WO2009036720A1 - Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements - Google Patents

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WO2009036720A1
WO2009036720A1 PCT/DE2008/001330 DE2008001330W WO2009036720A1 WO 2009036720 A1 WO2009036720 A1 WO 2009036720A1 DE 2008001330 W DE2008001330 W DE 2008001330W WO 2009036720 A1 WO2009036720 A1 WO 2009036720A1
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WO
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wavelength conversion
radiation
conversion layer
emitting layer
layer sequence
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PCT/DE2008/001330
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English (en)
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Norwin Von Malm
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H10K50/125—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers specially adapted for multicolour light emission, e.g. for emitting white light
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an optoelectronic component according to the preamble of patent claim 1.
  • At least one object of certain embodiments is to specify a method for producing an optoelectronic component having a radiation-emitting layer sequence and a wavelength conversion layer.
  • Radiation-emitting layer sequence in the beam path of the primary radiation is Radiation-emitting layer sequence in the beam path of the primary radiation.
  • Such a method can make it possible for the radiation-emitting layer sequence and the first wavelength conversion layer to be produced separately from one another and to be arranged with one another after complete production.
  • An advantage of such a separate production of the radiation-emitting layer sequence and the first wavelength conversion layer may be that, for example, for the provision of the first wavelength conversion layer process steps can be performed that would affect the radiation-emitting layer sequence in their nature and / or operation.
  • thermal treatment irradiation with UV light or other electromagnetic radiation or with particles such as electrons are conceivable, which may be advantageous on the one hand for the provision of the first wavelength conversion layer and on the other hand for the radiation-emitting layer sequence.
  • the presence of, for example, solvents, water or reactive gases may be possible as externally supplied agents or as reaction products during the provision of the first wavelength conversion layer.
  • That one layer or one element is arranged “on” or “above” another layer or element or _ _
  • the one layer or the one element is arranged directly in direct mechanical and / or electrical contact on the other layer or the other element. Furthermore, it can also mean that the one layer or the one element is arranged indirectly on or above the other layer or the other element. In this case, further layers and / or elements can then be arranged between the one and the other layer.
  • the arrangement of the first wavelength conversion layer on the radiation-emitting layer sequence in the beam path of the primary radiation according to the above-mentioned method step C may include attaching the first wavelength conversion layer on the radiation-emitting layer sequence by means of gluing, laminating, a mechanical fastening method such as clamps or a combination thereof.
  • a permanent and resistant connection of the radiation-emitting layer sequence and the first wavelength conversion layer can thereby be made possible.
  • an adhesive for example, find a material based on silicone or epoxy, which can be cured at room temperature or at a compatible for the radiation-emitting layer sequence temperature.
  • the refractive index of the adhesive is adapted to that of the wavelength conversion layer and / or the radiation-emitting layer sequence.
  • process step B can comprise the following substeps:
  • the carrier substrate may for example comprise or be made of a transparent material.
  • Suitable carrier substrate materials may be, for example, glass, plastic or metal in sheet or foil form, or combinations or mixtures thereof.
  • the wavelength conversion substance and the binder which are described in more detail below, can thus form the first wavelength conversion layer together with the carrier substrate.
  • the application of a wavelength conversion substance can be effected for example by means of spraying, printing or dusting.
  • method step B can also be the following
  • Sub-steps include:
  • Wavelength conversion material and a matrix material B2 ') applying the mixture to a carrier substrate, B3') curing the mixture.
  • the wavelength conversion substance and the matrix material can form the wavelength conversion layer together with the carrier substrate. Furthermore, after step B3 'in a further method step, the cured mixture comprising the wavelength conversion substance and the hardened matrix material, from the carrier substrate by means of mechanical, optical and / or chemical methods - -
  • the cured mixture may then form the wavelength conversion layer without the carrier substrate.
  • the method step can also be the following
  • Sub-steps include:
  • Wavelength conversion material and a matrix material B2 ' 7 ) Forming a film or plate from the mixture, B3'') Hardening of the mixture to the first
  • the molding of the mixture into a film or plate can be carried out by injection molding, transfer molding, compression molding, extrusion, rolling or film drawing.
  • the wavelength conversion substance may be suitable for at least partially absorbing the electromagnetic primary radiation and emitting it as secondary radiation having a wavelength range at least partially different from the primary radiation as secondary radiation.
  • the electromagnetic primary radiation and electromagnetic secondary radiation may comprise one or more wavelengths and / or wavelength ranges in an infrared to ultraviolet wavelength range, in particular in a visible wavelength range.
  • the spectrum of the primary radiation and / or the spectrum of the secondary radiation can be narrow-band, that is to say that the primary radiation and / or the secondary radiation can have a monochrome or approximately monochromatic wavelength range.
  • the spectrum of the primary radiation and / or the spectrum of the secondary radiation may alternatively also be broadband, that is to say that the primary radiation and / or the secondary radiation have a mixed-color _ _
  • the mixed-color wavelength range may have a continuous spectrum and / or a plurality of discrete spectral components with different wavelengths.
  • the primary electromagnetic radiation may have a wavelength range from an ultraviolet to green wavelength range
  • the secondary electromagnetic radiation may have a wavelength range from a blue to infrared wavelength range.
  • the primary radiation and the secondary radiation superimposed can create a white-colored luminous impression.
  • the primary radiation can preferably give rise to a blue-colored luminous impression and the secondary radiation can produce a yellow-colored luminous impression, which can result from spectral components of the secondary radiation in the yellow wavelength range and / or spectral components in the green and red wavelength ranges.
  • the optoelectronic component can emit an overlay of the primary radiation and the secondary radiation.
  • the above-mentioned mixed-color luminous impression can be perceived by the superposition of the electromagnetic primary radiation and secondary electromagnetic radiation.
  • the mixed-color luminous impression can depend on the relative proportions of the primary radiation and secondary radiation to each other.
  • the wavelength conversion substance may comprise one or more of the following materials: rare earth and alkaline earth metal garnets, for example YAG: Ce 3+ , nitrides, nitridosilicates, sions, sialones, aluminates, oxides, halophosphates, orthosilicates, sulfides, _ _
  • the wavelength conversion substance may additionally or alternatively comprise an organic material which may be selected from a group comprising perylenes, benzopyrene, coumarins, rhodamines and azo dyes. Further examples and embodiments are described in the patent application DE 102007049005.6, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference.
  • Wavelength conversion layer may be suitable mixtures and / or combinations of the
  • the wavelength conversion layer absorbs in a blue first wavelength range and emits in a second wavelength range that has green and red wavelengths and / or yellow wavelength ranges.
  • the wavelength conversion substance may be present at least partially in the form of particles, which may have a size of 2 to 10 microns. Furthermore, in addition to the conversion property described above, the particles may be suitable for at least partially scattering the primary radiation and / or the secondary radiation.
  • a wavelength conversion substance can simultaneously be formed as a luminous center, which partially absorbs radiation of the primary radiation and emits secondary radiation, and as scattering center for the primary radiation and / or the secondary radiation.
  • Such scattering properties of a wavelength conversion substance can thus lead to improved radiation decoupling.
  • the scattering effect can also lead to an increase in the probability of absorption of primary radiation in the wavelength conversion layer, as a result of which a smaller amount of radiation is lost - ö "
  • Layer thickness of the wavelength conversion layer to achieve a necessary conversion efficiency may be sufficient.
  • scattering particles may be added to the wavelength conversion substance.
  • the scattering particles may comprise, for example, a metal oxide, such as titanium oxide or alumina, such as corundum, and / or glass particles.
  • the scattering particles may have diameters or grain sizes of less than one micrometer up to an order of magnitude of 10 ⁇ m or even up to 100 ⁇ m.
  • the matrix material or binder may be at least partially transparent to the primary and secondary radiation and may be capable of surrounding the wavelength conversion material and / or being chemically or adhesively bonded to the wavelength conversion material.
  • the matrix material or binder may include, for example, curable organic materials such as siloxanes, epoxies, acrylates, methyl methacrylates, imides, carbonates, olefins, styrenes, urethanes or derivatives thereof in the form of monomers, oligomers or polymers and also mixtures, copolymers or compounds therewith ,
  • the matrix material or binder may comprise or be an epoxy resin, polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene, polycarbonate, polyacrylate, polyurethane or a silicone resin such as polysiloxane or mixtures thereof.
  • the matrix material or the binder may also comprise inorganic materials.
  • the refractive index of the matrix material or binder can be adapted to the radiation-emitting
  • the curing of the matrix material or the binder can be done by evaporation or evaporation of solvents or reaction products and / or by crosslinking reactions.
  • Hardening may be effected by mechanical action, such as pressurization, by thermal action, such as heating, by exposure to light, such as irradiation with light in the ultraviolet to infrared wavelength range, by particle action, such as irradiation with electrodes, and / or by addition of other materials in the Matrix material can cause crosslinking reaction occur.
  • the one or more wavelength conversion substances can be distributed homogeneously in the matrix material or after application of the binder in this.
  • the wavelength conversion layer may include a plurality of wavelength conversion materials arranged in different layers in the wavelength conversion layer.
  • the wavelength conversion substance (s) may be contained in the matrix material, which may be in a liquid phase.
  • the liquid matrix material with the wavelength conversion substance (s) can then be applied or formed on the carrier substrate and formed as a wavelength conversion layer by drying and / or crosslinking processes.
  • the matrix material with the wavelength conversion substance in the above-described process step B2 'or the binder in the process step B2 described above can also be vapor-deposited.
  • the matrix material with the wavelength conversion substance can then be cured by crosslinking reactions. - -
  • the wavelength conversion substance and / or the binder and / or the matrix material with the wavelength conversion substance can be applied over a large area or laterally structured, for example by screen printing.
  • laterally structured may mean that regions on the carrier substrate remain free of the wavelength conversion substance and / or of the binder and / or the matrix material with the wavelength conversion substance while other regions are covered by it can be reached, can be conveyed by an information, for example by means of at least one character, letter and / or icon to an observer.
  • Wavelength conversion layer a surface structure can be produced in a further process step.
  • the surface of the wavelength conversion layer may preferably be a surface which, after arranging the wavelength conversion layer on the radiation-emitting layer sequence, is a surface of the wavelength conversion layer which faces away from the radiation-emitting layer sequence.
  • Surface structure may include roughnesses, trenches, prisms, lenses or truncated cones, or combinations thereof, which may increase and enhance, for example, the radiation extraction of the primary and secondary radiation from the encapsulation assembly.
  • the surface structure can, depending on the design of the
  • Wavelength conversion layer in the matrix material, in the binder or in the carrier substrate are generated.
  • the surface structure before the process step C namely the Arranging the wavelength conversion layer on the radiation-emitting layer sequence by embossing, etching, roughening or laser ablation or a combination thereof.
  • a further layer can be applied to the wavelength conversion layer in which the surface structure is formed.
  • the further layer can, for example, have a material, as described above in connection with the matrix material, for example a polymer material.
  • the wavelength conversion layer with surface structure can be arranged on the radiation-emitting layer sequence such that the surface of the
  • Wavelength conversion layer with the surface structure is a surface facing away from the radiation-emitting layer sequence in the beam path of the primary radiation and secondary radiation.
  • the wavelength conversion layer can be produced in any size and the size can be changed by cutting, punching, breaking or sawing. In particular, by the size of the wavelength conversion layer
  • Wavelength conversion layer to the size in particular the areal extent of the radiation-emitting layer sequence to be adjusted.
  • production costs in particular for small or variable in the production process component sizes can be reduced.
  • Wavelength conversion layer can be provided.
  • For providing the at least one second Wavelength conversion layer can be produced by a method that has one or more features of the method steps mentioned above with respect to the first wavelength conversion layer.
  • wavelength conversion layers can be provided, which can be arranged next to or above one another as a layer stack in the beam path of the primary radiation.
  • wavelength conversion layers can be arranged one above the other before or after the arrangement on the radiation-emitting layer sequence side by side or as a stack of layers and adhesively bonded or laminated together.
  • the first and the at least one second wavelength conversion layer can be arranged on different surfaces of the radiation-emitting layer sequence. If the wavelength conversion layers are applied laterally structured, for example, pictorial information such as characters, letters and / or pictograms can be represented by a layer stack having a plurality of different wavelength conversion layers.
  • the radiation-emitting layer sequence is an organic radiation-emitting layer sequence, in particular an organic, radiation-emitting diode (OLED).
  • An organic radiation-emitting layer sequence or an OLED can, for example, have a first electrode on a substrate. Over the first electrode may be applied a functional region having one or more functional layers of organic materials which may comprise the active region for emission of the primary radiation.
  • the functional layers For example, they may comprise electron transport layers, electroluminescent layers and / or hole transport layers.
  • a second electrode may be applied over the functional layers.
  • the substrate may comprise glass, quartz, plastic films, metal, metal foils, silicon wafers or any other suitable substrate material.
  • the OLED is embodied as a so-called “bottom emitter", that is to say that the radiation generated in the functional layers is emitted by the substrate, the substrate can advantageously have a transparency for at least a part of the first radiation.
  • the first electrode may also have transparency for at least a portion of the primary radiation.
  • a transparent first electrode which may be embodied as an anode and thus serves as a hole-injecting material, may for example comprise a transparent conductive oxide or consist of a transparent conductive oxide.
  • Transparent conductive oxides are transparent, conductive materials, usually metal oxides, such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO)
  • metal oxides such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO)
  • binary metal oxygen compounds such as ZnO, SnO 2 or In 2 O 3
  • ternary metal oxygen compounds such as Zn 2 SnO 4 , CdSnO 3 , ZnSnO 3 , MgIn 2 O 4 / GaInO 3 , Zn 2 In 2 O 5 or In 4 Sn 3 O 2 or mixtures of different
  • the TCOs do not necessarily correspond to a stoichiometric composition and may also be p- or n-doped. - -
  • the functional layers may comprise organic polymers, organic oligomers, organic monomers, organic small, non-polymeric molecules ("small molecules") or combinations thereof
  • a functional layer is designed as a hole transport layer for effective hole injection in
  • tertiary amines, carbazole derivatives, conductive polyaniline or polyethylenedioxythiophene may prove advantageous as materials for a hole transport layer
  • a functional layer is embodied as an electroluminescent layer are materials that have a radiation emission due to fluorescence or phosphorescence, for example, polyfluorene, polythiophene or polyphenylene or derivatives, compounds, mixtures or copolymers d
  • the generated first radiation may have individual wavelengths or regions or combinations thereof from the ultraviolet to red spectral region.
  • the second electrode may be designed as a cathode and thus serve as an electron-injecting material.
  • aluminum, barium, indium, silver, gold, magnesium, calcium or lithium, as well as compounds, combinations and alloys thereof, may be advantageous as the cathode material.
  • the second electrode may also be transparent and / or the first electrode may be designed as a cathode and the second electrode as an anode.
  • the OLED can also be designed as a "top emitter”.
  • the OLED can have an encapsulation in order to protect the electrodes and the functional area from moisture and / or oxidizing substances such as oxygen.
  • the encapsulation may surround the entire OLED including the substrate. Alternatively or additionally, the substrate may form part of the encapsulation.
  • the encapsulation may comprise one or more layers, wherein the layers of the encapsulation may be, for example, planarization layers, barrier layers, water and / or oxygen absorbing layers, tie layers or combinations thereof.
  • the radiation-emitting layer sequence can have an epitaxial layer sequence, that is to say an epitaxially grown semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence may, for example, be based on an inorganic material, such as InGaAlN, such as a GaN thin-film semiconductor layer sequence.
  • InGaAlN-based semiconductor layer sequences fall in particular those in which the epitaxially produced semiconductor layer sequence, which usually has a layer sequence of different individual layers, at least one single layer containing a material of the III-V compound semiconductor material system In x AIyGa 1 - X - Y N with O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1.
  • the semiconductor layer sequence can also be based on InGaAlP, that is to say that the semiconductor layer sequence has different individual layers, of which at least one individual layer is a material from the III-V compound semiconductor material system In x Al y Gai x . y P with O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1.
  • the semiconductor layer sequence may also comprise other III-V compound semiconductor material systems, for example an AlGaAs-based material, or II-VI compound semiconductor material systems.
  • the radiation-emitting layer sequence embodied as an epitaxial layer sequence may, like the organic radiation-emitting layer sequence, be arranged between the first and second electrodes on a substrate and / or may have an encapsulation.
  • the first wavelength conversion layer and / or the at least one second wavelength conversion layer can be arranged on the surface of the substrate or encapsulation facing away from the active region.
  • Wavelength conversion layers with different dimensions such as thickness and area as well as with different mixtures and concentrations of
  • Wavelength conversion material can be provided, which is selected as required and with others
  • Wavelength conversion layers can be combined to produce different colored optoelectronic components.
  • FIGS. IA to IE are schematic representations of a method for producing an optoelectronic component according to an exemplary embodiment
  • FIGS. 2A to 2E are schematic illustrations of a method for producing an optoelectronic component according to a further exemplary embodiment
  • FIGS. 3A to 3C are schematic representations of a method for producing an optoelectronic component according to FIG a further embodiment
  • Figures 4A to 4D are schematic representations of optoelectronic devices according to further
  • identical or identically acting components may each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are basically not to be regarded as true to scale, but individual elements, such as layers, components, components and areas, for better representability and / or better understanding exaggerated thick or large dimensions.
  • a radiation-emitting layer sequence 1 which has a substrate 11 on which a first electrode 12, functional layers with an active region 13, and above a second electrode 14 are arranged.
  • the active region radiates an electromagnetic blue color From primary radiation.
  • an encapsulation 15 is arranged on the substrate 11, which protects the electrodes 12, 14 and the active region 13 together with the substrate 11 from damaging influences such as oxygen and / or moisture.
  • the radiation-emitting layer sequence 1 can be embodied both as an organic radiation-emitting layer sequence, in particular as an organic light-emitting diode (OLED), or as an inorganic radiation-emitting layer sequence, in particular with an inorganic epitaxial layer sequence, as described in the general part.
  • OLED organic light-emitting diode
  • inorganic radiation-emitting layer sequence in particular with an inorganic epitaxial layer sequence, as described in the general part.
  • an OLED is shown as a radiation-emitting layer sequence 1, which is embodied as a bottom emitter.
  • a method for producing an optoelectronic component 100 is shown.
  • a radiation-emitting layer sequence 1 as described above is provided.
  • a carrier substrate 20 which is designed in the embodiment shown as a plastic film, provided.
  • a wavelength conversion substance 21 is sprayed.
  • the wavelength conversion substance 21 is suitable for converting part of the primary radiation into electromagnetic yellow-colored secondary radiation.
  • a binder material 22 in the embodiment shown a silicone or epoxy resin, is applied to the carrier substrate 20 and the wavelength conversion substance 21 and cured in a further method step according to FIG. ID, whereby the first wavelength conversion layer 2 is provided.
  • the binder 22 may be curable by means of UV light, for example. Because the wavelength conversion layer 2 is produced and provided independently of the radiation-emitting layer sequence 1, a simpler and more cost-effective production can thus be achieved, since the method steps do not have to be adapted to compatibility with the radiation-emitting layer sequence 1.
  • the first wavelength conversion layer 2 can be adapted to the radiation-emitting layer sequence by cutting in its area (not shown).
  • the first wavelength conversion layer 2 is arranged on the radiation-emitting layer sequence 1 on the surface of the substrate facing away from the active region, and - -
  • an adhesive layer 3 which is made of an epoxy resin, glued.
  • FIGS. 2A to 2E a further method for producing an optoelectronic component 200 is shown.
  • a radiation-emitting layer sequence 1 as described above is provided.
  • FIGS. 2B and 2C method steps for providing a first wavelength conversion layer 2 are shown.
  • a carrier substrate 20 which is embodied in the embodiment shown, for example, as a glass plate or plastic film, provided.
  • a carrier substrate 20 On the carrier substrate 20, a previously provided mixture of a matrix material 22, which has a transparent polymer as described general part, and a wavelength conversion substance 21 is applied and formed as a layer.
  • a curing step As shown in FIG. 2C, the first wavelength conversion layer 2 is produced.
  • a surface structure 50 in the form of microprisms is produced in a surface 5 of the wavelength conversion layer 2, namely a surface of the matrix material 22.
  • the wavelength conversion layer 2 is arranged and fixed on the previously provided radiation-emitting layer sequence 1 by means of clamping devices 4. - -
  • a further method for producing an optoelectronic component 300 is shown.
  • a radiation-emitting layer sequence 1 as described above is provided.
  • a mixture of a liquid matrix material 22 and a wavelength conversion substance 21 is provided and formed into a planar wavelength conversion layer 2 by means of a molding process 9, such as injection molding, for example, and cured.
  • a molding process 9 such as injection molding, for example, and cured.
  • a surface structure as in the previous exemplary embodiment can be produced, for example, by the selected injection mold in at least one surface of the wavelength conversion layer 2 (not shown).
  • the wavelength conversion layer 2 is laminated onto the radiation-emitting layer sequence 1 by pressure and heat and connected thereto.
  • an adhesive layer can additionally be arranged between the radiation-emitting layer sequence and the wavelength conversion layer 2 for this purpose (not shown).
  • the optoelectronic component 400 has a layer stack comprising a first wavelength conversion layer 2 and a second one - -
  • Wavelength conversion layer 2 ' which are first prepared and provided, then arranged as a stack of layers and laminated and then placed on the radiation-emitting layer stack 1.
  • the optoelectronic component 401 has a second wavelength conversion layer 2 'on a surface of the radiation-emitting layer sequence 1 on a further surface of the radiation-emitting layer sequence 1.
  • a radiation-emitting layer sequence 1 emitting on both sides, that is to say for an OLED which is simultaneously designed as a top emitter and as a bottom emitter.
  • an identical or a different luminous impression on the two sides can be awakened by an observer.
  • the optoelectronic component 402 according to FIG. 4C has a first wavelength conversion layer 2 and a second wavelength conversion layer 2 ', which are arranged side by side on the radiation-emitting layer sequence 1.
  • a different light impression can be awakened by an observer.
  • the optoelectronic component 403 according to FIG. 4D like the optoelectronic component 400 according to FIG. 400, has a layer stack with the wavelength conversion layer 2 and - -
  • Wavelength conversion layers 2 and 2 covered only a portion of the substrate. This allows a multicolored, structured radiation to convey image and / or character information.
  • the first and second wavelength conversion layer 2, 2 ' can be produced in the exemplary embodiments shown by means of the same or different method steps described above and can have identical or different matrix materials, binder materials and / or wavelength conversion substances.
  • further wavelength conversion layers and layer stacks with wavelength conversion layers can be arranged in the beam path of the primary radiation of the radiation-emitting layer sequence 1.

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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements umfasst die Schritte: A) Bereitstellen einer strahlungsemittierenden Schichtenfolge (1) mit einem aktiven Bereich (13), der im Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung abstrahlt, B) Bereitstellen einer die Primärstrahlung zumindest teilweise in elektromagnetische Sekundärstrahlung umwandelnden ersten Wellenlängenkonversionsschicht (2) und C) Anordnen der ersten Wellenlängenkonversionsschicht (2) auf der strahlungsemittierenden Schichtenfolge (1) im Strahlengang der Primärstrahlung.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
Diese Patentanmeldung beansprucht die Prioritäten der deutschen Patentanmeldung 10 2007 044 869.6 und der deutschen Patentanmeldung 10 2007 053 286.7, deren Offenbarungsgehalte hiermit durch Rückbezug aufgenommen werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit einer Strahlungsemittierenden Schichtenfolge und einer Wellenlängenkonversionsschicht anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor .
Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements gemäß einer Ausführungsform umfasst insbesondere die Schritte
A) Bereitstellen einer Strahlungsemittierenden Schichtenfolge mit einem aktiven Bereich, der im Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung abstrahlt, - -
B) Bereitstellen einer die PrimärStrahlung zumindest teilweise in elektromagnetische Sekundärstrahlung umwandelnden ersten Wellenlängenkonversionsschicht und
C) Anordnen der ersten Wellenlängenkonversionsschicht auf der
Strahlungsemittierenden Schichtenfolge im Strahlengang der Primärstrahlung.
Ein derartiges Verfahren kann es ermöglichen, dass die Strahlungsemittierende Schichtenfolge und die erste Wellenlängenkonversionsschicht getrennt voneinander herstellbar sind und erst nach der vollständigen Herstellung miteinander angeordnet werden. Ein Vorteil einer solchen getrennten Herstellung der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge und der ersten Wellenlängenkonversionsschicht kann dabei darin liegen, dass beispielsweise für die Bereitstellung der ersten Wellenlängenkonversionsschicht Prozessschritte durchgeführt werden können, die die Strahlungsemittierende Schichtenfolge in ihrer Beschaffenheit und/oder Funktionsweise beeinträchtigen würden. Insbesondere Methoden der thermischen Behandlung, Bestrahlung mit UV-Licht oder anderer elektromagnetischen Strahlung oder mit Teilchen wie etwa Elektronen sind dabei denkbar, die einerseits für die Bereitstellung der ersten Wellenlängenkonversionsschicht vorteilhaft und andererseits für die Strahlungsemittierende Schichtenfolge schädigend sein können. Ebenso kann etwa durch das obige Verfahren das Vorhandensein beispielsweise von Lösungsmitteln, Wasser oder reaktiven Gasen als von außen zugeführte Mittel oder als Reaktionsprodukte während der Bereitstellung der ersten Wellenlängenkonversionsschicht möglich sein.
Dass eine Schicht oder ein Element „auf" oder „über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder _ _
aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar im direkten mechanischen und/oder elektrischen Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht angeordnet sein.
Die Anordnung der ersten Wellenlängenkonversionsschicht auf der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge im Strahlengang der PrimärStrahlung gemäß dem oben genannten Verfahrensschritt C kann dabei das Befestigen der ersten Wellenlängenkonversionsschicht auf der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge mittels Kleben, Laminieren, einer mechanischen Befestigungsart wie etwa Klemmen oder einer Kombination daraus umfassen. Insbesondere kann dadurch eine dauerhafte und widerstandsfähige Verbindung der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge und der ersten Wellenlängenkonversionsschicht ermöglicht werden. Als Klebstoff kann beispielsweise ein Material auf Silikon- oder Epoxidbasis Anwendung finden, das bei Zimmertemperatur oder bei einer für die Strahlungsemittierende Schichtenfolge verträglichen Temperatur ausgehärtet werden kann. Vorteilhafterweise ist dabei der Brechungsindex des Klebstoffs an den der Wellenlängenkonversionsschicht und/oder den der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge angepasst.
Weiterhin kann der Verfahrensschritt B folgende Teilschritte umfassen:
Bl) Aufbringen eines Wellenlängenkonversionsstoffs auf einem Trägersubstrat , _ _
B2) Aufbringen eines Binders auf dem Trägersubstrat und B3) Härten des Binders zur Fixierung des Wellenlängenkonversionsstoffs .
Das Trägersubstrat kann beispielsweise ein transparentes Material aufweisen oder aus einem solchen sein. Geeignete Trägersubstratmaterialien können beispielsweise Glas, Kunststoff oder Metall in Platten- oder Folienform sein, oder Kombinationen oder Mischung daraus.
Der Wellenlängenkonversionsstoff und der Binder, die weiter unten näher beschrieben werden, können somit zusammen mit dem Trägersubstrat die erste Wellenlängenkonversionsschicht bilden.
Das Aufbringen eines Wellenlängenkonversionsstoffs kann beispielsweise mittels Aufsprühen, Aufdrucken oder Bestäuben erfolgen.
Weiterhin kann der Verfahrensschritt B auch folgende
Teilschritte umfassen:
Bl') Bereitstellen eines Gemisches aus einem
Wellenlängenkonversionsstoff und einem Matrixmaterial, B2') Aufbringen des Gemisches auf einem Trägersubstrat, B3 ' ) Härten des Gemisches .
Dabei können der Wellenlängenkonversionsstoff und das Matrixmaterial zusammen mit dem Trägersubstrat die Wellenlängenkonversionsschicht bilden. Weiterhin kann nach dem Schritt B3' in einem weiteren Verfahrensschritt auch das gehärtete Gemisch, das den Wellenlängenkonversionsstoff und das gehärtete Matrixmaterial umfasst, vom Trägersubstrat mittels mechanischer, optischer und/oder chemischer Methoden -- --
abgelöst werden. Das gehärtete Gemisch kann dann ohne das Trägersubstrat die Wellenlängenkonversionsschicht bilden.
Weiterhin kann der Verfahrensschritt auch folgende
Teilschritte umfassen:
Bl' ') Bereitstellen eines Gemisches aus einem
Wellenlängenkonversionsstoff und einem Matrixmaterial, B2'7) Ausformen einer Folie oder Platte aus dem Gemisch, B3'') Härten des Gemisches zur ersten
Wellenlängenkonversionsschicht .
Das Ausformen des Gemisches zu einer Folie oder Platte kann durch Spritzgießen, Spritzpressen, Formpressen, Extrudieren, Walzen oder Folienziehen erfolgen.
Der Wellenlängenkonversionsstoff kann geeignet sein, die elektromagnetische Primärstrahlung zumindest teilweise zu absorbieren und als Sekundärstrahlung mit einem zumindest teilweise von der PrimärStrahlung verschiedenen Wellenlängenbereich als Sekundärstrahlung zu emittieren. Die elektromagnetische Primärstrahlung und elektromagnetische Sekundärstrahlung können eine oder mehrere Wellenlängen und/oder Wellenlängenbereiche in einem infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich umfassen, insbesondere in einem sichtbaren Wellenlängenbereich. Dabei können das Spektrum der Primärstrahlung und/oder das Spektrum der Sekundärstrahlung schmalbandig sein, das heißt, dass die Primärstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung einen einfarbigen oder annähernd einfarbigen Wellenlängenbereich aufweisen können. Das Spektrum der PrimärStrahlung und/oder das Spektrum der Sekundärstrahlung kann alternativ auch breitbandig sein, das heißt, dass die Primärstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung einen mischfarbigen _ _
Wellenlängenbereich aufweisen kann, wobei der mischfarbige Wellenlängenbereich ein kontinuierliches Spektrum und/oder mehrere diskrete spektrale Komponenten mit verschiedenen Wellenlängen aufweisen kann. Beispielsweise kann die elektromagnetische PrimärStrahlung einen Wellenlängenbereich aus einem ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich aufweisen, während die elektromagnetische Sekundärstrahlung einen Wellenlängenbereich aus einem blauen bis infraroten Wellenlängenbereich aufweisen kann. Besonders bevorzugt können die Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung überlagert einen weißfarbigen Leuchteindruck erwecken. Dazu kann die PrimärStrahlung vorzugsweise einen blaufarbigen Leuchteindruck erwecken und die Sekundärstrahlung einen gelbfarbigen Leuchteindruck, der durch spektrale Komponenten der Sekundärstrahlung im gelben Wellenlängenbereich und/oder spektrale Komponenten im grünen und roten Wellenlängenbereich entstehen kann.
Insbesondere kann das optoelektronische Bauelement eine Überlagerung aus der Primärstrahlung und der Sekundärstrahlung abstrahlen. Für einen externen Beobachter kann daher der oben erwähnte mischfarbige Leuchteindruck durch die Überlagerung der elektromagnetischen PrimärStrahlung und elektromagnetischen SekundärStrahlung wahrgenommen werden. Der mischfarbige Leuchteindruck kann dabei von den relativen Anteilen der Primärstrahlung und Sekundärstrahlung zueinander abhängen.
Der Wellenlängenkonversionsstoff kann dabei einen oder mehrere der folgenden Materialien aufweisen: Granate der Seltenen Erden und der Erdalkalimetalle, beispielsweise YAG: Ce3+, Nitride, Nitridosilikate, Sione, Sialone, Aluminate, Oxide, Halophosphate , Orthosilikate, Sulfide, _ _
Vanadate und Chlorosilikate. Weiterhin kann der Wellenlängenkonversionsstoff zusätzlich oder alternativ ein organisches Material umfassen, das aus einer Gruppe ausgewählt sein kann, die Perylene, Benzopyrene, Coumarine, Rhodamine und Azo-Farbstoffe umfasst. Weitere Beispiele und Ausführungsformen sind in der Patentanmeldung DE 102007049005.6 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die
Wellenlängenkonversionsschicht kann geeignete Mischungen und/oder Kombinationen der genannten
Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen. Dadurch kann es beispielsweise möglich sein, dass, wie oben beschrieben, die Wellenlängenkonversionsschicht in einem blauen ersten Wellenlängenbereich absorbiert und in einem zweiten Wellenlängenbereich emittiert, der grüne und rote Wellenlängen und/oder gelbe Wellenlängenbereiche aufweist.
Der Wellenlängenkonversionsstoff kann zumindest teilweise in Form von Partikeln vorliegen, die eine Größe von 2 bis 10 μm aufweisen können. Weiterhin können die Partikel neben der oben beschriebenen Konversionseigenschaft geeignet sein, zumindest teilweise die Primärstrahlung und/oder die Sekundärstrahlung zu streuen. Damit kann ein Wellenlängenkonversionsstoff gleichzeitig als ein Leuchtzentrum, das Strahlung der Primärstrahlung teilweise absorbiert und eine Sekundärstrahlung emittiert, und als Streuzentrum für die PrimärStrahlung und/oder die Sekundärstrahlung ausgebildet sein. Derartige Streueigenschaften eines Wellenlängenkonversionsstoffs können somit zu einer verbesserten Strahlungsauskopplung führen. Die Streuwirkung kann beispielsweise auch zu einer Steigerung der Absorptionswahrscheinlichkeit von PrimärStrahlung in der Wellenlängenkonversionsschicht führen, wodurch eine geringere — ö "
Schichtdicke der Wellenlängenkonversionsschicht zur Erreichung einer notwendigen Konversionseffizienz ausreichend sein kann. Alternativ oder zusätzlich können dem Wellenlängenkonversionsstoff noch Streupartikel zugemischt sein. Insbesondere können die Streupartikel beispielsweise ein Metalloxid, so etwa Titanoxid oder Aluminiumoxid wie etwa Korund, und/oder Glaspartikel umfassen. Die Streupartikel können dabei Durchmesser oder Korngrößen von weniger als einem Mikrometer bis zu einer Größenordnung von 10 μm oder auch bis zu 100 μm aufweisen.
Das Matrixmaterial oder der Binder können für die PrimärStrahlung und die Sekundärstrahlung zumindest teilweise transparent sein und geeignet sein, den Wellenlängenkonversionsstoff zu umgeben und/oder an den Wellenlängenkonversionsstoff chemisch oder adhäsiv gebunden zu werden. Das Matrixmaterial oder der Binder können beispielsweise härtbare organische Materialien wie etwa Siloxane, Epoxide, Acrylate, Methylmethacrylate, Imide, Carbonate, Olefine, Styrole, Urethane oder Derivate davon in Form von Monomeren, Oligomeren oder Polymeren und weiterhin auch Mischungen, Copolymere oder Verbindungen damit aufweisen. Beispielsweise können das Matrixmaterial oder der Binder ein Epoxidharz, Polymethylmethacrylat (PMMA) , Polystyrol, Polycarbonat, Polyacrylat, Polyurethan oder ein Silikonharz wie etwa Polysiloxan oder Mischungen daraus umfassen oder sein. Alternativ oder zusätzlich können das Matrixmaterial oder der Binder auch anorganische Materialien aufweisen. Vorteilhafterweise kann dabei der Brechungsindex des Matrixmaterials oder Binders an den der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge angepasst sein. _- _-
Das Härten des Matrixmaterials oder des Binders kann durch Verdunstung oder Verdampfung von Lösungsmitteln oder Reaktionsprodukten und/oder durch Vernetzungsreaktionen erfolgen. Das Härten kann dabei durch mechanische Einwirkung, etwa Druckbeaufschlagung, durch thermische Einwirkung, etwa Erwärmen, durch Lichteinwirkung, etwa Bestrahlung mit Licht im ultraviolettem bis infrarotem Wellenlängenbereich, durch Teilcheneinwirkung, etwa Bestrahlen mit Elektroden, und/oder durch Zusatz von weiteren Materialien, die im Matrixmaterial Vernetzungsreaktion bewirken können, erfolgen.
Der oder die Wellenlängenkonversionsstoffe können dabei homogen im Matrixmaterial beziehungsweise nach dem Aufbringen des Binders in diesem verteilt sein. Weiterhin kann die Wellenlängenkonversionsschicht mehrere Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen, die in verschiedenen Schichten in der Wellenlängenkonversionsschicht angeordnet sind.
Weiterhin können der oder die Wellenlängenkonversionsstoffe im Matrixmaterial, das in einer flüssigen Phase vorliegen kann, enthalten sein. Das flüssige Matrixmaterial mit dem oder den Wellenlängenkonversionsstoffen kann dann auf dem Trägersubstrat aufgebracht werden oder ausgeformt werden und durch Trocknungs- und/oder Vernetzungsprozesse Schichtförmig als Wellenlängenkonversionsschicht ausgebildet werden. Alternativ können das Matrixmaterial mit dem Wellenlängenkonversionsstoff im oben beschriebenen Verfahrensschritt B2' oder der Binder im oben beschriebenen Verfahrensschritt B2 auch aufgedampft werden. Weiterhin kann des Matrixmaterial mit dem Wellenlängenkonversionsstoff danach durch Vernetzungsreaktionen ausgehärtet werden. - -
Der Wellenlängenkonversionsstoff und/oder der Binder und/oder das Matrixmaterial mit dem Wellenlängenkonversionsstoff können großflächig oder lateral strukturiert aufgebracht werden, beispielsweise mittels Siebdruck. „Lateral strukturiert" kann dabei bedeuten, dass Bereiche auf dem Trägersubstrat frei vom Wellenlängenkonversionsstoff und/oder vom Binder und/oder vom Matrixmaterial mit dem Wellenlängenkonversionsstoff bleiben während andere Bereiche bedeckt davon sind. Dadurch kann es möglich sein, dass eine strukturierte Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Bauelements erreichbar ist, durch die eine Information beispielsweise mittels zumindest eines Zeichens, Buchstabens und/oder Piktogramms an einen Beobachter vermittelt werden kann.
Auf zumindest einer Oberfläche der
Wellenlängenkonversionsschicht kann eine Oberflächenstruktur in einem weiteren Verfahrensschritt hergestellt werden. Die Oberfläche der Wellenlängenkonversionsschicht kann dabei bevorzugt eine Oberfläche sein, die nach dem Anordnen der Wellenlängenkonversionsschicht auf der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge eine von der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge abgewandte Oberfläche der Wellenlängenkonversionsschicht ist. Die
Oberflächenstruktur kann Aufrauungen, Gräben, Prismen, Linsen oder Kegelstümpfe oder Kombinationen daraus aufweisen, die beispielsweise die Strahlungsauskopplung der PrimärStrahlung und der Sekundärstrahlung aus der Verkapselungsanordnung erhöhen und verbessern können. Die Oberflächenstruktur kann dabei je nach Ausgestaltung der
Wellenlängenkonversionsschicht im Matrixmaterial, im Binder oder im Trägersubstrat erzeugt werden. Dabei kann die OberflächeStruktur vor dem Verfahrensschritt C, nämlich dem Anordnen der Wellenlängenkonversionsschicht auf der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge, durch Prägen, Ätzen, Aufrauen oder Laserabtragung oder eine Kombination daraus aufgebracht werden.
Alternativ oder zusätzlich kann auf der Wellenlängenkonversionsschicht eine weitere Schicht aufgebracht werden, in der die Oberflächenstruktur ausgebildet wird. Die weitere Schicht kann beispielsweise ein wie weiter oben im Zusammenhang mit dem Matrixmaterial ausgeführtes Material, etwa ein Polymermaterial, aufweisen. Die Wellenlängenkonversionsschicht mit Oberflächenstruktur kann derart auf der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge angeordnet werden, dass die Oberfläche der
Wellenlängenkonversionsschicht mit der Oberflächenstruktur eine von der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge im Strahlengang der PrimärStrahlung und Sekundärstrahlung abgewandte Oberfläche ist.
Weiterhin kann die Wellenlängenkonversionsschicht in beliebiger Größe herstellbar sein und die Größe durch Schneiden, Stanzen, Brechen oder Sägen veränderbar sein. Insbesondere kann dadurch die Größe der
Wellenlängenkonversionsschicht an die Größe, insbesondere die flächige Ausdehnung der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge angepasst werden. Dadurch können beispielsweise Produktionskosten, insbesondere bei kleinen oder im Produktionsprozess wechselnden Bauelementgrößen, verringert werden.
Ferner kann zumindest eine zweite
Wellenlängenkonversionsschicht bereitgestellt werden. Zur Bereitstellung kann die zumindest eine zweite Wellenlängenkonversionsschicht mit einem Verfahren herstellbar sein, dass eines oder mehrere Merkmale der oben bezüglich der ersten Wellenlängenkonversionsschicht genannten Verfahrensschritte aufweist.
Weiterhin kann eine Mehrzahl von gleichen oder verschiedenen Wellenlängenkonversionsschichten bereitgestellt werden, die im Strahlengang der Primärstrahlung nebeneinander oder übereinander als Schichtenstapel angeordnet werden können. Dazu können Wellenlängenkonversionsschichten vor oder nach der Anordnung auf der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge nebeneinander oder als Schichtenstapel übereinander angeordnet und miteinander verklebt oder laminiert werden. Alternativ oder zusätzlich können die erste und die zumindest eine zweite Wellenlängenkonversionsschicht auf verschiedenen Oberflächen der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge angeordnet werden. Sind die Wellenlängenkonversionsschichten beispielsweise lateral strukturiert aufgebracht, lassen sich durch einen Schichtenstapel mit mehreren unterschiedlichen Wellenlängenkonversionsschichten bildhafte Informationen wie etwa Zeichen, Buchstaben und/oder Piktogramme darstellen.
Bei einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die Strahlungsemittierende Schichtenfolge eine organische Strahlungsemittierende Schichtenfolge, insbesondere eine organische, Strahlungsemittierende Diode (OLED) . Eine organische Strahlungsemittierende Schichtenfolge beziehungsweise eine OLED kann beispielsweise eine erste Elektrode auf einem Substrat aufweisen. Über der ersten Elektrode kann ein funktionaler Bereich mit einer oder mehreren funktionalen Schichten aus organischen Materialien aufgebracht sein, die den aktiven Bereich zur Emission der PrimärStrahlung umfassen können. Die funktionalen Schichten können dabei beispielsweise Elektronentransportschichten, elektrolumineszierende Schichten und/oder Lochtransportschichten aufweisen. Über den funktionalen Schichten kann eine zweite Elektrode aufgebracht sein.
Beispielsweise kann das Substrat Glas, Quarz, Kunststoff- folien, Metall, Metallfolien, Siliziumwafer oder ein anderes geeignetes Substratmaterial umfassen. Ist die OLED als so genannter „Bottom-Emitter" ausgeführt, das heißt, dass die in den funktionellen Schichten erzeugte Strahlung durch das Substrat abgestrahlt wird, so kann das Substrat vorteilhafterweise eine Transparenz für zumindest einen Teil der ersten Strahlung aufweisen.
In der Bottom-Emitter-Konfiguration kann vorteilhafterweise auch die erste Elektrode eine Transparenz für zumindest einen Teil der PrimärStrahlung aufweisen. Eine transparente erste Elektrode, die als Anode ausgeführt sein kann und somit als Löcher-injizierendes Material dient, kann beispielsweise ein transparentes leitendes Oxid aufweisen oder aus einem transparenten leitenden Oxid bestehen. Transparente leitende Oxide (transparent conductive oxides, kurz „TCO") sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO) . Neben binären MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO2 oder In2O3 gehören auch ternäre Metallsauerstoff- Verbindungen, wie beispielsweise Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4/ GaInO3, Zn2In2O5 oder In4Sn3Oi2 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs . Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n- dotiert sein. - -
Die funktionalen Schichten können organische Polymere, organische Oligomere, organische Monomere, organische kleine, nicht-polymere Moleküle („small molecules") oder Kombinationen daraus aufweisen. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn eine funktionale Schicht als Lochtransportschicht ausgeführt ist um eine effektive Löcherinjektion in eine elektrolumineszierende Schicht oder einen elektrolumineszierenden Bereich zu ermöglichen. Als Materialien für eine Lochtransportschicht können sich beispielsweise tertiäre Amine, Carbazolderivate, leitendes Polyanilin oder Polyethylendioxythiophen als vorteilhaft erweisen. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn eine funktionelle Schicht als elektrolumineszierende Schicht ausgeführt ist. Als Materialien hierzu eignen sich Materialien, die eine Strahlungsemission aufgrund von Fluoreszenz oder Phosphoreszenz aufweisen, beispielsweise Polyfluoren, Polythiophen oder Polyphenylen oder Derivate, Verbindungen, Mischungen oder Copolymere davon. Abhängig von den Materialien in den funktionellen Schichten kann die erzeugte erste Strahlung einzelne Wellenlängen oder Bereiche oder Kombinationen daraus aus dem ultravioletten bis rotem Spektralbereich aufweisen.
Die zweite Elektrode kann als Kathode ausgeführt sein und somit als Elektronen-injizierendes Material dienen. Als Kathodenmaterial können sich unter anderem insbesondere Aluminium, Barium, Indium, Silber, Gold, Magnesium, Kalzium oder Lithium sowie Verbindungen, Kombinationen und Legierungen davon als vorteilhaft erweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Elektrode auch transparent ausgeführt sein und/oder die erste Elektrode kann als Kathode und die zweite Elektrode als Anode ausgeführt sein. Das _
bedeutet insbesondere, dass die OLED auch als „Top-Emitter" ausgeführt sein kann.
Weiterhin kann die OLED eine Verkapselung aufweisen, um für die Elektroden und den funktionalen Bereich einen Schutz vor Feuchtigkeit und/oder oxidierenden Substanzen wie etwa Sauerstoff zu erreichen. Dabei kann die Verkapselung die gesamte OLED einschließlich des Substrats umgeben. Alternativ oder zusätzlich kann das Substrat einen Teil der Verkapselung bilden. Die Verkapselung kann dabei eine oder mehrere Schichten umfassen, wobei die Schichten der Verkapselung beispielsweise Planarisierungsschichten, Barriereschichten, Wasser und/oder Sauerstoff absorbierende Schichten, Verbindungsschichten oder Kombinationen daraus sein können.
Weiterhin kann die strahlungsemittierende Schichtenfolge eine Epitaxieschichtenfolge, also eine epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge, aufweisen. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auf der Basis eines anorganischen Materials, etwa InGaAlN, wie etwa als GaN- Dünnfilm-Halbleiterschichtenfolge, ausgeführt sein. Unter InGaAlN-basierte Halbleiterschichtenfolgen fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge, die in der Regel eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAIyGa1-X-YN mit O ≤ x ≤ l, O ≤ y ≤ l und x+y < 1 aufweist.
Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge auch auf InGaAlP basieren, das heißt, dass die Halbleiterschichtenfolge unterschiedliche Einzelschichten aufweist, wovon mindestens eine Einzelschicht ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAlyGai-x. yP mit O ≤ x ≤ l, O ≤ y ≤ l und x+y < 1 aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge auch andere Ill-V-Verbindungshalbleitermaterialsysteme, beispielsweise ein AlGaAs-basiertes Material, oder II-VI- Verbindungshalbleitermaterialsysteme aufweisen .
Die als Epitaxieschichtenfolge ausgeführte Strahlungsemittierende Schichtenfolge kann dabei wie die organische strahlungsemittierende Schichtenfolge zwischen der ersten und zweiten Elektrode auf einem Substrat angeordnet sein und/oder eine Verkapselung aufweisen.
Die erste Wellenlängenkonversionsschicht und/oder die zumindest eine zweite Wellenlängenkonversionsschicht können dabei auf der dem aktiven Bereich abgewandten Oberfläche des Substrats oder der Verkapselung angeordnet sein.
Durch ein Verfahren mit den oben beschriebenen Merkmalen können beispielsweise verschiedene
Wellenlängenkonversionsschichten mit verschiedenen Abmessungen wie Dicke und Fläche sowie mit verschiedenen Mischungen und Konzentrationen des
Wellenlängenkonversionsstoffs bereitgestellt werden, die je nach Anforderung ausgewählt und mit anderen
Wellenlängenkonversionsschichten kombiniert werden können, um verschiedenfarbige optoelektronische Bauelemente herzustellen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren IA bis 4C beschriebenen Ausführungsformen. Es zeigen:
Figuren IA bis IE schematische Darstellungen eines Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel, Figuren 2A bis 2E schematische Darstellungen eines Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, Figuren 3A bis 3C schematische Darstellungen eines Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel und Figuren 4A bis 4D schematische Darstellungen von optoelektronischen Bauelementen gemäß weiteren
Ausführungsbeispielen .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich 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 dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
In den folgenden Figuren ist eine Strahlungsemittierende Schichtenfolge 1 gezeigt, die ein Substrat 11 aufweist, auf dem eine erste Elektrode 12, funktionelle Schichten mit einem aktiven Bereich 13, und darüber eine zweite Elektrode 14 angeordnet sind. Durch Anlegen eines elektrischen Stromes zwischen der ersten und zweiten Elektrode 12, 14 strahlt der aktive Bereich eine elektromagnetische blaufarbige Primärstrahlung ab. Über den Elektroden 12, 14 und dem aktiven Bereich 13 ist auf dem Substrat 11 eine Verkapselung 15 angeordnet, die die Elektroden 12, 14 und den aktiven Bereich 13 zusammen mit dem Substrat 11 vor schädigenden Einflüssen wie etwa Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit schützt.
Die strahlungsemittierende Schichtenfolge 1 kann dabei sowohl als organische Strahlungsemittierende Schichtenfolge, insbesondere als organische Leuchtdiode (OLED) , oder als anorganische Strahlungsemittierende Schichtenfolge, insbesondere mit einer anorganischen Epitaxieschichtenfolge, wie im allgemeinen Teil beschrieben, ausgeführt sein. Rein beispielhaft ist in den folgenden Ausführungsbeispielen eine OLED als Strahlungsemittierende Schichtenfolge 1 gezeigt, die als Bottom-Emitter ausgeführt ist.
Im Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren IA bis IE wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 100 gezeigt. In einem ersten Verfahrensschritt in Figur IA wird eine wie oben beschriebene Strahlungsemittierende Schichtenfolge 1 bereitgestellt.
In den Figuren IB bis ID werden Verfahrensschritte zur Bereitstellung einer ersten Wellenlängenkonversionsschicht 2 gezeigt. Dabei wird, wie in Figur IB gezeigt, ein Trägersubstrat 20, das im gezeigten Ausführungsbeispiel als Kunststofffolie ausgeführt ist, bereitgestellt. Auf das Trägersubstrat 20 wird ein Wellenlängenkonversionsstoff 21 aufgesprüht. Der Wellenlängenkonversionsstoff 21 ist geeignet, einen Teil der PrimärStrahlung in elektromagnetische gelbfarbige Sekundärstrahlung zu konvertieren. Durch die Mischung der blauen Primärstrahlung und der gelben SekundärStrahlung kann das optoelektronische Bauelement 100 im Betrieb einen weißfarbigen Leuchteindruck erwecken.
In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Figur IC wird ein Bindermaterial 22, im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Silikon- oder Epoxidharz, auf das Trägersubstrat 20 und den Wellenlängenkonversionsstoff 21 aufgebracht und in einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Figur ID ausgehärtet, wodurch die erste Wellenlängenkonversionsschicht 2 bereitgestellt wird. Bei den Verfahrensschritten gemäß der Figuren IB bis ID können dabei die im allgemeinen Teil beschrieben Prozesse angewandt und Materialien verwendet werden, die die Strahlungsemittierende Schichtenfolge 1 schädigen würden. Der Binder 22 kann beispielsweise mittels UV-Licht aushärtbar sein. Dadurch, dass die Wellenlängenkonversionsschicht 2 unabhängig von der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge 1 hergestellt und bereitgestellt wird, kann somit eine einfachere und kostengünstigere Fertigung erfolgen, da die Verfahrensschritte nicht auf eine Verträglichkeit mit der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge 1 angepasst werden müssen.
Gegebenfalls kann die erste Wellenlängenkonversionsschicht 2 durch Zuschneiden in ihrer Fläche auf die strahlungsemittierende Schichtenfolge angepasst werden (nicht gezeigt) .
In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Figur IE wird die erste Wellenlängenkonversionsschicht 2 auf der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge 1 auf der dem aktiven Bereich abgewandten Oberfläche des Substrats angeordnet und - -
mittels einer KlebstoffSchicht 3, die aus einem Epoxidharz ist, verklebt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 2A bis 2E wird ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 200 gezeigt. In einem ersten Verfahrensschritt in Figur 2A wird eine wie oben beschriebene Strahlungsemittierende Schichtenfolge 1 bereitgestellt.
In den Figuren 2B und 2C werden Verfahrensschritte zur Bereitstellung einer ersten Wellenlängenkonversionsschicht 2 gezeigt. Dabei wird, wie in Figur 2B gezeigt, ein Trägersubstrat 20, das im gezeigten Ausführungsbeispiel beispielsweise als Glasplättchen oder Kunststofffolie ausgeführt ist, bereitgestellt. Auf das Trägersubstrat 20 wird ein zuvor bereitgestelltes Gemisch aus einem Matrixmaterial 22, das ein transparentes Polymer wie allgemeinen Teil beschrieben aufweist, und einem Wellenlängenkonversionsstoff 21 aufgebracht und als Schicht ausgeformt. Mittels eines Aushärtschritts wird, wie in Figur 2C gezeigt, die erste Wellenlängenkonversionsschicht 2 hergestellt .
In einem weiteren Verfahrensschritt (Figur 2D) wird in eine Oberfläche 5 der Wellenlängenkonversionsschicht 2, nämlich eine Oberfläche des Matrixmaterials 22, eine Oberflächenstruktur 50 in Form von Mikroprismen erzeugt.
In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Figur 2E wird die Wellenlängenkonversionsschicht 2 auf der zuvor bereitgestellten Strahlungsemittierenden Schichtenfolge 1 mittels Klemmvorrichtungen 4 angeordnet und befestigt. - -
Im Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 3A bis 3C wird ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements 300 gezeigt. In einem ersten Verfahrensschritt in Figur 3A wird eine wie oben beschriebene Strahlungsemittierende Schichtenfolge 1 bereitgestellt.
Gemäß einem weiteren Verfahrensschritt in Figur 3B wird ein Gemisch aus einem flüssigen Matrixmaterial 22 und einem Wellenlängenkonversionsstoff 21 bereitgestellt und mittels eines Formprozesses 9 wie etwa Spritzgießen zu einer flächigen WellenlängenkonversionsSchicht 2 ausgeformt und ausgehärtet. Dabei kann eine Oberflächestruktur wie im vorherigen Ausführungsbeispiel beispielsweise durch die gewählte Spritzgussform in zumindest einer Oberfläche der Wellenlängenkonversionsschicht 2 erzeugt werden (nicht gezeigt) .
In einem weiteren Verfahrensschritt gemäß Figur 3C wird die Wellenlängenkonversionsschicht 2 durch Druck- und Wärmeeinwirkung auf die Strahlungsemittierende Schichtenfolge 1 auflaminiert und mit dieser verbunden. Zusätzlich kann dazu zwischen der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge und der Wellenlängenkonversionsschicht 2 noch zusätzlich eine Klebstoffschicht angeordnet werden (nicht gezeigt) .
In den Ausführungsbeispielen gemäß der Figuren 4A bis 4D sind weitere optoelektronische Bauelemente 400, 401, 402 und 403 gezeigt, die mittels eines der vorher gezeigten Verfahren herstellbar sind.
Das optoelektronische Bauelement 400 weist dabei einen Schichtenstapel aus einer ersten Wellenlängenkonversionsschicht 2 und einer zweiten - -
Wellenlängenkonversionsschicht 2' auf, die zuerst hergestellt und bereitgestellt werden, anschließend als Schichtenstapel angeordnet und laminiert werden und danach auf dem Strahlungsemittierenden Schichtenstapel 1 angeordnet werden.
Das optoelektronische Bauelement 401 weist neben der ersten Wellenlängenkonversionsschicht 2 auf einer Oberfläche der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge 1 auf einer weiteren Oberfläche der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge 1 eine zweite Wellenlängenkonversionsschicht 2' auf. Eine derartige Ausführung ist insbesondere für eine beidseitig emittierende Strahlungsemittierende Schichtenfolge 1, also etwa für eine OLED, die gleichzeitig als Top-Emitter und als Bottom-Emitter ausgeführt ist, geeignet. Dabei kann je nach Wahl des Wellenlängenkonversionsstoffs in der ersten und in der zweiten Wellenlängenkonversionsschicht 2, 2' auf den beiden Seiten ein gleicher oder ein verschiedener Leuchteindruck bei einem Beobachter erweckt werden.
Das optoelektronische Bauelement 402 gemäß der Figur 4C weist eine erste Wellenlängenkonversionsschicht 2 und eine zweite Wellenlängenkonversionsschicht 2' auf, die nebeneinander auf der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge 1 angeordnet sind. Somit kann beispielsweise bei Wahl verschiedener Wellenlängenkonversionsstoffe für die erste bzw. zweite Wellenlängenkonversionsschicht 2, 2' in verschiedenen Bereichen des optoelektronischen Bauelements 402 ein unterschiedlicher Leuchteindruck bei einem Beobachter erweckt werden.
Das optoelektronische Bauelement 403 gemäß Figur 4D weist wie das optoelektronische Bauelement 400 gemäß Figur 400 einen Schichtenstapel mit der Wellenlängenkonversionsschicht 2 und - -
der Wellenlängenkonversionsschicht 2' auf, wobei bei der Wellenlängenkonversionsstoff jeder der
Wellenlängenkonversionsschichten 2 und 2' nur einen Bereich des Substrats bedeckt. Dadurch lässt sich eine mehrfarbige, strukturierte Abstrahlung zur Vermittlung von bild- und/oder zeichenhaften Informationen ermöglichen.
Die erste und zweite Wellenlängenkonversionsschicht 2, 2' können in den gezeigten Ausführungsbeispielen mittels gleicher oder verschiedener oben beschriebener Verfahrensschritte herstellbar sein und gleiche oder verschiedene Matrixmaterialien, Bindermaterialien und/oder Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen. Zusätzlich zu den jeweiligen ersten Wellenlängenkonversionsschichten 2 und 2' der gezeigten Ausführungsbeispiele können noch weitere Wellenlängenkonversionsschichten und Schichtenstapel mit Wellenlängenkonversionsschichten im Strahlengang der Primärstrahlung der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge 1 angeordnet werden.
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.

Claims

- -Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements, umfassend die Schritte:
A) Bereitstellen einer Strahlungsemittierenden Schichtenfolge
(1) mit einem aktiven Bereich (13) , der im Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung abstrahlt,
B) Bereitstellen einer die Primärstrahlung zumindest teilweise in elektromagnetische Sekundärstrahlung umwandelnden ersten Wellenlängenkonversionsschicht (2) und
C) Anordnen der ersten Wellenlängenkonversionsschicht (2) auf der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge (1) im Strahlengang der Primärstrahlung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
- im Schritt C die erste Wellenlängenkonversionsschicht (2) auf der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge (1) mittels Kleben, Laminieren, Klemmen oder einer Kombination daraus angeordnet wird.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Schritt B folgende Teilschritte umfasst:
Bl) Aufbringen eines Wellenlängenkonversionsstoffs (21) auf einem Trägersubstrat (20) , B2) Aufbringen eines Binders (22) auf dem Trägersubstrat (20) und B3) Härten des Binders (22) zur Fixierung des
Wellenlängenkonversionsstoffs (21) .
4. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem
- im Schritt Bl der Wellenlängenkonversionsstoff mittels
Aufsprühen, Aufdrucken oder Bestäuben aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt B folgende Teilschritte umfasst:
Bl') Bereitstellen eines Gemisches aus einem
Wellenlängenkonversionsstoff (21) und einem Matrixmaterial (22) ,
B2') Aufbringen des Gemisches auf einem Trägersubstrat (20),
B3 ' ) Härten des Gemisches .
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt B folgende Teilschritte umfasst:
Bl' ') Bereitstellen eines Gemisches aus einem
Wellenlängenkonversionsstoffs (21) und einem Matrixmaterial (22) ,
B2'') Ausformen (9) einer Folie oder Platte aus dem Gemisch,
B3 ' ' ) Härten des Gemisches zur ersten
Wellenlängenkonversionsschicht (2) .
7. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das Ausformen (9) in Schritt B2' ' durch zumindest eines von Spritzgießen, Spritzpressen, Formpressen, Extrudieren, Walzen und Folienziehen erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7 , bei dem das Härten thermisch, durch Bestrahlung mit Licht, durch Bestrahlung mit Elektronen oder durch chemische Reaktion erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Schritt B vor dem Verfahrensschritt C den folgenden Teilschritt umfasst:
B4) Erzeugen einer Oberflächenstruktur (50) in zumindest einer Oberfläche (5) der Wellenlängenkonversionsschicht - —
(2) , wobei Aufrauungen, Gräben, Prismen, Linsen oder Kegelstümpfe als Oberflächenstrukturen (50) erzeugt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem im Schritt B4 die Oberflächenstrukturen (50) durch zumindest eines von Prägen, Ätzen, Aufrauen oder Laserabtragung erzeugt wird.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Schritt B den folgenden weiteren Teilschritt umfasst : B5) Verändern der Größe der ersten
Wellenlängenkonversionsschicht (2) durch Schneiden, Stanzen, Brechen oder Sägen.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem im Schritt B nur Bereiche des Trägersubstrats mit dem Wellenlängenkonversionsstoff beschichtet werden.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Schritte B und C zusätzlich für zumindest eine zweite Wellenlängenkonversionsschicht (2') durchgeführt werden.
14. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die erste Wellenlängenkonversionsschicht (2) und die zumindest eine zweite Wellenlängenkonversionsschicht (2') auf voneinander verschiedenen Oberflächen der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge (1) im Strahlengang der PrimärStrahlung angeordnet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die erste
Wellenlängenkonversionsschicht (2) und die zumindest eine zweite Wellenlängenkonversionsschicht (2') übereinander auf der Strahlungsemittierenden Schichtenfolge (1) im Strahlengang der Primärstrahlung angeordnet werden.
PCT/DE2008/001330 2007-09-20 2008-08-12 Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements WO2009036720A1 (de)

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