DE102016101788A1

DE102016101788A1 - Optoelektronische Baugruppe und Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Baugruppe

Info

Publication number: DE102016101788A1
Application number: DE102016101788.4A
Authority: DE
Inventors: Dominik Pentlehner; Richard Baisl
Original assignee: Osram Oled GmbH
Current assignee: Pictiva Displays International Ltd
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2017-08-03
Also published as: US10903458B2; WO2017134032A1; US20220328787A1; US11374207B2; US20210167318A1; US20190036064A1; US11659733B2

Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine optoelektronische Baugruppe (1) bereitgestellt. Die optoelektronische Baugruppe (1) weist auf ein optoelektronisches Bauelement (10), das eine spiegelnde Fläche (42) aufweist, und einen Strahlungskühler (40), der in direkten körperlichen Kontakt mit dem optoelektronischen Bauelement (10) ist und der über der spiegelnden Fläche (42) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Baugruppe und ein Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Baugruppe.
Eine optoelektronische Baugruppe kann ein, zwei oder mehr optoelektronische Bauelemente aufweisen. Ein optoelektronisches Bauelement kann ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement oder ein elektromagnetische Strahlung absorbierendes Bauelement sein. Ein elektromagnetische Strahlung absorbierendes Bauelement kann beispielsweise eine Solarzelle sein. Ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement kann beispielsweise eine lichtemittierende Diode, ein lichtemittierender Transistor, eine organische lichtemittierende Diode oder ein organischer lichtemittierender Transistor sein. Optoelektronische Bauelemente auf organischer Basis, sogenannte organische optoelektronische Bauelemente, finden zunehmend verbreitete Anwendung. Beispielsweise halten organische Leuchtdioden (organic light emitting diode – OLED) zunehmend Einzug in die Allgemeinbeleuchtung, beispielsweise als Flächenlichtquellen, und in Automotive-Anwendung, beispielsweise als Rücklichter, Bremslichter, Blinker oder Innenbeleuchtung (Interieur-Beleuchtung).
Ein organisches optoelektronisches Bauelement, beispielsweise eine OLED, kann eine Anode und eine Kathode und dazwischen ein organisches funktionelles Schichtensystem aufweisen. Das organische funktionelle Schichtensystem kann aufweisen eine oder mehrere Emitterschichten, in denen elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, eine Ladungsträgerpaar-Erzeugungs-Schichtenstruktur aus jeweils zwei oder mehr Ladungsträgerpaar-Erzeugungs-Schichten („charge generating layer”, CGL) zur Ladungsträgerpaarerzeugung, sowie eine oder mehrere Elektronenblockadeschichten, auch bezeichnet als Lochtransportschichten („hole transport layer” – HTL), und eine oder mehrere Lochblockadeschichten, auch bezeichnet als Elektronentransportschichten („electron transport layer” – ETL), um den Stromfluss zu richten.
Die Betriebslebensdauer von OLEDs ist im Allgemeinen temperaturabhängig und nimmt im Bereich von Raumtemperatur bis ca. 85°C in etwa um einen Faktor zwei bis drei pro 25 K Temperaturerhöhung ab. Die genaue Abhängigkeit hängt von vielen Eigenschaften, wie beispielsweise dem genauen Schichtenaufbau ab. Oberhalb von etwa 100°C ist die Alterung zusätzlich beschleunigt und bei Temperaturen oberhalb von ca. 120°C bis 130°C ist sogar ein spontaner irreversibler Ausfall innerhalb von Minuten zu beobachten.
Eine Alterung durch den Betrieb einer OLED bei konstanter Stromdichte äußert sich dabei durch einen Spannungsanstieg und einen Leuchtdichteabfall. Eine Alterung durch Lagerung, bei der die OLED nicht betrieben wird, äußert sich vor allem durch einen Spannungsanstieg. Auch ein Leuchtdichteabfall kann hier auftreten, spielt aber in der Regel eine untergeordnete Rolle.
Die für die Alterung der OLED entscheidende Temperatur sowohl im Betrieb als auch während der Lagerung ist die Temperatur der OLED, die sich additiv aus der grundsätzlich vorhandenen Umgebungstemperatur und der im Betrieb auftretenden Eigenerwärmung zusammensetzt. Für die Abschätzung der Eigenerwärmung kann eine Bilanz aufgestellt werden: P_ges = P_heat – P_cool; mit P_ges als der Wärmeleistung, die zu einer Temperaturänderung führt, P_heat als dem Wärmeeintrag der OLED selbst und P_cool als der Leistung, die durch verschiedene Kühlmechanismen abgeführt wird, wobei gilt: P_heat = j·U·A(1 – WPE); mit j als der Stromdichte, U der Spannung, A der Leuchtfläche und WPE der wall plug efficiency der OLED.
Die Betriebslebensdauer der OLED bei vorgegebener Umgebungstemperatur kann durch Optimierung des organischen Schichtstapels und der Verkapselung gesteigert werden. Des Weiteren wird versucht, durch besonders effiziente OLEDs den Quellterm P_heat zu minimieren. Dies kann dazu führen, dass die OLED besonders komplex aufgebaut ist und/oder besonders aufwendig herstellbar ist.
Neben diesen Bestrebungen, die die OLED selbst betreffen, kann die OLED auch aktiv gekühlt werden. D. h., der Term P_cool kann aktiv vergrößert werden, beispielsweise mittels eines Peltierelements, mittels erzwungener Konvektion, beispielsweise mittels eines Lüfters, oder mittels Kühlens mit einer Kühlflüssigkeit, beispielsweise mittels Wasserkühlung. Dies kann dazu führen, dass die optoelektronische Baugruppe mit dem entsprechenden Leuchtmittel und dem entsprechenden Kühlelement besonders groß und/oder komplex ausgebildet ist und/oder dass die optoelektronische Baugruppe besonders aufwendig herstellbar ist.
Selbst wenn die OLED nicht aktiv gekühlt wird, so ist doch der Term P_cool nicht gleich null, da die OLED wie jeder andere Körper permanent Wärmestrahlung abstrahlt, wobei sich hierbei ein Gleichgewicht mit der Umgebungstemperatur einstellt.
Aus dem technischen Gebiet der Gebäudekühlung sind seit kurzem Strahlungskühler bekannt. Ein derartiger Strahlungskühler hat die Eigenschaft, dass er über Wärmestrahlung mehr Wärme abstrahlt, als er über Wärmestrahlung aufnimmt, so dass sich in dem Strahlungskühler eine Temperatur einstellt, die kleiner ist, als die Umgebungstemperatur.
1 zeigt einen Gebäudekühler 100. Der Gebäudekühler 100 weist einen Rahmen 102 auf, der an seiner Oberseite eine Ausnehmung aufweist, die von einer Membran 104 abgedeckt ist und unter der eine Wanne 106 angeordnet ist. Die Membran 104 ist von Polyethylen geringer Dichte gebildet. Eine nicht von der Membran 104 bedeckte obere Oberfläche des Rahmens 102 ist mit aluminiertem Mylar bedeckt. Die Wanne 106 weist eine Ausnehmung auf, in der ein Kunststoffkörper 108 angeordnet ist, an dessen Oberseite ein herkömmlicher Strahlungskühler 110 angeordnet ist. Die Wanne 106 weist klares Acryl auf. Der Rahmen 102 ist von Holz gebildet. Der Kunststoffkörper 108 weist Polystyrene auf. Die Wanne 106, der Kunststoffkörper 108 und die Membran 104 umschließen eine geschlossene Lufttasche. Eine Außenfläche des Kunststoffkörpers 108, die nicht von dem herkömmlichen Strahlungskühler 110 bedeckt ist, ist mit aluminiertem Mylar beschichtet.
Der Gebäudekühler 100 ist auf einem nicht dargestellten Dach eines nicht dargestellten Gebäudes angeordnet und mit einem in dem Gebäude verlaufenden nicht dargestellten Kühlsystem thermisch verbunden. Der gezeigte Gebäudekühler 100 ist darauf optimiert, eine Kühlung durch thermische Leitung und Konvektion zu minimieren, damit der Kühleffekt im Wesentlichen auf die Strahlungskühlung beschränkt ist. Der Gebäudekühler 100 ist so angeordnet, dass das Sonnenlicht im rechten Winkel auf die Fläche trifft.
2 zeigt eine detaillierte Schnittdarstellung des herkömmlichen Strahlungskühlers 110. Der herkömmliche Strahlungskühler 110 weist auf einen Basiskörper 112, der von Silizium gebildet ist, eine Haftschicht 113, die auf dem Basiskörper 112 ausgebildet ist und die von Titan gebildet ist, eine Spiegelschicht 114, die auf der Haftschicht 113 ausgebildet ist und die von Silber gebildet ist, und eine Kühlschichtenstruktur, die auf der Spiegelschicht 114 ausgebildet ist. Die Kühlschichtenstruktur weist mehrere übereinandergestapelte Schichten auf. Die Schichten sind abwechselnd von Siliziumdioxid und Hafniumoxid gebildet. Die unterschiedlichen Schichten weisen unterschiedliche Brechungsindices und unterschiedliche Dicken auf. Dabei weist die Kühlschichtenstruktur mindestens einen ersten Dickenbereich 116, in dem die einzelnen Schichten Dicken zwischen 100 nm und 1000 nm aufweisen, und einen zweiten Dickenbereich 118, in dem die einzelnen Schichten Dicken zwischen 10 und 100 nm aufweisen, auf. Der zweite Dickenbereich 118 ist über der Spiegelschicht 114 ausgebildet und der erste Dickenbereich 116 ist über dem zweiten Dickenbereich 118 ausgebildet. Optional kann auf die Haftschicht 113 verzichtet werden.
Die Schichten sind darauf optimiert, Sonnenlicht zu reflektieren und gleichzeitig die Emissivität im Bereich von 8 μm bis 13 μm zu maximieren. Dazu kann die „Needle Optimization Technique” benutzt werden, mit den Randbedingungen einer Schichtenabfolge von SiO₂ (niedriger Brechungsindex) und HfO₂ (hoher Brechungsindex). Das Kühl-Prinzip basiert auf einer Kombination aus Materialeigenschaften, wie beispielsweise der Emissivität, und Interferenzeffekten.
Eine ausführliche Darstellung des herkömmlichen Strahlungskühlers 110, dessen Funktionsweise und der physikalischen Grundlagen findet sich in dem Letter bzw. Fachartikel „Passive radiative cooling below ambient air temperature under direct sunlight", von Aaswath P. Raman et al., abgedruckt auf den Seiten 540 ff., des physikalischen Magazins Nature, Volume 515, vom 27. November 2014.
Die in den 4 bis 6 gezeigten Diagramme wurden mit dem in 1 gezeigten Gebäudekühler 100 und mit dem mit Bezug zu 2 erläuterten herkömmlichen Strahlungskühler 110 aufgezeichnet.
3 zeigt ein Absorptionsspektrum 82 des herkömmlichen Strahlungskühlers 110 als durchgezogene Linie und ein Emissionsspektrum 80 der Sonne als Fläche in einem ersten Diagramm, in dem die auf eins normierte Absorption bzw. Emission EM/AB in Abhängigkeit der Wellenlänge LAM der elektromagnetischen Strahlung dargestellt sind. Aus dem ersten Diagramm geht hervor, dass der herkömmliche Strahlungskühler 110 in dem wesentlichen Bereich des Sonnenspektrums nur äußerst wenig elektromagnetische Strahlung absorbiert, was bedeutet, dass sich der herkömmliche Strahlungskühler 110 selbst bei direkter Sonneneinstrahlung nur relativ wenig erwärmt verglichen mit einem herkömmlichen Körper, beispielsweise einem Aluminiumkörper oder einem schwarzen Körper.
4 zeigt ein Emissionsspektrum 86 des Strahlungskühlers 110 als durchgezogene Linie und eine Transmissivität 84 der Atmosphäre als Fläche in einem zweiten Diagramm, in dem die auf eins normierte Emission bzw. Absorption EM/AB in Abhängigkeit der Wellenlänge LAM der elektromagnetischen Strahlung dargestellt sind. Aus dem zweiten Diagramm geht hervor, dass der herkömmliche Strahlungskühler 110 im Wesentlichen in einem Wellenlängenbereich elektromagnetische Strahlung emittiert, in dem die Atmosphäre zu einem groben Teil durchlässig ist.
Die mit dem ersten und zweiten Diagramm veranschaulichten Eigenschaften des herkömmlichen Strahlungskühlers 110 und insbesondere dessen Kühlschichtenstruktur in Zusammenwirken mit der Spiegelschicht 114 bewirken, dass die Temperatur des herkömmlichen Strahlungskühlers 110 selbst bei direkter Sonnenstrahlung grundsätzlich geringer ist als die Umgebungstemperatur. Insbesondere kann der herkömmliche Strahlungskühler 110 auf eine Temperatur absinken, die um 5°C kleiner ist, als die Umgebungstemperatur.
5 zeigt ein drittes Diagramm, in dem an der linken Y-Achse die Temperatur T und an der rechten Y-Achse die Bestrahlungsstärke SI der Sonne angetragen ist, wobei in dem dritten Diagramm beide Größen in Abhängigkeit der Tageszeit TIME dargestellt sind. In dem dritten Diagramm zeigt die oberste nahezu gerade und bogenförmigen Linie die abgestrahlte Sonnenenergie 90, die ungefähr zur Mittagszeit ein Maximum erreicht. Direkt darunter ist die Umgebungstemperatur 92 angetragen, die im Laufe des Tages von 10°C auf ca. 17,5°C nach 14:00 Uhr ansteigt. Die unterste Linie zeigt die Temperatur 94 des herkömmlichen Strahlungskühlers 110, die von ca. 7,5°C um 10:00 Uhr morgens auf ein Maximum von ca. 12,5° zwischen 13:00 Uhr und 14:00 Uhr ansteigt. Dabei ist zu sehen, dass zu jeder Zeit die Temperatur 94 des herkömmlichen Strahlungskühlers 110 deutlich unter der Umgebungstemperatur 92 ist, insbesondere bis zu 5° unter der Umgebungstemperatur 92.
6 zeigt ein viertes Diagramm, in dem bezüglich der Großen die gleichen Abhängigkeiten wie in dem dritten Diagramm dargestellt sind, wobei die oberste Linie wieder die Bestrahlungsstärke 90 repräsentiert, die Linie darunter eine Temperatur 96 schwarzer Farbe, die der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist, repräsentiert, die darunter dargestellte Linie die Temperatur 98 eines Aluminiumkörpers, der der Sonne ausgesetzt ist, repräsentiert, die Linie darunter die Umgebungstemperatur 92 repräsentiert und die unterste Linie die Temperatur 94 des herkömmlichen Strahlungskühlers 110, der der Sonnenstrahlung ausgesetzt ist, repräsentiert. Bezüglich der Erwärmung in direktem Sonnenlicht entspricht eine herkömmliche OLED näherungsweise einem Aluminiumkörper. Aus dem vierten Diagramm geht hervor, dass sich bei direkter Sonneneinstrahlung schwarze Farbe stärker erwärmt als Aluminium, dass sich Aluminium stärker erwärmt als die Umgebungstemperatur 92 und dass die Temperatur 94 des herkömmlichen Strahlungskühlers 110 unter der Temperatur 98 von Aluminium, oder einer herkömmlichen OLED, und unter der Temperatur 96 von schwarzer Farbe und sogar unter der Umgebungstemperatur 92 bleibt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine optoelektronische Baugruppe bereitzustellen, die einfach aufgebaut ist, die kompakt ist und/oder die eine besonders lange Lebensdauer hat.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Baugruppe bereitzustellen, das einfach durchführbar ist und/oder das dazu beiträgt, dass die optoelektronische Baugruppe kompakt ist und/oder eine besonders lange Lebensdauer hat.
Eine Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung gelöst durch eine optoelektronische Baugruppe mit einem optoelektronischen Bauelement, das eine spiegelnde Fläche aufweist, und mit einem Strahlungskühler, der in direktem körperlichen Kontakt mit dem optoelektronischen Bauelement ist und der über der spiegelnden Fläche angeordnet ist.
Der Strahlungskühler bewirkt, dass das optoelektronische Bauelement sowohl während des Betriebs als auch in einem Zustand, in dem es nicht in Betrieb ist, beispielsweise während der Lagerung, gekühlt wird. Aufgrund dieser Kühlung wird die Durchschnittstemperatur des optoelektronischen Bauelements verglichen mit einem optoelektronischen Bauelement, das nicht mit einem Strahlungskühler gekoppelt ist, über seine Lebensdauer gesenkt, wodurch sich die Lebensdauer erhöht. Somit hat die optoelektronische Baugruppe eine besonders hohe Lebensdauer. Außerdem kann der Strahlungskühler verglichen mit einem Lüfter oder einer Wasserkühlung besonders kompakt in Form einer Schichtenstruktur in oder auf dem optoelektronischen Bauelement ausgebildet werden. Des Weiteren weist der Strahlungskühler keine bewegten Bauteile auf, weswegen die optoelektronische Baugruppe insgesamt besonders einfach aufgebaut sein kann und/oder ausgebildet werden kann.
Der direkte körperliche Kontakt zwischen dem Strahlungskühler und dem optoelektronischen Bauelemente bewirkt, dass Wärme, die das optoelektronische Bauelement aus der Umgebung aufnimmt oder im Betrieb erzeugt, effektiv zu dem Strahlungskühler abtransportiert werden kann und das optoelektronische Bauelement so gekühlt werden kann. Anschaulich gesprochen wird die Kühlung des optoelektronischen Bauelements, beispielsweise einer OLED, durch Verstärkung der naturgemäß vorhandenen passiven Kühlung durch optimiertes radiatives Kühlen gegenüber einer optoelektronischen Baugruppe ohne Strahlungskühler verbessert. Beispielsweise durch die Verwendung eines darauf optimierten Schichtenstapels wird die einleitend erwähnte Kühlleistung P_cool deutlich gegenüber einer herkömmlichen OLED erhöht.
Die Verbesserung der passiven Kühlung der OLED bewirkt eine Erhöhung der Betriebslebensdauer und der Lagerstabilität der OLED bei gegebener Umgebungstemperatur und/oder eine Verringerung des Spannungsanstiegs bei vorgegebener Zeit und Umgebungstemperatur, was zu einer geringeren Wärmeleistung der OLED (P_heat) zu vorgegebener Zeit führt, und/oder eine Vergrößerung des Temperatureinsatzbereiches der OLED zu höheren Umgebungstemperaturen hin.
Der Strahlungskühler ist so über der spiegelnden Fläche angeordnet und des optoelektronische Bauelement ist so ausgebildet, dass elektromagnetische Strahlung, die von außen auf den Strahlungskühler einfällt, diesen durchdringt und auf die spiegelnde Fläche trifft und von dieser reflektiert wird, so dass die elektromagnetische Strahlung von der spiegelnden Fläche zurück durch den Strahlungskühler nach außen abgestrahlt wird. Der Strahlungskühler kann der einleitend beschriebene und in dem Letter bzw. Fachartikel „Passive radiative cooling below ambient air temperature under direct sunlight", von Aaswath P. Raman et al., abgedruckt auf den Seiten 540 ff., des physikalischen Magazins Nature, Volume 515, vom 27. November 2014, dargestellte herkömmliche Strahlungskörper sein oder zumindest gleich oder ähnlich wie dieser ausgebildet sein. Insbesondere kann der Strahlungskörper die gleiche Kühlschichtenstruktur wie der herkömmliche Strahlungskühler aufweisen.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Strahlungskühler außen an dem optoelektronischen Bauelement angeordnet. Dies ermöglicht, das optoelektronische Bauelement und den Strahlungskühler unabhängig voneinander auszubilden. Alternativ oder zusätzlich ermöglicht dies, dass der Strahlungskühler einfach an dem optoelektronischen Bauelement befestigt werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung weist das optoelektronische Bauelement einen Abdeckkörper auf, der das optoelektronische Bauelement nach außen abschließt, wobei der Strahlungskühler an dem Abdeckkörper angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich weist das optoelektronische Bauelement einen Träger auf, der das optoelektronische Bauelement nach außen abschließt, wobei der Strahlungskühler oder ein weiterer Strahlungskühler an dem Träger angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich weist das optoelektronische Bauelement eine Wärmesenke auf, die das optoelektronische Bauelement nach außen abschließt, wobei der Strahlungskühler oder ein weiterer Strahlungskühler an der Wärmesenke angeordnet ist. Dies trägt dazu bei, dass das optoelektronische Bauelement auf herkömmliche Weise hergestellt werden kann und der Strahlungskühler einfach außen an dem Abdeckkörper, dem Träger und/oder der Wärmesenke befestigt werden kann. Alternativ dazu kann der Strahlungskühler zunächst an dem Abdeckkörper, dem Träger bzw. der Wärmesenke befestigt werden oder sogar auf diesen ausgebildet werden und kann dann nachfolgend zusammen mit dem Abdeckkörper, dem Träger bzw. der Wärmesenke an dem restlichen optoelektronischen Bauelement befestigt werden. Dies ermöglicht im Falle einer OLED, dass beim Ausbilden des Strahlungskühlers keine Rücksicht auf die Temperaturempfindlichkeit der organischen funktionellen Schichtenstruktur des optoelektronischen Bauelements Rücksicht genommen werden muss.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Strahlungskühler in eine Schichtenstruktur des optoelektronischen Bauelements integriert. Dies kann dazu beitragen, dass die optoelektronische Baugruppe besonders einfach aufgebaut ist. Alternativ oder zusätzlich kann dies ermöglichen, dass von dem Strahlungskühler zusätzlich zur Kühlung andere Aufgaben und/oder Funktionen in dem optoelektronischen Bauelement übernommen werden, wie beispielsweise eine Erhöhung der Lichtauskopplung und/oder im Falle einer OLED eine Verkapselung der organischen funktionellen Schichtenstruktur.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Strahlungskühler in direktem körperlichem Kontakt mit einer Elektrode des optoelektronischen Bauelements. Falls die entsprechende Elektrode eine äußere Oberfläche des optoelektronischen Bauelements bildet, so kann der Strahlungskühler außen an dem optoelektronischen Bauelement, insbesondere der entsprechenden Elektrode angeordnet sein. Falls die entsprechende Elektrode eine innere Schicht des optoelektronischen Bauelements bildet, so kann der Strahlungskühler in dem optoelektronischen Bauelement derart integriert sein, dass er in direktem körperlichem Kontakt mit der entsprechenden Elektrode ist. Der direkte körperliche Kontakt zu der Elektrode kann zu einem besonders guten Wärmeübertrag von der entsprechenden Elektrode zu dem Strahlungskühler und damit zu einem besonders effizienten Kühlen der optoelektronischen Baugruppe beitragen.
Gemäß einer Weiterbildung weisen das Deckglas, der Träger, die Wärmesenke und/oder die Elektrode die spiegelnde Fläche auf oder bilden diese. In diesem Zusammenhang kann es besonders vorteilhaft sein, wenn der Strahlungskühler an dem Deckglas, dem Träger, der Wärmesenke bzw. der Elektrode angeordnet ist, die die spiegelnde Fläche aufweist bzw. diese bildet.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Strahlungskühler als Verkapselung des optoelektronischen Bauelements ausgebildet.
Insbesondere können die Schichten des Strahlungskühlers derart ausgebildet sein, dass sie im Falle einer OLED die organische funktionelle Schichtenstruktur der OLED und/oder Elektroden der OLED einkapseln. Dadurch erhält der Strahlungskühler zusätzlich zu der Funktion des Kühlens eine weitere Funktion, nämlich die der Verkapselung des optoelektronischen Bauelements. Dies bewirkt, dass auf eine ausschließlich für die Verkapselung vorgesehene Verkapselungsstruktur verzichtet werden kann, die Verkapselungswirkung der ausschließlich für die Verkapselung vorgesehenen Verkapselungsstruktur verringert werden kann und/oder die Verkapselungswirkung insgesamt verstärkt werden kann. Dies kann dazu beitragen, dass das optoelektronische Bauelement besonders einfach und/oder kompakt herstellbar ist. Der Strahlungskühler kann beispielsweise in Form einer Dünnfilmverkapselung ausgebildet sein.
Gemäß einer Weiterbildung ist das optoelektronische Bauelement ein organisches optoelektronisches Bauelement, beispielsweise eine Solarzelle oder OLED. In Zusammenwirken mit dem organischen optoelektronischen Bauelement kann der Strahlungskühler besonders effektiv dazu beitragen, die Lebensdauer des entsprechenden organischen optoelektronischen Bauelements wesentlich zu verlängern.
Gemäß einer Weiterbildung weist der Strahlungskühler eine Schichtenstruktur mit mehreren unterschiedlichen Schichten auf, wobei die Schichten unterschiedliche Brechungsindices und zumindest teilweise unterschiedliche Schichtdicken aufweisen, wobei in einem ersten Dickenbereich der Schichtenstruktur Schichten ausgebildet sind, die Dicken aufweisen, die größer sind als die Dicken von Schichten in einem zweiten Dickenbereich. Die Schichten mit den unterschiedlichen Brechungsindices und die verschiedenen Dickenbereiche bewirken, dass sich der Strahlungskühler selbst bei direkter Sonneneinstrahlung gegenüber der Umgebungstemperatur abkühlt.
Gemäß einer Weiterbildung liegen die Dicken in dem ersten Dickenbereich in einem Bereich von 100 bis 1000 nm und/oder die Dicken in dem zweiten Dickenbereich in einem Bereich von 1 bis 100 nm.
Gemäß einer Weiterbildung weisen die Schichten zum Teil Siliziumdioxid auf oder sind davon gebildet und weisen zum Teil Hafniumoxid oder Titandioxid auf oder sind davon gebildet.
Eine Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Baugruppe, bei dem das optoelektronische Bauelement, das die spiegelnde Fläche aufweist, mit dem Strahlungskühler derart gekoppelt wird, dass dieser in direktem körperlichen Kontakt mit dem optoelektronischen Bauelement ist und über der spiegelnden Fläche angeordnet ist.
Die im Vorhergehenden dargestellten Vorteile und Weiterbildungen der optoelektronischen Baugruppe können ohne weiteres auf das Verfahren zum Herstellen der optoelektronischen Baugruppe übertragen werden. Daher wird an dieser Stelle auf eine erneute Darstellung der entsprechenden Vorteile und Weiterbildungen verzichtet und auf die vorstehenden Textpassagen verwiesen.
Gemäß einer Weiterbildung wird zuerst das Deckglas, der Träger oder die Wärmesenke des optoelektronischen Bauelements mit dem Strahlungskühler gekoppelt und dann wird das Deckglas, der Träger bzw. die Wärmesenke mit dem Strahlungskühler mit dem restlichen optoelektronischen Bauelement gekoppelt. Zum Koppeln des Strahlungskühlers mit dem Deckglas, dem Träger oder der Wärmesenke kann der fertig gestellte Strahlungskühler einfach an dem Deckglas, dem Träger bzw. der Wärmesenke angeordnet und befestigt werden oder die Schichten des Strahlungskühlers können auf dem Deckglas, dem Träger oder der Wärmesenke ausgebildet werden. In anderen Worten können das Deckglas, der Träger bzw. die Wärmesenke als Substrat zum Ausbilden der Kühlschichtenstruktur des Strahlungskühlers dienen.
Eine Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung gelöst durch eine Verwendung des Strahlungskühlers zum Kühlen des optoelektronischen Bauelements.
Die im Vorhergehenden dargestellten Vorteile und Weiterbildungen der optoelektronischen Baugruppe können ohne weiteres auf die Verwendung des Strahlungskühlers zum Kühlen des optoelektronischen Bauelements übertragen werden. Daher wird an dieser Stelle auf eine erneute Darstellung der entsprechenden Vorteile und Weiterbildungen verzichtet und auf die vorstehenden Textpassagen verwiesen.
Gemäß einer Weiterbildung ist das optoelektronische Bauelement eine OLED. Der Strahlungskühler kann beispielsweise als Verkapselungsschicht oder Verkapselungsstruktur der OLED verwendet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Schnittdarstellung eines Gebäudekühlers,
2 eine detaillierte Schnittdarstellung eines herkömmlichen Strahlungskühlers,
3 ein erstes Diagramm,
4 ein zweites Diagramm,
5 ein drittes Diagramm,
6 ein viertes Diagramm,
7 eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe,
8 eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe,
9 eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe,
10 eine seitliche Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Baugruppe,
11 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen einer optoelektronischen Baugruppe,
12 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen einer optoelektronischen Baugruppe.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. In den Figuren sind identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Eine optoelektronische Baugruppe weist ein, zwei oder mehr optoelektronische Bauelemente und einen Strahlungskühler auf. Optional kann eine optoelektronische Baugruppe auch ein, zwei oder mehr elektronische Bauelemente aufweisen. Ein elektronisches Bauelement kann beispielsweise ein aktives und/oder ein passives Bauelement aufweisen. Ein aktives elektronisches Bauelement kann beispielsweise eine Rechen-, Steuer- und/oder Regeleinheit und/oder einen Transistor aufweisen. Ein passives elektronisches Bauelement kann beispielsweise einen Kondensator, einen Widerstand, eine Diode oder eine Spule aufweisen.
Ein optoelektronisches Bauelement kann ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement oder ein elektromagnetische Strahlung absorbierendes Bauelement sein. Ein elektromagnetische Strahlung absorbierendes Bauelement kann beispielsweise eine Solarzelle sein. Ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Halbleiter-Bauelement sein und/oder als eine elektromagnetische Strahlung emittierende Diode, als eine organische elektromagnetische Strahlung emittierende Diode, als ein elektromagnetische Strahlung emittierender Transistor oder als ein organischer elektromagnetische Strahlung emittierender Transistor ausgebildet sein. Die Strahlung kann beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, UV-Licht und/oder Infrarot-Licht sein. In diesem Zusammenhang kann das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement beispielsweise als Licht emittierende Diode (light emitting diode, LED) als organische Licht emittierende Diode (organic light emitting diode, OLED), als Licht emittierender Transistor oder als organischer Licht emittierender Transistor ausgebildet sein. Das Licht emittierende Bauelement kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen Teil einer integrierten Schaltung sein. Weiterhin kann eine Mehrzahl von Licht emittierenden Bauelementen vorgesehen sein, beispielsweise untergebracht in einem gemeinsamen Gehäuse.
Ein Strahlungskühler hat die Eigenschaft, dass er sich von selbst unter die Umgebungstemperatur abkühlt. Ein derartiger Strahlungskühler weist ein Absorptionsspektrum und ein Emissionsspektrum für elektromagnetische Strahlung auf, die so zueinander eingestellt sind, dass der Strahlungskühler mehr Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung emittiert als absorbiert. Der Strahlungskühler nimmt daher grundsätzlich eine Temperatur ein, die unter der Umgebungstemperatur liegt, insbesondere ohne eine zusätzliche Kühlung, beispielsweise ohne eine Gas-, beispielsweise Luft-, oder Flüssigkeits-, beispielsweise Wasser-, Kühlung.
1 zeigt einen Gebäudekühler 100, wie er einleitend beschrieben ist.
2 zeigt einen herkömmlichen Strahlungskühler 110, wie er einleitend beschrieben ist.
3 zeigt ein erstes Diagramm, wie es einleitend beschrieben ist.
4 zeigt ein zweites Diagramm, wie es einleitend beschrieben ist.
5 zeigt ein drittes Diagramm, wie es einleitend beschrieben ist.
6 zeigt ein viertes Diagramm, wie es einleitend beschrieben ist.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Baugruppe 1. Die optoelektronische Baugruppe 1 weist ein optoelektronisches Bauelement 10 und einen Strahlungskühler 40 auf. Der Strahlungskühler 40 ist in direkten körperlichen Kontakt mit dem optoelektronischen Bauelement 10.
Der Strahlungskühler 40 kann der vorstehend beschriebene und in dem Brief „Passive radiative cooling below ambient air temperature under direct sunlight", von Aaswath P. Raman et al., abgedruckt auf den Seiten 540 ff., des physikalischen Magazins Nature, Volume 515, vom 27. November 2014, dargestellte herkömmliche Strahlungskörper 110 sein oder zumindest gleich oder ähnlich wie dieser ausgebildet sein. Insbesondere kann der Strahlungskörper 40 die gleiche Kühlschichtenstruktur wie der herkömmliche Strahlungskühler 110 aufweisen.
Das optoelektronische Bauelement 10 ist vorzugsweise als Bottom-Emitter ausgebildet. Alternativ dazu kann das optoelektronische Bauelement 10 jedoch auch als Top-Emitter oder als beidseitig emittierendes Bauelement ausgebildet sein.
Das optoelektronische Bauelement 10 weist einen Träger 12 auf. Der Träger 12 kann transluzent oder transparent ausgebildet sein. Der Träger 12 dient als Trägerelement für elektronische Elements oder Schichten, beispielsweise lichtemittierende Elemente. Der Träger 12 kann beispielsweise Kunststoff, Metall, Glas, Quarz und/oder ein Halbleitermaterial aufweisen oder daraus gebildet sein. Ferner kann der Träger 12 eine Kunststofffolie oder ein Laminat mit einer oder mit mehreren Kunststofffolien aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Träger 12 kann mechanisch rigide oder mechanisch flexibel ausgebildet sein.
Auf dem Träger 12 ist eine optoelektronische Schichtenstruktur ausgebildet. Die optoelektronische Schichtenstruktur weist eine erste Elektrodenschicht 14 auf, die einen ersten Kontaktabschnitt 16, einen zweiten Kontaktabschnitt 18 und eine erste Elektrode 20 aufweist. Der Träger 12 mit der ersten Elektrodenschicht 14 kann auch als Substrat bezeichnet werden. Zwischen dem Träger 12 und der ersten Elektrodenschicht 14 kann eine erste nicht dargestellte Barriereschicht, beispielsweise eine erste Barrieredünnschicht, ausgebildet sein.
Die erste Elektrode 20 ist von dem ersten Kontaktabschnitt 16 mittels einer elektrischen Isolierungsbarriere 21 elektrisch isoliert. Der zweite Kontaktabschnitt 18 ist mit der ersten Elektrode 20 der optoelektronischen Schichtenstruktur elektrisch gekoppelt. Die erste Elektrode 20 kann als Anode oder als Kathode ausgebildet sein. Die erste Elektrode 20 kann transluzent oder transparent ausgebildet sein. Die erste Elektrode 20 weist ein elektrisch leitfähiges Material auf, beispielsweise Metall und/oder ein leitfähiges transparentes Oxid (transparent conductive oxide, TCO) oder einen Schichtenstapel mehrerer Schichten, die Metalle oder TCOs aufweisen. Die erste Elektrode 20 kann beispielsweise einen Schichtenstapel einer Kombination einer Schicht eines Metalls auf einer Schicht eines TCOs aufweisen, oder umgekehrt. Ein Beispiel ist eine Silberschicht, die auf einer Indium-Zinn-Oxid-Schicht (ITO) aufgebracht ist (Ag auf ITO) oder ITO-Ag-ITO Multischichten. Die erste Elektrode 20 kann alternativ oder zusätzlich zu den genannten Materialien aufweisen: Netzwerke aus metallischen Nanodrähten und -teilchen, beispielsweise aus Ag, Netzwerke aus Kohlenstoff-Nanoröhren, Graphen-Teilchen und -Schichten und/oder Netzwerke aus halbleitenden Nanodrähten.
Über der ersten Elektrode 20 ist eine optisch funktionelle Schichtenstruktur, beispielsweise eine organische funktionelle Schichtenstruktur 22, der optoelektronischen Schichtenstruktur ausgebildet. Die organische funktionelle Schichtenstruktur 22 kann beispielsweise eine, zwei oder mehr Teilschichten aufweisen. Beispielsweise kann die organische funktionelle Schichtenstruktur 22 eine Lochinjektionsschicht, eine Lochtransportschicht, eine Emitterschicht, eine Elektronentransportschicht und/oder eine Elektroneninjektionsschicht aufweisen. Die Lochinjektionsschicht dient zum Reduzieren der Bandlücke zwischen erster Elektrode und Lochtransportschicht. Bei der Lochtransportschicht ist die Lochleitfähigkeit größer als die Elektronenleitfähigkeit. Die Lochtransportschicht dient zum Transportieren der Löcher. Bei der Elektronentransportschicht ist die Elektronenleitfähigkeit größer als die Lochleitfähigkeit, Die Elektronentransportschicht dient zum Transportieren der Elektronen. Die Elektroneninjektionsschicht dient zum Reduzieren der Bandlücke zwischen zweiter Elektrode und Elektronentransportschicht. Ferner kann die organische funktionelle Schichtenstruktur 22 ein, zwei oder mehr funktionelle Schichtenstruktur-Einheiten, die jeweils die genannten Teilschichten und/oder weitere Zwischenschichten aufweisen.
Über der organischen funktionellen Schichtenstruktur 22 ist eine zweite Elektrode 23 der optoelektronischen Schichtenstruktur ausgebildet, die elektrisch mit dem ersten Kontaktabschnitt 16 gekoppelt ist. Die zweite Elektrode 23 kann gemäß einer der Ausgestaltungen der ersten Elektrode 20 ausgebildet sein, wobei die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 23 gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein können. Die erste Elektrode 20 dient beispielsweise als Anode oder Kathode der optoelektronischen Schichtenstruktur. Die zweite Elektrode 23 dient korrespondierend zu der ersten Elektrode als Kathode bzw. Anode der optoelektronischen Schichtenstruktur.
Die optoelektronische Schichtenstruktur ist ein elektrisch und/oder optisch aktiver Bereich. Der aktive Bereich ist beispielsweise der Bereich des optoelektronischen Bauelements 10, in dem elektrischer Strom zum Betrieb des optoelektronischen Bauelements 10 fließt und/oder in dem elektromagnetische Strahlung erzeugt oder absorbiert wird. Auf oder über dem aktiven Bereich kann eine Getter-Struktur (nicht dargestellt) angeordnet sein. Die Getter-Schicht kann transluzent, transparent oder opak ausgebildet sein. Die Getter-Schicht kann ein Material aufweisen oder daraus gebildet sein, das Stoffe, die schädlich für den aktiven Bereich sind, absorbiert und bindet.
über der zweiten Elektrode 23 und teilweise über dem ersten Kontaktabschnitt 16 und teilweise über dem zweiten Kontaktabschnitt 18 ist eine Verkapselungsschicht 24 der optoelektronische Schichtenstruktur ausgebildet, die die optoelektronische Schichtenstruktur verkapselt. Die Verkapselungsschicht 24 kann als zweite Barriereschicht, beispielsweise als zweite Barrieredünnschicht, ausgebildet sein. Die Verkapselungsschicht 24 kann auch als Dünnschichtverkapselung bezeichnet werden. Die Verkapselungsschicht 24 bildet eine Barriere gegenüber chemischen Verunreinigungen bzw. atmosphärischen Stoffen, insbesondere gegenüber Wasser (Feuchtigkeit) und Sauerstoff. Die Verkapselungsschicht 24 kann als eine einzelne Schicht, ein Schichtstapel oder eine Schichtstruktur ausgebildet sein. Die Verkapselungsschicht 24 kann aufweisen oder daraus gebildet sein; Aluminiumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Titanoxid, Hafniumoxid, Tantaloxid Lanthaniumoxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Indiumzinnoxid, Indiumzinkoxid, Aluminium-dotiertes Zinkoxid, Polyp-phenylenterephthalamid), Nylon 66, sowie Mischungen und Legierungen derselben. Gegebenenfalls kann die erste Barriereschicht auf dem Träger 12 korrespondierend zu einer Ausgestaltung der Verkapselungsschicht 24 ausgebildet sein.
In der Verkapselungsschicht 24 sind über dem ersten Kontaktabschnitt 16 eine erste Ausnehmung der Verkapselungsschicht 24 und über dem zweiten Kontaktabschnitt 18 eine zweite Ausnehmung der Verkapselungsschicht 24 ausgebildet. In der ersten Ausnehmung der Verkapselungsschicht 24 ist ein erster Kontaktbereich 32 freigelegt und in der zweiten Ausnehmung der Verkapselungsschicht 24 ist ein zweiter Kontaktbereich 34 freigelegt. Der erste Kontaktbereich 32 dient zum elektrischen Kontaktieren des ersten Kontaktabschnitts 16 und der zweite Kontaktbereich 34 dient zum elektrischen Kontaktieren des zweiten Kontaktabschnitts 18.
Über der Verkapselungsschicht 24 ist eine Haftmittelschicht 36 ausgebildet. Die Haftmittelschicht 36 weist beispielsweise ein Haftmittel, beispielsweise einen Klebstoff, beispielsweise einen Laminierklebstoff, einen Lack und/oder ein Harz auf. Die Haftmittelschicht 36 kann beispielsweise Partikel aufweisen, die elektromagnetische Strahlung streuen, beispielsweise lichtstreuende Partikel.
Über der Haftmittelschicht 36 ist ein Abdeckkörper 38 ausgebildet. Die Haftmittelschicht 36 dient zum Befestigen des Abdeckkörpers 38 an der Verkapselungsschicht 24. Der Abdeckkörper 38 weist beispielsweise Kunststoff, Glas, beispielsweise ein Deckglas, und/oder Metall auf. Beispielsweise kann der Abdeckkörper 38 im Wesentlichen aus Glas gebildet sein und eine dünne Metallschicht, beispielsweise eine Metallfolie, und/oder eine Graphitschicht, beispielsweise ein Graphitlaminat, auf dem Glaskörper aufweisen. Der Abdeckkörper 38 dient zum Schützen des optoelektronischen Bauelements 10, beispielsweise vor mechanischen Krafteinwirkungen von außen. Ferner kann der Abdeckkörper 38 zum Verteilen und/oder Abführen von Hitze dienen, die in dem optoelektronischen Bauelement 10 erzeugt wird. Beispielsweise kann das Glas des Abdeckkörpers 38 als Schutz vor äußeren Einwirkungen dienen und die Metallschicht des Abdeckkörpers 38 kann zum Verteilen und/oder Abführen der beim Betrieb des optoelektronischen Bauelements 10 entstehenden Wärme dienen. In anderen Worten kann der Abdeckkörper 38 als Wärmesenke ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich zu dem Abdeckkörper 38 kann eine Wärmesenke ausgebildet sein.
Der Strahlungskühler 40 ist außen an dem optoelektronischen Bauelement 10 angeordnet. Der Strahlungskühler 40 ist direkt an dem Abdeckkörper 38 des optoelektronischen Bauelements 10 befestigt. Der Strahlungskühler 40 ist im Wesentlichen wie der mit Bezug zu 2 erläuterte herkömmliche Strahlungskühler 110 ausgebildet, wobei der Abdeckkörper 38 des optoelektronischen Bauelements 10 als Basiskörper 112 des Strahlungskühlers 40 dienen kann. In diesem Zusammenhang kann der Abdeckkörper 38 von Silizium gebildet sein.
Zwischen dem Strahlungskühler 40 und dem Abdeckkörper 38 ist eine spiegelnde Fläche 42 ausgebildet. Die spiegelnde Fläche 42 kann als Teil des Strahlungskühlers 40 oder als Teil des Abdeckkörpers 38 ausgebildet sein. Beispielsweise kann die spiegelnde Fläche 42 mittels einer nicht dargestellten Haftschicht, die beispielsweise der Haftschicht 113 entspricht, die auf dem Abdeckkörper 38 befestigt sein. Die Haftschicht kann gegebenenfalls von Titan gebildet sein. Die spiegelnde Fläche 42 kann beispielsweise Silber oder Aluminium aufweisen oder von Silber oder Aluminium gebildet sein. Die spiegelnde Fläche 42 kann beispielsweise der Silberschicht 114 entsprechen.
Alternativ dazu kann die spiegelnde Fläche 42 an einer anderen Schicht des optoelektronischen Bauelements 10 ausgebildet sein oder eine andere Schicht des optoelektronischen Bauelements 10 bilden. Beispielsweise kann die spiegelnde Fläche 42 zwischen der Haftmittelschicht 36 und dem Abdeckkörper 38, zwischen der Verkapselungsschicht 24 und der Haftmittelschicht 36, zwischen der zweiten Elektrode 23 und der Verkapselungsschicht 24, zwischen der organischen funktionellen Schichtenstruktur 22 und der zweiten Elektrode 23, zwischen der ersten Elektrode 20 und der organischen funktionellen Schichtenstruktur 22, zwischen dem Träger 12 und der ersten Elektrode 20 oder an einer in 7 gezeigten Unterseite des Trägers 12 ausgebildet sein. Alternativ dazu kann der Abdeckkörper 38 eine Oberfläche aufweisen, die als spiegelnde Fläche 42 dient, oder die zweite Elektrode 23 oder die erste Elektrode 20 kann eine Oberfläche aufweisen, die als spiegelnde Fläche 42 dient oder der Träger 12 kann eine Oberfläche aufweisen, die als spiegelnde Fläche 42 dient.
Eine Kühlschichtenstruktur des Strahlungskühlers 40 kann beispielsweise der Kühlschichtenstruktur des herkömmlichen Strahlungskühlers 110 entsprechen. Insbesondere weist die Kühlschichtenstruktur des Strahlungskühlers 40 mehrere übereinandergestapelte Schichten auf. Die Schichten sind abwechselnd von Siliziumdioxid und Hafniumoxid gebildet. Alternativ zu den Schichten, die Hafniumoxid aufweisen, können Schichten ausgebildet sein, die Titandioxid aufweisen.
Die unterschiedlichen Schichten weisen unterschiedliche Brechungsindices und unterschiedliche Dicken auf. Dabei weist die Kühlschichtenstruktur des Strahlungskühlers 40 mindestens den ersten Dickenbereich 116, in dem die einzelnen Schichten Dicken zwischen 100 nm und 1000 nm aufweisen, und den zweiten Dickenbereich 118, in dem die einzelnen Schichten Dicken zwischen 1 und 100 nm aufweisen, auf. Der zweite Dickenbereich 118 ist über der Spiegelschicht 114 ausgebildet und der erste Dickenbereich 116 ist über dem zweiten Dickenbereich 118 ausgebildet.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Baugruppe 1, die beispielsweise weitgehend der mit Bezug zu 7 erläuterten optoelektronischen Baugruppe 1 entsprechen kann. Insbesondere kann das optoelektronische Bauelement 10 dem mit Bezug zu 7 erläuterten optoelektronischen Bauelement 10 entsprechen. Alternativ oder zusätzlich kann der Strahlungskühler 40 dem mit Bezug zu 7 erläuterten Strahlungskühler 40 entsprechen.
Des optoelektronische Bauelement 10 ist vorzugsweise als Top-Emitter ausgebildet. Alternativ dazu kann des optoelektronische Bauelement 10 jedoch auch als Bottom-Emitter oder als beidseitig emittierendes Bauelement ausgebildet sein.
Der Strahlungskühler 40 ist mit direkten körperlichen Kontakt mit dem optoelektronischen Bauelement 10 gekoppelt. Der Strahlungskühler 40 ist außen an dem optoelektronischen Bauelement 10 angeordnet. Der Strahlungskühler 40 ist mit direkten körperlichen Kontakt an dem Träger 12 befestigt.
Die spiegelnde Fläche 42 ist zwischen dem Träger 12 und dem Strahlungskühler 40 ausgebildet. Alternativ dazu kann die spiegelnde Fläche 42 wie mit Bezug zu 7 erläutert an einer anderen Schicht des optoelektronischen Bauelements 10 ausgebildet sein oder diese andere Schicht bilden.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Baugruppe 1, die beispielsweise weitgehend der mit Bezug zu 7 erläuterten optoelektronischen Baugruppe 1 entsprechen kann. Insbesondere kann das optoelektronische Bauelement 10 dem mit Bezug zu 7 erläuterten optoelektronischen Bauelement 10 entsprechen. Alternativ oder zusätzlich kann der Strahlungskühler 40 dem mit Bezug zu 7 erläuterten Strahlungskühler 40 entsprechen.
Das optoelektronische Bauelement 10 ist vorzugsweise als Bottom-Emitter ausgebildet. Alternativ dazu kann das optoelektronische Bauelement 10 jedoch auch als Top-Emitter oder als beidseitig emittierendes Bauelement ausgebildet sein.
Der Strahlungskühler 40 ist mit direkten körperlichen Kontakt mit dem optoelektronischen Bauelement 10 gekoppelt. Der Strahlungskühler 40 ist in eine Schichtenstruktur des optoelektronischen Bauelements 10 integriert. Der Strahlungskühler 40 ist zwischen der Verkapselungsschicht 24 und der Haftmittelschicht 36 ausgebildet. Alternativ dazu kann der Strahlungskühler 40 zwischen der Haftmittelschicht 36 und dem Abdeckkörper 38, zwischen der zweiten Elektrode 23 und der Verkapselungsschicht 24 oder zwischen dem Träger 12 und der ersten Elektrode 20 ausgebildet sein. Optional kann auf die Haftmittelschicht 36 und den Abdeckkörper 38 verzichtet werden, so dass der Strahlungskühler 40 als Abdeckung für das optoelektronische Bauelement 10 dient.
Die spiegelnde Fläche 42 ist zwischen der Verkapselungsschicht 24 und dem Strahlungskühler 40 ausgebildet. Alternativ dazu kann die spiegelnde Fläche 42 wie mit Bezug zu 7 erläutert an einer anderen Schicht des optoelektronischen Bauelements 10 ausgebildet sein oder diese andere Schicht bilden.
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen Baugruppe 1, die beispielsweise weitgehend der mit Bezug zu 7 erläuterten optoelektronischen Baugruppe 1 entsprechen kann. Insbesondere kann das optoelektronische Bauelement 10 dem mit Bezug zu 7 erläuterten optoelektronischen Bauelement 10 entsprechen. Alternativ oder zusätzlich kann der Strahlungskühler 40 dem mit Bezug zu 7 erläuterten Strahlungskühler 40 entsprechen.
Das optoelektronische Bauelement 10 ist vorzugsweise als Bottom-Emitter ausgebildet. Alternativ dazu kann das optoelektronische Bauelement 10 jedoch auch als Top-Emitter oder als beidseitig emittierendes Bauelement ausgebildet sein.
Der Strahlungskühler 40 ist mit direktem körperlichem Kontakt mit dem optoelektronischen Bauelement 10 gekoppelt. Der Strahlungskühler 40 ist in eine Schichtenstruktur des optoelektronischen Bauelements 10 integriert. Der Strahlungskühler 40 ist als Verkapselungsschicht 24 des optoelektronischen Bauelements 10 ausgebildet. In anderen Worten bildet der Strahlungskühler 40 Die Verkapselungsschicht 24. Der Strahlungskühler 40 ist in direkten körperlichen Kontakt mit der zweiten Elektrode 23.
Optional kann auf die Haftmittelschicht 36 und den Abdeckkörper 38 verzichtet werden. In diesem Fall übernimmt der Strahlungskühler 40 die Funktion der Kühlung, der Verkapselung und der Abdeckung des optoelektronischen Bauelements 10.
Die spiegelnde Fläche 42 ist zwischen der zweiten Elektrode 23 und dem Strahlungskühler 40 ausgebildet. Beispielsweise kann die spiegelnde Fläche 42 von der zweiten Elektrode 23 gebildet sein. Alternativ dazu kann die spiegelnde Fläche 42 wie mit Bezug zu 7 erläutert an einer anderen Schicht des optoelektronischen Bauelements 10 ausgebildet sein oder diese andere Schicht bilden.
11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer optoelektronischen Baugruppe, beispielsweise der im Vorhergehenden erläuterten optoelektronischen Baugruppe 1.
In einem Schritt S2 wird ein optoelektronisches Bauelement ausgebildet. Beispielsweise wird das im Vorhergehenden erläuterte optoelektronische Bauelement 10 ausgebildet.
In einem Schritt S4 wird ein Strahlungskühler mit dem optoelektronischen Bauelement gekoppelt. Beispielsweise wird der im Vorhergehenden erläuterte Strahlungskühler 40 mit dem optoelektronischen Bauelement 10 gekoppelt.
Die Schritte S2 und S4 können nacheinander ausgebildet durchgeführt werden, so dass zunächst das optoelektronische Bauelement 10 ausgebildet wird und nachfolgend der Strahlungskühler 40 mit dem optoelektronischen Bauelement gekoppelt wird. Dabei kann der Strahlungskühler 40 zunächst fertig gestellt werden und danach mit dem optoelektronischen Bauelement 10 gekoppelt werden. Das hat den Vorteil, dass das Ausbilden des Strahlungskühlers 40 zu keiner Einschränkung bei der Prozessführung beim Ausbilden des optoelektronischen Bauelements 10 führt. Alternativ dazu kann der Strahlungskühler 40 direkt auf dem optoelektronischen Bauelement 10 ausgebildet werden.
Alternativ dazu können die Schritte S2 und S4 im selben Zeitraum abgearbeitet werden, beispielsweise wenn der Strahlungskühler 40 in dem optoelektronischen Bauelement 10 integriert wird. Beispielsweise kann der Strahlungskühler 40 als Schicht des optoelektronischen Bauelements 10 ausgebildet werden. Dabei kann der Strahlungskühler 40 zunächst fertig gestellt werden und als fertige Schicht in das optoelektronische Bauelement 10 integriert werden oder der Strahlungskühler 40 kann auf einer bereits fertig gestellten Schicht des optoelektronischen Bauelements 10 ausgebildet werden.
Die Schichten des Strahlungskühlers 40 können, beispielsweise im Falle dünner Schichten, insbesondere im zweiten Dickenbereich 118, mittels ALD, CVD, Sputterns, Elektronenstrahl oder ähnlichen Verfahren ausgebildet werden, und beispielsweise im Falle dicker Schichten, insbesondere im ersten Dickenbereich 116, mittels CVD, Sputterns, Elektronenstrahl oder ähnlichen Verfahren ausgebildet werden.
12 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer optoelektronischen Baugruppe, beispielsweise der im Vorhergehenden erläuterten optoelektronischen Baugruppe 1.
In einem Schritt S6 wird ein Träger, ein Abdeckkörper und/oder eine Wärmesenke bereitgestellt. Beispielsweise wird der Träger 12, der Abdeckkörper 38 bzw. die im Vorhergehenden erläuterte Wärmesenke bereitgestellt. Dass der Träger 12, der Abdeckkörper 38 bzw. die Wärmesenke bereitgestellt werden, kann beispielsweise bedeuten, dass der Träger 12, der Abdeckkörper 38 bzw. die Wärmesenke ausgebildet werden.
In einem Schritt S8 wird der Strahlungskühler auf dem Träger, dem Abdeckkörper bzw. der Wärmesenke angeordnet oder ausgebildet. Beispielsweise wird der Strahlungskühler 40 auf dem Träger 12, dem Abdeckkörper 38 bzw. der Wärmesenke angeordnet oder ausgebildet. Insbesondere können die Schichten des Strahlungskühlers 40 auf dem Träger 12, dem Abdeckkörper 38 bzw. der Wärmesenke ausgebildet, beispielsweise abgeschieden, werden.
In einem Schritt S10, der beispielsweise vor oder nach den Schritten S6 und S8 durchgeführt werden kann, wird das restliche optoelektronische Bauelement 10 ausgebildet. Beispielsweise werden die organische funktionelle Schichtenstruktur 22 des optoelektronischen Bauelements 10, die Elektroden 20, 23 und/oder die Verkapselungsschichtstruktur 24 ausgebildet.
In einem Schritt S12 wird der Träger, der Abdeckkörper oder die Wärmesenke, die mit dem Strahlungskühler gekoppelt ist, auf dem restlichen optoelektronischen Bauelement angeordnet. Beispielsweise wird der Träger 12, der Abdeckkörper 38 bzw. die Wärmesenke, die jeweils den Strahlungskühler 40 aufweisen, in direkten körperlichen Kontakt auf dem restlichen optoelektronischen Bauelement 10 angeordnet.
Das Ausbilden bzw. Anordnen des Strahlungskühlers 40 unabhängig von dem restlichen optoelektronischen Bauelement 10, insbesondere unabhängig von der organischen funktionellen Schichtenstruktur 22 des optoelektronischen Bauelements 10, bewirkt, dass bei dem Ausbilden bzw. Anordnen des Strahlungskühlers 40 nicht auf die Temperaturempfindlichkeit der organischen funktionellen Schichtenstruktur 22 Rücksicht genommen werden muss. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Schichten des Strahlungskühlers 40 mittels Verfahren ausgebildet werden, bei denen grundsätzlich hohe Temperaturen, insbesondere über 100°C, verwendet werden und/oder vorteilhaft sind.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise kann die optoelektronische Baugruppe 1 mehrere optoelektronische Bauelemente 10 und/oder mehrere Strahlungskühler 40 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das optoelektronische Bauelement 10 segmentiert sein. Ferner kann bei den mit Bezug zu den 7 bis 10 erläuterten optoelektronischen Baugruppen 1 alternativ oder zusätzlich zu einer der dargestellten Schichten bzw. Körper eine Wärmesenke angeordnet sein. Gegebenenfalls ist die Wärmesenke vorzugsweise in direkten körperlichen Kontakt mit dem Strahlungskühler 40.
Bezugszeichenliste

1: Optoelektronische Baugruppe
10: Optoelektronisches Bauelement
12: Träger
14: Erste Elektrodenschicht
16: Erster Kontaktabschnitt
18: Zweiter Kontaktabschnitt
20: Erste Elektrode
22: Organische funktionelle Schichtenstruktur
23: Zweite Elektrode
24: Verkapselungsschicht Struktur
32: Erster Kontaktbereich
34: Zweiter Kontaktbereich
36: Haftmittelschicht
38: Abdeckkörper
40: Strahlungskühler
42: Spiegelnde Fläche
80: Emissionsspektrum Sonne
82: Absorptionsspektrum Strahlungskühler
84: Atmosphärische Transmissivität
86: Emissionsspektrum Strahlungskühler
90: Sonnenenergie
92: Umgebungstemperatur
94: Temperatur Strahlungskühler
96: Temperatur schwarze Farbe
98: Temperatur Aluminiumkörper
100: Gebäudekühler
102: Rahmen
104: Membran
106: Wanne
108: Kunststoffkörper
110: Herkömmlicher Strahlungskühler
112: Basiskörper
113: Haftschicht
114: Spiegelschicht
116: Erster Dickenbereich
118: Zweiter Dickenbereich
EM/AB: Emission/Absorption
LAM: Wellenlänge
T: Temperatur
SI: Sonnenenergie
TIME: Tageszeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Passive radiative cooling below ambient air temperature under direct sunlight”, von Aaswath P. Raman et al., abgedruckt auf den Seiten 540 ff., des physikalischen Magazins Nature, Volume 515, vom 27. November 2014 [0015]
„Passive radiative cooling below ambient air temperature under direct sunlight”, von Aaswath P. Raman et al., abgedruckt auf den Seiten 540 ff., des physikalischen Magazins Nature, Volume 515, vom 27. November 2014 [0028]
„Passive radiative cooling below ambient air temperature under direct sunlight”, von Aaswath P. Raman et al., abgedruckt auf den Seiten 540 ff., des physikalischen Magazins Nature, Volume 515, vom 27. November 2014 [0071]

Claims

Optoelektronische Baugruppe (1), mit einem optoelektronischen Bauelement (10), das eine spiegelnde Fläche (42) aufweist, und mit einem Strahlungskühler (40), der in direkten körperlichen Kontakt mit dem optoelektronischen Bauelement (10) ist und der über der spiegelnden Fläche (42) angeordnet ist.
Optoelektronische Baugruppe (1) nach Anspruch 1, bei der der Strahlungskühler (40) außen an dem optoelektronischen Bauelement (10) angeordnet ist.
Optoelektronische Baugruppe (1) nach Anspruch 2, bei der das optoelektronische Bauelement (10) einen Abdeckkörper (38) aufweist, der das optoelektronische Bauelement (10) nach außen abschließt, und der Strahlungskühler (40) an dem Abdeckkörper (38) angeordnet ist, und/oder das optoelektronische Bauelement (10) einen Träger (12) aufweist, der das optoelektronische Bauelement (10) nach außen abschließt, und der Strahlungskühler (40) an dem Träger (12) angeordnet ist, und/oder das optoelektronische Bauelement (10) eine Wärmesenke (44) aufweist, die das optoelektronische Bauelement (10) nach außen abschließt, und der Strahlungskühler (40) an der Wärmesenke (44) angeordnet ist.
Optoelektronische Baugruppe (1) nach Anspruch 1, bei der der Strahlungskühler (40) in eine Schichtenstruktur des optoelektronischen Bauelements (10) integriert ist.
Optoelektronische Baugruppe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Strahlungskühler (40) in direkten körperlichen Kontakt mit einer Elektrode (20, 23) des optoelektronischen Bauelements (10) ist.
Optoelektronische Baugruppe (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der der Abdeckkörper (38), der Träger (12), die Wärmesenke (44) und/oder die Elektrode (20, 23) die spiegelnde Fläche (42) aufweist oder bildet.
Optoelektronische Baugruppe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Strahlungskühler (40) als Verkapselung (24) des optoelektronischen Bauelements (10) ausgebildet ist.
Optoelektronische Baugruppe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das optoelektronische Bauelement (10) ein organisches optoelektronisches Bauelement, beispielsweise eine Solarzelle oder eine OLED ist.
Optoelektronische Baugruppe (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der Strahlungskühler (40) eine Schichtenstruktur mit mehreren unterschiedlichen Schichten aufweist, wobei die Schichten unterschiedliche Brechungsindices und zumindest teilweise unterschiedliche Schichtdicken aufweisen, wobei in einem ersten Dickenbereich (116) der Schichtenstruktur Schichten ausgebildet sind die Dicken aufweisen, die größer sind als die Dicken von Schichten in einem zweiten Dickenbereich (118).
Optoelektronische Baugruppe (1) nach Anspruch 9, bei der die Dicken in dem ersten Dickenbereich (116) in einem Bereich von 100 bis 1000 nm liegen und/oder bei der die Dicken in dem zweiten Dickenbereich (118) in einem Bereich von 1 bis 100 nm liegen.
Optoelektronische Baugruppe (1) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei der die Schichten zum Teil Siliziumdioxid aufweisen oder davon gebildet sind und zum Teil Hafniumoxid oder Titandioxid aufweisen oder davon gebildet sind.
Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Baugruppe (1), bei dem ein optoelektronisches Bauelement, das eine spiegelnde Fläche (42) aufweist, mit einem Strahlungskühler (40) derart gekoppelt wird, dass dieser in direkten körperlichen Kontakt mit dem optoelektronischen Bauelement (10) ist und über der spiegelnden Fläche (42) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem zuerst ein Abdeckkörper (38), ein Träger (12) oder eine Wärmesenke (44) des optoelektronischen Bauelements (10) mit dem Strahlungskühler (40) gekoppelt wird und dann der Abdeckkörper (38), der Träger (12) bzw. die Wärmesenke (44) mit dem Strahlungskühler (40) mit dem restlichen optoelektronischen Bauelement (10) gekoppelt wird.
Verwendung eines Strahlungskühlers (40) zum Kühlen eines optoelektronischen Bauelements (10).
Verwendung nach Anspruch 14, wobei das optoelektronische Bauelement (10) eine OLED ist.