind Positionen in einem alternativen Verfahren zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zuleitungselements 3 für eine Leuchtdiode 100 angegeben. Dabei wird wiederum zunächst in 7A ein Träger bereitgestellt, auf den in 7B eine erste Materiallage 301 aufgebracht ist. Auf die erste Materiallage 301 wird eine strukturierte zweite Materiallage 302 aufgebracht (7C). In 7D ist auf einige Bereiche der zweiten Materiallage 302 eine dritte Materiallage 303 aufgebracht.
In 7E ist schließlich noch auf einem Bereich der dritten Materiallage 303 eine vierte Materiallage 304 aufgebracht, so dass insgesamt drei Teilbereiche 31, 32, 33 entstehen, in denen die oberste, am weitesten vom Träger beanstandete Materiallage jeweils unterschiedliche Materialien aufweist. Das Aufbringen der Materiallagen erfolgt also additiv, zum Beispiel durch Drucken oder selektive Disposition.
In 7F sind die Teilbereich 31, 32, 33 wiederum mit einer Tunnelschicht 2 überzogen.
In den 8A bis 8F sind verschiedene Positionen in einem weiteren alternativen Verfahren zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines Zuleitungselements 3 für eine Leuchtdiode 100 dargestellt.
Dazu wird in 8A wieder ein Träger bereitgestellt, auf den in den 8B bis 8E nacheinander Materiallagen 301, 302, 303, 304 lateral nebeneinander aufgebracht werden. Die Materiallagen 301, 302, 303, 304 haben dabei innerhalb der Herstellungstoleranz jeweils die gleiche Dicke, so dass das entstehende Zuleitungselement 3 entlang der gesamten lateralen Ausdehnung eine konstante Dicke innerhalb der Herstellungstoleranz aufweist.
In der 8F ist eine Position gezeigt, bei der auf das Zuleitungselement 3 ganzflächig eine einfach zusammenhängende Tunnelschicht 2 aufgebracht ist.
In dem Ausführungsbeispiel der 9A ist eine Leuchtdiode 100 gezeigt, die wie die Leuchtdiode 100 der 4B als Bottom-Emitter ausgebildet ist. Im Unterschied zur 4B ist die Tunnelwahrscheinlichkeit durch die Tunnelschicht 2 in 9A aber nicht durch eine Variation des Materials des Zuleitungselements 3 in lateraler Richtung beeinflusst. Vielmehr ist das Zuleitungselement 3 in der 9A entlang seiner gesamten lateralen Ausdehnung mit der gleichen Materialzusammensetzung gebildet. Dafür ist in 9A die Dicke der Tunnelschicht 2 entlang der lateralen Ausdehnung variiert, so dass in jedem Teilbereich 31, 32, 33, 34 die Tunnelschicht 2 eine andere Dicke aufweist. Aufgrund der unterschiedlichen Dicken kommt es zu unterschiedlichen Tunnelwahrscheinlichkeiten durch die Tunnelschicht 2. Auf diese Weise ist wiederum der durch die Tunnelschicht 2 in die Schichtenfolge 1 gelangende Strom und damit die emittierte Helligkeit in den unterschiedlichen Teilbereichen 31, 32, 33, 34 unterschiedlich.
In 9B ist im Wesentlichen dasselbe Ausführungsbeispiel wie in 9A dargestellt. Im Ausführungsbeispiel der 9B ist allerdings das Zuleitungselement 3 reflektierend, die zweite Kontaktschicht 5 dagegen strahlungsdurchlässig. In 9B ist die Leuchtdiode 100 als Top-Emitter ausgebildet.
In 9C ist die Leuchtdiode 100 als Top-Bottom-Emitter mit einem transparenten Zuleitungselement 3 und einer transparenten Kontaktschicht 5 gebildet.
Im Ausführungsbeispiel der 9D sind die Tunnelschicht 2 und das Zuleitungselement 3 auf einer dem Substrat 7 abgewandten Seite der Schichtenfolge 1 ausgebildet. Das Funktionsprinzip entspricht aber nach wie vor dem der Leuchtdioden 100 der 9A bis 9C.
Im Ausführungsbeispiel der 9E ist im Wesentlichen die gleiche Leuchtdiode 100 wie in 9A gezeigt. Zusätzlich ist aber zwischen der Tunnelschicht 2 und der Schichtenfolge 1 in jedem Teilbereich 31, 32, 33, 34 ein dem entsprechenden Teilbereich 31, 32, 33, 34 eineindeutig zugeordnetes Kontaktelement 4 angeordnet. Die Kontaktelemente 4 sind dabei in direktem Kontakt mit der Schichtenfolge 1 und der Tunnelschicht 2. Die einzelnen Kontaktelemente 4 überdecken den zugeordneten Teilbereich 31, 32, 33, 34 in Draufsicht, ragen aber lateral nicht über den jeweiligen Teilbereich 31, 32, 33, 34 hinaus. Insbesondere sind die Kontaktelemente 4 untereinander elektrisch voneinander isoliert, so dass zwischen den Kontaktelementen 4 kein direkter elektrischer Stromfluss möglich ist. Die Kontaktelemente 4 sorgen innerhalb der Teilbereiche 31, 32, 33, 34 für eine laterale Stromverteilung und somit für eine homogenere Leuchtdichte innerhalb der Teilbereiche 31, 32, 33, 34.
Im Ausführungsbeispiel der 9F ist ein Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode 100 in Draufsicht gezeigt. Beispielsweise handelt es sich bei der Leuchtdiode 100 um eine Leuchtdiode mit dem Funktionsprinzip einer der Leuchtdioden der 9A bis 9E. Durch Teilbereiche 31, 32, 33, 34 mit den unterschiedlichen Tunnelwahrscheinlichkeiten kann eine Leuchtfläche 13 mit einem Schriftzug realisiert sein. In dem Ausführungsbeispiel der 9F leuchtet der Schriftzug „OLED“ heller als der zugehörige Hintergrund.
In den 10A bis 10B sind Positionen in Verfahrensschritten zur Herstellung einer Tunnelschicht 2 mit unterschiedlichen Dicken in unterschiedlichen Teilbereichen 31, 32 gezeigt.
In 10A ist ein Substrat 7 mit einem darauf aufgebrachten Zuleitungselement 3 gezeigt. Über dem Zuleitungselement 3 ist außerdem eine Siebdruckschablone 8 mit zwei Bereichen 81, 82 angeordnet. In den unterschiedlichen Bereichen 81, 82 weist die Siebdruckschablone Durchbrüche 80 mit unterschiedlichen Größen und Dichten auf. Im ersten Bereich 81 ist die Dichte der Durchbrüche 80 sowie die laterale Ausdehnung der Durchbrüche 80 kleiner als im zweiten Bereich 82. Wird nun das Tunnelschichtmaterial 2 mit Hilfe einer Druckrakel durch die Siebdruckschablone 8 gepresst, so entsteht die in 10B dargestellte Tunnelschicht 2 mit zwei Teilbereichen 31, 32, in denen die Dicke der Tunnelschicht 2 unterschiedlich ist. Größe und geometrische Form der Teilbereiche 31, 32 entsprechen dabei der Größe und geometrischen Form der Bereiche 81, 82 der Siebdruckschablone 8.
In den 11A bis 11E sind weitere Ausführungsbeispiele einer Leuchtdiode 100 in Seitenansicht gezeigt.
Das Ausführungsbeispiel der 11A entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 9A. Anders als in 9A ist in 11A aber nicht die Dicke der Tunnelschicht 2 variiert, vielmehr ist in den unterschiedlichen Teilbereichen 31, 32 die Tunnelschicht 2 mit unterschiedlichen Strukturierungen versehen. Im ersten Teilbereich 31 weist die Tunnelschicht 2 keine beabsichtigt eingebrachte Strukturierung auf, wohingegen im zweiten Teilbereich 32 beabsichtigt pyramidenartige Erhebungen in die Tunnelschicht 2 eingebracht sind. Im Bereich der Spitzen und Täler der Pyramiden entstehen im Betrieb höhere Feldstärken in der Tunnelschicht 2, was die Tunnelwahrscheinlichkeit durch die Tunnelschicht 2 erhöht. Daher kommt es im Betrieb im zweiten Teilbereich 32 zu einer stärkeren Strahlungsemission als im ersten Teilbereich 31. In 11A bildet der erste Teilbereich 31 einen Randbereich oder in lateraler Richtung äußeren Bereich der Tunnelschicht 2. Da in dem unstrukturierten ersten Teilbereich 31 die Tunnelschicht 2 dick gewählt sein kann, kann so ein zusätzlicher Schutz der Leuchtdiode 100 vor äußeren Einflüssen gewährt werden.
In 11A ist die dem Zuleitungselement 3 abgewandte Seite der Tunnelschicht 2 mit der Strukturierung versehen, die dem Zuleitungselement 3 zugewandte Seite der Tunnelschicht 2 ist innerhalb der Herstellungstoleranz entlang der gesamten lateralen Ausdehnung eben. Außerdem ist auf die strukturierte Seite der Tunnelschicht 2 im Bereich der Strukturierungen jeweils ein Kontaktelement 4 aufgebracht, was die Strukturierungen nachformt. Durch das Kontaktelement 4 kommt es zu einer gleichmäßigeren Stromverteilung entlang des zweiten Teilbereichs 32. Die auf die Tunnelschicht 2 aufgebrachte Schichtenfolge 1 formt die Strukturierungen der Tunnelschicht 2 oder der Kontaktelemente 4 formschlüssig nach.
Im Ausführungsbeispiel der 11B ist im Unterschied zu 11A die Tunnelschicht 2 sowie das Zuleitungselement 3 auf einer dem Substrat 7 abgewandten Seite der Schichtenfolge 1 aufgebracht. Außerdem sind mehrere lateral voneinander beabstandete Zuleitungselemente 3 auf die Tunnelschicht 2 aufgebracht. Jedes dieser Zuleitungselemente 3 ist dabei einzeln und unabhängig von den anderen Zuleitungselementen 3 elektrisch ansteuerbar. Jedes Zuleitungselement 3 umfasst außerdem einen wie im Zusammenhang mit 11A beschriebenen erster Teilbereich 31 und einen zweiten Teilbereich 32 mit Strukturierungen. Zwischen der Schichtenfolge 1 und der Tunnelschicht 2 sind außerdem Kontaktelemente 4 angeordnet, die den Zuleitungselementen 3 eineindeutig zugeordnet sind. Auf diese Weise kann wie im Zusammenhang mit 1A und 1B beschrieben ein pixellierter Display realisiert sein.
Im Ausführungsbeispiel der 11C sind die Kontaktelemente 4, die Zuleitungselemente 3 sowie die Tunnelschicht 2 der 11B wieder auf die dem Substrat 7 zugewandten Seite der Schichtenfolge 1 gelegt. Dabei ist die Strukturierung der Tunnelschicht 2 wiederum auf einer der Schichtenfolge 1 zugewandten Seite ausgebildet. Die Strukturierungen innerhalb der Tunnelschicht 2 sind vollständig von den Kontaktelementen 4 aufgefüllt, so dass die der Schichtenfolge 1 zugewandten Seiten der Kontaktelemente 4 eben sind. Vorteilhafterweise kann dann die Schichtenfolge 1 entlang der gesamten lateralen Ausdehnung mit konstanter Dicke gebildet sein.
Das Ausführungsbeispiel der 11D entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 11A. Lediglich auf die Kontaktelemente 4 zwischen Schichtenfolge 1 und Tunnelschicht 2 ist in 11D verzichtet.
Im Ausführungsbeispiel der 11E ist eine Leuchtdiode 100 gezeigt, bei der die Tunnelschicht 2 mit unterschiedlichen Strukturierungen versehen ist. Im zweiten 32 und dritten Teilbereich 33 weisen die pyramidenartigen Erhebungen unterschiedliche Höhen, aber nahezu gleiche Basisbreiten auf. Die Spitzen der pyramidenartigen Erhebungen sind daher in den unterschiedlichen Teilbereichen 32, 33 unterschiedlich spitz, wodurch sich unterschiedlich starke elektrische Felder in den Spitzen ausbilden. In den Teilbereichen 32, 33 kommt es daher zu unterschiedlichen Tunnelströmen während des Betriebs. Dies wird auch durch die unterschiedliche Dichte an pyramidenartigen Erhebungen beeinflusst.
In der Tabelle der 12A sind unterschiedliche Beispiele für Tunnelwahrscheinlichkeiten durch eine Tunnelschicht gegeben. In der ersten Spalte sind unterschiedliche Materialien (3) für das Zuleitungselement 3 aufgelistet. In der zweiten Spalte ist das Material (2) der Tunnelschicht 2, die durch Atomlagenabscheidung hergestellt ist, angegeben. In der dritten Spalte sind unterschiedliche Dicken (d) der Tunnelschicht 2 in Nanometer angegeben. In der vierten Spalte sind für eine bestimmte Spannung gemessene Stromdichten (j) durch die Tunnelschicht 2 in mA/cm² angegeben. In der fünften und sechsten Spalte sind mögliche Flächen (A) des Zuleitungselements 3 in cm² und der daraus resultierende Strom (I) durch die Tunnelschicht 2 in mA angegeben. In der siebten und achten Spalte sind die Austrittsarbeit (ΔW) des Materials des Zuleitungselements 3 und die Potentialbarriere (ΔΦ) zur Tunnelschicht 2 jeweils in eV angegeben.
Wie der Tabelle der 12A zu entnehmen ist, ist die Tunnelwahrscheinlichkeit und damit die Stromdichte für ein Zuleitungselement 3 aus Al größer als für Au oder In. Außerdem ist der Tabelle zu entnehmen, dass die Stromdichte bei Erhöhung der Dicke der Tunnelschicht 2 abnimmt.
In der Tabelle der 12B ist eine genauere Untersuchung der Stromdichte oder des Stroms in Abhängigkeit von der Dicke der Tunnelschicht 2 dargestellt. Als Material des Zuleitungselements 3 ist hier Al gewählt. Die Dicke der Tunnelschicht 2 ist um circa 1 %-Schritte variiert. Die daraus resultierende Stromdichte und der durch eine Fläche von 20 cm² fließende Strom nehmen mit wachsender Dicke der Tunnelschicht 2 ab. Der resultierende Strom beziehungsweise die resultierende Stromdichte ändert sich bei einer Abweichung der Schichtdicke um 1 % Prozent lediglich um 4 %.
Tunnelschichten 2 können beispielsweise durch Oxidation des zugehörigen Zuleitungselements 3 sehr genau in Bezug auf ihre Dicke hergestellt werden. Tatsächlich können Tunnelschichten 2 durch Oxidation auf Angström genau eingestellt werden. Bei langsamer Oxidation werden zum Beispiel 10 nm Tunnelschicht in circa 10 Stunden gewachsen. Schichtdicken der Tunnelschicht 2 können also bis auf weniger als 1 % Abweichung konstant gehalten werden.
Aus der Tabelle der 12B geht hervor, dass solch kleine Variationen in der Dicke der Tunnelschicht aber nur einen geringen Einfluss auf die Stromdichte durch die Tunnelschicht 2 haben.

Claims

Leuchtdiode (100) aufweisend: - eine Schichtenfolge (1) mit einer im Betrieb Strahlung emittierenden, aktiven Schicht (10), - zumindest ein Zuleitungselement (3), das auf einer ersten Hauptseite (11) der Schichtenfolge (1) angeordnet ist und über das im Betrieb elektrischer Strom in die oder aus der Schichtenfolge (1) geleitet wird, - eine Tunnelschicht (2) zwischen der aktiven Schicht (10) und dem Zuleitungselement (3), wobei - das Zuleitungselement (3) in Draufsicht teilweise oder vollständig von der aktiven Schicht (10) und der Tunnelschicht (2) überdeckt ist, - zwischen dem Zuleitungselement (3) und der Schichtenfolge (1) ein Stromfluss nur durch einen Tunneleffekt möglich ist, - im Bereich des Zuleitungselements (3) zumindest zwei in lateraler Richtung nebeneinanderliegende Teilbereiche (31, 32) gebildet sind, in denen die Tunnelschicht (2) und/oder das Zuleitungselement (3) gezielt unterschiedlich ausgebildet sind, sodass die Tunnelwahrscheinlichkeiten durch die Tunnelschicht (2) in den unterschiedlichen Teilbereichen (31, 32) voneinander unterschiedlich sind, wobei - das Zuleitungselement (3) direkt an die Tunnelschicht (2) grenzt, - das Zuleitungselement (3) in den unterschiedlichen Teilbereichen (31, 32) unterschiedliche, an die Tunnelschicht (2) grenzende Materialen aufweist, sodass hierdurch die Höhe einer Tunnelbarriere zwischen dem Zuleitungselement (3) und der Tunnelschicht (2) in den unterschiedlichen Teilbereichen (31, 32) unterschiedlich ist.
Leuchtdiode (100) nach Anspruch 1, wobei - die Teilbereiche (31, 32) eine laterale Ausdehnung entlang einer Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht (10) von zumindest 10 µm aufweisen, - eine über die gesamte Fläche eines ersten Teilbereichs (31) gemittelte Tunnelwahrscheinlichkeit höchstens 95 % einer über eine gesamte Fläche eines zweiten Teilbereichs (32) gemittelten Tunnelwahrscheinlichkeit beträgt.
Leuchtdiode (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei - die Leuchtdiode (100) eine einzige Tunnelschicht (2) und/oder eine einzige aktive Schicht (10) aufweist, - die aktive Schicht (10) und/oder die Tunnelschicht (2) einfach zusammenhängend ausgebildet sind.
Leuchtdiode (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Tunnelschicht (2) in den unterschiedlichen Teilbereichen (31, 32) unterschiedliche Dicken aufweist, - die der aktiven Schicht (10) abgewandte Seite der Tunnelschicht (2) entlang ihrer gesamten lateralen Ausdehnung innerhalb der Herstellungstoleranz eben ist.
Leuchtdiode (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Tunnelschicht (2) und/oder das Zuleitungselement (3) innerhalb der unterschiedlichen Teilbereiche (31, 32) unterschiedliche Strukturierungen mit Spitzen und/oder Kanten aufweisen, sodass sich im Betrieb in den unterschiedlichen Teilbereichen (31, 32) unterschiedliche Feldstärken zwischen Zuleitungselement (3) und Schichtenfolge (1) ausbilden.
Leuchtdiode (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - zwischen der Tunnelschicht (2) und der Schichtenfolge (1) im Bereich des Zuleitungselements (3) ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement (4) angeordnet ist, das in Draufsicht zumindest mit dem zweiten Teilbereich (32) des Zuleitungselements (3) teilweise oder vollständig überlappt, - das Kontaktelement (4) in direktem Kontakt mit der Tunnelschicht (2) und der Schichtenfolge (1) steht, - das Kontaktelement (4) im bestimmungsgemäßen Betrieb eine laterale Stromverteilung des durch den zweiten Teilbereich (32) gelangenden Tunnelstroms bewirkt.
Leuchtdiode (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Kontaktelement (4) entlang seiner gesamten lateralen Ausdehnung und innerhalb der Herstellungstoleranz - eine gleiche Materialzusammensetzung aufweist, - eben auf einer der aktiven Schicht (10) zugewandten Seite ist und/oder - eine konstante Dicke aufweist.
Leuchtdiode (100) nach mindestens Anspruch 6, wobei - die Leuchtdiode (100) eine Mehrzahl von Zuleitungselementen (3) aufweist, - jedem Zuleitungselement (3) ein eigenes Kontaktelement (4) eineindeutig zugeordnet ist, - die Kontaktelemente (4) untereinander durch elektrisch isolierende Bereiche lateral voneinander beabstandet sind, sodass im Betrieb zwischen zwei Kontaktelementen (4) kein direkter Stromfluss auftritt, - jedes Kontaktelement (4) in Draufsicht auf die Leuchtdiode (100) die Größe eines Bildpunktes einer pixelierten Leuchtfläche (13) definiert, - die Zuleitungselemente (3) zur Aktivierung oder Deaktivierung der Bildpunkte einzeln und unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar sind.
Leuchtdiode (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei - in Draufsicht ein erster Teilbereich (31) eines Zuleitungselements (3) ein Kontaktelement (4) eines anderen Zuleitungselements (3) durchkreuzt, - die Tunnelwahrscheinlichkeit im ersten Teilbereich (31) höchstens 1 % der Tunnelwahrscheinlichkeit im zweiten Teilbereich (32) beträgt, sodass in dem ersten Teilbereich (31) nahezu kein Strom in die darüber angeordneten Kontaktelemente (4) gelangt.
Leuchtdiode (100) nach mindestens Anspruch 6, wobei - über jedem Teilbereich (31, 32) ein eineindeutig zugeordnetes Kontaktelement (4) angeordnet ist, - die Kontaktelemente (4) der unterschiedlichen Teilbereiche (31, 32) untereinander durch elektrisch isolierende Bereich lateral voneinander beabstandet sind.
Leuchtdiode (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 10, wobei - die Leuchtdiode (100) ein einziges Zuleitungselement (3) aufweist, das sich vollständig oder nahezu vollständig entlang der gesamten lateralen Ausdehnung der aktiven Schicht (10) erstreckt, - die Tunnelschicht (2) direkt an die Schichtenfolge (1) angrenzt, sodass bei Bestromung der Leuchtdiode (100) ein Beobachter aufgrund der unterschiedlichen Stromdichten in den unterschiedlichen Teilbereichen (31, 32) eine strukturierte Leuchtfläche (13) im Bereich des Zuleitungselements (3) wahrnimmt.
Leuchtdiode (100) nach mindestens Anspruch 1, wobei - die der Tunnelschicht zugewandte und/oder abgewandte Seite des Zuleitungselements (3) innerhalb der Herstellungstoleranz entlang der gesamten lateralen Ausdehnung eben ausgebildet sind, - die Tunnelschicht (2) entlang ihrer gesamten lateralen Ausdehnung an einer der Schichtenfolge (1) zugewandten Seite innerhalb der Herstellungstoleranz eben ist.
Leuchtdiode (100) nach mindestens Anspruch 1, wobei - das Zuleitungselement (3) mehrere übereinander gestapelte, elektrisch leitende Materiallagen (301, 302, 303, 304) aufweist, - die Anzahl der Materiallagen (301, 302, 303, 304) in den unterschiedlichen Teilbereichen (31, 32) unterschiedlich ist, sodass die der Tunnelschicht (2) zugewandte Seite des Zuleitungselements (3) eine Stufe im Übergangsbereich von einem Teilbereich (31) in einen direkt benachbarten Teilbereich (32) aufweist, - die Tunnelschicht (2) im Bereich des gesamten Zuleitungselements (3) eine konstante Dicke aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtdiode (100) mit den Schritten: A) Bereitstellen eines Substrats (7); B) Anordnen zumindest eines Zuleitungselements (3) auf dem Substrat (7); C) Anordnen einer Tunnelschicht (2) auf dem Substrat (7); D) Ausbilden einer Schichtenfolge (1) mit einer im Betrieb Strahlung emittierenden, aktiven Schicht (10) auf dem Substrat (7), wobei in den Schritten B) und/oder C) das Zuleitungselement (3) und/oder die Tunnelschicht (2) im Bereich des Zuleitungselements (3) gezielt so strukturiert werden, dass zumindest zwei in lateraler Richtung nebeneinanderliegende Teilbereiche (31, 32) entstehen, in denen die Tunnelschicht (2) und/oder das Zuleitungselement (3) gezielt unterschiedlich ausgebildet sind, sodass die Tunnelwahrscheinlichkeiten durch die Tunnelschicht (2) in den unterschiedlichen Teilbereichen (31, 32) voneinander unterschiedlich sind, wobei - das Zuleitungselement (3) direkt an die Tunnelschicht (2) grenzt, - das Zuleitungselement (3) in den unterschiedlichen Teilbereichen (31, 32) unterschiedliche, an die Tunnelschicht (2) grenzende Materialen aufweist, sodass hierdurch die Höhe einer Tunnelbarriere zwischen dem Zuleitungselement (3) und der Tunnelschicht (2) in den unterschiedlichen Teilbereichen (31, 32) unterschiedlich ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei im Schritt B) - zunächst im Bereich des Zuleitungselements (3) mehrere unterschiedliche Materiallagen (301, 302, 303, 304) ganzflächig übereinander geschichtet werden, - anschließend in den unterschiedlichen Teilbereichen (31, 32) unterschiedliche viele Materiallagen abgetragen werden, sodass in den unterschiedlichen Teilbereichen (31, 32) die vom Substrat (7) aus gesehen obersten Schichten unterschiedliche Materialzusammensetzungen aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei im Schritt B) die Teilbereiche (31, 32) selektiv mit unterschiedlichen Materiallagen (301, 302, 303, 304) beschichtet werden, sodass nach der Beschichtung in den unterschiedlichen Teilbereichen (31, 32) die vom Substrat (7) aus gesehen obersten Schichten unterschiedliche Materialzusammensetzungen aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem im Schritt B) - die Tunnelschicht (2) mit Hilfe einer Siebdruckschablone (8) aufgebracht wird, - die Siebdruckschablone (8) Teilbereiche (81, 82) aufweist, in denen die Größe und/oder Dichte von Durchbrüchen (80) in der Siebdruckschablone (8) unterschiedlich ist.