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Es werden ein optoelektronisches Bauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben.
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Die Druckschrift
US 2007/0194718 beschreibt ein optoelektronisches Bauelement.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, das besonders kompakt ist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement anzugeben, das besonders einfach herstellbar ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst das optoelektronische Bauelement ein lichtdurchlässiges Substrat. Bei dem Substrat handelt es sich um die tragende Komponente des optoelektronischen Bauelements. Das heißt, alle weiteren Komponenten des optoelektronischen Bauelements sind mittelbar oder unmittelbar am Substrat befestigt und werden von diesem mechanisch getragen und gestützt. Das Substrat ist lichtdurchlässig ausgebildet. Dabei kann das Substrat klarsichtig, transparent oder milchig, diffus streuend ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Substrat um eine Kunststoffplatte, eine Keramikplatte oder um eine Glasplatte handeln.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst das optoelektronische Bauelement einen organischen Schichtenstapel, der zur Erzeugung von Licht eingerichtet ist. Der organische Schichtenstapel umfasst wenigstens eine Schicht, die mit einem organischen Material gebildet ist. Im Betrieb des optoelektronischen Bauelements wird im organischen Schichtenstapel sichtbares Licht erzeugt, welches das optoelektronische Bauelement durch das lichtdurchlässige Substrat wenigstens zum Teil verlässt. Bei dem optoelektronischen Bauelement kann es sich insbesondere um eine organische Leuchtdiode (OLED) handeln.
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Das optoelektronische Bauelement umfasst weiter zumindest eine elektronische Komponente. Bei der elektronischen Komponente handelt es sich zum Beispiel um den Teil einer Elektronik des optoelektronischen Bauelements, der zum Betrieb des optoelektronischen Bauelements notwendig ist. Ferner kann die elektronische Komponente Sensoren umfassen, mit denen Betriebszustände des optoelektronischen Bauelements ermittelt werden können. Ferner kann die elektronische Komponente ein Bauteil umfassen, mit dem eine Kommunikation von außerhalb des optoelektronischen Bauelements mit dem optoelektronischen Bauelement möglich ist. Weiter kann die elektronische Komponente ein Bauelement umfassen, mit dem das optoelektronische Bauelement identifiziert werden kann.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst das optoelektronische Bauelement eine Verkapselung. Die Verkapselung bildet zusammen mit dem Substrat die äußere Hülle des optoelektronischen Bauelements aus, welche die zumindest eine elektronische Komponente sowie den organischen Schichtenstapel vor mechanischer Beschädigung und chemischer Beschädigung schützt. Beispielsweise ist die Verkapselung in der Form einer Kappe ausgebildet. Das heißt, durch die Verkapselung ist ein Zwischenraum zwischen dem lichtdurchlässigen Substrat und der Verkapselung begrenzt, in dem die weiteren Komponenten des optoelektronischen Bauelements wie der organische Schichtenstapel und die zumindest eine elektronische Komponente angeordnet sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist der organische Schichtenstapel an einer Oberseite des lichtdurchlässigen Substrats auf dem lichtdurchlässigen Substrat angeordnet. Der organische Schichtenstapel kann dabei beispielsweise mittelbar auf dem Substrat angeordnet sein und es befindet sich zumindest ein Anschlusselement, zum Beispiel eine Elektrode, zwischen dem organischen Schichtenstapel und dem lichtdurchlässigen Substrat.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die Verkapselung mit dem lichtdurchlässigen Substrat und dessen Oberseite verbunden. Beispielsweise ist die Verkapselung stellenweise durch Kleben mit dem lichtdurchlässigen Substrat verbunden. Die Verkapselung ist dabei insbesondere möglichst dicht mit dem lichtdurchlässigen Substrat verbunden, sodass von außerhalb der Verkapselung kaum Feuchtigkeit oder atmosphärische Gase in den Zwischenraum zwischen Verkapselung und lichtdurchlässigem Substrat eindringen können.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements überspannt die Verkapselung den organischen Schichtenstapel. Das heißt, die Verkapselung weist zumindest stellenweise die Form einer Kuppel oder einer Wanne auf und erstreckt sich über den gesamten organischen Schichtenstapel.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die zumindest eine elektronische Komponente an einer dem organischen Schichtenstapel zugewandten Innenseite der Verkapselung angeordnet. Das heißt, die zumindest eine elektronische Komponente ist zumindest mittelbar an der Verkapselung befestigt. Im Bereich, in dem die Verkapselung den organischen Schichtenstapel überspannt, befindet sich an der dem organischen Schichtenstapel zugewandten Innenseite der Verkapselung die zumindest eine elektronische Komponente.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die zumindest eine elektronische Komponente und der organische Schichtenstapel beabstandet zueinander angeordnet. Das heißt insbesondere, dass sich die zumindest eine elektronische Komponente und der organische Schichtenstapel nicht in direktem Kontakt miteinander befinden, sondern dass ein Zwischenraum zwischen der zumindest einen elektronischen Komponente und dem organischen Schichtenstapel vorhanden ist. Der Zwischenraum kann stellenweise mit einem Material gefüllt sein, das vom organischen Schichtenstapel und der Verkapselung verschieden ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst das Bauelement ein lichtdurchlässiges Substrat, einen organischen Schichtenstapel, der zur Erzeugung von Licht eingerichtet ist, zumindest eine elektronische Komponente und eine Verkapselung. Der organische Schichtenstapel ist dabei an einer Oberseite des lichtdurchlässigen Substrats auf dem lichtdurchlässigen Substrat angeordnet, insbesondere befestigt, die Verkapselung ist mit dem lichtdurchlässigen Substrat an dessen Oberseite verbunden und die Verkapselung überspannt den organischen Schichtenstapel. Dabei ist die zumindest eine elektronische Komponente an einer dem organischen Schichtenstapel zugewandten Innenseite der Verkapselung angeordnet und die zumindest eine elektronische Komponente und der organische Schichtenstapel sind beabstandet zueinander angeordnet.
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Bei einem hier beschriebenen optoelektronischen Bauelement ist eine Elektronik, das heißt zumindest eine elektronische Komponente, die beispielsweise zur Ansteuerung des organischen Schichtenstapels notwendig ist, innerhalb des Gehäuses der Verkapselung angeordnet. Dadurch, dass die zumindest eine elektronische Komponente an einer dem Schichtenstapel zugewandten Innenseite der Verkapselung angeordnet ist, kann das optoelektronische Bauelement insbesondere in lateralen Richtungen, also der Haupterstreckungsrichtung des Substrats, besonders klein ausgebildet werden. Der ohnehin vorhandene Zwischenraum zwischen dem Substrat und der Innenseite der Verkapselung wird zur Aufnahme der zumindest einen elektronischen Komponente genutzt. Eine Lichtemission folgt dann hauptsächlich oder vollständig durch das Substrat hindurch. Ein derartiges optoelektronisches Bauelement kann beispielsweise mit seiner dem lichtdurchlässigen Substrat abgewandten Seite am Bestimmungsort befestigt werden. Abwärme, die von der zumindest einen elektronischen Komponente im Betrieb des optoelektronischen Bauelements erzeugt wird, kann dann besonders effizient durch die Verkapselung hindurch nach außen abgeführt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist zwischen der Oberseite des lichtdurchlässigen Substrats und der Innenseite der Verkapselung ein Zwischenraum vorhanden. Dieser Zwischenraum ist beispielsweise teilweise gefüllt mit Komponenten des optoelektronischen Bauelements wie beispielsweise dem organischen Schichtenstapel und der zumindest einen elektronischen Komponente.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist dieser Zwischenraum zusätzlich mit einem Gettermaterial befüllt, wobei die zumindest eine elektronische Komponente und der organische Schichtenstapel zumindest stellenweise vom Gettermaterial umgeben sind. Bei dem Gettermaterial handelt es sich um ein Material, das Feuchtigkeit und/oder atmosphärische Gase, die beispielsweise von außen in den Zwischenraum eindringen können, bindet. Das Gettermaterial kann den verbleibenden Zwischenraum zwischen der Oberseite des Substrats und der Innenseite der Verkapselung vollständig ausfüllen. Dabei ist es auch möglich, dass das Gettermaterial stellenweise direkt an den organischen Schichtenstapel und/oder die zumindest eine elektronische Komponente grenzt. Das Gettermaterial kann dabei neben seiner chemischen Schutzwirkung auch zur Wärmeleitung von Abwärme, die im Betrieb des Bauelements im organischen Schichtenstapel entsteht, zur Verkapselung hin dienen. Das heißt, aufgrund des Gettermaterials ist es insbesondere auch möglich, dass im organischen Schichtenstapel erzeugte Wärme besonders effizient zur Verkapselung hin abgeführt wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements sind die zumindest eine elektronische Komponente und der organische Schichtenstapel elektrisch leitend miteinander verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, dass eine Verschaltung zwischen dem organischen Schichtenstapel und der zumindest einen elektronischen Komponente innerhalb der Verkapselung erfolgt. Auf diese Weise kann es möglich sein, dass zur Bestromung des optoelektronischen Bauelements lediglich zwei elektrische Anschlusselemente, die von außerhalb des Bauelements zugänglich sind, notwendig sind. Das heißt, eine Verschaltung des organischen Schichtenstapels mit der zumindest einen elektronischen Komponente erfolgt intern.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst das optoelektronische Bauelement zwei elektrische Anschlusselemente, die sich von außerhalb der Verkapselung in den Zwischenraum hinein erstrecken, wobei über die elektrischen Anschlusselemente der organische Schichtenstapel und die zumindest eine elektronische Komponente elektrisch anschließbar sind. Dabei ist es insbesondere möglich, dass genau zwei elektrische Anschlusselemente von außerhalb der Verkapselung in den Zwischenraum geführt sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Verkapselung ist die Verkapselung lichtundurchlässig ausgebildet und umfasst zumindest eines der folgenden Materialien: Metall, Kunststoff, Keramik. Insbesondere die Verwendung von Metall zur Bildung der Verkapselung erweist sich hinsichtlich des Ableitens vom im Betrieb im optoelektronischen Bauelement erzeugter Wärme als besonders vorteilhaft.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst die zumindest eine elektronische Komponente eine Ansteuervorrichtung, die zur Steuerung und/oder Regelung des organischen Schichtenstapels vorgesehen ist. Bei der Ansteuervorrichtung kann es sich beispielsweise um einen Mikrocontroller handeln, der auf diese Weise in die Verkapselung des optoelektronischen Bauelements integriert ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst die zumindest eine elektronische Komponente zumindest eines der folgenden Bauteile: Photodiode, Temperatursensor, Signalempfangsvorrichtung, Signalsendevorrichtung, Transponder.
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Die Photodiode und/oder der Temperatursensor können beispielsweise dazu genutzt werden, einen Betriebszustand des optoelektronischen Bauelements zu erfassen. Auf diese Weise kann im Betrieb des optoelektronischen Bauelements kontrolliert werden, ob ausreichend Licht erzeugt wird und ob eine Überhitzung des optoelektronischen Bauelements vorliegt. Insbesondere in Verbindung mit einer Ansteuervorrichtung kann dann eine Steuerung und/oder Regelung des organischen Schichtenstapels im Hinblick auf die von der Photodiode und/oder dem Temperatursensor ermittelten Messwerte erfolgen.
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Die elektronische Komponente kann zusätzlich oder alternativ auch eine Signalempfangsvorrichtung und/oder eine Signalsendevorrichtung umfassen, mit der Steuersignale und/oder Betriebszustände in oder aus dem optoelektronischen Bauelement gesendet werden können.
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Ferner ist es möglich, dass die zumindest eine elektronische Komponente einen Transponder, beispielsweise den Transponder eines RFID-Systems umfasst, mit dem das optoelektronische Bauelement von außerhalb identifiziert werden kann.
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Es ist insbesondere möglich, dass das Bauelement zwei oder mehr unterschiedliche elektronische Komponenten umfasst, die auch untereinander verschaltet sein können.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist die zumindest eine elektronische Komponente zumindest stellenweise als gedruckte Elektronik, insbesondere als organische Elektronik ausgeführt. Auf diese Weise ist es möglich, die elektronische Komponente besonders flach auszubilden, sodass der Abstand zwischen der Innenseite der Verkapselung und dem organischen Schichtenstapel besonders klein gewählt werden kann. Handelt es sich bei der elektronischen Komponente um eine organische Elektrode, wird diese zusätzlich von der Verkapselung und gegebenenfalls dem Gettermaterial vor äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit oder atmosphärischen Gasen geschützt.
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Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements angegeben. Insbesondere kann mit dem Verfahren ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauelement hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für das optoelektronische Bauelement offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
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Das Verfahren umfasst insbesondere die folgenden Schritte, die nicht zwingend in der folgenden Reihenfolge durchgeführt werden müssen: Zunächst wird ein lichtdurchlässiges Substrat bereitgestellt, auf dessen Oberseite ein organischer Schichtenstapel aufgebracht wird. Davor oder danach oder gleichzeitig wird eine Materialplatte bereitgestellt, die zu einer Verkapselung geformt wird. Anschließend wird die zumindest eine elektronische Komponente an der Innenseite der Verkapselung befestigt. Dabei ist es möglich, dass ein Befestigen der zumindest einen elektronischen Komponente auch vor dem Formen der Materialplatte zur Verkapselung erfolgen kann. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Verkapselung besonders einfach mit den elektronischen Komponenten bestückt werden kann, da diese auf eine ebene Materialplatte aufgebracht werden können.
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Anschließend erfolgt ein Befestigen der Verkapselung an der Oberseite des lichtdurchlässigen Substrats mittels eines Verbindungsmaterials, beispielsweise eines Klebstoffes, der ein Gettermaterial umfassen kann.
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In einem nächsten Verfahrensschritt wird das Gettermaterial in den Zwischenraum zwischen der Oberseite des lichtdurchlässigen Substrats und der Innenseite der Verkapselung eingebracht. Das Gettermaterial liegt dabei insbesondere in flüssiger Form vor. Ein eventuell vorhandenes Einfüllloch wird schließlich geschlossen.
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Mit dem Verfahren ist es auf besonders einfache Weise möglich, ein kompaktes Bauelement bereitzustellen, bei dem ein Gettermaterial derart in den Zwischenraum zwischen Verkapselung und Substrat eingebracht ist, dass sowohl der organische Schichtenstapel als auch die zumindest eine elektronische Komponente durch das Gettermaterial vor äußeren Einflüssen wie Feuchtigkeit oder atmosphärischen Gasen geschützt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei der Materialplatte um eine Metallplatte, bei der vor dem Formen der Materialplatte zur Verkapselung eine elektrisch isolierende Isolationsschicht an der später dem organischen Schichtenstapel zugewandten Seite der Materialplatte aufgebracht wird. Die Isolationsschicht dient dabei dazu, die zumindest eine elektronische Komponente elektrisch von dem Metall der Verkapselung zu isolieren.
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Im Folgenden werden das hier beschriebene optoelektronische Bauelement sowie das hier beschriebene Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
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Die 1 zeigt ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer Schnittdarstellung.
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Anhand der 2A, 2B, 2C ist anhand schematischer Schnittdarstellungen ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert.
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Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
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Die 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements. Das optoelektronische Bauelement umfasst das lichtdurchlässige Substrat 1. Das lichtdurchlässige Substrat 1 weist die Oberseite 1a auf, an der die weiteren Komponenten des Bauelements befestigt sind. Das lichtdurchlässige Substrat 1 ist vorliegend mit einem Glas gebildet.
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Auf der Oberseite 1a des Substrats 1 ist der organische Schichtenstapel 2 befestigt, der im Betrieb Licht 3 erzeugt, das das Bauelement durch das Substrat 1 hindurch verlässt.
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Der Schichtenstapel 2 ist durch Anschlusselemente 81, 82 elektrisch kontaktiert. Beispielsweise ist das Anschlusselement 81 zumindest stellenweise mit einem strahlungsdurchlässigen Material, wie beispielsweise einem transparenten leitfähigen Oxid (TCO) gebildet. Das Anschlusselement 82 kann beispielsweise mit einem reflektierenden Material gebildet sein. Zwischen dem organischen Schichtenstapel 2 und dem Anschlusselement 82 kann stellenweise eine elektrisch isolierende Schicht 52 angeordnet sein.
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Die Abschlusselemente 81, 82 sind von außerhalb des optoelektronischen Halbleiterbauelements zugänglich.
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Das optoelektronische Bauelement umfasst weiter die Verkapselung 5. Die Verkapselung 5 ist in Form einer Kappe ausgebildet und über das Verbindungsmaterial 9 mit dem Substrat 1 mechanisch fest verbunden. Das Verbindungsmaterial 9 kann dabei ein Klebstoff sein. Der Klebstoff zeichnet sich insbesondere durch eine sehr geringe Wasserdiffusionsrate aus. Auf diese Weise kann Feuchtigkeit und/oder atmosphärische Gase am Eintritt in den Zwischenraum 6 zwischen der Verkapselung 5 und dem Substrat 1 gehindert werden.
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Das optoelektronische Bauelement umfasst weiter mehrere elektronische Komponenten 4, die an der dem Substrat 1 zugewandten Innenseite 5a der Verkapselung 5 befestigt sind.
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Vorliegend handelt es sich bei der Verkapselung 5 um eine metallische Verkapselung, bei der zwischen den elektronischen Komponenten 4 und der Verkapselung 5 optional eine elektrisch isolierende Isolationsschicht 51 angeordnet ist. Über Anschlusselemente 83, 84 können die elektronischen Komponenten 4 elektrisch leitend mit den Anschlussstellen 81, 82 verbunden sein, so dass eine Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements von außerhalb ausschließlich über die Anschlusselemente 81, 82 erfolgt. Der verbleibende Zwischenraum 6 zwischen der Verkapselung 5 und dem Substrat 1 ist mit Gettermaterial 60 befüllt, bei dem es sich beispielsweise um ein flüssiges Gettermaterial handeln kann. Dabei ist es möglich, dass es sich um ein härtbares flüssiges Gettermaterial handelt, das beispielsweise durch Beaufschlagung mit Wärmeausgehärtet ist.
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Die Komponenten des optoelektronischen Bauelements wie beispielsweise der Schichtenstapel 2 und die elektronischen Komponenten 4 sind in das Gettermaterial 60, das den verbleibenden Zwischenraum 6 vollständig ausfüllt, eingebettet.
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In den 2A bis 2C ist anhand schematischer Schnittdarstellungen ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Bei dem Verfahren wird zunächst eine Materialplatte 50, bei der es sich beispielsweise um eine Metallplatte handelt, bereitgestellt. Auf die Materialplatte 50 wird eine Isolationsschicht 51 aufgebracht. Die Materialplatte 50 ist beispielsweise mit Aluminium gebildet, die Isolationsschicht kann mit einem Kunststoffmaterial oder einem keramischen Material gebildet sein.
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In einem nächsten Verfahrensschritt, 2B, erfolgt ein Formen oder Pressen der Materialplatte 50 zur für die Verkapselung 5 gewünschten Form. Dabei wird die Höhe der Einbuchtung der Verkapselung derart gewählt, dass die elektronischen Komponenten 4 an der Verkapselung 5 befestigt werden können, ohne dass sie später in direktem Kontakt mit dem organischen Schichtenstapel 2 treten.
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Im nächsten Verfahrensschritt wird die Verkapselung 5 mit den elektronischen Komponenten 4 derart über ein Verbindungsmaterial 9 am Substrat 1 befestigt, dass der organische Schichtenstapel 2 von der Verkapselung 5 überspannt wird. Ferner wird ein flüssiges Gettermaterial in den Zwischenraum 6 zwischen Substrat 1 und Verkapselung 5 eingebracht.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- lichtdurchlässiges Substrat
- 1a
- Oberseite
- 2
- organische Schichtenstapel
- 3
- Licht
- 4
- elektronische Komponente
- 5
- Verkapselung
- 5a
- Oberseite
- 6
- Zwischenraum
- 9
- Verbindungsmaterials
- 50
- Materialplatte
- 51
- Isolationsschicht
- 52
- Isolationsschicht
- 60
- Gettermaterial
- 81, 82, 83, 84
- Anschlusselemente
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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