EP3390274A1 - Konversionselement, optoelektronisches bauelement damit, und verfahren zur herstellung eines konversionselements - Google Patents

Konversionselement, optoelektronisches bauelement damit, und verfahren zur herstellung eines konversionselements

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Publication number
EP3390274A1
EP3390274A1 EP16805118.3A EP16805118A EP3390274A1 EP 3390274 A1 EP3390274 A1 EP 3390274A1 EP 16805118 A EP16805118 A EP 16805118A EP 3390274 A1 EP3390274 A1 EP 3390274A1
Authority
EP
European Patent Office
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conversion element
linker
quantum dots
group
chain
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16805118.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Georg DIRSCHERL
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • CONVERSION ELEMENT OPTOELECTRONIC COMPONENT THEREWITH, AND METHOD FOR PRODUCING A CONVERSION ELEMENT
  • the invention relates to a conversion element. Further,
  • the invention relates to an optoelectronic component, which in particular comprises a conversion element. Furthermore, the invention relates to a method for producing a
  • Conversion elements often have conversion materials, for example quantum dots.
  • the conversion materials convert the radiation emitted by a radiation source into radiation of changed, for example, longer wavelength.
  • the conversion materials are typically dispersed in a polymer-based matrix material to convert the conversion material in a processable form
  • polymer-based matrix materials have the disadvantage that they are permeable to moisture and / or oxygen and / or acidic gases from the environment. Furthermore, polymer-based matrix materials have a low
  • An object of the invention is to provide a conversion element having improved properties.
  • a conversion element is to be provided which is free of a polymer as matrix material and thus has a high aging stability.
  • the conversion element should have a high efficiency.
  • an object of the invention is an optoelectronic component to provide improved properties.
  • the conversion element comprises or has quantum dots.
  • the quantum dots are designed for wavelength conversion of radiation.
  • the quantum dots each have a surface. At least two surfaces of quantum dots, in particular
  • adjacent quantum dots are connected to each other at least via a linker.
  • the linker is used for spacing the quantum dots.
  • This forms a network of quantum dots and linkers.
  • the network is a
  • Network is understood here and below as meaning that the quantum dots form the so-called nodes of the network and the linkers form the connecting lines between the networks
  • Quantum dots are linked to one another via chemical bonds, in particular via covalent and / or coordinative bonds.
  • the conversion element has or consists of quantum dots.
  • the quantum dots are arranged for wavelength conversion or wavelength conversion.
  • the wavelength-converting quantum dots are in particular a sensitive conversion material, ie a conversion material sensitive to oxygen, moisture and / or acidic gases.
  • the quantum dots are nanoparticles, that is
  • the quantum dots comprise a semiconductor core having wavelength-converting properties.
  • the core of the quantum dots comprises or consists of a II / IV or I I I / V semiconductor.
  • the quantum dots are selected from a group comprising InP, CdS, CdSe, InGaAs, GalnP and CuInSe2.
  • the semiconductor core may be of one or more
  • Layers should be coated as a coating.
  • the coating may be organic and / or inorganic.
  • the semiconductor core may be completely or almost completely covered by further layers on its outer surface or surface.
  • the semiconductor core can be a single crystal or
  • polycrystalline agglomerate According to at least one embodiment, the
  • Quantum dots have an average diameter of 3 to 10 nm, more preferably from 3 to 5 nm. By varying the size of the quantum dots can specifically Wavelength of the converting radiation are varied and thus adapted for respective applications.
  • the quantum dots can be spherical or
  • a first encapsulating layer of a quantum dot is, for example, an inorganic material such as
  • zinc sulfide for example, zinc sulfide, cadmium sulfide and / or
  • Cadmium selenide formed and serves to generate the
  • the first sheath layer and the semiconductor core may be of at least a second one
  • the first coating layer is an inorganic ligand shell, which in particular has an average diameter including the semiconductor core of 1 to 10 nm.
  • the second cladding layer may be formed, for example, with an organic material such as cystamine or cysteine, and sometimes serves to improve the solubility of the quantum dots in, for example, a matrix material and / or a solvent. In this case, it is possible that due to the second covering layer a spatially uniform distribution of the quantum dots in a matrix material
  • the matrix material can be formed, for example, with at least one of the following substances: acrylate, silicone, hybrid material, such as Ormocer, for example
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • polydivinylsiloxane for example from PLT, Pacific Light Technologies, or mixtures thereof.
  • Acrylo-functionalized quantum dots such as Ormoclear
  • Nanoco When dispersing the quantum dots in an inorganic or organic matrix material often results in the problem that the matrix material is not very stable. It is also a transparent two-component mixture. Furthermore, the matrix material is permeable to moisture and environmental influences, for example acidic gases. In addition, an optimum distance between the individual quantum dots can not be set sufficiently sufficiently so that a quenching of the emitted radiation is increased. this leads to
  • quantum dot sols or quantum dot dispersions can be used to generate a conversion element.
  • the solvent is removed from a quantum dot dispersion, ie a mixture of quantum dots and solvent, and the quantum efficiency is determined.
  • this is very low, since the distance between the individual quantum dots is low due to the
  • Quantum dot agglomeration As a result, the emission of the quantum dots is partially or completely extinguished, ie quenched.
  • the quantum dots of the conversion element each have a surface.
  • the surface can be the surface of the
  • the surface may also be the surface of the first covering layer or a
  • At least two surfaces, in particular more than two surfaces, of adjacent quantum dots are connected to one another via at least one linker or a plurality of linkers.
  • linker or spacer As a linker or spacer
  • Quantum dots is bound, and thus the quantum dots spaced from each other.
  • the quantum dots are selected from a group comprising InP, CdS, CdSe and CuInSe2 and / or wherein the quantum dots are free from an inorganic or organic coating. In other words, the quantum dots then have no further enveloping layer except the semiconductor core.
  • the spacing of adjacent quantum dots can be adjusted, for example, by the chain length of the linker.
  • the linker binds chemically to the surface of the respective quantum dot.
  • the linker has at least two
  • the reactive groups are each terminally attached to the linker.
  • the reactive groups each bind covalently and / or coordinatively to the respective surface of the corresponding quantum dot.
  • the reactive group is a phosphonate group and / or sulfate group.
  • the linker or spacer can be attached to its Side chain ends each having a reactive group.
  • the reactive groups may be spaced from each other by alkyl groups, alkene groups of appropriate chain length.
  • the linker is formed from at least two pre-linkers. Each of the pre-linkers has a functional group.
  • the functional group is crosslinkable or hydrosilylatable. This can after the
  • Crosslinked or hydrosilylation of the two pre-linkers of the linker can be generated or is by cross-linking or
  • the quantum dots have a pre-linker.
  • the pre-linker points to the one
  • Chain end a reactive group for example one
  • Phosphonate group on. This phosphonate group binds covalently and / or coordinately to the corresponding surface of the respective quantum dot.
  • a functional group is arranged at the free chain end of the corresponding pre-linker.
  • the functional group is, for example, a vinyl group, acrylic group and / or Si-H group.
  • a functional group of the respective pre-linker which is attached to the corresponding surface of the respective quantum dot, covalently bonds with a second pre-linker via its functional group, for example by polymerization or hydrosilylation.
  • a polymerization for example, radical, cationic or
  • the linker is generated from two pre-linkers by connecting the pre-linker via its functional groups.
  • Conversion element free of an inorganic and / or organic matrix material. In other words, that indicates Conversion element no matrix material, in particular
  • Quantum dots are chemically linked via the linker.
  • the linker comprises a carbon chain having at least 32 carbon atoms, more preferably between and including 32 carbon atoms and at most including 40 carbon atoms.
  • the linker may be a silyl chain
  • the linker may be a
  • Carbon chain for example as described above, additionally having ester groups and / or aromatic groups in the carbon chain.
  • the linker may have a silyl chain, for example as described above, which additionally contains ester groups, H, alkoxy, -OMe, -O-CH 2 -CH 3, -O-CH 2 -CH 2 -CH 3 and / or aromatic groups in having the silyl chain.
  • the pre-linker may have at least one carbon chain with at least 16 inclusive
  • the pre-linker may have a silyl chain with at least 16 inclusive
  • the linker PDMS has silicon atoms and / or a maximum of 20 silicon atoms.
  • a distance between the quantum dots can be generated, which reduces or prevents quenching of the converting radiation.
  • the linker PDMS has silicon atoms and / or a maximum of 20 silicon atoms.
  • Carbon chain and / or silyl chain in addition to side chains which are selected from: H, alkoxy, -O-CH 2 -CH 3, -O-CH 2 -CH 2 -CH 3, methyl (Me), phenyl (Ph), O-Me, O- Ph.
  • the functional group is crosslinkable or hydrosilylbar. In other words, the functional group becomes during the production of the
  • the functional group is selected from a group comprising vinyl, allyl, haloallyl, acrylate, methacrylate, Si-H and epoxy. In accordance with at least one embodiment, this is
  • Conversion element a single-phase system or single-phase system.
  • the quantum dots that are linked together via the linkers form only one phase. This does not create miscibility problems, as it does
  • Quantum dots are bound.
  • the inventor has recognized that the chemical attachment of the quantum dots via bimodal linkers, ie linkers having at least two reactive groups, makes it possible to dispense with an additional inorganic and / or organic matrix material.
  • linkers By the chain length of the corresponding linker can also be the necessary distance from adjacent
  • Quantum dots are set and thus a quenching of the emission can be prevented. Furthermore, short chains of the linker, for example, chains having a chain length of 16 to 20 atoms, can lead to maximization of the inorganic content, resulting in an increase in the blue light content of the emitted radiation and in temperature stability. A lower organic content reduces the linker
  • Conversion elements is described present, so that the conversion element has a high transparency.
  • a conversion element which has a high degree of filling of quantum dots.
  • this includes
  • Optoelectronic component a conversion element and a semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence is capable of emitting radiation.
  • the conversion element is arranged in the beam path of the semiconductor layer sequence and converts the radiation emitted by the semiconductor layer sequence during operation into radiation with a different wavelength. The conversion of the radiation emitted by the semiconductor layer sequence, for example from the blue one
  • Spectral range in radiation of changed wavelength, for example in the red or green spectral range, may be complete or partial.
  • mixed-colored light in particular white light, can be generated.
  • the optoelectronic component is a light-emitting diode, or LED for short.
  • the optoelectronic component is then preferably designed to emit blue or white light.
  • the optoelectronic component comprises at least one optoelectronic semiconductor chip, which the
  • the semiconductor material is preferably a
  • Nitride compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m N, or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m P, where in each case 0 ⁇ n 1, 0 ⁇ m 1 and n + m ⁇ 1. May be the semiconductor material is Al x Ga] __ x As well act with 0 ⁇ x ⁇ 1.
  • the semiconductor material is Al x Ga] __ x As well act with 0 ⁇ x ⁇ 1.
  • the semiconductor layer sequence includes an active layer with at least one pn junction and / or with one or more quantum well structures. In the operation of the LED or the semiconductor chip becomes in the active layer a
  • a wavelength or a wavelength maximum of the radiation is preferably in the ultraviolet and / or visible and / or infrared Spectral range, in particular at wavelengths between 420 nm and 800 nm inclusive, for example between 440 nm and 480 nm inclusive.
  • the conversion element is in the beam path of the
  • the conversion element converts the UV, IR or visible radiation emitted by the semiconductor layer sequence into radiation having a modified, for example a longer wavelength
  • Conversion element are arranged. This does not exclude that between the semiconductor layer sequence and the
  • Conversion element is arranged a connecting means, such as an adhesive.
  • Elements or layers may be arranged between the semiconductor layer sequence and the conversion element.
  • Elements or layers may be arranged between the semiconductor layer sequence and the conversion element.
  • Layers can be used, for example, as adhesive layers.
  • the invention further relates to a method for producing a conversion element.
  • a method for producing a conversion element Preferably, with the
  • Conversion element includes.
  • the method for producing a conversion element comprises the steps:
  • step C) takes place by means of an initiator, by UV radiation or thermally.
  • an initiator for example, Lucirin TPO-L can be used.
  • the functional groups can also be activated thermally, for example at a temperature of 60 ° C to 180 ° C.
  • the pre-linker has a carbon chain of at least 16 inclusive
  • Phosphonate group or sulfate group as a reactive group and have a functional group.
  • the carbon chain binds directly via the phosphonate group and / or sulfate group to the surface of a quantum dot. Via the functional group, the carbon chain is connected chemically, in particular covalently, with another pre-linker of an adjacent surface of another quantum dot.
  • the covalent bond can be by hydrosilylation or polymerization, for example by radical
  • the pre-linker has a silyl chain with at least 16 inclusive
  • a phosphonate group or sulfate group is arranged as a reactive group and a functional group. Via the phosphonate group or sulfate group, the silyl chain can be attached directly to the surface of a quantum dot.
  • the silyl chain via the functional group is connected to another pre-linker of an adjacent surface of another quantum dot.
  • the connection between the functional groups can be effected by polymerization, ie crosslinking, or hydrosilylation.
  • FIGS. 1A to 1C each show quantum dots according to a
  • Figures 2A and 2B each have a conversion element according to an embodiment
  • Figures 3A to 3C each have a conversion element according to an embodiment
  • Figures 4A to 4C each have a conversion element according to an embodiment
  • Figures 5A to 5G each have a schematic
  • FIGS. 1A to 1C each show a schematic
  • the quantum dot 1 may, as shown in FIG. 1A, comprise or consist of a semiconductor core 1a. If the quantum dot 1 consists of a semiconductor core - li ⁇ la or includes this, then the surface is ld of the quantum dot 1
  • Quantum dot 1 the outer surface or surface of the
  • the semiconductor core la can be any semiconductor core la.
  • the semiconductor core la can be any semiconductor core la.
  • Semiconductor core la may, for example, be cadmium selenide,
  • the quantum dot 1 can be free from another
  • Coating for example, an inorganic and / or organic coating, as shown in Figures 1B and IC be.
  • FIG. 1B shows a quantum dot 1 which is next to the
  • Semiconductor core la has an enveloping first layer 1b.
  • the enveloping first layer 1b may be formed of zinc sulfide.
  • the quantum dot 1 may have an average diameter of 1 to 10 nm.
  • the quantum dot 1 of Figure 1A may have an average diameter of 5 nm.
  • the figure IC shows a quantum dot 1, in addition to the
  • the further enveloping layer 1c may be an organic coating, for example of silicone, acrylate or a mixture thereof. If one speaks of the surface 1 d of a respective quantum dot 1, then according to FIG. 1B this corresponds to the surface of the first enveloping layer 1b and according to FIG. 1C to the surface of the second enveloping layer 1c.
  • FIGS. 2A and 2B each show a schematic
  • FIG. 2A shows a quantum dot 1, at to which a pre-linker 8 is connected.
  • Pre-linker 8 has a reactive group 8b, here a reactive phosphonate group.
  • the reactive group 8b can covalently and / or coordinately bind to the surface ld of the quantum dot 1.
  • the pre-linker 8 also has a functional group 8a.
  • the functional group 8a can be, for example, vinyl, allyl, haloallyl, acrylate, methacrylate, Si-H and / or epoxy.
  • a chain 8c between the functional group 8a and the reactive group 8b is a chain 8c, in this example a
  • FIG. 2B shows two quantum dots 1, which are connected via a
  • Linker 7 are connected to each other for spacing or connected.
  • the linker 7 has two reactive groups 7a at the chain ends (not shown here).
  • the reactive groups 7 a which are, for example, a phosphonate group or sulfate group, are bonded to the surface 1 d of the respective quantum dot 1.
  • the linker 7 has a chain between the reactive groups 7a. The chain can
  • ether groups and / or aromatic moieties may be part of the chain. This can be a
  • Quantum dots 1 are generated by the linker 7.
  • the distance is less than or equal to 10 nm, for example 7 nm.
  • Figure 3A shows a possible chain of a linker 7 or pre-linker 8.
  • the linker 7 a is a linker 7 or pre-linker 8.
  • the carbon chain may additionally contain one or more ether groups and / or have aromatic groups.
  • the pre-linker 8 has a functional group X, 8b.
  • functional group X, 8b may be a vinyl, acrylate,
  • FIG. 3C shows the reaction of two pre-linkers 8 to a linker 7.
  • the functional groups X of the corresponding pre-linkers 8 react with one another and form a linker 7, the functional groups X crosslinking or hydrosilylating and a covalent bond between the pre-linker 8 is formed.
  • FIG. 4A shows a conversion element, in particular a schematic view of the connection of the quantum dots 1 with pre-linkers 8.
  • two conversion elements in particular a schematic view of the connection of the quantum dots 1 with pre-linkers 8.
  • Quantum dots 1 via two pre-linker 8 ie
  • FIG. 4B shows a two-dimensional network of
  • Quantum dots 1 the corresponding nodes of the
  • FIG. 4C shows a three-dimensional network
  • FIG. 5 shows schematic side views of optoelectronic components 100 according to various embodiments
  • the optoelectronic component is a light-emitting diode, in short LED.
  • the light source 3 is a light-emitting diode chip which is applied to a carrier 2.
  • the conversion element 4 Direct applied here does not exclude that a connecting means, such as an adhesive, is located between the respective components.
  • the light source 3 and the conversion element 4 are laterally surrounded by a reflector casting 6.
  • the optoelectronic component 100 additionally has a lens 5.
  • the lens 5 may be arranged directly downstream of the conversion element 4.
  • Semiconductor layer sequence 3 of the optoelectronic component 100 is arranged.
  • the reflector casting 6 is missing.
  • the conversion element 4 surrounds the entire surface of the body
  • the conversion element 4 has a constant thickness around the light source 3 around.
  • the light source or the semiconductor chip 3 is arranged in a recess 10 of an optoelectronic component 100.
  • the recess 10 can with a casting 9, for example, made of silicone, be filled.
  • the potting 9 is directly downstream of the conversion element 4.
  • Optoelectronic component 100 also has a housing 21.
  • the conversion element 4 is spatially spaced from the light source 3.
  • FIG. 1F shows that the conversion element 4 surrounds the semiconductor chip or light source 3 like a cap, as a result of which the conversion element 4 has a uniform thick layer in all directions.
  • the conversion element 4 and the light source 3 can in a recess of a
  • Figure IG shows
  • Conversion element 4 the light source 3 all around, so from its entire surface, positive and cohesive

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Konversionselement (4) umfassend Quantenpunkte (1), die zur Wellenlängenumwandlung von Strahlung eingerichtet sind, wobei die Quantenpunkte (1) jeweils eine Oberfläche (1d) aufweisen, und wobei zumindest zwei Oberflächen (1d) benachbarter Quantenpunkte (1) über zumindest einen Linker (7) zur Beabstandung der Quantenpunkte (1) verbunden sind, so dass ein Netzwerk aus Quantenpunkten (1) und Linkern (7) gebildet ist.

Description

Beschreibung
KONVERSIONSELEMENT, OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT DAMIT, UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES KONVERSIONSELEMENTS
Die Erfindung betrifft ein Konversionselement. Ferner
betrifft die Erfindung ein optoelektronisches Bauelement, das insbesondere ein Konversionselement umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
Konversionselements .
Konversionselemente weisen häufig Konversionsmaterialien, beispielswiese Quantenpunkte, auf. Die Konversionsmaterialien wandeln die von einer Strahlungsquelle emittierte Strahlung in eine Strahlung mit veränderter, beispielsweise längerer Wellenlänge, um. Die Konversionsmaterialien sind in der Regel in ein polymerbasiertes Matrixmaterial eindispergiert , um das Konversionsmaterial in einer prozessierbaren Form zu
erhalten. Polymerbasierte Matrixmaterialien zeigen allerdings den Nachteil, dass sie permeabel für Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff und/oder sauren Gasen aus der Umwelt sind. Ferner weisen polymerbasierte Matrixmaterialien eine geringe
Alterungsstabilität auf. Zum anderen ist eine homogene und kontrollierbare Verteilung der Konversionsmaterialien in dem Matrixmaterial schwer einstellbar.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Konversionselement bereitzustellen, das verbesserte Eigenschaften aufweist.
Insbesondere soll ein Konversionselement bereitgestellt werden, das frei von einem Polymer als Matrixmaterial ist und damit eine hohe Alterungsstabilität aufweist. Zudem soll das Konversionselement eine hohe Effizienz aufweisen. Ferner ist Aufgabe der Erfindung, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das verbesserte Eigenschaften aufweist.
Ferner ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Konversionselements bereitzustellen, das ein Konversionselement mit verbesserten Eigenschaften
erzeugt.
Diese Aufgaben werden durch ein Konversionselement gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der
abhängigen Ansprüche 2 bis 12. Ferner werden diese Aufgaben durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem Anspruch 13 gelöst. Ferner werden diese Aufgaben durch ein Verfahren zur Herstellung eines Konversionselements gemäß dem Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 15 bis 17.
In zumindest einer Ausführungsform umfasst oder weist das Konversionselement Quantenpunkte auf. Die Quantenpunkte sind zur Wellenlängenumwandlung von Strahlung eingerichtet. Die Quantenpunkte weisen jeweils eine Oberfläche auf. Zumindest zwei Oberflächen von Quantenpunkten, insbesondere
benachbarten Quantenpunkten, sind zumindest über einen Linker miteinander verbunden. Der Linker dient zur Beabstandung der Quantenpunkte. Damit wird ein Netzwerk aus Quantenpunkten und Linkern gebildet. Insbesondere ist das Netzwerk ein
zweidimensionales und/oder dreidimensionales Netzwerk. Mit Netzwerk wird hier und im Folgenden verstanden, dass die Quantenpunkte die sogenannten Knotenpunkte des Netzwerks bilden und die Linker die Verbindungslinien zwischen den
Quantenpunkten. Insbesondere sind die Quantenpunkte und die Linker über chemische Bindungen, insbesondere über kovalente und/oder koordinative Bindungen, miteinander verbunden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Konversionselements weist das Konversionselement Quantenpunkte auf oder besteht daraus. Die Quantenpunkte sind zur Wellenlängenkonversion oder Wellenlängenumwandlung eingerichtet.
Bei den wellenlängenkonvertierenden Quantenpunkten handelt es sich insbesondere um ein empfindliches Konversionsmaterial, also einem gegenüber Sauerstoff, Feuchte und/oder sauren Gasen sensitives Konversionsmaterial. Bevorzugt handelt es sich bei den Quantenpunkten um Nanopartikel , das heißt
Teilchen mit einer Größe im Nanometerbereich mit einem
Partikeldurchmesser ds o , zum Beispiel zwischen wenigstens 1 nm und höchstens 1000 nm. Die Quantenpunkte umfassen einen Halbleiterkern, der wellenlängenkonvertierende Eigenschaften aufweist. Insbesondere umfasst oder besteht der Kern der Quantenpunkte aus einem II/IV- oder I I I /V-Halbleiter .
Beispielsweise sind die Quantenpunkte aus einer Gruppe ausgewählt, die InP, CdS, CdSe, InGaAs, GalnP und CuInSe2 umfasst. Der Halbleiterkern kann von einer oder mehreren
Schichten als Beschichtung ummantelt sein. Die Beschichtung kann organisch und/oder anorganisch sein. Mit anderen Worten kann der Halbleiterkern an dessen Außenfläche oder Oberfläche vollständig oder nahezu vollständig von weiteren Schichten bedeckt sein.
Der Halbleiterkern kann ein einkristallines oder
polykristallines Agglomerat sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Quantenpunkte einen durchschnittlichen Durchmesser von 3 bis 10 nm, besonders bevorzugt von 3 bis 5 nm, auf. Durch die Variation der Größe der Quantenpunkte kann gezielt die Wellenlänge der konvertierenden Strahlung variiert werden und damit für jeweilige Anwendungen entsprechend angepasst werden. Die Quantenpunkte können kugelförmig oder
stäbchenförmig ausgeformt sein.
Eine erste ummantelnde Schicht eines Quantenpunkts ist beispielsweise mit einem anorganischen Material, wie
beispielsweise Zinksulfid, Kadmiumsulfid und/oder
Kadmiumselenid gebildet und dient der Erzeugung des
Quantenpunktpotentials. Die erste ummantelnde Schicht und der Halbleiterkern können von zumindest einer zweiten
ummantelnden Schicht an der freiliegenden Oberfläche nahezu vollständig umschlossen sein. Insbesondere ist die erste ummantelnde Schicht eine anorganische Ligandenhülle, die insbesondere einen durchschnittlichen Durchmesser inklusive des Halbleiterkerns von 1 bis 10 nm aufweist. Die zweite ummantelnde Schicht kann beispielsweise mit einem organischen Material, wie beispielsweise Cystamin oder Cystein, gebildet sein und dient mitunter der Verbesserung der Löslichkeit der Quantenpunkte in beispielsweise einem Matrixmaterial und/oder einem Lösungsmittel. Hierbei ist es möglich, dass aufgrund der zweiten ummantelnden Schicht eine räumliche gleichmäßige Verteilung der Quantenpunkte in einem Matrixmaterial
verbessert wird. Das Matrixmaterial kann beispielsweise mit zumindest einem der folgenden Stoffe gebildet sein: Acrylat, Silikon, Hybridmaterial, wie Ormocer, beispielsweise
Ormoclear, Polydimethylsiloxan (PDMS) , Polydivinylsiloxan, zum Beispiel von der Firma PLT, Pacific Light Technologies, oder Mischungen daraus.
Acrylfunktionalisierte Quantenpunkte, wie Ormoclear, können zum Beispiel von der Firma Nanoco bezogen werden. Beim Eindispergieren der Quantenpunkte in ein anorganisches oder organisches Matrixmaterial ergibt sich oft das Problem, dass das Matrixmaterial nicht sehr stabil ist. Zudem handelt es sich um eine transparente Zweikomponentenmischung. Ferner ist das Matrixmaterial permeabel gegenüber Feuchtigkeit und Umwelteinflüssen, beispielsweise sauren Gasen. Zudem kann ein optimaler Abstand zwischen den einzelnen Quantenpunkten nicht hinreichend genug eingestellt werden, sodass ein Quenchen der emittierten Strahlung erhöht wird. Dies führt zu
Effizienzverlusten des Konversionselements.
Alternativ können Quantenpunkt-Sols oder Quantenpunkt- Dispersionen zur Erzeugung eines Konversionselements genutzt werden. Dabei entzieht man einer Quantenpunkt-Dispersion, also einem Gemisch aus Quantenpunkten und Lösungsmittel, das Lösungsmittel und bestimmt dafür die Quanteneffizienz. Diese ist allerdings sehr gering, da der Abstand der einzelnen Quantenpunkte untereinander gering ist aufgrund der
Quantenpunkt-Agglomeratsbildung . Dadurch wird die Emission der Quantenpunkte zum Teil oder vollständig ausgelöscht, also gequencht .
Die Quantenpunkte des Konversionselements weisen jeweils eine Oberfläche auf. Die Oberfläche kann die Oberfläche des
Halbleiterkerns sein. Alternativ kann die Oberfläche auch die Oberfläche der ersten ummantelnden Schicht oder einer
weiteren ummantelnden Schicht, beispielsweise der zweiten ummantelnden Schicht, sein. Zumindest zwei Oberflächen, insbesondere mehr als zwei Oberflächen, von benachbarten Quantenpunkten sind zumindest über einen Linker oder mehreren Linkern miteinander verbunden. Als Linker oder Spacer
(englisch für Abstandshalter) wird hier und im Folgenden eine molekulare Verbindung verstanden, die zwischen zumindest zwei Oberflächen der Quantenpunkte angeordnet ist, insbesondere kovalent und/oder koordinativ an den Oberflächen der
Quantenpunkte gebunden ist, und somit die Quantenpunkte voneinander beabstandet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Quantenpunkte aus einer Gruppe ausgewählt, die InP, CdS, CdSe und CuInSe2 umfasst und/oder wobei die Quantenpunkte frei von einer anorganischen oder organischen Beschichtung sind. Mit anderen Worten weisen dann die Quantenpunkte keine weitere umhüllende Schicht außer den Halbleiterkern auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Abstand
benachbarter Quantenpunkte mindestens 20 nm, 15 nm, 14 nm, 13 nm, 12 nm, 11 nm, 10 nm, 9 nm, 8 nm oder 7 nm und/oder höchstens 30 nm, 40 nm, 50 nm, 100 nm. Damit wird ein
Quenchen der Emission vermindert oder verhindert. Der Abstand benachbarter Quantenpunkte kann beispielsweise durch die Kettenlänge des Linkers eingestellt werden.
Der Linker bindet dabei chemisch an die Oberfläche des jeweiligen Quantenpunkts. Insbesondere ist die chemische Anbindung des Linkers an die Oberfläche des jeweiligen
Quantenpunkts kovalent und/oder koordinativ. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Linker zumindest zwei
reaktive Gruppen auf. Die reaktiven Gruppen sind jeweils endständig an dem Linker angeordnet. Die reaktiven Gruppen binden insbesondere jeweils an die jeweilige Oberfläche des entsprechenden Quantenpunkts kovalent und/oder koordinativ.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die reaktive Gruppe eine Phosphonat-Gruppe und/oder Sulfat-Gruppe. Mit anderen Worten kann der Linker oder Spacer an seinen Seitenkettenenden jeweils eine reaktive Gruppe aufweisen. Die reaktiven Gruppen können durch Alkylgruppen, Alkengruppen mit entsprechender Kettenlänge voneinander beabstandet sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Linker aus zumindest zwei Pre-Linkern gebildet. Jeder der Pre-Linker weist eine funktionale Gruppe auf. Die funktionale Gruppe ist vernetzbar oder hydrosilylierbar . Damit kann nach dem
Vernetzten oder Hydrosilylieren der beiden Pre-Linker der Linker erzeugt werden oder ist durch das Vernetzen oder
Hydrosilylieren erzeugt. Mit anderen Worten weisen während der Herstellung des Konversionselements die Quantenpunkte einen Pre-Linker auf. Der Pre-Linker weist an dem einen
Kettenende eine reaktive Gruppe, beispielsweise eine
Phosphonat-Gruppe, auf. Diese Phosphonat-Gruppe bindet kovalent und/oder koordinativ an die entsprechende Oberfläche des jeweiligen Quantenpunkts. An dem freien Kettenende des entsprechenden Pre-Linkers ist eine funktionale Gruppe angeordnet. Die funktionale Gruppe ist beispielsweise eine Vinylgruppe, Acryl-Gruppe und/oder Si-H-Gruppe. Die
funktionale Gruppe des jeweiligen Pre-Linkers, welcher an der entsprechenden Oberfläche des jeweiligen Quantenpunkts angebunden ist, verbindet sich mit einem zweiten Pre-Linker über dessen funktionale Gruppe kovalent, beispielsweise durch Polymerisation oder Hydrosilylierung . Als Polymerisation kommen beispielsweise radikalische, kationische oder
anionische Polymerisation in Betracht. Damit wird aus zwei Pre-Linkern durch Verbinden der Pre-Linker über dessen funktionalen Gruppen der Linker erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionselement frei von einem anorganischen und/oder organischen Matrixmaterial. Mit anderen Worten weist das Konversionselement kein Matrixmaterial, insbesondere
polymerbasiertes Matrixmaterial, auf. Es kann also auf das Matrixmaterial verzichtet werden, da die jeweiligen
Quantenpunkte über die Linker chemisch miteinander verbunden werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Linker eine Kohlenstoffkette mit mindestens 32 Kohlenstoffatomen, insbesondere zwischen einschließlich 32 Kohlenstoffatomen und höchstens einschließlich 40 Kohlenstoffatomen auf. Alternativ oder zusätzlich kann der Linker eine Silylkette mit
mindestens einschließlich 32 Kohlenstoffatomen und/oder höchstens einschließlich 40 Kohlenstoffatomen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Linker eine
Kohlenstoffkette, beispielsweise wie oben beschrieben, aufweisen, die zusätzlich Ester-Gruppen und/oder aromatische Gruppen in der Kohlenstoffkette aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann der Linker eine Silylkette, beispielsweise wie oben beschrieben, aufweisen, die zusätzlich Ester- Gruppen, H, Alkoxy,-OMe, -0-CH2-CH3, -0-CH2 -CH2 -CH3 und/oder aromatische Gruppen in der Silylkette aufweist. Insbesondere sind die entsprechenden Kohlenstoffketten und/oder
Silylketten zwischen den beiden reaktiven Gruppen des Linkers angeordnet. Entsprechend kann der Pre-Linker zumindest eine Kohlenstoffkette mit mindestens einschließlich 16
Kohlenstoffatomen bis einschließlich 20 Kohlenstoffatomen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Pre-Linker eine Silylkette mit mindestens einschließlich 16
Siliziumatomen und/oder maximal 20 Siliziumatomen aufweisen. Damit kann ein Abstand zwischen den Quantenpunkten erzeugt werden, die ein Quenching der konvertierenden Strahlung vermindert oder verhindert. Alternativ oder zusätzlich kann der Linker PDMS
( Polydimethylsiloxan) , PDPS ( Polydiphenylsiloxan) ,
Polydimethylsiloxanketten oder Polydiphenylsiloxanketten aufweisen, wobei die Ketten mit Methyl und/oder Phenyl- Seitengruppen substituiert sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Pre-Linker die Formel C=C- ( SiR2-0) n-PO (OH) 2 mit n = 16, 17, 18 oder 20 und R = CH3 und/oder Phenyl auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Kohlenstoffkette und/oder Silylkette zusätzlich Seitenketten auf, die ausgewählt sind aus: H, Alkoxy, -0-CH2-CH3, -0-CH2- CH2-CH3, Methyl (Me) , Phenyl (Ph) , O-Me, O-Ph.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die funktionale Gruppe vernetzbar oder hydrosilylbar . Mit anderen Worten wird die funktionale Gruppe während der Herstellung des
Konversionselements vernetzt und/oder hydrosilyliert .
Alternativ oder zusätzlich ist die funktionale Gruppe aus einer Gruppe ausgewählt, die Vinyl, Allyl, Halogenallyl , Acrylat, Methacrylat, Si-H und Epoxy umfasst. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionselement ein einphasiges System oder Ein-Phasen- System. Mit anderen Worten bilden die Quantenpunkte, die über die Linker miteinander verbunden sind, nur eine Phase. Damit werden keine Mischbarkeitsprobleme erzeugt, wie es
beispielsweise bei einem System aus Quantenpunkten
eindispergiert in herkömmliche Matrixmaterialien erzeugt wird . Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Oberfläche eines jeweiligen Quantenpunkts oder zumindest 80 % der
Oberflächen mindestens drei und höchstens fünf Linker auf, die kovalent oder koordinativ an der Oberfläche des
Quantenpunkts gebunden sind.
Der Erfinder hat erkannt, dass durch die chemische Anbindung der Quantenpunkte über bimodale Linker, also Linker mit mindestens zwei reaktiven Gruppen, auf ein zusätzliches anorganisches und/oder organisches Matrixmaterial verzichtet werden kann. Durch die Kettenlänge des entsprechenden Linkers kann ferner der nötige Abstand von benachbarten
Quantenpunkten eingestellt werden und damit ein Quenchen der Emission verhindert werden. Ferner können kurze Ketten des Linkers, beispielsweise Ketten mit einer Kettenlängen von 16 bis 20 Atomen, zu einer Maximierung des anorganischen Anteils führen, was zu einer Erhöhung des Blaulichtanteils der emittierten Strahlung und zu einer Temperaturstabilität führt. Ein geringerer organischer Anteil reduziert die
Vergilbungsanfälligkeit des Konversionselements. Lange Ketten des Linkers, beispielsweise Ketten mit einer Kettenlängen von > 20 Atomen, können die polymerartige Zähigkeit einstellen und anpassen. Ferner ist durch das Konversionselement keine Streuung an den Grenzflächen zwischen einem Quantenpunkt und dem
Matrixmaterial, wie es in den herkömmlichen
Konversionselementen beschrieben ist, vorhanden, sodass das Konversionselement eine hohe Transparenz aufweist.
Ferner kann ein Konversionselement bereitgestellt werden, das einen hohen Füllgrad an Quantenpunkten aufweist. Je höher der Füllgrad der Quantenpunkte, desto dünner kann das Konversionselement erzeugt werden. Insbesondere kann die Schichtdicke eines als Schicht ausgeformten
Konversionselements von 1 bis 5 ym sein. Neben der
Designfreiheit bietet eine dünnere Schicht des
Konversionselements auch eine bessere Wärmeabführung und schont daher insbesondere temperaturlabile Quantenpunkte.
Ferner ist durch das hier beschriebene Konversionselement keine Makrophasenseparierung zu beobachten, da es sich hier um ein Ein-Phasen-System handelt und eben nicht um ein Zwei- Phasen-System aus einem Quantenpunkt und einem anorganischen oder organischen Matrixmaterial mit Zunahme des Füllgrades.
Es wird weiterhin ein optoelektronisches Bauelement
angegeben. Insbesondere weist das optoelektronische
Bauelement ein hier beschriebenes Konversionselement auf. Das heißt, sämtliche für das Konversionselement beschriebenen und offenbarten Merkmale sind auch für das optoelektronische Bauelement offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauelement ein Konversionselement und eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge ist zur Emission von Strahlung befähigt. Das Konversionselement ist im Strahlengang der Halbleiterschichtenfolge angeordnet und wandelt die von der Halbleiterschichtenfolge emittierte Strahlung im Betrieb in Strahlung mit veränderter Wellenlänge um. Die Umwandlung der von der Halbleiterschichtenfolge emittierten Strahlung, beispielsweise aus dem blauen
Spektralbereich, in Strahlung mit veränderter Wellenlänge, beispielsweise in den roten oder grünen Spektralbereich, kann vollständig oder teilweise sein. Bei teilweiser Konversion kann mischfarbiges Licht, insbesondere weißes Licht, erzeugt werden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem optoelektronischen Bauelement um eine Leuchtdiode, kurz LED. Das optoelektronische Bauelement ist dann bevorzugt dazu eingerichtet, blaues oder weißes Licht zu emittieren.
Das optoelektronische Bauelement umfasst zumindest einen optoelektronischen Halbleiterchip, der die
Halbleiterschichtenfolge aufweist. Die
Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips basiert
bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich bevorzugt um ein
Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie AlnIn]__n_mGamN, oder auch um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial , wie AlnIn]__n_mGamP, wobei jeweils 0 ^ n 1, 0 ^ m 1 und n + m < 1 ist. Ebenso kann es sich bei dem Halbleitermaterial um AlxGa]__xAs handeln mit 0 ^ x ^ 1. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einem oder mit mehreren Quantentopfstrukturen . Im Betrieb der LED oder des Halbleiterchips wird in der aktiven Schicht eine
elektromagnetische Strahlung erzeugt. Eine Wellenlänge oder ein Wellenlängenmaximum der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren und/oder infraroten Spektralbereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 nm und 800 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 nm und 480 nm. Das Konversionselement ist im Strahlengang der
Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Das Konversionselement wandelt insbesondere die von der Halbleiterschichtenfolge emittierte UV-, IR- oder sichtbare Strahlung in Strahlung mit veränderter, beispielsweise längerer Wellenlänge,
beispielsweise in rotes, grünes, orangefarbenes Licht
vollständig oder teilweise um.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionselement direkt auf der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips angeordnet. Mit direkt wird hier und im
Folgenden verstanden, dass das Konversionselement unmittelbar aufgebracht ist, also dass keine weiteren Schichten oder Elemente zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem
Konversionselement angeordnet sind. Dies schließt nicht aus, dass zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem
Konversionselement ein Verbindungsmittel, wie ein Kleber, angeordnet ist.
Alternativ kann das Konversionselement auch von dem
Halbleiterchip beabstandet sein. Dabei können dann weitere
Elemente oder Schichten zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Konversionselement angeordnet sein. Als weitere
Schichten können beispielsweise Klebeschichten in Betracht kommen .
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Konversionselements. Vorzugsweise wird mit dem
Verfahren das oben beschriebene Konversionselement hergestellt. Das heißt, alle für das Konversionselement offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren zur
Herstellung eines Konversionselements offenbart und
umgekehrt. Gleiches gilt auch für das optoelektronische
Bauelement, das insbesondere ein oben beschriebenes
Konversionselement umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Konversionselements die Schritte:
A) Bereitstellen von zumindest zwei Quantenpunkten,
insbesondere mehr als zwei Quantenpunkten, die jeweils eine Oberfläche aufweisen, B) Funktionalisieren der zumindest zwei Oberflächen mit jeweils einem Pre-Linker, wobei der jeweilige Pre-Linker direkt an die Oberfläche des jeweiligen Quantenpunkts
kovalent oder koordinativ angebunden wird, wobei der Pre- Linker endständig eine funktionale Gruppe aufweist,
C) Aktivierung der funktionalen Gruppe, sodass zumindest zwei oder genau zwei Pre-Linker miteinander verbunden werden und einen Linker bilden, der die zwei Oberflächen der
Quantenpunkte miteinander verbindet, sodass der Linker und die Quantenpunkte ein Netzwerk ausbilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt Schritt C) mittels eines Initiators, durch UV-Strahlung oder thermisch. Als Initiator kann beispielsweise Lucirin TPO-L verwendet werden. Alternativ können die funktionalen Gruppen auch thermisch, beispielsweise bei einer Temperatur von 60 °C bis 180 °C, aktiviert werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Pre-Linker eine Kohlenstoffkette mit mindestens einschließlich 16
Kohlenstoffatomen und/oder höchstens einschließlich 20
Kohlenstoffatomen auf, die endständig jeweils eine
Phosphonat-Gruppe oder Sulfat-Gruppe als reaktive Gruppe und eine funktionale Gruppe aufweisen. Die Kohlenstoffkette bindet dabei direkt über die Phosphonat-Gruppe und/oder Sulfat-Gruppe an die Oberfläche eines Quantenpunkts. Über die funktionale Gruppe wird die Kohlenstoffkette mit einem weiteren Pre-Linker einer benachbarten Oberfläche eines weiteren Quantenpunkts chemisch, insbesondere kovalent, verbunden. Die kovalente Bindung kann durch Hydrosilylierung oder Polymerisation, beispielsweise durch radikalische
Polymerisation, erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Pre-Linker eine Silylkette mit mindestens einschließlich 16
Siliziumatomen und/oder höchstens einschließlich 20
Siliziumatomen auf. Endständig der Silylkette ist jeweils eine Phosphonat-Gruppe oder Sulfat-Gruppe als reaktive Gruppe und eine funktionale Gruppe angeordnet. Über die Phosphonat- Gruppe oder Sulfat-Gruppe kann die Silylkette direkt an die Oberfläche eines Quantenpunkts angebunden werden.
Insbesondere ist die Silylkette über die funktionale Gruppe mit einem weiteren Pre-Linker einer benachbarten Oberfläche eines weiteren Quantenpunkts verbunden. Die Verbindung zwischen den funktionalen Gruppen kann durch Polymerisation, also Vernetzung, oder Hydrosilylierung erfolgen. Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen . Es zeigen: die Figuren 1A bis IC jeweils Quantenpunkte gemäß einer
Ausführungsform, die Figuren 2A und 2B jeweils ein Konversionselement gemäß einer Ausführungsform, die Figuren 3A bis 3C jeweils ein Konversionselement gemäß einer Ausführungsform, die Figuren 4A bis 4C jeweils ein Konversionselement gemäß einer Ausführungsform und die Figuren 5A bis 5G jeweils eine schematische
Schnittdarstellung eines optoelektronischen
Bauelements gemäß einer Ausführungsform. In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
Die Figuren 1A bis IC zeigen jeweils eine schematische
Seitenansicht eines Quantenpunktes gemäß einer
Ausführungsform. Der Quantenpunkt 1 kann, wie in Figur 1A gezeigt, einen Halbleiterkern la umfassen oder daraus bestehen. Besteht der Quantenpunkt 1 aus einem Halbleiterkern - li ¬ la oder umfasst diesen, dann ist die Oberfläche ld des
Quantenpunktes 1 die Außenfläche oder Oberfläche des
Halbleiterkerns la. Der Halbleiterkern la kann
wellenlängenkonvertierende Eigenschaften aufweisen. Der
Halbleiterkern la kann beispielsweise aus Kadmiumselenid,
Kadmiumsulfid, Indiumphosphid und Kupferindiumselenid geformt sein. Der Quantenpunkt 1 kann frei von einer weiteren
Beschichtung, beispielsweise einer anorganischen und/oder organischen Beschichtung, wie sie in den Figuren 1B und IC gezeigt sind, sein.
Die Figur 1B zeigt einen Quantenpunkt 1, der neben dem
Halbleiterkern la eine umhüllende erste Schicht lb aufweist. Die umhüllende erste Schicht lb kann beispielsweise aus Zinksulfid geformt sein. Der Quantenpunkt 1 kann einen durchschnittlichen Durchmesser von 1 bis 10 nm aufweisen. Im Vergleich dazu kann der Quantenpunkt 1 der Figur 1A einen durchschnittlichen Durchmesser von 5 nm aufweisen. Die Figur IC zeigt einen Quantenpunkt 1, der neben dem
Halbleiterkern la und der ersten umhüllenden Schicht lb zusätzlich eine weitere zweite umhüllende Schicht lc
aufweisen kann. Die weitere umhüllende Schicht lc kann eine organische Beschichtung, beispielsweise aus Silikon, Acrylat oder deren Mischung, sein. Ist von der Oberfläche ld eines jeweiligen Quantenpunkts 1 die Rede, dann entspricht dies gemäß der Figur 1B der Oberfläche der ersten umhüllenden Schicht lb und gemäß der Figur IC der Oberfläche der zweiten umhüllenden Schicht lc.
Die Figuren 2A und 2B zeigen jeweils eine schematische
Seitenansicht eines Konversionselements gemäß einer
Ausführungsform. Die Figur 2A zeigt einen Quantenpunkt 1, an dem ein Pre-Linker 8 angebunden ist. Der Pre-Linker 8 weist eine reaktive Gruppe 8b, hier eine reaktive Phosphonat-Gruppe ist, auf. Die reaktive Gruppe 8b kann kovalent und/oder koordinativ an die Oberfläche ld des Quantenpunktes 1 binden. Der Pre-Linker 8 weist ferner eine funktionale Gruppe 8a auf. Die funktionale Gruppe 8a kann beispielsweise Vinyl, Allyl, Halogenallyl , Acrylat, Methacrylat, Si-H und/oder Epoxy sein. Zwischen der funktionalen Gruppe 8a und der reaktiven Gruppe 8b ist eine Kette 8c, in diesem Beispiel eine
Kohlenstoffkette mit 18 Kohlenstoffatomen, angeordnet. Als funktionale Gruppe 8a ist hier beispielhaft eine Vinylgruppe gezeigt .
Die Figur 2B zeigt zwei Quantenpunkte 1, die über einen
Linker 7 zur Beabstandung miteinander verbunden werden oder verbunden sind. Der Linker 7 weist zwei reaktive Gruppen 7a an den Kettenenden auf (hier nicht gezeigt) . Die reaktiven Gruppen 7a, die beispielsweise eine Phosphonat-Gruppe oder Sulfat-Gruppe sind, sind an der Oberfläche ld des jeweiligen Quantenpunkts 1 gebunden. Der Linker 7 weist zwischen den reaktiven Gruppen 7a eine Kette auf. Die Kette kann
beispielsweise eine Kohlenstoffkette und/oder eine Silylkette sein. Zusätzlich können Ethergruppen und/oder aromatische Einheiten Bestandteil der Kette sein. Damit kann ein
definierter Abstand zwischen den entsprechenden
Quantenpunkten 1 durch den Linker 7 erzeugt werden.
Insbesondere ist der Abstand kleiner oder gleich 10 nm, beispielsweise 7 nm. Die Figur 3A zeigt eine mögliche Kette eines Linkers 7 oder Pre-Linkers 8. Beispielsweise kann der Linker 7 eine
Kohlenstoffkette sein. Ferner kann die Kohlenstoffkette zusätzlich eine oder mehrere Ethergruppen und/oder aromatische Gruppen aufweisen. An den Seitenenden weist der Pre-Linker 8 eine funktionale Gruppe X, 8b auf. Die
funktionale Gruppe X, 8b kann eine Vinyl, Acrylat,
Methacrylat, halogenierte, also insbesondere fluorierte, Allylgruppe oder Epoxygruppe sein. An dem anderen Ende der jeweiligen Kette des Pre-Linkers 7 oder Linkers 7 kann dieser eine reaktive Gruppe Y, 8a aufweisen, die beispielsweise eine Phosphonat- oder Sulfat-Gruppe ist. Die Figur 3C zeigt die Reaktion von zwei Pre-Linkern 8 zu einem Linker 7. Dabei reagieren die funktionalen Gruppen X der entsprechenden Pre-Linker 8 miteinander und bilden einen Linker 7, wobei sich die funktionalen Gruppen X vernetzen oder hydrosilylieren und eine kovalente Bindung zwischen den Pre-Linkern 8 ausgebildet wird.
Die Figur 4A zeigt ein Konversionselement, insbesondere eine schematische Ansicht der Verbindung der Quantenpunkte 1 mit Pre-Linkern 8. In dieser Ausführungsform werden zwei
Quantenpunkte 1 über jeweils zwei Pre-Linker 8, also
insgesamt vier Pre-Linker 8, miteinander kovalent und/oder koordinativ verbunden. Dabei entsteht ein Abstand d zwischen den Quantenpunkten 1 von mindestens 10 nm, beispielsweise 15 nm.
Die Figur 4B zeigt ein zweidimensionales Netzwerk von
Quantenpunkten 1 und Linkern 7. Dabei bilden die
Quantenpunkte 1 die entsprechenden Knotenpunkte des
Netzwerkes und die Linker 7 die Verbindungslinien zwischen den Knotenpunkten oder Quantenpunkten 1.
Die Figur 4C zeigt ein dreidimensionales Netzwerk aus
Quantenpunkten 1 und Linkern 7. Die Figur 5 zeigt schematische Seitenansichten von optoelektronischen Bauelementen 100 gemäß verschiedener
Ausführungsformen. Insbesondere ist das optoelektronische Bauelement eine Leuchtdiode, kurz LED. Gemäß Figur 1A ist die Lichtquelle 3 ein Leuchtdiodenchip, der auf einen Träger 2 aufgebracht ist. Unmittelbar über dem Leuchtdiodenchip 3 befindet sich das Konversionselement 4. Direkt aufgebracht schließt hier nicht aus, dass sich ein Verbindungsmittel, wie ein Klebstoff, zwischen den jeweiligen Komponenten befindet. Optional sind die Lichtquelle 3 sowie das Konversionselement 4 lateral von einem Reflektorverguss 6 umgeben.
Beim Ausführungsbeispiel, wie in Figur 1B gezeigt, weist das optoelektronische Bauelement 100 zusätzlich eine Linse 5 auf. Die Linse 5 kann direkt dem Konversionselement 4 nachgeordnet sein .
In Figur 5C ist zu sehen, dass das Konversionselement 4 direkt auf dem Leuchtdiodenchip oder auf der
Halbleiterschichtenfolge 3 des optoelektronischen Bauelements 100 angeordnet ist. Dabei fehlt im Vergleich zu Figur 5A der Reflektorverguss 6. Beim Ausführungsbeispiel , wie m Figur 1B gezeigt, umhüllt das Konversionselement 4 die gesamte Oberfläche des
Halbleiterchips oder der Lichtquelle 3. Insbesondere weist das Konversionselement 4 eine konstante Dicke rings um die Lichtquelle 3 herum auf.
Gemäß Figur IE ist die Lichtquelle oder der Halbleiterchip 3 in einer Ausnehmung 10 eines optoelektronischen Bauelements 100 angeordnet. Die Ausnehmung 10 kann mit einem Verguss 9, beispielsweise aus Silikon, gefüllt sein. Dem Verguss 9 ist direkt das Konversionselement 4 nachgeordnet. Das
optoelektronische Bauelement 100 weist ferner ein Gehäuse 21 auf. Mit anderen Worten ist das Konversionselement 4 von der Lichtquelle 3 räumlich beabstandet.
In Figur 1F ist dargestellt, dass das Konversionselement 4 den Halbleiterchip oder Lichtquelle 3 kappenartig umgibt, wodurch das Konversionselement 4 in allen Richtungen eine gleichmäßige dicke Schicht aufweist. Das Konversionselement 4 und die Lichtquelle 3 können in einer Ausnehmung eines
Gehäuses 21 eines optoelektronischen Bauelements 100
angeordnet sein und von einem Verguss 9 umgeben sein. Das Ausführungsbeispiel der Figur IG zeigt ein
optoelektronisches Bauelement 100, in dem das
Konversionselement 4 die Lichtquelle 3 ringsum, also von seinen gesamten Oberflächen, form- und Stoffschlüssig
umhüllt .
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen und deren Merkmale können gemäß
weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im
allgemeinen Teil aufweisen. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der
Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 121 720.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugs zeichenliste
100 optoelektronisches Bauelement
d Abstand
1 Quantendot oder Quantenpunkte
la Halbleiterkern
lb erste ummantelnde Schicht
lc zweite ummantelnde Schicht
ld Oberfläche des Quantenpunktes
2 Träger
3 Halbleiterchip, Halbleiterschichtenfolge, Lichtquelle
4 Konversionselement
5 Linse
6 Reflexionsverguss
7 Linker
7a reaktive Gruppe
8 Pre-Linker
8a reaktive Gruppe
8b funktionelle Gruppe
8c Kohlenstoffkette und/oder Silylkette
9 Verguss
10 Ausnehmung
21 Gehäuse

Claims

Patentansprüche
Konversionselement (4) umfassend
Quantenpunkte (1), die zur Wellenlängenumwandlung von Strahlung eingerichtet sind,
wobei die Quantenpunkte (1) jeweils eine Oberfläche (ld) aufweisen, wobei zumindest zwei Oberflächen (ld)
benachbarter Quantenpunkte (1) über zumindest einen Linker (7) zur Beabstandung der Quantenpunkte (1) verbunden sind, so dass ein Netzwerk aus Quantenpunkten
(1) und Linker (7) gebildet ist.
2. Konversionselement (4) nach Anspruch 1,
wobei der Linker (7) zumindest zwei reaktive Gruppen (7a) aufweist, die jeweils an der jeweiligen Oberfläche
(ld) des Quantenpunkts (1) kovalent oder koordinat gebunden sind.
3. Konversionselement (4) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die reaktive Gruppe (7) eine Phosphonat-Gruppe oder Sulfat-Gruppe ist.
4. Konversionselement (4) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei der Linker (7) aus zumindest zwei Pre-Linkern (8) gebildet ist, wobei jeder Pre-Linker (8) eine
funktionale Gruppe (8b) aufweist, die vernetzbar oder hydrosilylierbar sind, so dass nach dem Vernetzen oder Hydrosilylieren der beiden Pre-Linker (8) der Linker (7) erzeugt ist.
5. Konversionselement (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Konversionselement (4) frei von einem
anorganischen und/oder organischen Matrixmaterial ist.
6. Konversionselement (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Abstand (d) benachbarter Quantenpunkte (1) mindestens 10 nm ist.
7. Konversionselement (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Linker (7) aufweist eine:
a) Kohlenstoffkette (8c) mit mindestens 32
Kohlenstoffatomen,
b) Silylkette (8c) mit mindestens 32 Kohlenstoffatomen, c) Kohlenstoffkette (8c) mit Ester-Gruppen in der
Kohlenstoffkette,
d) Kohlenstoffkette (8c) mit aromatischen Gruppen in der Kohlenstoffkette,
e) Silylkette (8c) mit Ester-Gruppen in der Silylkette, oder
f) Silylkette (8c) mit aromatischen Gruppen in der
Silylkette,
g) Polydimethylsiloxankette (8c) oder
Polydiphenylsiloxankette (8c),
wobei die jeweilige Kette (8c) a) bis g) zwischen den beiden reaktiven Gruppen (8a) angeordnet sind.
8. Konversionselement (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kohlenstoffkette und/oder Silylkette (8c) zusätzlich Seitenketten aufweist, die ausgewählt sind aus: H, Alkoxy, -OMe, -0-CH2-CH3, -0-CH2-CH2-CH3.
9. Konversionselement (4) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die funktionale Gruppe (8b) vernetzbar oder hydrosilylbar ist und aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Vinyl, Allyl, Halogenallyl , Acrylat, Methacrylat, Si-H und Epoxy umfasst.
10. Konversionselement (4) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Quantenpunkte (1) aus einer Gruppe ausgewählt sind, die InP, CdS, CdSe und CuInSe2 umfasst und/oder wobei die Quantenpunkte (1) frei von einer anorganischen oder organischen Beschichtung (lb, lc) sind.
11. Konversionselement (4) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei das Konversionselement (4) ein Ein-Phasen-System ist .
12. Konversionselement (4) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei mindestens drei und höchstens fünf Linker (7) an einer Oberfläche (ld) eines Quantenpunktes (1) kovalent oder koordinativ angebunden sind. 13. Optoelektronisches Bauelement (100) mit einem
Konversionselement (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfassend : eine Halbleiterschichtenfolge (3) , die zur Emission von Strahlung befähigt ist,
wobei das Konversionselement (4) im Strahlengang der Halbleiterschichtenfolge (3) angeordnet ist und die von der Halbleiterschichtenfolge (3) emittierte Strahlung im
Betrieb in Strahlung mit veränderter Wellenlänge umwandelt .
Verfahren zur Herstellung eines Konversionselements (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit den Schritten:
A) Bereitstellen von zumindest zwei Quantenpunkten (1), die jeweils eine Oberfläche (ld) aufweisen,
B) Funktionalisieren der zumindest zwei Oberflächen (ld) mit jeweils einem Pre-Linker (8),
wobei der jeweilige Pre-Linker (8) direkt an die
Oberfläche (ld) des jeweiligen Quantenpunkts (1) kovalent oder koordinativ angebunden wird, wobei der Pre-Linker (8) endständig eine funktionale Gruppe (8a) aufweist,
C) Aktivierung der funktionalen Gruppe (8a), so dass die zumindest zwei Pre-Linker (8) miteinander verbunden werden und einen Linker (7) bilden, der die zwei
Oberflächen (ld) der Quantenpunkte (1) miteinander verbindet, so dass der Linker (7) und die Quantenpunkte (1) ein Netzwerk ausbilden.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
wobei Schritt C) mittels eines Initiators, durch UV- Strahlung oder thermisch erfolgt.
16. Verfahren nach Anspruch 14,
wobei der Pre-Linker (8) eine Kohlenstoffkette mit mindestens 16 Kohlenstoff-Atomen aufweist, die endständig jeweils eine Phosphonat-Gruppe oder Sulfat- Gruppe als reaktive Gruppe (8b) und eine funktionale Gruppe (8a) aufweist, wobei die Kohlenstoffkette über die Phosphonat-Gruppe oder Sulfat-Gruppe direkt an die 5 Oberfläche (ld) eines Quantenpunkts (1) angebunden wird und wobei die Kohlenstoffkette über die funktionale Gruppe (8a) mit einem weiteren Pre-Linker (8) einer benachbarten Oberfläche (ld) eines weiteren
Quantenpunkts (1) kovalent verbunden wird.
10
17. Verfahren nach Anspruch 14,
wobei der zumindest eine Pre-Linker (8) eine Silylkette mit
mindestens 16 Si-Atomen aufweist, die endständig jeweils eine Phosphonat-Gruppe oder Sulfat-Gruppe als reaktive Gruppe (8b)
15 und eine funktionale Gruppe (8a) aufweist, wobei die
Silylkette über die Phosphonat-Gruppe oder Sulfat-Gruppe direkt an die Oberfläche (ld) eines Quantenpunkts (1)
angebunden wird und wobei die Silylkette über die funktionale Gruppe (8a) mit einem weiteren Pre-Linker (8) einer
20 benachbarten Oberfläche (ld) eines weiteren Quantenpunkts (1) verbunden wird.
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