DE102008030816A1

DE102008030816A1 - Bauteil mit mindestens einem organischen Material und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102008030816A1
Application number: DE102008030816A
Authority: DE
Inventors: Marc Dr. Philippens; Karsten Dr. Heuser; Tilman Dr. Schlenker
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Pictiva Displays International Ltd
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2009-12-31
Anticipated expiration: 2028-07-01
Also published as: DE102008030816B4

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform des Bauteils (10) umfasst dieses zumindest ein erstes (1) und ein zweites Substrat (2), wobei auf dem mindestens einen ersten Substrat (1) mindestens ein optoelektronisches Bauelement (3) angeordnet ist, das zumindest ein organisches Material enthält. Das erste (1) und das zweite Substrat (2) sind relativ zueinander derart angeordnet, dass das Bauelement (3) zwischen dem ersten Substrat (1) und dem zweiten Substrat (2) angeordnet ist. Weiterhin umfasst das Bauteil (10) ein Verbindungsmittel (45) mit mindestens einem Isolatorbereich (4), der ein Glas enthält, und mindestens einen Leiterbereich (5). Das Verbindungsmittel (45) ist in mindestens einer Bahn zwischen dem ersten (1) und dem zweiten Substrat (2) angeordnet, wobei die Bahn des Verbindungsmittels (45) das Bauelement (3) rahmenförmig umschließt und erstes (1) und zweites Substrat (2) über den Isolatorbereich (4) mechanisch und über den Leiterbereich (5) elektrisch und/oder mechanisch miteinander verbunden sind.

Description

Es wird ein Bauteil mit mindestens einem organischen Material sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung angegeben.
Die Druckschrift US 6,936,963 B2 beschreibt ein organisches strahlungsemittierendes Bauteil, das mittels eines Glaslots hermetisch versiegelt ist.
Die Druckschrift US 6,998,776 B2 beschreibt ein organisches strahlungsemittierendes Bauteil, das mittels einer aufgeschmolzenen Glasfritte hermetisch versiegelt ist.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Bauteil mit mindestens einem organischen Material anzugeben, das eine gute Verkapselung aufweist und gut elektrisch zu kontaktieren ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur effizienten Herstellung eines solchen Bauteils anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils umfasst dieses ein erstes Substrat und ein zweites Substrat. Als Materialien für die Substrate können Metalle, Metalllegierungen, Kunststoffe, Halbleitermaterialien, Keramiken oder Gläser dienen. Das Substrat kann mechanisch starr oder mechanisch flexibel ausgestaltet sein. Bevorzugt weist zumindest das erste Substrat eine glatte Oberfläche auf. Glatt bedeutet hierbei, dass die Oberfläche dazu geeignet ist, darauf dünne Schichten, die zum Beispiel bei organischen Leuchtdioden, kurz OLEDs, erforderlich sind, aufzubringen. Die Dicke des ersten und des zweiten Substrats liegt jeweils bevorzugt im Bereich zwischen 0,2 mm und 3 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,5 mm und 1,5 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils ist auf dem ersten Substrat mindestens ein strahlungsemittierendes oder empfangendes Bauelement angeordnet, das mindestens ein organisches Material enthält. Das Bauelement kann beispielsweise als organische Leuchtdiode, kurz OLED, als Detektordiode oder als Solarzelle ausgestaltet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils sind erstes und zweites Substrat relativ zueinander derart angeordnet, dass das Bauelement mit dem mindestens einen organischen Material zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet ist. Bevorzugt sind erstes und zweites Substrat als flächige Plättchen oder Platten mit jeweils einander gegenüberliegenden Hauptseiten ausgestaltet. Erstes und zweites Substrat sind bevorzugt derart angeordnet beziehungsweise ausgestaltet, dass die einander zugewandten Hauptseiten parallel zueinander ausgerichtet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils weist dieses ein Verbindungsmittel auf, das zwischen erstem und zweitem Substrat angeordnet ist. Über das Verbindungsmittel sind erstes und zweites Substrat mechanisch miteinander verbunden. Bevorzugt ist das Verbindungsmittel in einer Bahn angeordnet, die das organische Material enthaltende Bauelement rahmenförmig umschließt. Die Breite der Bahn liegt bevorzugt im Bereich zwischen 0,3 mm und 3 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm und 1 mm. Die rahmenförmige Bahn kann ähnlich einem Rechteck geformt sein. Abhängig von den konkreten Anforderungen sind aber auch anders geformte Bahnen möglich, zum Beispiel mit L-förmigem Umriss oder mit rundem oder ovalem Verlauf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils weist das Verbindungsmittel mindestens einen Isolatorbereich, der ein Glas enthält, und mindestens einen Leiterbereich auf. Der Leiterbereich kann mit einem elektrisch leitfähigen Material, zum Beispiel mit einem metallischen Lot, gestaltet sein. Der Isolatorbereich des Verbindungsmittels kann insbesondere als Glaslot oder in Form von Glasfritten ausgestaltet sein. Der Isolatorbereich kann auch Beimengungen enthalten. Die Beimengung ist beispielsweise ein Bindemittel oder kann den Schmelzpunkt des Materials des Isolatorbereichs herabsetzen. Auch ist über die Beimengung eine Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Isolatorbereichs an die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von erstem und zweitem Substrat möglich. Ebenso kann die Beimengung als Abstandselement fungieren, über die ein gewünschter Abstand zwischen erstem und zweitem Substrat eingestellt wird, so dass das Bauelement mit dem organischen Material einen ausreichenden Abstand zum zweiten Substrat aufweist. Außerdem kann der Isolatorbereich Stoffe oder Stoffgemische beinhalten, wie beispielsweise Metalle oder Oxide, die in elementarer Form, ionischer Form oder auch als Partikel vorliegen können, die ein Aufschmelzen oder Aushärten des Verbindungsmittels etwa über elektromagnetische Strahlung aus dem ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich ermöglichen. Entsprechende Beimengung kann auch das Material des Leiterbereichs aufweisen. Es ist nicht notwendig, dass alle Isolator- und/oder Leiterbereiche aus demselben Material bestehen oder dieselbe Beimengung aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils umfasst mindestens eine der Komponenten erstes Substrat, zweites Substrat oder Verbindungsmittel mindestens eine Beimengung. Die Beimengung kann zum Beispiel als ein Reflexions-, Konversions-, Filter-, Absorptions- oder Streumittel ausgestaltet sein.
In mindestens einer Ausführungsform des Bauteils umfasst dieses zumindest ein erstes Substrat und ein zweites Substrat, wobei auf dem mindestens einen ersten Substrat mindestens ein optoelektronisches Bauelement angeordnet ist, das zumindest ein organisches Material enthält. Das erste Substrat und das zweite Substrat sind relativ zueinander derart angeordnet, dass das Bauelement zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat angeordnet ist. Weiterhin umfasst das Bauteil ein Verbindungsmittel mit mindestens einem Isolatorbereich, der ein Glas enthält, und mindestens einen Leiterbereich. Das Verbindungsmittel ist in mindestens einer Bahn zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat angeordnet, wobei die Bahn des Verbindungsmittels das Bauelement rahmenförmig umschließt und erstes und zweites Substrat über den Isolatorbereich mechanisch und über den Leiterbereich elektrisch und/oder mechanisch miteinander verbunden sind.
Eine derartige Anordnung schützt das Bauelement mit dem mindestens einen organischen Material gut gegenüber äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit und Sauerstoff und gewährleistet hierdurch eine erhöhte Lebensdauer des Bauteils. Über die Leiterbereiche des Verbindungsmittels ist eine effiziente elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils ist auf dem zweiten Substrat eine Vielzahl von ersten Substraten angeordnet. Die ersten Substrate umfassen bevorzugt jeweils mindestens ein optoelektronisches Bauelement mit mindestens einem organischen Material. Die unterschiedlichen, auf dem zweiten Substrat angeordneten ersten Substrate können auch verschiedene optoelektronische Bauelemente aufweisen. So können lichtemittierende mit lichtempfangenden, beispielsweise als Detektor ausgestalteten Bauelementen kombiniert werden.
Die ersten Substrate können matrixartig, in Form von Spalten und Reihen, auf dem zweiten Substrat platziert sein und eine Art Display ausbilden. Ebenso ist es unter anderem möglich, dass piktogrammartige Anordnungen von ersten Substraten auf einem zweiten Substrat Verwendung finden, so dass durch Bauelemente auf den ersten Substraten Muster, Zeichen oder Schriftzüge gebildet sind. Von den ersten Substraten können beispielsweise verschiedenfarbig abstrahlende Bereiche einer Anzeigeeinrichtung gebildet sein. Durch die Verwendung einer Vielzahl von ersten Substraten auf einem zweiten Substrat erhöhen sich die Ausgestaltungsmöglichkeiten des Bauteils und es kann auf effiziente Weise ein komplexes Bauteil auf einem einzigen Substrat realisiert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils sind auf mindestens einem ersten Substrat mindestens zwei elektrische Leitungen zur Kontaktierung des mindestens einen optoelektronischen Bauelements angebracht. Die Leitungen können sich in direktem Kontakt zum ersten Substrat befinden, oder auch stellenweise oder komplett über beispielsweise mindestens eine elektrisch isolierende Schicht von diesem separiert sein. Die elektrischen Leitungen können strukturiert sein, um die elektrische Beschaltung eines optoelektronischen Bauelements zu ermöglichen. Über solche elektrische Leitungen ist ein effizientes Kontaktieren des optoelektronischen Bauelements gewährleistet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils weist das zweite Substrat mindestens zwei elektrische Leiterbahnen auf. Die Leiterbahnen können so strukturiert sein, dass eine Vielzahl von ersten Substraten auf dem zweiten Substrat elektrisch kontaktierbar ist. Die Leiterbahnen können sich in direktem Kontakt zum zweiten Substrat befinden, oder auch stellenweise oder komplett über beispielsweise mindestens eine elektrisch isolierende Schicht von diesem separiert sein. Insbesondere durch die Kombination von elektrischen Leitungen auf dem ersten Substrat und elektrischen Leiterbahnen auf dem zweiten Substrat können auch komplexe elektrische Schaltungen mit einer Vielzahl an Komponenten in das Bauteil integriert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils sind elektrische Leitungen und Leiterbahnen mit einem Metall, einer Metalllegierung oder einem transparenten, leitfähigen Oxid, kurz TCO, gestaltet. Mögliche Materialien sind insbesondere Aluminium, Chrom, Molybdän, Kupfer und/oder Indiumzinnoxid. Leitungen und Leiterbahnen können aus einem einzigen Material bestehen, oder auch aus mehreren Schichten, die unterschiedliche Materialien aufweisen können. Es ist möglich, Leitungen und Leiterbahnen aufzudampfen oder aufzusputtern. Über die Verwendung metallischer Leitungen und/oder Leiterbahnen lassen sich diese effizient aufbringen. Metalle weisen zudem eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils ist mindestens eine Leitung auf einem ersten Substrat mit mindestens einer Leiterbahn auf dem zweiten Substrat über mindestens einen Leiterbereich des Verbindungsmittels elektrisch verbunden. Über den Leiterbereich des Verbindungsmittels lassen sich also erstes Substrat und zweites Substrat elektrisch miteinander verbinden. Bevorzugt steht der mindestens eine, elektrisch leitfähige Leiterbereich in direktem physischen Kontakt zu mindestens einer elektrischen Leitung und zu mindestens einer Leiterbahn. Über elektrische Verbindungen von Leitungen und Leiterbahnen erhöhen sich die Ausgestaltungsmöglichkeiten des Bauteils und eine kompakte elektrische Beschaltung des Bauelements ist ebenfalls möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils ist das Material des mindestens einen Leiterbereichs benetzend. Das heißt, bei einem Aufschmelzen oder Aufweichen des Leiterbereichs benetzt dessen Material eine Fläche, zu der der Leiterbereich in Kontakt steht. Insbesondere kann das Material des Leiterbereichs benetzend bezüglich der elektrischen Leitungen und der Leiterbahnen sein, ebenso auch zu einem Isolatorbereich des Verbindungsmittels oder zu einem Substrat. Durch einen derartigen Leiterbereich ist eine elektrische Kontaktierung des mindestens einen optoelektronischen Bauelements vereinfacht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils sind Leitungen und Leiterbahnen so angeordnet, dass sich diese in Bereichen, in denen Leitungen und Leiterbahnen über einen Leiterbereich verbunden sind, mindestens stellenweise gegenüber liegen. In einer Richtung senkrecht zum zweiten Substrat und von diesem aus gesehen, ergibt sich also eine Abfolge von Leiterbahn, Leiterbereich elektrischer Leitung und erstem Substrat. Über solche Leiterbahnen und Leitungen ist eine effiziente elektrische Kontaktierung möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils weist das zweite Substrat elektrische Anschlussbereiche auf. Über diese Anschlussbereiche kann das optoelektronische Bauelement mit einem externen Gerät elektrisch kontaktiert werden. Die Anschlussbereiche können beispielsweise flächig ausgestaltet sein. Eine Verbindung zwischen Bauteil und einem externen Gerät kann zum Beispiel über Kleben, über Klemmen oder über Löten erfolgen. Die elektrische Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements erfolgt also beispielsweise über eine elektrische Kontaktierung über einen Anschlussbereich, eine Leiterbahn auf dem zweiten Substrat, einem Leiterbereich des Verbindungsmittels und eine elektrische Leitung auf dem ersten Substrat. Über solche Anschlussbereiche ist das Bauteil und somit das mindestens eine optoelektronische Bauelement effizient und flexibel an einem externen Gerät anschließbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils sind mindestens zwei Leitungen auf einem ersten Substrat so angeordnet, dass über mindestens zwei Leiterbereiche des Verbindungsmittels in Richtung senkrecht zum ersten Substrat eine elektrische Verbindung zu mindestens zwei Leiterbahnen auf dem zweiten Substrat erfolgt. Bevorzugt sind mehr als zwei Drittel, insbesondere alle Leitungen über derart gestaltete Leiterbereiche mit Leiterbahnen auf dem zweiten Substrat elektrisch verbunden. Über eine solche Anordnung der Leitungen ist ein Platz sparendes elektrisches Kontaktieren der Bauelemente möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils ist der Isolatorbereich des Verbindungsmittels mit einem Glaslot oder mit Glasfritten, und der Leiterbereich mit einem metallischen, insbesondere einem silberhaltigen oder einem Silberlot gestaltet. Solche Lote beziehungsweise Fritten sind kostengünstige und gegenüber Diffusion beständige Materialien, die eine gute Verarbeitbarkeit aufweisen. Die Kombination von Isolatorbereichen und Leiterbereichen des Verbindungsmittels erlaubt es, die elektrischen Eigenschaften des Verbindungsmittels gezielt einzustellen. Insbesondere können über die Isolatorbereiche Kurzsschlüsse zwischen Leitungen und Leiterbahnen verhindert werden. Hierdurch ist es möglich, das Verbindungsmittel über ein Verkapseln des Elements hinaus zur elektrischen Schaltungsgestaltung zu benützen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauteils ist das optoelektronische Bauelement als organische Leuchtdiode gestaltet. Ebenso ist es möglich, dass das optoelektronische Bauelement als organische Solarzelle konzipiert ist. Auf organischen Materialien beruhende Leuchtdioden oder Solarzellen können insbesondere großflächig und somit, bezogen auf die Fläche des Bauelements, kosteneffizient hergestellt werden. Großflächig bedeutet, dass das Bauelement eine Größe von mehr als zehn Quadratzentimetern, bevorzugt von mehr als 100 Quadratzentimetern aufweisen kann. Über die Gestaltung des Bauelements als Leuchtdiode oder Solarzelle können großflächig, und somit über eine gute Flächenausnutzung sehr effiziente Bauteile realisiert werden.
Es wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einem optoelektronischen Bauelement mit mindestens einem organischen Material angegeben.
Beispielsweise kann mittels des Verfahrens ein Bauteil hergestellt werden, wie es in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben ist.
Das Verfahren weist gemäß zumindest einer Ausführungsform die folgenden Verfahrensschritte auf:

– Aufbringen zumindest eines Bauelements auf mindestens einem ersten Substrat,
– Aufbringen zumindest einer Bahn des Verbindungsmittels auf dem zweiten Substrat,
– Positionieren von erstem und zweitem Substrat relativ zueinander, und
– zumindest stellenweises Aufschmelzen oder Aushärten des Verbindungsmittels über elektromagnetische Strahlung.

Die Reihenfolge der Verfahrensschritte ist bevorzugt wie angegeben auszuführen. Einzelne Verfahrensschritte können jedoch auch, abhängig von den konkreten Anforderungen beziehungsweise Prozessbedingungen, in abweichender Reihenfolge durchgeführt werden.
Das Aufbringen des Bauelements auf dem ersten Substrat kann dadurch erfolgen, dass das Bauelement separat gefertigt und anschließend auf dem Substrat platziert wird. Es ist ebenso möglich, dass das Bauelement auf dem ersten Substrat gefertigt wird, das heißt, es werden beispielsweise in aufeinander folgenden Verfahrensschritten alle notwendigen Schichten auf dem ersten Substrat aufgebracht, um das Bauelement etwa als organische Leuchtdiode oder Solarzelle zu gestalten.
Der Verfahrensschritt des Aufbringens des Verbindungsmittels kann dadurch erfolgen, dass pastenartige Glaslote oder Glasfritten für mindestens einen Isolatorbereich und/oder metallische Lote für mindestens einen Leiterbereich auf dem zweiten oder auch dem ersten Substrat aufgebracht werden. Beim Aufbringen ist insbesondere darauf zu achten, dass ein durchgängiger Rahmen ohne Lücken entsteht, um zu gewährleisten, dass sich das später im Inneren des bahnartig aufgebrachten Verbindungsmittels und zwischen den beiden Substraten befindliche Bauelement mit dem organischen Material gut abgedichtet wird. Bevorzugt wird das Verbindungsmittel vor dem Positionieren der Substrate auf dem zweiten Substrat aufgebracht, beispielsweise über Sintern, so dass zwischen Verbindungsmittel und zweitem Substrat bereits eine mechanisch stabile Verbindung resultiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Aufschmelzen oder Aushärten des Verbindungsmittels über Laserstrahlung durchgeführt. Laserstrahlung, insbesondere im nahinfraroten Spektralbereich, kann mit hohen Lichtleistungen effizient erzeugt werden. Die Strahlqualität von Laserstrahlung ist zudem sehr hoch, so dass die Strahlung gut in Punkt- oder Linienform fokussierbar ist. Über die Verwendung von Lasern kann das Verbindungsmittel effizient aufgeschmolzen oder ausgehärtet werden.
Der Verfahrensschritt des Verbindens von erstem und zweitem Substrat wird bevorzugt über ein Aufweichen und/oder Aushärten mindestens eines Bereichs des Verbindungsmittels vollzogen. Das Verbindungsmittel kann etwa über Absorption von Infrarot- oder UV-Strahlung aufgeheizt werden. Hierbei enthält das Verbindungsmittel beispielsweise Zusatzstoffe, die die entsprechende elektromagnetische Strahlung absorbieren. Das Verbindungsmittel kann auch Beimengungen enthalten, die etwa über Absorption von UV-Strahlung ein Aushärten des Verbindungsmittels ermöglichen. Bevorzugt wird das Aufweichen des Verbindungsmittels über eine Strahlung vollzogen, die von erstem und zweitem Substrat nicht oder nicht wesentlich absorbiert wird. „Nicht wesentlich” bedeutet hierbei, dass die Absorption durch das beziehungsweise die Substrate weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 5% beträgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens können sowohl mindestens ein Isolatorbereich als auch mindestens ein Leiterbereich des Verbindungsmittels über elektromagnetische Strahlung derselben Wellenlänge ausgehärtet oder aufgeschmolzen werden. Bevorzugt sind alle Bereiche des Verbindungsmittels über Strahlung einer Wellenlänge aushärtbar oder aufschmelzbar. Dies bedeutet, dass sowohl Leiterbereich als auch Isolatorbereich beispielsweise in einem Spektralbereich beziehungsweise bei einer Wellenlänge eine starke Absorption aufzeigen und daher elektromagnetische Strahlung dieser Wellenlänge vom Leiterbereich und vom Isolatorbereich absorbiert wird. Über diese Absorption kann ein Aufheizen und somit Aufschmelzen oder auch ein Aushärten erfolgen.
Alternativ ist es auch möglich, dass beispielsweise die Isolatorbereiche stark Strahlung absorbieren und über Wärmetransport dann das Verbindungsmittel in den Leiterbereichen auf- beziehungsweise angeschmolzen oder ausgehärtet wird. In letzterem Fall ist der Schmelzpunkt des Materials der Leiterbereiche bevorzugt niedriger als der Schmelz- oder Weichpunkt des Materials der Isolatorbereiche. Im Falle der Verwendung eines Glaslots oder von Glasfritten für die Isolatorbereiche und eines metallischen Verbindungsmittels ist dies gut realisierbar. Da Metalle in der Regel eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, kann es ausreichend sein, falls ein Leiterbereich nur lokal Strahlung absorbiert und über Wärmeleitung der Leiterbereich vollständig oder auch nur an dessen Oberfläche erhitzt wird. Über das Aufschmelzen beziehungsweise Aushärten von Isolatorbereichen und Leiterbereichen über elektromagnetische Strahlung derselben Wellenlänge vereinfacht sich der Verkapselungsprozess des Bauelements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens geschieht das Aufschmelzen oder Aushärten der Bahn des Verbindungsmittels durch Abfahren mit einer Strahlungsquelle. „Abfahren” bedeutet hierbei, dass das Bauteil mit dem Verbindungsmittel relativ gegenüber einer Strahlungsquelle verfahren wird. Es kann also das Bauteil gegenüber der Strahlungsquelle verfahren werden, oder auch umgekehrt. Über ein solches Abfahren können präzise auch komplexere ausgestaltete Bahnen des Verbindungsmittels aufgeschmolzen oder ausgehärtet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die elektrische Kontaktierung zwischen optoelektronischem Bauelement auf dem ersten Substrat und den Anschlussbereichen auf dem zweiten Substrat durch Aufschmelzen oder Aushärten mindestens eines Leiterbereichs. Das heißt, dass das erste Substrat mit dem optoelektronischen Bauelement sowie mit den Leitungen separat vom zweiten Substrat mit dem Verbindungsmittel, den Leiterbahnen und den Anschlussbereichen gefertigt wird. Anschließend werden erstes und zweites Substrat relativ zueinander positioniert. Daraufhin wird die Bahn des Verbindungsmittels beispielsweise mit einem Laser abgefahren, wodurch sowohl Leiterbereiche als auch Isolatorbereiche des Verbindungsmittels aufschmelzen und hierdurch einerseits die mechanische Verbindung zwischen erstem und zweitem Substrat erfolgt und andererseits gleichzeitig die elektrischen Kontaktierungen zwischen Leiterbahnen und Leitungen, und somit erstes und zweites Substrat elektrisch miteinander verbunden werden. Bevorzugt benetzen die Materialien von Isolator- und Leiterbereichen zu kontaktierende Oberflächen beim Aufschmelzen. Durch die elektrische Kontaktierung über das Aufschmelzen beziehungsweise Aushärten des Verbindungsmittels entfallen Arbeitsschritte für ein separates elektrisches Kontaktieren des optoelektronischen Bauelements.
Im Folgenden wird das hier beschriebene Bauteil mit mindestens einem organischen Material anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
1 schematische Draufsichten eines zweiten Substrats (A) sowie eines ersten Substrats (B), und eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Bauteils (C),
2 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines zweiten Substrats mit mehreren Anschlussbereichen (B) sowie eine schematische Draufsicht eines ersten Substrats (A), und
3 eine schematische Illustration eines Herstellungsverfahrens für ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Bauteils.
In 1C ist ein Ausführungsbeispiel eines Bauteils 10 dargestellt. Das Bauteil 10 besteht im Wesentlichen aus einem ersten Substrat 1 aus Glas mit einem optoelektronischen Bauelement 3, detaillierter gezeigt in 1A, und einem separat hergestellten zweiten Substrat 2 aus Glas, detaillierter dargestellt in 1B, die über ein Verbindungsmittel 45 miteinander verbunden sind.
Auf einer Montageseite 21 des zweiten Substrats 2, siehe 1A, sind flächige elektrische Anschlussbereiche 8, elektrische Leiterbahnen 7 sowie das Verbindungsmittel 45 aufgebracht. Anschlussbereiche 8 und die Leiterbahnen 7 sind metallisch oder mit einem TCO ausgeführt. Das Verbindungsmittel 45 weist eine rahmenartige Form auf. Ein Isolatorbereich 4, der mit einem Glaslot gestaltet ist, ist von zwei Leiterbereichen 5 unterbrochen. Leiterbereiche 5 und Isolatorbereiche 4 sind gasdicht miteinander verbunden, so dass das Bauelement 3, das sich zwischen den beiden Substraten 1, 2 befindet, dicht verkapselt wird. Die Leiterbereiche 5 sind elektrisch mit den Leiterbahnen 7 verbunden.
Auf dem ersten Substrat 1, gezeigt in 1B, sind elektrische Leitungen 6 zur Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements 3 aufgebracht. Die elektrischen Leitungen 6 sind metallisch ausgeführt. Sowohl erstes Substrat 1 als auch zweites Substrat 2 sind aus flachen Fensterglasplättchen geformt. Das erste Substrat 1 weist eine geringere Grundfläche als das zweite Substrat 2 auf. Die Größe des ersten Substrats 1 entspricht im Wesentlichen der vom Verbindungsmittel 45 rahmenartig umschlossenen Fläche auf dem zweiten Substrat 2.
Beim Zusammenfügen von erstem Substrat 1 mit dem zweiten Substrat 2, bei dem die Montageseiten 11, 21 einander zugewandt sind, wird die elektrische Verbindung von Bauelement 3 über Leitungen 6 und über Leiterbereiche 5 hin zu den Leiterbahnen 7 und somit zu den Anschlussstellen 8 geschlossen. Die Anschlussstellen 8 sind in einer Richtung senkrecht zur Montageseite 21 des zweiten Substrats frei zugänglich, so dass ein Kontaktieren zu einem externen, nicht gezeichneten Gerät über Kleben, über Löten oder über Klemmen leicht möglich ist.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2A sind mehrere rahmenartige Strukturen eines Verbindungsmittels 45a, 45b, 45c auf dem zweiten Substrat 2 angebracht. Die elektrischen Leiterbahnen 7 führen von den zwei Anschlussstellen 8 jeweils zu Leiterbereichen 5 des Verbindungsmittels 45a, 45b, 45c. Die verschiedenen rahmenartigen, vom Verbindungsmittel 45a, 45b, 45c gebildeten Bereiche können gleiche oder auch, wie dargestellt, unterschiedliche Formen aufweisen.
In 2B ist schematisch ein Glassubstrat 1a mit einem als organische Leuchtdiode gestalteten Bauelement 3 und zwei streifenförmigen elektrischen Leitungen 6 dargestellt. Das erste Substrat 1a kann beispielsweise, analog zur Darstellung gemäß 1C, auf dem Verbindungsmittel 45a aufgebracht werden. Die elektrischen Leitungen 6 sind so aufgebracht, dass nach dem Zusammenfügen der Substrate 1a, 2 über die Leiterbereiche 5 des Verbindungsmittels 45a in Richtung senkrecht zum ersten Substrat 1a eine elektrische Verbindung zu den Leiterbahnen 7 auf dem zweiten Substrat 2 realisiert ist. Entsprechendes gilt für nicht gezeichnete erste Substrate, die über die Verbindungsmittel 45b, 45c mit dem zweiten Substrat 2 verbunden werden.
Es ist möglich, auf dem zweiten Substrat 2 verschiedenartige erste Substrate, die sowohl als etwa verschiedenfarbig emittierende Leuchtdioden als auch als Detektoren oder empfangende Module gestaltet sein können, aufzubringen. Über diesen modularen Aufbau können auch gleichartig gestaltete zweite Substrate 2 in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung mit jeweils verschieden ersten Substraten 1a, die sich zum Beispiel im optoelektronischen Bauelement 3 unterscheiden, bestückt werden.
In den 3A bis 3G ist ein Herstellungsverfahren für ein Bauteil 10 illustriert.
In einem Verfahrensschritt, gezeigt in 3A, werden auf der Montageseite 21 des zweiten Substrats 2 die elektrischen Anschlussbereiche 8 sowie die elektrischen Leiterbahnen 7 aufgebracht, zum Beispiel über Aufdampfen oder Sputtern. Anschlussbereiche 8 und Leiterbahnen 7 können, anders als in 3A gezeigt, einstückig gestaltet sein.
In einem anderen Verfahrensschritt, dargestellt in 3B als Seitenansicht und in 3C als Draufsicht, wird auf der Montageseite 21 das Verbindungsmittel 45 aufgebracht. Das Verbindungsmittel weist einen Isolatorbereich 4 auf, der von zwei Leiterbereichen 5 unterbrochen ist. Die Bahn des Verbindungsmittels 45 ist geschlossen, das heißt, Leiterbereiche und Isolatorbereiche schließen dicht aneinander ab. Die Dicke des Verbindungsmittels 45 in einer Richtung senkrecht zur Montageseite 21 beträgt zirka 10 μm. Das Verbindungsmittel 45 wird in Form von Glasfritten samt Bindemittel auf dem zweiten Substrat 2 aufgebracht und mittels Sintern mechanisch mit dem zweiten Substrat 2 fest und gasdicht verbunden. Je nach Prozessführung können die Leiterbereiche 5 gleichzeitig mit dem Isolatorbereich 4 aufgebracht werden, oder auch erst in einem nachfolgenden Prozessschritt.
In einem weiteren Verfahrenschritt, gezeigt in der Seitenansicht gemäß 3B und in der Draufsicht gemäß 3E, werden auf dem ersten Substrat 1 ein optoelektronisches Bauelement 3 sowie elektrische Leitungen 6 aufgebracht. Die Grundfläche des ersten Substrats 1 ist kleiner als die des zweiten Substrats 2.
Im Verfahrensschritt gemäß 3F werden erstes Substrat 1 und zweites Substrat 2 aneinander gefügt. Das Aneinanderfügen beziehungsweise Positionieren kann unter Schutzgasatmosphäre oder auch unter Vakuumbedingungen erfolgen, um eine Kontamination des Bauteils 3 etwa mittels Sauerstoff oder Feuchtigkeit zu verhindern. Beim Positionieren von erstem 1 und zweitem Substrat 2 zueinander kommen die Leiterbereiche 5 in Kontakt mit den Leiterbahnen 7 und den Leitungen 6. Leiterbahnen 7 auf dem zweiten Substrat 2 und Leitungen 6 auf dem ersten Substrat 1 liegen also stellenweise einander gegenüber und stehen in zu verbindenden Bereichen in Kontakt mit einem Leiterbereich 5.
Beim Verfahrensschritt gemäß 3G wird Laserstrahlung L zum Beispiel über einen Spiegel 9 in das Verbindungsmittel 45 fokussiert. Hierdurch wird das Verbindungsmittel 45 lokal aufgeschmolzen. Über einen leichten Anpressdruck vom ersten Substrat 1 zum zweiten Substrat 2 hin erfolgt dann eine mechanisch stabile und hermetisch dichte Verbindung zwischen den beiden Substraten 1, 2. Die Laserstrahlung L fährt die komplette Bahn des Verbindungsmittels 45 ab. Die Laserstrahlung L kann punkt- oder linienförmig fokussiert sein.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibungen anhand der 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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6936963 B2 [0002]
- US 6998776 B2 [0003]

Claims

Bauteil (10), das zumindest ein erstes Substrat (1) und ein zweites Substrat (2) aufweist, bei dem – auf dem ersten Substrat (1) mindestens ein optoelektronisches Bauelement (3) angeordnet ist, das mindestens ein organisches Material enthält, – das erste Substrat (1) und das zweite Substrat (2) relativ zueinander derart angeordnet sind, dass das Bauelement (3) zwischen dem ersten Substrat (1) und dem zweiten Substrat (2) angeordnet ist, – ein Verbindungsmittel (45) mindestens einen Isolatorbereich (4), der ein Glas enthält, und mindestens einen Leiterbereich (5) aufweist, und – mindestens eine Bahn des Verbindungsmittels (4, 5) zwischen dem ersten Substrat (1) und dem zweiten Substrat (2) angeordnet ist, die Bahn des Verbindungsmittels (45) das Bauelement (3) rahmenförmig umschließt und erstes (1) und zweites Substrat (2) über den Isolatorbereich (4) mechanisch und über den Leiterbereich (5) elektrisch miteinander verbunden sind.
Bauteil (10) nach Anspruch 1, bei dem eine Vielzahl von ersten Substraten (1) auf einem zweiten Substrat (2) angeordnet ist.
Bauteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das erste Substrat (1) mindestens zwei elektrische Leitungen (6) zur Kontaktierung des Bauelements (3) aufweist.
Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das zweite Substrat (2) mindestens zwei elektrische Leiterbahnen (7) aufweist.
Bauteil (10) nach Anspruch 3 und 4, bei dem mindestens eine Leitung (6) mit mindestens einer Leiterbahn (7) über mindestens einen Leiterbereich (5) elektrisch verbunden ist.
Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das zweite Substrat (2) elektrische Anschlussbereiche (8) aufweist, über die das optoelektronische Bauelement (3) mit einem externen Gerät kontaktierbar ist.
Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Isolatorbereich (4) des Verbindungsmittels (45) mit einem Glaslot oder mit Glasfritten, und der Leiterbereich (5) mit einem metallischen Lot gestaltet ist.
Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das optoelektronische Bauelement (3) als organische Leuchtdiode gestaltet ist.
Bauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das optoelektronische Bauelement (3) als Solarzelle gestaltet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten: – Aufbringen zumindest eines Bauelements (3) auf mindestens einem ersten Substrat (1), – Aufbringen zumindest einer Bahn des Verbindungsmittels (45) auf dem zweiten Substrat (2), – Positionieren von erstem (1) und zweitem Substrat (2) relativ zueinander, und – zumindest stellenweises Aufschmelzen oder Aushärten des Verbindungsmittels (45) über elektromagnetische Strahlung.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Aufschmelzen oder Aushärten des Verbindungsmittels (45) über Laserstrahlung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei sowohl mindestens ein Isolatorbereich (4) des Verbindungsmittels (45) als auch mindestens ein Leiterbereich (5) über elektromagnetische Strahlung derselben Wellenlänge aufgeschmolzen oder ausgehärtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Aufschmelzen oder Aushärten der Bahn des Verbindungsmittels (45) durch Abfahren mit einer Strahlungsquelle geschieht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die elektrische Kontaktierung zwischen optoelektronischem Bauelement (3) auf dem ersten Substrat (1) und den Anschlussbereichen (8) auf dem zweiten Substrat (2) durch Aufschmelzen oder Aushärten des mindestens einen Leiterbereichs (5) erfolgt.