WO2015110423A1 - Lichtemittierendes bauelement und verfahren zur herstellung eines lichtemittierenden bauelements - Google Patents

Lichtemittierendes bauelement und verfahren zur herstellung eines lichtemittierenden bauelements Download PDF

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WO2015110423A1
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converter material
converter
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Norwin Von Malm
Britta GÖÖTZ
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • a light-emitting component is specified. Further, a method for producing such a
  • An object to be solved is to provide a light emitting device with a conversion element, which is particularly stable. It is also an object to specify a method for producing such a light-emitting component.
  • the conversion element may have a light-emitting surface.
  • the light-emitting surface is provided with a conversion layer.
  • Provided with a conversion layer in this case means a direct or indirect contact between the light-emitting surface of the
  • the electrode layer may be configured as an anode.
  • the anode is particularly semi-transparent.
  • the electrode layer may be indium tin oxide (ITO) and / or a metal such as silver, aluminum, cadmium, barium, indium, magnesium, calcium, lithium or gold
  • the conversion layer is arranged on a semi-transparent anode and the light-emitting component is formed as a top emitter.
  • the electrode layer may be formed as a cathode.
  • Conversion layer may be arranged on a substrate or carrier.
  • the substrate or the support may be made of glass, for example.
  • the semiconductor element is arranged in particular in a light-emitting diode (LED).
  • LED light-emitting diode
  • the semiconductor element is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is preferably a nitride compound semiconductor material such as Al n In] __ n _ m Ga m N or to a phosphide compound semiconductor material such as
  • the semiconductor material may be Al x Ga x __ x As with 0 ⁇ x ⁇ 1
  • the semiconductor element may be an active layer having at least one pn junction and / or one or more
  • Quantum well structures include. In operation of the
  • Semiconductor element becomes a in the active layer
  • a wavelength of the electromagnetic primary radiation is preferably in the ultraviolet and / or visible spectral range
  • Conversion layer a conversion material and a conversion material
  • the matrix material can be applied to the light-emitting surface from a high vacuum.
  • Matrix material can be the structural formula
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and X may be independently selected.
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and X may be selected from a group comprising alkyl, aryl, heteroaryl, ether groups, ethoxy groups, hydrogen, carbon, nitrogen, sulfur and halogens such as fluorine, chlorine, bromine, iodine ,
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and X are independently selected and / or selected from the group comprising F, Cl and H.
  • n is greater than or equal to 1000 and less than or equal to 5000, preferably between 1500 and 4000, for example 2000.
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and X are each hydrogen.
  • R 2 may be chloro and R 2 , R 3 , R 4 and X may each be hydrogen.
  • R 1 and R 3 may each be chlorine and R 2 and R 4 and X may each be hydrogen.
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 may each be hydrogen and X is fluorine.
  • the matrix material may be a poly (p-xylylene).
  • Poly (p-xylylene) s can also be referred to as parylene or PPX.
  • Parylene is a group of inert, hydrophobic, optically transparent, polymeric coating materials.
  • PPX can be prepared by chemical vapor deposition polymerization (CVDP) of paracyclophane, p-xylene or esters or ethers of 'bis-hydroxymethyl-p-xylene.
  • CVDP chemical vapor deposition polymerization
  • the advantage of the CVDP process is that PPX can be produced with high chemical purity, that is without contaminating the PPX with solvent molecules.
  • insoluble polymers in various shapes and nanodimensions can be prepared by CVDP processes.
  • Matrix materials are, however, in principle also for
  • the starting material may be p-xylene (1) or
  • This p-xylene evaporates and passes through a high temperature zone at about 250 ° C
  • Matrix material chemically resistant to radiation from the blue spectral region. Furthermore, the
  • Matrix material has a transparency for wavelengths in the blue spectral range.
  • Blue spectral range means
  • the matrix material is chemically resistant and can serve as a moisture barrier for moisture-sensitive
  • the matrix material may envelop a conversion material formed as a particle or single molecule.
  • the matrix material may act as a barrier to moisture and / or oxygen and / or acid gases.
  • Matrix material can also have a good barrier effect against inorganic and organic media, strong acids, alkalis, gases and water vapor. This allows the Stability of the converter material can be increased. Due to the barrier effect of the PPX as matrix material, the
  • Converter material consist of chemically reactive substances, in particular of organic molecules, the
  • the barrier effect of the PPX as matrix material also protects the light-emitting component against environmental influences. Furthermore, the deposition from the gas phase, a simple and uniform mixing of matrix material and converter material is possible.
  • the matrix material may also be formed as a thin layer, for example with a layer thickness of less than or equal to 10 nm.
  • the thin layer is additionally transparent. This is advantageous, since such a thin layer has a high degree of splitting and thus a very good edge coverage over one during deposition
  • the matrix material can be corrosion-resistant
  • the conversion ⁇ layer on a converter material is wavelength converting.
  • the converter material may be formed as particles or as individual molecules surrounded by the matrix material.
  • the particles or molecules may be in the Embedded matrix material, wherein the matrix material envelops the particles of the converter material and thus the
  • the converter material may be an organic or inorganic material. In particular, that is
  • the converter material comprises or consists of an organic material
  • the converter material is from the following group and their combinations
  • perylene and its derivatives selected: perylene and its derivatives, diindenoperylene and its derivatives, benzopyrene and its derivatives, coumarin and its derivatives, rhodamine and its derivatives,
  • Perylene means here the unsubstituted perylene.
  • a derivative of the perylene means here that the conversion material has a perylene basic structure, that is to say an unsubstituted perylene, the parent perylene structure having
  • a derivative of perylene has the following structural formula:
  • the substituents S1 to S12 can be independent
  • the derivative of perylene may be a 3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic dianhydride (PTCDA) or ⁇ , ⁇ '-dimethyl-3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide (MePTCDI).
  • PTCDA 3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic dianhydride
  • MePTCDI ⁇ , ⁇ '-dimethyl-3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide
  • the derivative of perylene has the following
  • Rhodamine means here that an unsubstituted xanthene is present. Derivative of rhodamine means that xanthene is derivatized. Cyanine or cyanine refers to a chemical compound from the group of polymethine dyes.
  • Converter material has at least one azo group.
  • the azo compound is an azo dye.
  • Styryle means at least a fluorescent one here
  • Dye such as, for example, [4- [2- (4-fluorophenyl) -vinyl] -phenyl] -diphenyl-amine, diphenyl- (4-styryl-phenyl) -amine, 3- [2- (5-tert-butyl) Butyl-benzooxazol-2-yl) -vinyl] -9-ethyl-9H-carbazole, 1,4-bis- [2- (4-fluoro-phenyl) -vinyl] -2,5-bis-octyloxy-benzene and or 5-tert-butyl-2- (2- (4- (2- (5-tert-butylbenzoxazol-2-yl) vinyl) phenyl) vinyl) benzoxazoles.
  • the second precursor can be evaporated in a high vacuum and then, in particular during deposition, the
  • the second precursor may have the same or a different chemical composition as the converter material formed.
  • the converter material may correspond to the second precursor when the second precursor is during the
  • the converter material may differ chemically from the second precursor.
  • the second precursor may according to at least one
  • Embodiment be evaporated in a high vacuum.
  • the converter material can be produced, which has the same chemical composition as the second precursor.
  • the second precursor may be evaporated to form a desired conversion and
  • Converting material can be generated, which differs in the chemical structural formula from the structural formula of the second precursor.
  • second precursors can be used, which are chemically modified in such a way that they can be vaporized.
  • the second precursor can be deposited on the light-emitting surface of the conversion element, forming the converter material.
  • a first precursor can be vaporized, from which the matrix material can be formed during deposition, as described in particular above.
  • Matrix material can encase the converter material and thus serve as an encapsulation. Alternatively, first the
  • a cover layer of the matrix material for the converter material can be generated.
  • the first precursor can be evaporated in a high vacuum according to at least one embodiment. It forms
  • the second precursor may be evaporated to form a desired conversion. It forms a converter material, which differs in the chemical structural formula from the structural formula of the first precursor.
  • the matrix material or the first precursor is according to
  • At least one embodiment evaporates and decomposes to a monomer. Subsequently, the monomer can polymerize on deposition.
  • the monomer can polymerize on deposition.
  • Converter material are used in the matrix material.
  • the polymer formation of the matrix material can be started in time before the evaporation of the converter material.
  • the evaporation of the converter material can be started, wherein after the deposition of the desired amount of the converter material, the deposition of the
  • Converter material is timed rather than the deposition of the matrix material is stopped.
  • the deposition of the matrix material takes longer in terms of time, ie has a lead time and a follow-up time in comparison to the deposition of the converter material. This can be a very good encapsulation of the converter material with the
  • Matrix material can be generated, wherein the matrix material protects the converter material from moisture and environmental influences.
  • this includes
  • the conversion layer contains a matrix material and a
  • Converter material can be evaporated in a high vacuum
  • the matrix material and the converter material can be transferred from a high vacuum to the light-emitting
  • the matrix material has the following structural formula
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and X can be selected independently of one another and from the group comprising F, Cl and H,
  • this includes
  • Light-emitting device a conversion element with a conversion layer and a semiconductor element.
  • Semiconductor element has a light-emitting surface provided with a conversion layer.
  • Conversion layer contains a matrix material and a
  • Converter material can each consist of a precursor
  • Precursors can move from a high vacuum to the
  • Matrix material has the following structural formula
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and X can be selected independently of one another and from the group comprising F, Cl and H,
  • the matrix material or the first precursor In a high vacuum, for example, it may be called that the matrix material or the first precursor and the
  • Converter material or the second precursor can be applied by evaporation in a high vacuum on a surface provided for radiation emission surface.
  • Converter material embedded in the matrix material so that the majority of the individual molecules of the
  • Converter material a mutual distance of> 3 nm and ⁇ 150 nm based on the longest molecular longitudinal axis of
  • a distance of> 3 nm and ⁇ 150 nm, based on the longest molecular longitudinal axis of the converter material molecules, has the particular advantage that the individual converter material molecules do not have the
  • Quenching fluorescence Such a minimum distance can be generated by adding converter material with a
  • Co-vapor here and in the following means that the evaporation of
  • Converter material in time together with the matrix material he follows. Cover evaporation of matrix material and
  • Converter material can be the converter material in the
  • OLED organic light emitting diode
  • LED light emitting diode
  • the matrix material or the first precursor and the converter material or the second precursor are selected such that they can be vapor-deposited in the same system together with radiation-generating layers.
  • Conversion layer can be on a radiation-emitting
  • the converter material or the second precursor and the matrix material or the first precursor are in
  • the converter material can function as a fluorescence converter in the conversion layer.
  • the converter material can be present in different concentrations in the matrix material. In particular, this indicates
  • Converter material from 0.001 wt .-% to 10 wt .-%, for example, 0.1 to 1 wt .-% in the matrix material. It is also possible to use a plurality of converter materials in the conversion layer.
  • the absorption band of at least one converter material should at least partially coincide with the
  • the converter materials can be provided for the same or different emission wavelengths. The production happens, for example, by simultaneous evaporation
  • the method comprises the following method steps:
  • the matrix material has the following structural formula:
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and X may be independently selected and selected from the group comprising F, Cl and H. The following applies: n> 2.
  • the matrix material in method step B) is produced from a first precursor, wherein the first precursor comprises [2, 2] -paracyclophane or a
  • Converter material in process step B) not chemically changed.
  • the converter material has an identical chemical composition.
  • the vapor deposition of the converter material in step B) takes place together with the
  • the radiation-generating layers for example an organic light-emitting diode, can be protected from the simultaneous vapor deposition of matrix material and
  • Conversion layer applied to an electrode layer made of a material transparent to emitted radiation.
  • the transparent material is indium tin oxide.
  • the transparent material may include, for example
  • Transparent conductive oxides are 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 ternary compounds such as ZnO, SnO 2 or ⁇ 2 O 3
  • Metal oxygen compounds such as Zn 2 SnO 4, CdSnO 3, ZnSnO 3, Mgln 2 O 4 , GalnO 3, Zn 2 In 2 05 or In 4Sn30 ] _ 2 or mixtures of different transparent conductive oxides to the group of TCOs, wherein the TCOs do not necessarily correspond to a stoichiometric composition and may furthermore be p-doped or n-doped
  • the method produces an organic light-emitting diode Alternatively, a light-emitting diode can be
  • Figure 1 is a schematic side view of a
  • FIG. 1 is a schematic side view of an organic compound
  • Figures 3 to 7 are each a schematic side view of a shaped as a light-emitting diode according to an embodiment of a light emitting device.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of a light-emitting component using the example of an organic light-emitting diode (OLED).
  • the OLED is a top emitter OLED.
  • the OLED has a substrate 2.
  • the substrate 2 may be glass.
  • a first electrode 1 may be formed directly as a layer.
  • the layer structure 3 comprises in particular organic materials.
  • the electromagnetic primary radiation has a wavelength maximum in the range from 430 nm to 700 nm.
  • a second electrode 4 may also be formed as a layer.
  • the second electrode 4 may be formed as a cathode or anode, wherein the aforementioned materials can be used.
  • the second electrode 4 is formed as an anode.
  • the first electrode 1 may be formed as an anode or a cathode.
  • the first electrode 1 is formed as a cathode and may consist of a metal, preferably of a metal with a high reflectivity.
  • the second electrode 4 may be transparent.
  • the conversion layer 5 is arranged.
  • the conversion layer 5 is configured to convert the electromagnetic primary radiation into electromagnetic secondary radiation.
  • the electromagnetic secondary radiation has, in particular, a wavelength maximum in the wavelength range from 450 to 800 nm.
  • the OLED is configured as a top emitter, that is to say it emits in particular from the layer structure 3 in the direction of the conversion element 5.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of a light-emitting component using the example of an organic light-emitting diode.
  • FIG. 2 differs from FIG. 1 in that the OLED is a so-called bottom emitter
  • the conversion layer 5 is arranged directly below the substrate 2.
  • the first electrode 1 is formed in a transparent manner.
  • Substrate 2 formed in a transparent manner. This can be done by the
  • Layer structure 3 generated electromagnetic primary radiation through the first electrode 1 and the substrate 2 in the
  • Electromagnetic secondary radiation are converted and thus out of the device in the direction of the second
  • Electrode 4 are emitted.
  • the first and second electrodes 1, 4 may be formed in a transparent manner.
  • the substrate 2 may be transparent.
  • the OLED is designed as a so-called top bottom emitter (not shown here).
  • FIG. 3 shows a schematic side view of a light-emitting component using the example of a light-emitting diode according to an embodiment.
  • the light-emitting component has a semiconductor element.
  • the semiconductor element comprises a first electrode 1, which is applied to a rear side of an electrically conductive substrate 2.
  • the semiconductor element comprises one on the front of the
  • the layer structure 3 comprises in particular the active ones intended for the generation of radiation
  • Strominjetechnisch provided sheath layers may be provided. Also, bonding layers may be included that mechanically, thermally, and electrically connect the semiconductor layers to the substrate 2. On the from the substrate 2
  • a second electrode 4 which in the embodiment
  • Conversion layer 5 which comprises a matrix material 11 and a converter material 10, which preferably have both materials which are evaporable under high vacuum.
  • the radiation emission takes place over the entire area in the direction shown by the arrow.
  • FIG. 3 a shows a schematic side view of a light-emitting component using the example of a light-emitting diode according to an embodiment.
  • the component has a first electrode 1, which consists of a solder contact layer 1a and a contact layer or current distribution layer 1b
  • a substrate 2 may be arranged between the solder contact layer 1a and the current distribution layer 1b. Furthermore, the component has a second electrode 4, a layer structure 3 and a
  • the conversion layer 5 may be arranged flush on the substrate 2 and the
  • FIG. 4a shows a schematic side view of a light-emitting component using the example of a light-emitting diode according to an embodiment.
  • the light-emitting component has a substrate 2, a layer structure 3, a first and a second electrode 1, 4 (sapphire chip).
  • the first electrode 1 and the second electrode 4 are arranged on a layer structure 3.
  • the two electrodes 1, 4 can be external
  • a conversion layer 5 may be applied.
  • FIG. 4b shows a schematic side view of a light-emitting component using the example of a light-emitting diode according to an embodiment.
  • the light-emitting component has a substrate 2, a layer structure 3, a first and second electrode 1, 4 (sapphire flip-chip).
  • the first Electrode 1 and the second electrode 4 are on one
  • Layer structure 3 is arranged.
  • the layer structure 3 is arranged on a substrate 2.
  • a conversion layer 5 surrounds the chip from 5 sides, the sixth side having two electrodes for SMT mounting.
  • FIG. 5 shows a schematic side view of a light-emitting component using the example of a light-emitting diode according to an embodiment.
  • the light-emitting component has a carrier 7.
  • the carrier 7 can laterally over the side surfaces of the semiconductor element 6 and the
  • Housing 8 extend or flush with the side surfaces of the housing 8. In the housing 8 is the
  • the housing 8 has a recess 9. In the recess 9 is the
  • Conversion layer 5 formed.
  • the conversion layer 5 completely covers the side surfaces of the
  • the conversion layer 5 comprises a conversion material 10 and a matrix material 11. Via the conversion layer 5, at least in the region of
  • Semiconductor element 6 may be covered with a potting 13, which can completely fill the recess.
  • the potting 13 can be clear.
  • the potting 13 may be phosphorus particles
  • FIG. 6 shows a schematic side view of a
  • FIG. 6 differs from FIG. 5 in that the conversion layer 5 in FIG. 6 is formed as a foil.
  • Conversion element 5 is shaped in particular as a prefabricated film. Prefabricated in this context means that the film is not deposited directly on the semiconductor element, but is applied as a prefabricated film on the semiconductor element 6, for example in a pick-and-place process. In other words, the conversion element 5 formed as a foil is produced spatially spaced from the semiconductor element 6.
  • the foil can be a
  • the conversion element may comprise or consist of a transparent carrier foil 5a.
  • the conversion element can by means of a
  • connection layer 12 are mounted on the semiconductor element 6.
  • the bonding layer 12 may be an adhesive layer (FIGS. 6a and 6b). In Figure 6a is the
  • the transparent carrier film 5a and the transparent carrier film 5a is disposed in direct contact with the conversion layer 5.
  • the bonding layer 12 is in direct contact with the conversion layer 5 and the
  • Conversion layer 5 is in direct contact with the
  • the transparent carrier film 5a After the attachment of the conversion element on the semiconductor element 6, the transparent carrier film 5a can be removed again (FIG. 6b).
  • FIG. 7 shows a schematic side view of a light-emitting component using the example as a light-emitting diode according to one embodiment.
  • FIG. 7 differs from FIG. 6 in that the conversion layer 5 is referred to as
  • Foil is formed and spaced from the semiconductor element 6 spatially.
  • the conversion layer 5 a distance of 0.1 0m to 5 cm, preferably 0.5 mm to 5 mm from the semiconductor element 6.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein lichtemittierendes Bauelement umfassend ein Konversionselement, wobei das Konversionselement eine lichtemittierende Oberfläche aufweist, die mit einer Konversionsschicht (5) versehen ist, wobei die Konversionsschicht (5) ein Matrixmaterial (11) und ein Konvertermaterial (10) enthält, wobei sowohl das Matrixmaterial (11) als auch das Konvertermaterial (10) im Hochvakuum verdampfbare Materialien sind, wobei das Matrixmaterial (11) und das Konvertermaterial (10) durch Verdampfen aus einem Hochvakuum auf die lichtemittierende Oberfläche aufgebracht sind, wobei das Matrixmaterial (11) die Strukturformel (I) aufweist, wobei R1, R2, R3, R4 und X unabhängig voneinander gewählt sein können und aus der Gruppe, die F, Cl und H umfasst, ausgewählt sind und wobei n ≥ 2 gilt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements.

Description

Beschreibung
Lichtemittierendes Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements
Es wird ein lichtemittierendes Bauelement angegeben. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines derartig
lichtemittierenden Bauelements angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein lichtemittierendes Bauelement mit einem Konversionselement anzugeben, das besonders stabil ist. Ferner ist Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines derartig lichtemittierenden Bauelements anzugeben .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
lichtemittierende Bauelement ein Konversionselement auf. Das Konversionselement kann eine lichtemittierende Oberfläche aufweisen. Die lichtemittierende Oberfläche ist mit einer Konversionsschicht versehen. Mit einer Konversionsschicht versehen bedeutet hierbei, ein unmittelbarer oder mittelbarer Kontakt zwischen der lichtemittierenden Oberfläche des
Konversionselements und der Konversionsschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Konversionsschicht auf einer Elektrodenschicht eines
lichtemittierenden Bauelements, beispielsweise einer
organischen Leuchtdiode, angeordnet. Die Elektrodenschicht kann als Anode ausgestaltet sein. Die Anode ist insbesondere semi-transparent . Die Elektrodenschicht kann Indium-Zinn-Oxid (ITO) und/oder ein Metall wie Silber, Aluminium, Kadmium, Barium, Indium, Magnesium, Kalzium, Lithium oder Gold
umfassen oder aus einem oder mehreren der genannten Metalle bestehen. Insbesondere ist die Konversionsschicht auf einer semi-transparenten Anode angeordnet und das lichtemittierende Bauelement als Top-Emitter ausgeformt. Alternativ kann die Elektrodenschicht als Kathode ausgeformt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann die
Konversionsschicht auf einem Substrat oder Träger angeordnet sein. Das Substrat oder der Träger können beispielsweise aus Glas sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann die
Konversionsschicht auf einem Halbleiterelement eines
lichtemittierenden Bauelements direkt angeordnet sein oder ihm zumindest im Strahlengang nachgeordnet sein. Zumindest ihm nachgeordnet bedeutet hier und im Folgenden, dass
zwischen der Konversionsschicht und dem Halbleiterelement weitere Schichten, beispielsweise eine Verbindungsschicht, vorhanden sind. Das Halbleiterelement ist insbesondere in einer Leuchtdiode (LED) angeordnet.
Das Halbleiterelement 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.
Das Halbleiterelement kann eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren
Quantentopfstrukturen beinhalten. Im Betrieb des
Halbleiterelements wird in der aktiven Schicht eine
elektromagnetische Primärstrahlung erzeugt. Eine Wellenlänge der elektromagnetischen Primärstrahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren Spektralbereich,
insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 nm und 680 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 nm und 480 nm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Konversionsschicht ein Konversionsmaterial und ein
transparentes Matrixmaterial, welches das Konversionsmaterial umgibt. Das Matrixmaterial kann aus einem Hochvakuum auf die lichtemittierende Oberfläche aufgebracht werden. Das
Matrixmaterial kann die Strukturformel
Figure imgf000005_0001
aufweisen,
wobei R1, R2, R3, R4 und X unabhängig voneinander gewählt sein können. R1, R2, R3, R4 und X können aus einer Gruppe gewählt sein, die Alkyl, Aryl, Heteroaryl, Ethergruppen, Ethoxygruppen, Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel und Halogene, wie Fluor, Chlor, Brom, Jod umfasst. Insbesondere sind R1, R2, R3, R4 und X unabhängig voneinander gewählt und/oder aus der Gruppe ausgewählt, die F, Cl und H umfasst . Es gilt n > 2, wobei n die Anzahl der Monomereinheiten des Matrixmaterials bedeutet. Insbesondere ist n größer oder gleich 1000 und kleiner oder gleich 5000, bevorzugt zwischen 1500 und 4000, beispielsweise 2000. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist R1, R2, R3, R4 und X jeweils Wasserstoff. Alternativ kann R2 Chlor sein und R2, R3, R4 und X jeweils Wasserstoff sein. Alternativ kann R1 und R3 jeweils Chlor sein und R2 und R4 und X jeweils Wasserstoff sein. Alternativ kann R1, R2, R3, R4 jeweils Wasserstoff und X Fluor sein.
Das Matrixmaterial kann ein Poly (p-Xylylen) sein. Poly(p- Xylylen)e können auch als Parylene oder PPX bezeichnet werden. Parylene sind eine Gruppe von inerten, hydrophoben, optisch transparenten, polymeren Beschichtungsmaterialien .
PPX kann durch chemische Abscheidungspolymerisation (Chemical Vapor Deposition Polymerisation, CVDP) von Paracyclophan, p- Xylen oder Estern oder Ethern von , ' -Bis (Hydroxymethyl ) -p- Xylen hergestellt werden. Der Vorteil des CVDP-Verfahrens ist, dass PPX mit hoher chemischer Reinheit, das heißt ohne Verunreinigung des PPX mit Lösungsmittelmolekülen, erzeugt werden kann. Des Weiteren können unlösliche Polymere in verschiedenen Formen und Nanodimensionen mittels CVDP- Verfahren hergestellt werden.
Nachfolgend sind die Möglichkeiten A) bis E) für die
Herstellung des Matrixmaterials mit R1, R2, R3, R4 und X jeweils H mittels Gasabscheidung gezeigt.
Figure imgf000007_0001
Die Möglichkeiten A) bis E) zur Herstellung des
Matrixmaterials sind aber prinzipiell auch für
Ausgangsmaterialien mit anderen Resten R1, R2, R3, R4 und X geeignet, als oben angegeben.
Im Folgenden soll die Möglichkeit A) zur Herstellung des Matrixmaterials durch chemische Gasabscheidung beschrieben werden: Das Ausgangsmaterial kann p-Xylol (1) oder
halogenierte Derivate davon sein. Dieses p-Xylol verdampft und wird durch eine Hochtemperaturzone bei ca. 250 °C
geleitet. Dabei bildet sich ein reaktives [ 2 , 2 ] -Paracyclophan (2), das zu 1,4 Chinondimethan (3) zerfällt. Das
Chinondimethan (3) polymerisiert auf Oberflächen,
insbesondere einer Oberfläche des Konversionselements, sofort zum kettenförmigen Poly-p-Xylen (4) mit R1, R2, R3, R4 und X jeweils H.
Figure imgf000008_0001
(4) Die Verwendung von PPX als Matrixmaterial zeigt den Vorteil, dass das PPX chemisch inert ist. Insbesondere ist das
Matrixmaterial bei Einwirken von Strahlung aus dem blauen Spektralbereich chemisch beständig. Ferner weist das
Matrixmaterial eine Transparenz für Wellenlängen im blauen Spektralbereich auf. Blauer Spektralbereich bedeutet
insbesondere zumindest ein Wellenlängenmaximum zwischen 460 nm und 480 nm. Das Matrixmaterial ist chemisch beständig und kann als Feuchtebarriere für feuchteempfindliche
Konversionsmaterialien genutzt werden. Mit anderen Worten, kann das Matrixmaterial ein als Partikel oder Einzelmolekül ausgeformtes Konversionsmaterial umhüllen. Damit kann das Matrixmaterial als eine Barriere gegen Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff und/oder sauren Gasen fungieren. Das
Matrixmaterial kann zudem noch eine gute Barrierewirkung gegen anorganische und organische Medien, starken Säuren, Laugen, Gase und Wasserdampf aufweisen. Dadurch kann die Stabilität des Konvertermaterials erhöht werden. Durch die Barrierewirkung des PPX als Matrixmaterial kann das
Konvertermaterial aus chemisch reaktiven Substanzen, insbesondere aus organischen Molekülen bestehen, die
gegenüber Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit sensitiv sind. Gleichzeitig wird durch die Barrierewirkung des PPX als Matrixmaterials auch das lichtemittierende Bauelement vor Umwelteinflüssen geschützt. Ferner ist durch die Abscheidung aus der Gasphase ein einfaches und gleichmäßiges Vermischen von Matrixmaterial und Konvertermaterial möglich.
Das Matrixmaterial kann zudem als dünne Schicht ausgeformt sein, beispielsweise mit einer Schichtdicke von kleiner oder gleich 10 nm. Insbesondere ist die dünne Schicht zusätzlich transparent. Dies ist von Vorteil, da eine derartig dünne Schicht eine hohe Spaltgängigkeit aufweist und damit beim Abscheiden eine sehr gute Kantenbedeckung über einer
Elektrodenschicht oder einem Halbleiterelement des
lichtemittierenden Bauelements zeigt.
Ferner kann das Matrixmaterial korrosionsstabil,
temperaturbeständig bis 220 °C und mechanisch stabil von -200 °C bis 150 °C sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Konversions¬ schicht ein Konvertermaterial auf. Das Konvertermaterial ist wellenlängenkonvertierend. Mit anderen Worten kann mittels dem Konvertermaterial eine von einer Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung teilweise oder vollständig in Strahlung mit veränderten Wellenlängen konvertiert werden. Das Konvertermaterial kann als Partikel oder als einzelne vom Matrixmaterial umgebene Moleküle ausgeformt sein. Die Partikel oder Moleküle können in dem Matrixmaterial eingebettet sein, wobei das Matrixmaterial die Partikel des Konvertermaterials umhüllt und somit die
Konvertermaterialien vor Feuchtigkeit und/oder sauren Gasen schützt. Das Konvertermaterial kann ein organisches oder anorganisches Material sein. Insbesondere ist das
Konvertermaterial organisch.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst oder besteht das Konvertermaterial aus einen organischen
Lumineszenzfarbstoff.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konvertermaterial aus folgender Gruppe und deren Kombinationen
ausgewählt: Perylen und dessen Derivate, Diindenoperylen und dessen Derivate, Benzopyren und dessen Derivate, Coumarin und dessen Derivate, Rhodamin und dessen Derivate,
Azoverbindungen, Terrylen und dessen Derivate, Quaterrylen und dessen Derivate, Naphthalimid und dessen Derivate, Cyanin oder Cyanine, Phthalocyanin und dessen Derivate, Fluorescein und dessen Derivate, Fluoren und dessen Derivate, Pyren und dessen Derivate, Pyranin und dessen Derivate, Styryle,
Xanthen und dessen Derivate, Oxazin und dessen Derivate, Anthracen und dessen Derivate, Naphthacen und dessen
Derivate, Anthrachinon und dessen Derivate und Thiazin und dessen Derivate.
Perylen meint hier das unsubstituierte Perylen. Das
unsubstituierte Perylen weist die Strukturformel
Figure imgf000011_0001
auf .
Ein Derivat des Perylens meint hier, dass das Konversions- material eine Perylengrundstruktur, also ein unsubstituiertes Perylen, aufweist, wobei die Perylengrundstruktur mit
weiteren Substituenten Sl bis S12 substituiert sein kann. Ein Derivat des Perylens weist die folgende Strukturformel auf :
Figure imgf000011_0002
Die Substituenten Sl bis S12 können dabei unabhängig
voneinander aus folgender Gruppe ausgewählt sein:
Wasserstoff, Alkyl, Ethoxy, Aryl, Heteroaryl,
Carbonsäureanhydrid, Diimid. Insbesondere sind solche
Substituenten bevorzugt, die das Molekül vor radikalischen Angriffen durch das Matrixmaterial oder dessen Precursorn schützen, z.B. durch sterische Hinderung. Insbesondere kann das Derivat des Perylens ein 3,4,9,10- Perylen-tetracarbonsäure- dianhydrid (PTCDA) oder Ν,Ν'- Dimethyl-3, 4, 9, 10-Perylentetracarbonsäurediimid (MePTCDI) sein .
Insbesondere weist das Derivat des Perylens folgende
Strukturformel auf:
Figure imgf000012_0001
Entsprechende Definitionen sind analog auf Benzopyren und dessen Derivate, Coumarin und dessen Derivate, Terrylen und dessen Derivate, Quaterrylen und dessen Derivate,
Naphthalimid und dessen Derivate, Xanthen und dessen
Derivate, Oxazin und dessen Derivate, Anthracen und dessen Derivate, Naphthacen und dessen Derivate, Anthrachinon und dessen Derivate und Thiazin und dessen Derivate anwendbar.
Rhodamin bedeutet hier, dass ein unsubstituiertes Xanthen vorliegt. Derivat des Rhodamin bedeutet, dass Xanthen derivatisiert ist. Cyanin oder Cyanine bezeichnet hier eine chemische Verbindung aus der Gruppe der Polymethin-Farbstoffe .
Azo-Verbindung bedeutet hier und im Folgenden, dass das
Konvertermaterial zumindest eine Azogruppe aufweist.
Insbesondere ist die Azo-Verbindung ein Azo-Farbstoff .
Styryle bedeutet hier zumindest ein fluoreszierender
Farbstoff, wie beispielsweise [4- [2- (4-Fluoro-phenyl) -vinyl] - phenyl ] -diphenyl-amine, Diphenyl- (4-styryl-phenyl) -amine, 3- [2- (5-tert-Butyl-benzooxazol-2-yl) -vinyl] -9-ethyl-9H- carbazole, 1, 4-Bis- [2- (4-fluoro-phenyl) -vinyl] -2, 5-bis- octyloxy-benzene und/oder 5-tert-Butyl-2- (2- (4- (2- (5-tert- butylbenzoxazol-2-yl) vinyl) phenyl) vinyl) benzoxazole.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das
Konvertermaterial aus einem zweiten Precursor erzeugt.
Der zweite Precursor kann im Hochvakuum verdampft werden und anschließend, insbesondere beim Abscheiden, das
Konvertermaterial bilden. Der zweite Precursor kann die gleiche oder eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung wie das gebildete Konvertermaterial aufweisen. Mit anderen Worten kann das Konvertermaterial dem zweiten Precursor entsprechen, wenn der zweite Precursor sich während des
Verdampfens nicht chemisch verändert. Alternativ kann sich das Konvertermaterial von dem zweiten Precursor chemisch unterscheiden . Der zweite Precursor kann gemäß zumindest einer
Ausführungsform im Hochvakuum verdampft werden. Dabei kann das Konvertermaterial erzeugt werden, welches eine gleiche chemische Zusammensetzung wie der zweite Precursor aufweist. Alternativ kann der zweite Precursor unter Bildung einer gewünschten Umwandlung verdampft werden und ein
Konvertermaterial erzeugt werden, das sich in der chemischen Strukturformel von der Strukturformel des zweiten Precursors unterscheidet. Alternativ können auch andere zweite Precursor eingesetzt werden, welche derart chemisch modifiziert werden, dass sie verdampft werden können. Der zweite Precursor kann auf der lichtemittierenden Oberfläche des Konversionselements abgeschieden werden, wobei sich das Konvertermaterial bildet. Gleichzeitig kann ein erster Precursor verdampft werden, aus dem beim Abscheiden das Matrixmaterial gebildet werden kann, wie es insbesondere vorstehend beschrieben ist. Das
Matrixmaterial kann das Konvertermaterial umhüllen und damit als Verkapselung dienen. Alternativ kann zuerst das
Konvertermaterial und anschließend das Matrixmaterial
abgeschieden werden. Damit kann eine Abdeckschicht aus dem Matrixmaterial für das Konvertermaterial erzeugt werden.
Der erste Precursor kann im Hochvakuum gemäß zumindest einer Ausführungsform verdampft werden. Es bildet sich ein
Matrixmaterial, das chemisch identisch mit dem ersten
Precursor ist. Alternativ kann der zweite Precursor unter Bildung einer gewünschten Umwandlung verdampft werden. Es bildet sich ein Konvertermaterial, das sich in der chemischen Strukturformel von der Strukturformel des ersten Precursors unterscheidet .
Das Matrixmaterial oder der erste Precusor wird gemäß
zumindest einer Ausführungsform verdampft und zersetzt sich dabei zu einem Monomer. Anschließend kann das Monomer beim Abscheiden polymerisieren . Insbesondere erfolgt die
Polymerisation der Monomere des Matrixmaterials radikalisch, wobei kein Initiator benötigt wird. Ferner müssen nicht zwingend Katalysatoren für das Einbringen des
Konvertermaterials in das Matrixmaterial eingesetzt werden. Um ein gutes Ergebnis einer Verkapselung zu erhalten, kann die Polymerbildung des Matrixmaterials zeitlich vor der Verdampfung des Konvertermaterials gestartet werden.
Anschließend kann die Verdampfung des Konvertermaterials gestartet werden, wobei nach der Abscheidung der gewünschten Menge des Konvertermaterials, die Abscheidung des
Konvertermaterials zeitlich eher als die Abscheidung des Matrixmaterials gestoppt wird. Mit anderen Worten läuft die Abscheidung des Matrixmaterials zeitlich länger, hat also eine Vorlaufzeit und eine Nachlaufzeit im Vergleich zur Abscheidung des Konvertermaterials. Dadurch kann eine sehr gute Verkapselung des Konvertermaterials mit dem
Matrixmaterial erzeugt werden, wobei das Matrixmaterial das Konvertermaterial vor Feuchtigkeit und Umwelteinflüssen schützt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
lichtemittierende Bauelement ein Konversionselement, wobei das Konversionselement eine lichtemittierende Oberfläche aufweist, die mit einer Konversionsschicht versehen ist. Die Konversionsschicht enthält ein Matrixmaterial und ein
Konvertermaterial. Das Matrixmaterial als auch das
Konvertermaterial sind im Hochvakuum verdampfbare
Materialien. Das Matrixmaterial und das Konvertermaterial können aus einem Hochvakuum auf die lichtemittierende
Oberfläche aufgebracht werden. Das Matrixmaterial weist folgende Strukturformel
Figure imgf000016_0001
wobei R1, R2, R3, R4 und X unabhängig voneinander gewählt sein können und aus der Gruppe, die F, Cl und H umfasst,
ausgewählt sind und wobei n > 2 gilt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
lichtemittierende Bauelement ein Konversionselement mit einer Konversionsschicht und einem Halbleiterelement. Das
Halbleiterelement weist eine lichtemittierende Oberfläche auf, die mit einer Konversionsschicht versehen ist. Die
Konversionsschicht enthält ein Matrixmaterial und ein
Konvertermaterial. Das Matrixmaterial als auch das
Konvertermaterial können jeweils aus einem Precursor
hergestellt werden, wobei beim Abscheiden das Matrixmaterial und das Konvertermaterial erzeugt werden können. Die
Precursor können aus einem Hochvakuum auf die
lichtemittierende Oberfläche aufgebracht werden, wobei das Matrixmaterial und das Konvertermaterial beim Abscheiden auf die lichtemittierende Oberfläche erzeugt werden. Das
Matrixmaterial weist folgende Strukturformel
Figure imgf000017_0001
wobei R1, R2, R3, R4 und X unabhängig voneinander gewählt sein können und aus der Gruppe, die F, Cl und H umfasst,
ausgewählt sind und wobei n > 2 gilt. Diese Ausführungsform kann mit allen bisher genannten Ausführungsformen entsprechend kombiniert werden.
Im Hochvakuum verdampfbar kann dabei beispielsweise heißen, dass Matrixmaterial oder der erste Precursor und das
Konvertermaterial oder der zweite Precursor durch Verdampfen im Hochvakuum auf eine für Strahlungsemission vorgesehene Oberfläche aufgebracht werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konvertermaterial derart in dem Matrixmaterial eingebettet, sodass die Mehrheit der einzelnen Moleküle des
Konvertermaterials einen gegenseitigen Abstand von > 3 nm und < 150 nm bezogen auf die längste Moleküllängsachse der
Konvertermaterialmoleküle aufweist. Ein Abstand von > 3 nm und < 150 nm bezogen auf die längste Molekühllängsachse der Konvertermaterialmoleküle weist insbesondere den Vorteil auf, dass die einzelnen Konvertermaterialmoleküle nicht die
Fluoreszenz quenchen. Ein solcher Mindestabstand kann dadurch erzeugt werden, indem man Konvertermaterial mit einer
niedrigen Konzentration „coverdampft". „Coverdampft" bedeutet hier und im Folgenden, dass das Verdampfen von
Konvertermaterial zeitlich zusammen mit dem Matrixmaterial erfolgt. Durch das Coverdampfen von Matrixmaterial und
Konvertermaterial kann das Konvertermaterial in dem
Matrixmaterial eingebettet werden und somit die einzelnen Konvertermaterialmoleküle voneinander abschirmen, sodass ein Fluoreszenzquenching („Konzentrationsquenching" ) vermieden wird. Zum anderen sind noch ausreichend Konvertermaterialien in der Konversionsschicht vorhanden, sodass ein hoher
Konzentrationsgrad bei hoher Leuchteffizienz des
lichtemittierenden Bauelements erreicht werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
lichtemittierende Bauelement als organische Leuchtdiode
(OLED) oder Leuchtdiode (LED) ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind das Matrixmaterial oder der erste Precursor und das Konvertermaterial oder der zweite Precursor so gewählt, dass sie in derselben Anlage zusammen mit strahlungserzeugenden Schichten aufgedampft werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Konversionsschicht flächig ausgebildet. Die
Konversionsschicht kann auf eine Strahlungsemittierende
Oberfläche eines Konversionselements flächig aufgebracht werden. Das Konvertermaterial oder der zweite Precursor und das Matrixmaterial oder der erste Precursor sind im
Hochvakuum sublimierbar und können daher in derselben
Aufdampfanläge aus einem Hochvakuum aufgebracht werden, mit der auch die Strahlungserzeugenden Schichten des Bauelements aufgebracht werden können.
Das Konvertermateri kann in der Konversionsschicht als Fluoreszenzkonverte fungieren. Insbesondere konvertiert das Konvertermaterial die von einer Strahlungsquelle abgestrahlte elektromagnetische Primärstrahlung in eine elektromagnetische Sekundärstrahlung mit veränderter Wellenlänge. Dazu kann das Konvertermaterial in unterschiedlicher Konzentration in dem Matrixmaterial vorliegen. Insbesondere weist das
Konvertermaterial 0,001 Gew.-% bis 10 Gew.-%, beispielsweise 0,1 bis 1 Gew.-% in dem Matrixmaterial auf. Es können auch mehrere Konvertermaterialien in der Konversionsschicht eingesetzt werden. Die Absorptionsbande zumindest eines Konvertermaterials sollte zumindest teilweise mit dem
Wellenlängenbereich der emittierten Strahlung überlappen. Die Konvertermaterialien können für gleiche oder verschiedene Emissionswellenlängen vorgesehen werden. Die Herstellung geschieht zum Beispiel durch gleichzeitiges Verdampfen
(Coverdampfen) aus mehreren Materialquellen. Somit können weiß emittierende Bauelemente hergestellt werden,
insbesondere warm-weiß emittierende Bauelemente.
Neben dem lichtemittierenden Bauelement wird auch ein
Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden
Bauelements angegeben. Dabei gelten für das Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements die gleichen Ausführungen und Definitionen, wie sie vorstehend für das lichtemittierende Bauelement angegeben wurden und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren folgende Verfahrensschritte:
A) Bereitstellen einer für Strahlungsemission vorgesehenen Oberfläche,
B) Aufdampfen einer Konversionsschicht aus einem Hochvakuum auf die für Strahlungsemission vorgesehene Oberfläche, wobei die Konversionsschicht ein Matrixmaterial und ein Konvertermaterial umfasst, welche gleichzeitig auf die für die Strahlungsemission vorgesehene Oberfläche aufgebracht werden. Das Matrixmaterial weist folgende Strukturformel auf:
Figure imgf000020_0001
R1, R2, R3, R4 und X können unabhängig voneinander gewählt sein und aus der Gruppe, die F, Cl und H umfasst, ausgewählt sein. Es gilt: n > 2.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Matrixmaterial im Verfahrensschritt B) aus einem ersten Precursor erzeugt, wobei der erste Precursor [ 2 , 2 ] -Paracyclophan oder ein
Derivat davon ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das
Konvertermaterial im Verfahrensschritt B) chemisch nicht verändert. Mit anderen Worten weist das Konvertermaterial vor dem Verfahrensschritt B) und nach dem Verfahrensschritt B) eine gleiche chemische Zusammensetzung auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Aufdampfen des Konvertermaterials im Schritt B) zusammen mit der
Strahlungserzeugenden Schicht des lichtemittierenden
Bauelements. Zusammen kann hier bedeuten, dass das Aufdampfen in der gleichen Anlage, aber nicht zur gleichen Zeit erfolgt. Es kann aber auch bedeuten, dass das Aufdampfen in der gleichen Anlage zur gleichen Zeit erfolgt. Matrixmaterial und Konvertermaterial können somit zeitlich gleichzeitig
aufgedampft werden. Die Strahlungserzeugenden Schichten, zum Beispiel einer organischen Leuchtdiode, können vor dem gleichzeitigen Aufdampfen von Matrixmaterial und
Konvertermaterial aufgedampft werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die
Konversionsschicht auf eine Elektrodenschicht aus einem für emittierte Strahlung transparenten Material aufgebracht.
Insbesondere ist das transparente Material Indiumzinnoxid. Das transparente Material kann beispielsweise ein
transparentes leitendes Oxid aufweisen oder daraus bestehen. Transparente leitende Oxide (transparent conductive oxides, kurz „TCO") sind in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Kadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise ZnO, Sn02 oder Ιη2θ3 gehören auch ternäre MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise Zn2Sn04, CdSn03, ZnSn03, Mgln204, Galn03, Zn2In205 oder In4Sn30]_2 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Dabei entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können weiterhin p- oder n-dotiert sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird bei dem Verfahren eine organische Leuchtdiode hergestellt. Alternativ kann eine Leuchtdiode hergestellt werden.
Nachfolgend wird das hier beschriebene lichtemittierende Bauelement sowie ein hier beschriebenes Verfahren zur
Herstellung eines lichtemittierenden Bauelements unter
Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt. Vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Die Figuren zeigen:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines
lichtemittierenden Bauelements am Beispiel einer organischen Leuchtdiode gemäß einer
Ausführungsform, die Figur 2 eine schematische Seitenansicht einer organischen
Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform, und die Figuren 3 bis 7 jeweils eine schematische Seitenansicht eines als Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform ausgeformten lichtemittierenden Bauelements.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines lichtemittierenden Bauelements am Beispiel einer organischen Leuchtdiode (OLED) . Bei der OLED handelt es sich um eine Topemitter-OLED . Die OLED weist ein Substrat 2 auf. Das Substrat 2 kann Glas sein. Auf dem Substrat 2 kann direkt eine erste Elektrode 1 als Schicht ausgeformt sein.
Nachfolgend kann eine Schichtstruktur 3 umfassend
Strahlungserzeugende Schichten angeordnet sein, welche zur Emission von elektromagnetischer Primärstrahlung eingerichtet ist. Die Schichtstruktur 3 umfasst insbesondere organische Materialien. Die elektromagnetische Primärstrahlung weist insbesondere ein Wellenlängenmaximum im Bereich von 430 nm bis 700 nm auf. Direkt auf der Schichtstruktur 3 kann eine zweite Elektrode 4 ebenfalls als Schicht ausgeformt sein. Die zweite Elektrode 4 kann als Kathode oder Anode ausgeformt sein, wobei die vorstehend genannten Materialien eingesetzt werden können. Insbesondere ist die zweite Elektrode 4 als Anode ausgeformt. Die erste Elektrode 1 kann als Anode oder Kathode ausgeformt sein. Insbesondere ist die erste Elektrode 1 als Kathode ausgeformt und kann aus einem Metall bestehen, bevorzugt aus einem Metall mit einer hohen Reflektivität . Insbesondere kann die zweite Elektrode 4 transparent sein. Direkt auf der zweiten Elektrode 4 ist die Konversionsschicht 5 angeordnet. Die Konversionsschicht 5 ist dazu eingerichtet, die elektromagnetische Primärstrahlung in elektromagnetische Sekundärstrahlung zu konvertieren. Die elektromagnetische Sekundärstrahlung weist insbesondere ein Wellenlängenmaximum im Wellenlängenbereich von 450 bis 800 nm auf. Die OLED ist als Topemitter ausgestaltet, emittiert also insbesondere von der Schichtstruktur 3 in Richtung Konversionselement 5.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines lichtemittierenden Bauelements am Beispiel einer organischen Leuchtdiode. Die Figur 2 unterscheidet sich von der Figur 1 dadurch, dass die OLED als sogenannter Bottomemitter
ausgestaltet ist. Die Konversionsschicht 5 ist direkt unter dem Substrat 2 angeordnet. Insbesondere ist hierbei die erste Elektrode 1 transparent ausgeformt. Zusätzlich ist das
Substrat 2 transparent ausgeformt. Dadurch kann die von der
Schichtstruktur 3 erzeugte elektromagnetische Primärstrahlung durch die erste Elektrode 1 und dem Substrat 2 in die
Konversionsschicht 5 gelangen und dort in eine
elektromagnetische Sekundärstrahlung konvertiert werden und somit aus dem Bauelement in Richtung weg der zweiten
Elektrode 4 emittiert werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform können die erste und zweite Elektrode 1, 4 transparent ausgeformt sein. Zusätzlich kann das Substrat 2 transparent sein. Die OLED ist als sogenannter Top-Bottomemitter ausgestaltet (hier nicht gezeigt) .
Die Figur 3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines lichtemittierenden Bauelements am Beispiel einer Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform. Das lichtemittierende Bauelement weist ein Halbleiterelement auf. Das Halbleiterelement umfasst eine erste Elektrode 1, welche auf einer Rückseite eines elektrisch leitfähigen Substrats 2 aufgebracht ist. Das Halbleiterelement umfasst eine auf der Vorderseite des
Substrats 2 befindliche Schichtstruktur 3, die an sich bekannte Schichten eines lichtemittierenden Bauelements umfassen kann und deren Einzelheiten hier nicht näher
erläutert sind. Die Schichtstruktur 3 umfasst insbesondere die für die Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven
Schichten zur Erzeugung der elektromagnetischen Primär- Strahlung. Außerdem können Begrenzungsschichten oder für
Strominjektion vorgesehene Mantelschichten vorgesehen sein. Auch können Verbindungsschichten enthalten sein, die die Halbleiterschichten mechanisch, thermisch und elektrisch mit dem Substrat 2 verbinden. Auf der von dem Substrat 2
abgewandten Seite der Schichtstruktur 3 befindet sich eine zweite Elektrode 4, die in dem Ausführungsbeispiel
ganzflächig aufgebracht ist und aus einem Material besteht, das für die zu emittierende Strahlung transparent ist.
Oberseitig ist auf der zweiten Elektrode 4 die
Konversionsschicht 5 aufgebracht, die ein Matrixmaterial 11 und ein Konvertermaterial 10 umfasst, die vorzugsweise beide Materialien aufweisen, welche im Hochvakuum verdampfbar sind. Die Strahlungsemission erfolgt ganzflächig nach oben in der durch den Pfeil dargestellten Richtung.
Die Figur 3a zeigt eine schematische Seitenansicht eines lichtemittierenden Bauelements am Beispiel einer Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform. Das Bauelement weist eine erste Elektrode 1 auf, welche aus einer Lötkontaktschicht la und einer Kontaktschicht oder Stromverteilungsschicht lb
zusammengesetzt sein kann. Zwischen der Lötkontaktschicht la und der Stromverteilungsschicht lb kann ein Substrat 2 angeordnet sein. Ferner weist das Bauelement eine zweite Elektrode 4, eine Schichtstruktur 3 und eine
Konversionsschicht 5 auf. Die Konversionsschicht 5 kann bündig auf dem Substrat 2 angeordnet sein und die
Stromverteilungsschicht lb, die zweite Elektrode 4, die
Schichtstruktur 3 umschließen und damit vor Umwelteinflüssen schützen .
Die Figur 4a zeigt eine schematische Seitenansicht eines lichtemittierenden Bauelements am Beispiel einer Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform. Das lichtemittierende Bauelement weist ein Substrat 2, eine Schichtstruktur 3, eine erste und zweite Elektrode 1, 4 auf (Saphir-Chip) . Die erste Elektrode 1 und die zweite Elektrode 4 sind auf einer Schichtstruktur 3 angeordnet. Die beiden Elektroden 1, 4 können extern
kontaktiert sein. Auf den beiden Elektroden 1, 4 kann eine Konversionsschicht 5 aufgebracht sein.
Die Figur 4b zeigt eine schematische Seitenansicht eines lichtemittierenden Bauelements am Beispiel einer Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform. Das lichtemittierende Bauelement weist ein Substrat 2, eine Schichtstruktur 3, eine erste und zweite Elektrode 1, 4 (Saphir-Flipchip) auf. Die erste Elektrode 1 und die zweite Elektrode 4, sind auf einer
Schichtstruktur 3 angeordnet. Die Schichtstruktur 3 ist auf einem Substrat 2 angeordnet. Eine Konversionsschicht 5 umschließt den Chip von 5 Seiten, wobei die sechste Seite zwei Elektroden zur SMT-Montage aufweist.
Die Figur 5 zeigt eine schematische Seitenansicht eines lichtemittierenden Bauelements am Beispiel einer Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform. Das lichtemittierende Bauelement weist einen Träger 7 auf. Der Träger 7 kann sich seitlich über die Seitenflächen des Halbleiterelements 6 und des
Gehäuses 8 erstrecken oder mit den Seitenflächen des Gehäuses 8 bündig abschließen. In dem Gehäuse 8 ist das
Halbleiterelement 6 eingebettet. Das Gehäuse 8 weist eine Ausnehmung 9 auf. In der Ausnehmung 9 ist die
Konversionsschicht 5 ausgeformt. Die Konversionsschicht 5 bedeckt insbesondere vollständig die Seitenflächen der
Ausnehmung 9, die Seitenflächen und die Oberfläche des
Halbleiterelements 6. Die Konversionsschicht 5 weist ein Konversionsmaterial 10 und ein Matrixmaterial 11 auf. Über Die Konversionsschicht 5 kann zumindest im Bereich des
Halbleiterelements 6 mit einem Verguss 13 bedeckt sein, der die Ausnehmung vollständig ausfüllen kann. Der Verguss 13 kann klar sein. Der Verguss 13 kann Phosphor-Partikel
aufweisen.
Figur 6 zeigt eine schematische Seitenansicht eines
lichtemittierenden Bauelements am Beispiel einer Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform. Die Figur 6 unterscheidet sich im Vergleich zu Figur 5 dadurch, dass die Konversionsschicht 5 in der Figur 6 als Folie ausgeformt ist. Das
Konversionselement 5 ist insbesondere als vorgefertigte Folie ausgeformt. Vorgefertigt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Folie nicht direkt auf das Halbleiterelement abgeschieden wird, sondern z.B. in einem Pick-and-Place- Prozess als vorgefertigte Folie auf das Halbleiterelement 6 aufgebracht wird. Mit anderen Worten wird das als Folie ausgeformte Konversionselement 5 räumlich beabstandet zum Halbleiterelement 6 hergestellt. Die Folie kann eine
Schichtdicke von < 200 ym, beispielsweise 30 bis 100 ym, aufweisen . Das Konversionselement kann neben der Konversionsschicht 5 eine transparente Trägerfolie 5a aufweisen oder daraus bestehen. Das Konversionselement kann mittels einer
Verbindungsschicht 12 auf dem Halbleiterelement 6 befestigt werden. Die Verbindungsschicht 12 kann eine Kleberschicht sein (Figuren 6a und 6b) . In Figur 6a ist die
Verbindungsschicht 12 in direktem Kontakt mit der
transparenten Trägerfolie 5a und die transparente Trägerfolie 5a ist in direktem Kontakt mit der Konversionsschicht 5 angeordnet. In Figur 6b ist die Verbindungsschicht 12 in direktem Kontakt mit der Konversionsschicht 5 und die
Konversionsschicht 5 ist in direktem Kontakt mit der
transparenten Trägerfolie 5a angeordnet. Nach der Befestigung des Konversionselements auf dem Halbleiterelement 6 kann die transparente Trägerfolie 5a wieder entfernt werden (Figur 6b) .
Die Figur 7 zeigt eine schematische Seitenansicht eines lichtemittierenden Bauelements am Beispiel als Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform. Die Figur 7 unterscheidet sich von der Figur 6 dadurch, dass die Konversionsschicht 5 als
Folie ausgeformt ist und von dem Halbleiterelement 6 räumlich beabstandet ist. Insbesondere weist die Konversionsschicht 5 einen Abstand von 0,1 0m bis 5 cm, bevorzugt 0,5 mm bis 5 mm vom Halbleiterelement 6 auf.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht auf die
beschriebenen Ausführungsbeispiele 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 .
Er wird die Priorität der deutschen Patentanmeldung
102014100837.5 beansprucht, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Lichtemittierendes Bauelement umfassend ein
Konversionselement,
- wobei das Konversionselement eine lichtemittierende Oberfläche aufweist, die mit einer Konversionsschicht (5) versehen ist,
- wobei die Konversionsschicht (5) ein Matrixmaterial (11) und ein Konvertermaterial (10) enthält,
- wobei sowohl das Matrixmaterial (11) als auch das
Konvertermaterial (10) im Hochvakuum verdampfbare Materialien sind,
- wobei das Matrixmaterial (11) und das Konvertermaterial (10) durch Verdampfen aus einem Hochvakuum auf die
lichtemittierende Oberfläche aufgebracht sind,
- wobei das Matrixmaterial (11) die Strukturformel
Figure imgf000029_0001
aufweist,
- wobei R1, R2, R3, R4 und X unabhängig voneinander gewählt sein können und aus der Gruppe, die F, Cl und H umfasst, ausgewählt sind und
- wobei n > 2 gilt.
2. Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 1, wobei das Konvertermaterial einen organischen Lumineszenzfarbstoff umfasst oder aus diesem besteht.
3. Lichtemittierendes Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Konversionsschicht (5) auf einer Elektrodenschicht (1, 4) oder einem
Halbleiterelement des lichtemittierenden Bauelements
angeordnet ist, wobei das Konvertermaterial (10) derart in dem Matrixmaterial (11) eingebettet ist, so dass die Mehrheit der einzelnen Moleküle des Konvertermaterials (10) einen gegenseitigen Abstand von größer 3 nm und kleiner 150 nm bezogen auf die längste Moleküllängsachse der
Konvertermaterialmoleküle hat.
4. Lichtemittierendes Bauelement nach Anspruch 2, wobei das Matrixmaterial das eingebettete Konvertermaterial vor
Umwelteinflüssen schützt.
5. Lichtemittierendes Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das Konvertermaterial (10) aus folgender Gruppe und deren Kombinationen ausgewählt ist: Perylen und dessen Derivate, Diindenoperylen und dessen
Derivate, Benzopyren und dessen Derivate, Coumarin und dessen Derivate, Rhodamin und dessen Derivate, Azoverbindungen, Terrylen und dessen Derivate, Quaterrylen und dessen
Derivate, Naphthalimid und dessen Derivate, Cyanin oder
Cyanine, Phthalocyanin und dessen Derivate, Fluorescein und dessen Derivate, Fluoren und dessen Derivate, Pyren und dessen Derivate, Pyranin und dessen Derivate, Styryle,
Xanthen und dessen Derivate, Oxazin und dessen Derivate, Anthracen und dessen Derivate, Naphthacen und dessen
Derivate, Anthrachinon und dessen Derivate und Thiazin und dessen Derivate.
6. Lichtemittierendes Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
- wobei R1, R2, R3, R4 und X jeweils H ist oder
- wobei R1 Cl ist und R2, R3, R4 und X jeweils H ist oder - wobei R1 und R3 jeweils Cl und R2 und R4 und X jeweils H ist oder
- wobei R1, R2, R3, R4 jeweils H und X F ist.
7. Lichtemittierendes Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
das als eine organische Leuchtdiode oder Leuchtdiode
ausgebildet ist.
8. Lichtemittierendes Bauelement nach einem der
vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Matrixmaterial (11) und das Konvertermaterial (10) so gewählt sind, dass sie in derselben Anlage zusammen mit Strahlungserzeugenden Schichten aufgedampft werden können.
9. Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden
Bauelementes mit den Verfahrensschritten:
A) Bereitstellen einer für Strahlungsemission vorgesehenen Oberfläche,
B) Aufdampfen einer Konversionsschicht (5) aus einem
Hochvakuum auf die für Strahlungsemission vorgesehene
Oberfläche, wobei die Konversionsschicht ein
Matrixmaterial (11) und ein Konvertermaterial (10) umfasst, welche gleichzeitig auf die für die
Strahlungsemission vorgesehenen Oberfläche aufgebracht werden, wobei das Matrixmaterial (11) die Strukturformel
Figure imgf000032_0001
aufweist,
wobei R1, R2, R3, R4 und X unabhängig voneinander gewählt sein können und aus der Gruppe, die F, Cl und H umfasst, ausgewählt sind und wobei n > 2 gilt.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
- wobei das Matrixmaterial (11) im Verfahrensschitt B) aus einem ersten Precursor erzeugt wird, wobei der erste Precursor [ 2 , 2 ] -Paracyclophan oder ein Derivat davon ist .
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
- wobei das Konvertermaterial (10) bei dem
Verfahrensschritt B) sich chemisch nicht verändert.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
bei dem das Aufdampfen in derselben Anlage erfolgt, mit der auch Strahlungserzeugende Schichten des Bauelementes
aufgedampft werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
bei dem die Konversionsschicht (5) auf eine Elektrodenschi aus einem für emittierte Strahlung transparenten Material aufgebracht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem eine organische Leuchtdiode oder Leuchtdiode
hergestellt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem ein lichtemittierendes Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt wird.
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