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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektromagnetische Strahlung emittierenden Baugruppe und eine elektromagnetische Strahlung emittierende Baugruppe.
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Bei einer herkömmlichen elektromagnetische Strahlung emittierenden Baugruppe, nachfolgend Baugruppe genannt, kann weißes Licht über additive Farbmischung erzeugt werden. Dazu kann beispielsweise ein Leuchtstoff aufweisendes Material auf ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement, nachfolgend Bauelement genannt, beispielsweise eine LED, aufgebracht werden. Das Leuchtstoff aufweisende Material, das auch als konvertierendes Material oder Konversionsmaterial bezeichnet werden kann, konvertiert die von dem Bauelement erzeugte elektromagnetische Strahlung bezüglich ihrer Wellenlänge. Beispielsweise kann mittels des Bauelements blaues Licht erzeugt werden, das mittels des Konversionsmaterials in gelbes Licht konvertiert werden kann. Die Mischung aus konvertiertem, beispielsweise gelbem, und nicht konvertiertem, beispielsweise blauem, Licht erscheint dann weiß.
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Die Baugruppen werden zunächst in einem Bauelementverbund, der eine Mehrzahl der Bauelemente aufweist, hergestellt. Der Bauelementverbund kann beispielsweise ein Wafer sein. Die Eigenschaften der einzelnen Bauelemente, beispielsweise der LEDs, in einem Wafer unterscheiden sich voneinander. Die Eigenschaften sind beispielsweise physikalische Eigenschaften, beispielsweise Vorwärtsspannungen, Wellenlängen des erzeugten Lichts und/oder Helligkeiten des erzeugten Lichts. So kann ein Bauelement eines Wafers Licht mit einer anderen Helligkeit erzeugen wie ein anderes Bauelement desselben Wafers bei ansonsten gleichen Randbedingungen. Die Eigenschaften eines Bauelements sind somit individuell und werden daher nachfolgend auch als bauelement-individuelle Eigenschaften bezeichnet.
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Nach dem Vereinzeln der Bauelemente aus dem Bauelementverbund kann das Leuchtstoff aufweisende Material, beispielsweise in Form von Leuchtstoffschichten, beispielsweise in Form von Leuchtstoffplättchen, auf die Bauelemente aufgebracht werden. Eine der Baugruppen ist von mindestens einem Bauelement mit mindestens einer Leuchtstoffschicht gebildet. Allerdings können die Leuchtstoffschichten nicht exakt gleich auf alle Bauelemente aufgebracht werden. Wodurch die für die Weißkonversion benötigte Phosphormenge von Bauelement zu Bauelement variieren kann.
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Falls die Eigenschaften der Bauelemente voneinander abweichen, so können sich daraus bei den entsprechenden Baugruppen andere Farborte für das erzeugte Licht ergeben, auch wenn die Leuchtstoffmengen und/oder beispielsweise die Dicken der Leuchtstoffschichten bei den entsprechenden Baugruppen gleich sind. Falls die Leuchtstoffmengen auch nur geringfügig voneinander abweichen, können sich bei den entsprechenden Baugruppen ebenfalls unterschiedliche Farborte für das erzeugte Licht ergeben, auch wenn die Eigenschaften der Bauelemente identisch sind.
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Es ist bekannt, um dennoch Baugruppen zu erhalten, mit denen gleiche oder zumindest sehr ähnliche Farborte erzielbar sind, die Bauelemente nach ihren bauelement-individuellen Eigenschaften zu sortieren, beispielsweise in sogenannte Bins. Die Applikation des Konversionsmaterials erfolgt zum Beispiel über Siebdruck- oder Mold-Verfahren, bei denen Konversionsplättchen für die jeweiligen Bauelement-Geometrien hergestellt werden und ebenfalls gemäß ihren Eigenschaften in Bins sortiert werden. Beispielsweise wird als Eigenschaft der Konversionsgrad der Leuchtstoffplättchen gemessen. Dann wird ermittelt, welche Leuchtstoffplättchen zu welchen Bauelementen passen, damit möglichst viele der Baugruppen Licht mit der gewünschten Farbe und/oder dem gewünschten Farbort erzeugen. Anschließend wird das passende Leuchtstoffplättchen auf das richtige Bauelement geklebt.
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Ferner ist bekannt, auf einem Leuchtstoffbereich eines Bauelements nur eine Teilabdeckung der Leuchtstoffschicht zu erzeugen, jedoch sind diese Teilabdeckungen geometrisch immer gleich und nicht an die Eigenschaften des Bauelements angepasst.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Herstellen einer elektromagnetische Strahlung emittierenden Baugruppe bereitgestellt. Bei dem Verfahren wird ein Bauelementverbund bereitgestellt, der elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelemente aufweist. Die Bauelemente sind im Bauelementverbund körperlich miteinander gekoppelt. Zu den Bauelementen wird jeweils mindestens eine bauelement-individuelle Eigenschaft ermittelt. Abhängig von den ermittelten Eigenschaften der Bauelemente wird eine Strukturmaske zum Bedecken der Bauelemente im Bauelementverbund ausgebildet. Die Strukturmaske weist korrespondierend zu den Bauelementen Strukturmaskenausnehmungen auf, die abhängig von den Eigenschaften der entsprechenden Bauelemente bauelement-individuell ausgebildet sind. Die Strukturmaskenausnehmungen geben Leuchtstoffbereiche, die in den Strukturmaskenausnehmungen freigelegt sind, auf den Bauelementen vor. Auf den Leuchtstoffbereichen der Bauelemente werden Leuchtstoffschichten ausgebildet. Die Strukturmaske wird von dem Bauelementverbund entfernt. Die Bauelemente werden aus dem Bauelementverbund vereinzelt. Eine Baugruppe wird von mindestens einem der vereinzelten Bauelemente und von mindestens einer darauf ausgebildeten Leuchtstoffschicht gebildet.
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Die Wandungen der bauelement-individuellen Strukturmaskenausnehmungen bilden eine bauelementverbund-individuelle Strukturmaske. In anderen Worten wird für jeden Bauelementverbund, beispielsweise für jeden Wafer, eine individuelle Strukturmaske ausgebildet, und zwar abhängig von den bauelement-individuellen Eigenschaften der Bauelemente des entsprechenden Bauelementverbunds. Die bauelement-individuellen Strukturmaskenausnehmungen bewirken, dass für jedes Bauelement im Bauelementverbund die Leuchtstoffschicht und damit auch die Leuchtstoffmenge individuell eingestellt werden kann. Beispielsweise können Durchmesser, Anzahl, Größe, Form und/oder Seitenlängen der Strukturmaskenausnehmungen individuell von Bauelement zu Bauelement variiert werden, wodurch die Flächenmaße der Leuchtstoffbereiche, die in den Strukturausnehmungen freiliegen, und damit bei gleicher Dicke der Leuchtstoffschichten die Volumenmaße der Leuchtstoffschichten, die in den Strukturausnehmungen ausgebildet werden, und damit die Leuchtstoffmengen pro Bauelement variiert werden. Mittels des individuellen Ausbildens der Leuchtstoffschichten können die Leuchtstoffschichten passend zu den entsprechenden Bauelementen so ausgebildet werden, dass mittels unterschiedlicher Bauelemente desselben Bauelementverbunds der gleiche oder zumindest näherungsweise gleiche Farbort erzielbar ist, auch wenn die Eigenschaften der Bauelement voneinander abweichen. Auf ein Ausmessen von Leuchtstoffplättchen und ein Zuweisen der Leuchtstoffplättchen zu dazu passenden Bauelementen kann verzichtet werden.
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Zum Ermitteln der bauelement-individuellen Strukturausnehmungen und damit der bauelementverbund-individuellen Strukturmaske können die den Eigenschaften der Bauelemente entsprechenden Daten gespeichert und dann weiterverarbeitet werden. Abhängig von den Daten können mittels eines geeigneten Software-Programms die für die einzelnen Bauelemente benötigten Leuchtstoffmengen und/oder Leuchtstoffschichten ermittelt werden. Abhängig von den benötigten Leuchtstoffmengen bzw. Leuchtstoffschichten können dann die Formen und Größen der Strukturmaskenausnehmungen und damit auch die Strukturmaske selbst ermittelt werden.
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Dass der Bauelementverbund bereitgestellt wird, kann beispielsweise bedeuten, dass der Bauelementverbund ausgebildet wird. Der Bauelementverbund ist beispielsweise von einem Wafer mit mehreren Schichten und Kontaktflächen gebildet. Dass die Bauelemente im Bauelementverbund miteinander körperlich gekoppelt sind, kann beispielsweise bedeuten, dass sie zumindest teilweise einstückig ausgebildet sind. Beispielsweise können sich ein Substrat der Bauelemente und/oder einzelne Schichten der Bauelemente über den gesamten Bauelementverbund erstrecken. Dass die zu ermittelnden Eigenschaften bauelement-individuell sind, kann beispielsweise bedeuten, dass mindestens eine Eigenschaft von Bauelement zu Bauelement unterschiedlich ist. Die Eigenschaften können beispielsweise die Vorwärtsspannung, die erzeugte Helligkeit und/oder die erzeugte Wellenlänge sein. Beispielsweise kann mittels zweier Bauelemente eines Bauelementverbunds unter ansonsten gleichen Testbedingungen Licht anderer Wellenlängen und/oder mit einer anderen Helligkeit erzeugt werden. Dass die Strukturmaske ausgebildet wird, kann beispielsweise bedeuten, dass die Strukturmaske erst ausgebildet und dann auf dem Bauelementverbund angeordnet wird oder dass die Strukturmaske direkt auf dem Bauelementverbund ausgebildet wird. Die Leuchtstoffschichten können auch als erste Leuchtstoffschichten bezeichnet werden.
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Die Strukturmaskenausnehmungen erstrecken sich bis hin zu den Oberflächen der Bauelemente und definieren die Leuchtstoffbereiche der Bauelemente. In anderen Worten wird mittels der Strukturmaskenausnehmungen vorgegeben, wie die Leuchtstoffbereiche ausgebildet sind und wo auf das Bauelement eine Leuchtstoffschicht aufgebracht wird und wo nicht.
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Die Strukturmaske kann beispielsweise in einem Ätzverfahren von dem Bauelementverbund entfernt werden. Die Bauelemente können beispielsweise mittels Schneidens oder Sägens, beispielsweise mittels eines Lasers, aus dem Bauelementverbund vereinzelt werden. Eine Baugruppe kann von einem, zwei oder mehr der vereinzelten Bauelemente und von jeweils mindestens einer darauf ausgebildeten Leuchtstoffschicht gebildet werden.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen wird die Strukturmaske direkt auf dem Bauelementverbund ausgebildet. Dies kann dazu beitragen, die Strukturmaske präzise, einfach und/oder kostengünstig auszubilden. Alternativ dazu kann die Strukturmaske zuerst ausgebildet werden und anschließend auf dem Bauelementverbund angeordnet werden.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen weist die Strukturmaske ein fotolithographisch strukturierbares Material auf, das zunächst flächig auf den Bauelementverbund aufgebracht wird. Abhängig von den ermittelten Eigenschaften wird das flächig aufgebrachte Material belichtet. Das Belichten kann beispielsweise mittels eines Laser-Direkt-Belichters abhängig von den die Eigenschaften repräsentierenden Daten erfolgen. Anschließend werden – abhängig von der Art des fotolithographisch strukturierbaren Materials – die belichteten Bereiche oder die nicht belichteten Bereiche der Strukturmaske entfernt, insbesondere so, dass die Strukturmaskenausnehmungen entstehen. Dies kann dazu beitragen, die Strukturmaske präzise, einfach und/oder kostengünstig auszubilden. Das fotolithographisch strukturierbare Material kann beispielsweise ein Lack sein und/oder in Form einer Folie auf den Bauelementverbund aufgebracht werden. Das fotolithographisch strukturierbare Material kann beispielsweise mit einer vorgegebenen Dicke aufgebracht werden. Die Dicke kann in einem Bereich von beispielsweise 10 µm bis 200 µm, beispielsweise 40 µm bis 60 µm, beispielsweise bei ungefähr 50 µm liegen.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen wird die Strukturmaske mittels eines Druckverfahrens strukturiert auf den Bauelementverbund aufgebracht. Dies kann dazu beitragen, die Strukturmaske präzise, einfach und/oder kostengünstig auszubilden. Dass die Strukturmaske strukturiert aufgebracht wird, kann beispielsweise bedeuten, dass die Struktur der Strukturmaske direkt beim Aufbringen des Materials der Strukturmaske auf den Bauelementverbund ausgebildet wird. Dies steht im Gegensatz zu einem zunächst flächigen Aufbringen von Material und einem anschließenden Strukturieren des Materials.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen werden die Leuchtstoffschichten mittels Rakelns aufgebracht. Bei einem nachfolgenden Entfernen der Strukturmaske kann auch das Leuchtstoff aufweisende Material auf der Strukturmaske entfernt werden. Alternativ dazu kann das Leuchtstoff aufweisende Material auf der Strukturmaske zunächst abgetragen werden und nachfolgend kann die freigelegte Strukturmaske entfernt werden. Als Material für die Leuchtstoffschichten kann beispielsweise ein Leuchtstoff-Silikon-Gemisch verwendet werden. Beispielsweise wird das den oder die Leuchtstoffe aufweisende Material auf die Strukturmaske und auf die Leuchtstoffbereiche der Bauelemente aufgebracht.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen werden die Leuchtstoffschichten mittels Sprühens, beispielsweise Spray-Coating, aufgebracht. Beispielsweise wird das den oder die Leuchtstoffe aufweisende Material auf die Strukturmaske und auf die Leuchtstoffbereiche der Bauelemente aufgesprüht. Bei einem nachfolgenden Entfernen der Strukturmaske wird dann auch das Leuchtstoff aufweisende Material auf der Strukturmaske entfernt. Alternativ dazu kann das Leuchtstoff aufweisende Material auf der Strukturmaske zunächst abgetragen werden und nachfolgend kann die freigelegte Strukturmaske entfernt werden. Als Material für die Leuchtstoffschichten kann beispielsweise eine Konvertermischung verwendet werden, die den oder die Leuchtstoffe, ein Polymer und ein Lösungsmittel aufweist.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen werden vor dem Entfernen der Strukturmaske die Leuchtstoffschichten getrocknet und/oder gehärtet werden. Das Trocknen bzw. Härten kann beispielswiese bei Temperaturen zwischen 50 Grad und 150 Grad Celsius, beispielsweise zischen 70 Grad und 130 Grad Celsius, beispielsweise zischen 90 Grad und 110 Grad Celsius erfolgen. Das Härten bzw. Trocknen kann dazu beitragen, dass die Leuchtstoffschichten beim Entfernen der Strukturmaske unversehrt oder zumindest näherungsweise unversehrt bleiben.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen werden nach dem Aufbringen der Leuchtstoffschichten und/oder nach dem Trocknen und/oder Härten der Leuchtstoffschichten die Leuchtstoffschichten und/oder die Strukturmaske zumindest teilweise abgetragen. Das Abtragen der Leuchtstoffschichten kann, falls die Leuchtstoffschichten auch die Strukturmaske bedecken, dazu beitragen, die Strukturmaske freizulegen, so dass diese nachfolgend einfach entfernt werden kann. Ferner kann das Abtragen der Leuchtstoffschichten über den entsprechenden Leuchtstoffbereichen dazu beitragen, die Dicken der entsprechenden Leuchtstoffschichten präzise einzustellen. Die Leuchtstoffschichten weisen dann bei unterschiedlichen lateralen Ausmaßen, also parallel zu der Oberfläche der Bauelemente, die gleichen Schichtdicken senkrecht zu der Oberfläche der Bauelemente auf. Dies kann dazu beitragen, dass nachfolgend mit den entsprechenden Bauelementen präzise der gewünschte Farbort erzielt werden kann. Das Material der Leuchtstoffschichten kann von vornherein so gewählt werden, dass eine derartige Nachbearbeitung einfach möglich ist.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen werden zu mindestens einem Bauelement im Bauelementverbund zwei oder mehr voneinander beabstandete Strukturmaskenausnehmungen ausgebildet. In anderen Worten sind in den zwei oder mehr Strukturmaskenausnehmungen entsprechend zwei oder mehr Leuchtstoffbereiche eines Bauelements freigelegt. Das entsprechende Bauelement weist dann zwei bzw. mehr Leuchtstoffbereiche auf. Dies kann dazu beitragen, den Farbort besonders präzise einstellen zu können.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen werden zu mindestens einem Bauelement im Bauelementverbund zwei oder mehr voneinander beabstandete Leuchtstoffschichten ausgebildet, beispielsweise mittels der entsprechend zwei oder mehr Strukturmaskenausnehmungen für das entsprechende Bauelement. Dies kann dazu beitragen, den Farbort besonders präzise einstellen zu können.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen wird bei mindestens einem Bauelement im Bauelementverbund zwischen den Leuchtstoffschichten des entsprechenden Bauelements, mindestens eine weitere Leuchtstoffschicht, beispielsweise eine zweite Leuchtstoffschicht, ausgebildet. Die weitere Leuchtstoffschicht kann beispielsweise andere Leuchtstoffe aufweisen oder die gleichen Leuchtstoffe in einer anderen Konzentration als die ersten Leuchtstoffschichten. Ferner kann die weitere Leuchtstoffschicht ein anderes Trägermaterial aufweisen, in dem die Leuchtstoffe eingebettet sind. Dies kann dazu beitragen, unterschiedliche Farborte erzielen zu können und/oder die entsprechenden Farborte besonders präzise einstellen zu können. Die zweite Leuchtstoffschicht kann so ausgebildet werden, dass eine Form der zweiten Leuchtstoffschicht von einer Form der zwischen den ersten Leuchtstoffschichten gebildeten Kavitäten vorgegeben werden kann. Falls die Kavitäten rundlich, beispielsweise kreisrund oder oval, sind, so können die zweiten Leuchtstoffschichten dementsprechend rundlich bzw. kreisrund oder oval ausgebildet sein. Falls die Kavitäten polygonal, beispielsweise rechteckig, beispielsweise quadratisch, sind, so können die zweiten Leuchtstoffschichten dementsprechend polygonal, rechteckig bzw. quadratisch ausgebildet sein.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen werden die Leuchtstoffschichten auf mindestens einem Bauelement streifenförmig ausgebildet.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen werden die Leuchtstoffschichten auf mindestens einem Bauelement gitterförmig ausgebildet. Die Gitterform der Leuchtstoffschichten kann Zeilen und Spalten aufweisen. Zwischen den Zeilen und Spalten sind Kavitäten gebildet. Die Gitterform kann so ausgebildet sein, dass die Kavitäten rundlich, beispielsweise kreisrund oder oval, oder polygonal, beispielsweise rechteckig oder quadratisch sind.
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In verschiedenen Ausführungsformen wird eine elektromagnetische Strahlung emittierende Baugruppe bereitgestellt, die mit Hilfe des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche hergestellt wurde.
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In verschiedenen Ausführungsformen wird eine elektromagnetische Strahlung emittierende Baugruppe bereitgestellt, beispielsweise die im Vorhergehenden erläuterte elektromagnetische Baugruppe. Die elektromagnetische Strahlung emittierende Baugruppe weist ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement auf, das mindestens eine bauelement-individuelle Eigenschaft aufweist. Mindestens eine Leuchtstoffschicht, deren Form und Größe abhängig von der bauelement-individuellen Eigenschaft ausgebildet ist, ist auf dem Bauelement ausgebildet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Bauelementverbunds in einem ersten Zustand während eines Verfahrens zum Herstellen einer elektromagnetische Strahlung emittierenden Baugruppe;
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2 eine Schnittdarstellung des Bauelementverbunds gemäß 1 entlang der Linie II.-II.;
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3 der Bauelementverbund gemäß 2 in einem zweiten Zustand während des Verfahrens zum Herstellen der elektromagnetische Strahlung emittierenden Baugruppe;
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4 der Bauelementverbund gemäß 2 in einem dritten Zustand während des Verfahrens zum Herstellen der elektromagnetische Strahlung emittierenden Baugruppe;
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5 der Bauelementverbund gemäß 2 in einem dritten Zustand während des Verfahrens zum Herstellen der elektromagnetische Strahlung emittierenden Baugruppe;
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6 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Bauelementverbunds;
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7 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Bauelementverbunds.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
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Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe "verbunden", "angeschlossen" sowie "gekoppelt" verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
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Eine elektromagnetische Strahlung emittierende Baugruppe kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement und mindestens eine Leuchtstoffschicht auf dem elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelement aufweisen. Ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Bauelement kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein elektromagnetische Strahlung emittierendes Halbleiter-Bauelement sein und/oder als eine elektromagnetische Strahlung emittierende Diode, als eine organische elektromagnetische Strahlung emittierende Diode, als ein elektromagnetische Strahlung emittierender Transistor oder als ein organischer elektromagnetische Strahlung emittierender Transistor ausgebildet sein. Die Strahlung kann beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, UV-Licht und/oder Infrarot-Licht sein. In diesem Zusammenhang kann das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement beispielsweise als Licht emittierende Diode (light emitting diode, LED) als organische Licht emittierende Diode (organic light emitting diode, OLED), als Licht emittierender Transistor oder als organischer Licht emittierender Transistor ausgebildet sein. Das Licht emittierende Bauelement kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen Teil einer integrierten Schaltung sein. Weiterhin kann eine Mehrzahl von Licht emittierenden Bauelementen vorgesehen sein, beispielsweise untergebracht in einem gemeinsamen Gehäuse. Das elektromagnetische Strahlung emittierende Bauelement wird nachfolgend als Bauelement bezeichnet. Die elektromagnetische Strahlung emittierende Baugruppe wird nachfolgend als Baugruppe bezeichnet.
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1 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Bauelementverbunds 10 in einem ersten Zustand während eines Verfahrens zum Herstellen elektromagnetische Strahlung emittierender Baugruppen. Der Bauelementverbund 10 weist eine Mehrzahl von Bauelementen 12 auf. Der Bauelementverbund 10 kann mehr oder weniger als die in 1 gezeigten Bauelemente 12 aufweisen. Der Bauelementverbund 10 ist in Draufsicht rundlich, insbesondere kreisrund ausgebildet. Die Bauelemente 12 sind in Draufsicht polygon, insbesondere rechteckig, insbesondere quadratisch ausgebildet. Alternativ dazu können sowohl der Bauelementverbund 10 als auch die Bauelemente 12 in Draufsicht anders ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Bauelementverbund 10 polygon, beispielsweise rechteckig oder quadratisch geformt sein und/oder die Bauelemente 12 können rundlich, beispielsweise oval oder kreisrund ausgebildet sein. Der Bauelementverbund 10 kann beispielsweise ein Waver sein und/oder im Wesentlichen Halbleitermaterial aufweisen und/oder daraus gebildet sein.
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Die Bauelemente eignen sich zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise zum Emittieren von blauem Licht. Außerdem eignen sich die Bauelemente zum Aufnehmen von Leuchtstoffschichten, wobei mindestens ein Bauelement und mindestens eine darauf ausgebildete Leuchtstoffschicht eine elektromagnetische Strahlung emittierende Baugruppe bilden.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung des Bauelementverbunds 10 gemäß 1 entlang der in 1 gezeigten Linie II-II. Der Bauelementverbund 10 weist ein Substrat 14, eine untere Elektrodenschicht 16, eine optisch aktive Schicht 17 und eine obere Elektrodenschicht 18 auf. Ferner weist jedes Bauelement 12 in der oberen Elektrodenschicht 18 einen Kontaktbereich 20 auf. Die obere Elektrodenschicht 18 eignet sich zum Aufnehmen einer Leuchtstoffschicht (in 2 nicht gezeigt). Der Bereich der oberen Elektrodenschicht 18, in dem die Leuchtstoffschicht aufgebracht wird, kann auch als Leuchtstoffbereich (in 2 nicht gezeigt) bezeichnet werden. Der Kontaktbereich 20 eignet sich zum elektrischen Kontaktieren des entsprechenden Bauelements 12.
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Beim Anlegen einer Spannung an die untere und die obere Elektrodenschicht 16, 18 wird in der optisch aktiven Schicht 17 elektromagnetische Strahlung erzeugt, die in Richtung weg von dem Substrat 14, in 2 beispielsweise nach oben, emittiert wird. Ein Farbort, der mittels der elektromagnetischen Strahlung einer der Baugruppen erzielt werden kann, ergibt sich aus den Eigenschaften des entsprechenden Bauelements 12, der Form und/oder Größe des entsprechenden Leuchtstoffbereichs, der Dicke der entsprechenden Leuchtstoffschicht und der Konzentration der Leuchtstoffe in der Leuchtstoffschicht.
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Die Leuchtstoffe einer der Leuchtstoffschichten werden mit Hilfe der von dem entsprechenden Bauelement 12 erzeugten elektromagnetischen Strahlung, die in diesem Zusammenhang auch als Anregungsstrahlung bezeichnet werden kann, energetisch angeregt. Die Anregungsstrahlung kann beispielsweise blaues Licht aufweisen. Beim nachfolgenden energetischen Abregen emittieren die Leuchtstoffe Licht einer oder mehrerer vorgegebener Farben. Es findet somit eine Konversion der Anregungsstrahlung statt, wodurch Konversionsstrahlung erzeugt wird. Bei der Konversion werden die Wellenlängen der Anregungsstrahlung zu kürzeren oder längeren Wellenlängen verschoben. Die Farben können Einzelfarben oder Mischfarben sein und einem bestimmten Farbort entsprechen. Die Einzelfarben können beispielsweise grünes, rotes oder gelbes Licht aufweisen und/oder die Mischfarben können beispielsweise aus grünem, rotem und/oder gelbem Licht gemischt sein und/oder beispielsweise weißes Licht aufweisen. Zusätzlich kann blaues Licht bereitgestellt werden, beispielsweise indem die Leuchtstoffschicht so ausgebildet wird, dass zumindest teilweise nicht konvertierte Anregungsstrahlung die Baugruppe als nutzbares Beleuchtungslicht verlässt. Die Einzel- oder Mischfarben können mit Hilfe der Leuchtstoffschicht und des entsprechenden Bauelements 12 dargestellt werden. Beispielsweise können grün, rot und gelb mit Hilfe von blauem Anregungslicht dargestellt werden. Bei Verwendung von UV-Licht als Anregungslicht können die Leuchtstoffe auch so gewählt werden, dass sie rot, grün, blau und gelb darstellen.
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Die einzelnen Bauelemente 12 können nach fertiger Bearbeitung des Bauelementverbunds 10 entlang von Trennlinien 20 vereinzelt werden. Alternativ dazu können auch mehrere Bauelemente 12 nicht voneinander getrennt werden und unterschiedliche Elemente einer Baugruppe bilden.
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Die Bauelemente 12 können vor dem Vereinzeln schon im Bauelementverbund 10 kontaktiert, betrieben und/oder gemessen werden. Insbesondere können bauelement-individuelle Eigenschaften der einzelnen Bauelemente 12 schon im Bauelementverbund 10 ermittelt werden. Beispielsweise kann zu jedem Bauelement 12 als bauelement-individuelle Eigenschaft die entsprechende Vorwärtsspannung, die erzeugte Wellenlänge und/oder die erzeugte Helligkeit, bei ansonsten vorgegebenen Randbedingungen, beispielsweise gleichen Randparametern, ermittelt werden. In anderen Worten können die Bauelemente 12 im Bauelementverbund 10 unter gleichen Bedingungen betrieben werden, zeigen jedoch dann individuell voneinander abweichende Eigenschaften, welche schon im Bauelementverbund 10 erfasst werden können.
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Daten, die die bauelement-individuellen Eigenschaften repräsentieren, können auf einem nicht dargestellten elektronischen Speicherelement gespeichert werden. Abhängig von den gespeicherten Daten kann, beispielsweise mittels eines Softwareprogramms, zu jedem Bauelement 12 individuell eine Leuchtstoffmenge ermittelt werden, die benötigt wird, damit mittels der entsprechenden Leuchtstoffschicht und des entsprechenden Bauelements 12 ein gewünschter Farbort erzielbar ist. Abhängig von der ermittelten Leuchtstoffmenge und für eine vorgegebene Dicke der Leuchtstoffschicht kann dann für jedes Bauelement 12 ein individueller Leuchtstoffbereich auf dem entsprechenden Bauelement 12 ermittelt werden, der mit Leuchtstoffmaterial mit der vorgegebenen Dicke beschichtet werden muss, damit das entsprechende Bauelement 12 mit der entsprechenden Leuchtstoffschicht den vorgegebenen Farbort erzielen kann.
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3 zeigt den Bauelementverbund 10 gemäß 2 während eines zweiten Zustands des Verfahrens zum Herstellen der Baugruppe, bei dem eine Strukturmaske 22 auf der zweiten Elektrodenschicht 18 ausgebildet ist. Die Strukturmaske 22 wird abhängig von den ermittelten Leuchtstoffmengen bzw. den ermittelten Leuchtstoffbereichen ausgebildet. Insbesondere können Strukturmaskenausnehmungen 24 der Strukturmaske 22 so ausgebildet sein, dass Leuchtstoffbereiche 26 auf den Bauelementen 12 des Bauelementverbunds 10 frei vom Material der Strukturmaske 22 bleiben. In anderen Worten sind die Leuchtstoffbereiche 26 der einzelnen Bauelemente 12 in den Strukturausnehmungen 24 freigelegt, wobei die Strukturausnehmungen 24 zu den Leuchtstoffbereichen 26 korrespondieren.
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Aus 3 geht hervor, dass die Leuchtstoffbereiche 26 unterschiedlich, beispielsweise unterschiedliche groß, lang und/oder breit ausgebildet sein können. Zur besseren Veranschaulichung sind die Unterschiede der Leuchtstoffbereiche 26 in 3 relativ groß dargestellt. Die Größen und/oder Formen der Leuchtstoffbereiche 26 können tatsächlich jedoch auch deutlich geringer sein. Die Unterschiede der Leuchtstoffbereiche 26 ergeben sich aus den Unterschieden der Eigenschaften und damit aus den bauelement-individuellen Eigenschaften der einzelnen Bauelemente 12.
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Die Strukturmaske 22 kann beispielsweise zuerst hergestellt werden und dann auf dem Bauelementverbund 10 angeordnet werden. Alternativ dazu kann die Strukturmaske 22 direkt auf dem Bauelementverbund 10 ausgebildet werden. Die Strukturmaske 22 kann beispielsweise ein fotolithographisch strukturierbares Material aufweisen. Das fotolithographisch strukturierbare Material kann beispielsweise in Form eines Lacks und/oder in Form einer Folie auf den Bauelementverbund 10 aufgebracht werden, danach abhängig von den die Eigenschaften der Bauelemente 12 repräsentierenden Daten belichtet werden, beispielsweise laserbelichtet werden, und nachfolgend können in einem Lift-Off-Verfahren die belichteten oder die nicht belichteten Bereiche der Strukturmaske 22 entfernt werden, abhängig davon welche Art von photolithographisch strukturierbarem Material verwendet wird. Alternativ dazu kann die Strukturmaske 22 in einem Druckverfahren, beispielsweise in einem Ink-Jet-Druckverfahren, auf den Bauelementverbund 10 aufgebracht werden.
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4 zeigt den Bauelementverbund 10 gemäß 2 in einem dritten Zustand während des Verfahrens zum Herstellen der Baugruppe. Über den Leuchtstoffbereichen 26 und in den Strukturausnehmungen 24 sind die Leuchtstoffschichten, beispielsweise erste Leuchtstoffschichten 28, ausgebildet. Die ersten Leuchtstoffschichten 28 können beispielsweise mittels Rakeln in die Strukturausnehmungen 24 eingebracht werden. Alternativ dazu kann das Material der ersten Leuchtstoffschichten 28 zunächst flächig auf die Leuchtstoffbereiche 26 und die Strukturmaske 22 aufgebracht werden, gehärtet und/oder getrocknet werden und nachfolgend teilweise abgetragen werden. Die Konversionsgrade der einzelnen ersten Leuchtstoffschichten 28 hängen von deren Dicke, deren Fläche parallel zu den Leuchtstoffbereichen 26 und von der Konzentration der Leuchtstoffe in der entsprechenden ersten Leuchtstoffschicht 28 ab. Bei gleicher Dicke der ersten Leuchtstoffschichten 28 und gleicher Konzentration der Leuchtstoffe wird der Konversionsgrad somit von der Größe der Fläche parallel zu den Leuchtstoffbereichen 26 und folglich von der Größe der Strukturausnehmungen 24 bestimmt.
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Übliche Leuchtstoffe sind beispielsweise Granate oder Nitride Silikate, Nitride, Oxide, Phosphate, Borate, Oxynitride, Sulfide, Selenide, Aluminate, Wolframate, und Halide von Aluminium, Silizium, Magnesium, Calcium, Barium, Strontium, Zink, Cadmium, Mangan, Indium, Wolfram und anderen Übergangsmetallen, oder Seltenerdmetallen wie Yttrium, Gadolinium oder Lanthan, die mit einem Aktivator, wie zum Beispiel Kupfer, Silber, Aluminium, Mangan, Zink, Zinn, Blei, Cer, Terbium, Titan, Antimon oder Europium dotiert sind. In verschiedenen Ausführungsformen ist der Leuchtstoff ein oxidischer oder (oxi-)nitridischer Leuchtstoff, wie ein Granat, Orthosilikat, Nitrido(alumo)silikat, Nitrid oder Nitridoorthosilikat, oder ein Halogenid oder Halophosphat. Konkrete Beispiele für geeignete Leuchtstoffe sind Strontiumchloroapatit:Eu((Sr,Ca)5(PO4)3Cl:Eu; SCAP), Yttrium-Aluminium-Granat:Cer(YAG:Ce) oder CaAlSiN3:Eu. Ferner können im Leuchtstoff bzw. Leuchtstoffgemisch beispielsweise Partikel mit Licht streuenden Eigenschaften und/oder Hilfsstoffe enthalten sein. Beispiele für Hilfsstoffe schließen Tenside und organische Lösungsmittel ein. Beispiele für Licht streuende Partikel sind Gold-, Silber- und Metalloxidpartikel.
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5 zeigt den Bauelementverbund 10 in einem vierten Zustand während des Verfahrens zum Herstellen der Baugruppe, bei dem die Strukturmaske 22 entfernt ist. Die Strukturmaske 22 kann beispielsweise mittels eines Lift-Off-Verfahrens, beispielsweise mittels eines Ätzprozesses, entfernt werden. Die Bauelemente 12 bilden zusammen mit den entsprechenden ersten Leuchtstoffschichten 28 mehrere Baugruppen und bilden gemeinsam einen Baugruppenverbund. Nachfolgend können die einzelnen Baugruppen beispielsweise entlang der Trennlinien 20 vereinzelt werden. Alternativ dazu können mehrere der Baugruppen zu einer gemeinsamen Baugruppe zusammengefasst werden. Jede Baugruppe weist eine individuelle Kombination von Bauelement 12 mit bauelement-individuellen Eigenschaften und von der entsprechenden ersten Leuchtstoffschicht 28 auf, wobei mittels jeder der Baugruppen der gleiche Farbort erzielbar ist.
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6 zeigt eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Bauelementverbunds 10, der beispielsweise mittels des im Vorhergehenden erläuterten Verfahrens ausgebildet werden kann.
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Beispielsweise weist die in 6 ganz links gezeigte Baugruppe zwei Leuchtstoffschichten 28 auf. Die ersten Leuchtstoffschichten 28 können beispielweise in die Zeichenebene hinein streifenförmig ausgebildet sein. Ferner können zusätzlich nicht eingezeichnete Querverbindungen zwischen den ersten Leuchtstoffschichten 28 bestehen, mittels derer in Draufsicht polygonale, beispielsweise rechteckige, beispielsweise quadratische, oder rundliche, beispielsweise ovale oder kreisrunde erste Leuchtstoffschichten 28 gebildet sind.
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Im Unterschied dazu weist die in 6 gezeigte zweite Baugruppe von links beispielsweise vier erste Leuchtstoffschichten 28 auf, die entsprechend den ersten Leuchtstoffschichten 28 der ganz linken Baugruppe streifenförmig, polygonal oder rundlich ausgebildet sein können.
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Die in 6 gezeigte zweite Baugruppe von rechts weist beispielsweise keine erste Leuchtstoffschicht 28 auf. Beispielsweise kann beim Ausmessen des entsprechenden Bauelements 12 festgestellt worden sein, dass mittels dieses Bauelements 12 der gewünschte Farbort unabhängig von der aufbringbaren ersten Leuchtstoffschicht 28 nicht erzielbar ist. Beispielsweise kann das entsprechende Bauelement gar nicht funktionieren oder innerhalb eines vorgegebenen Parameterbereichs nicht funktionieren. Im ersteren Fall kann die entsprechende Baugruppe entsorgt werden, ohne dass dafür Leuchtstoffmaterial verschwendet wird. Im letzteren Fall kann das entsprechende Bauelement 12 einer anderen Verwendung ohne erste Leuchtstoffschicht 28 oder mit einer anderen nicht dargestellten Leuchtstoffschicht, beispielsweise in Form eines Plättchens, zugeführt werden.
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Die in 6 ganz rechts gezeigte Baugruppe ist bis auf den Kontaktbereich 20 nahezu vollständig mit der ersten Leuchtstoffschicht 28 bedeckt.
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7 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines Bauelementverbunds 10, bei dem zwischen den ersten Leuchtstoffschichten 28 weitere Leuchtstoffschichten 30, insbesondere zweite Leuchtstoffschichten 30, ausgebildet sind. Die ersten Leuchtstoffschichten 28 können beispielsweise ein anderes Material aufweisen als die zweiten Leuchtstoffschichten 30. Beispielsweise können die ersten Leuchtstoffschichten 28 andere Leuchtstoffe aufweisen als die zweiten Leuchtstoffschichten 30. Alternativ oder zusätzlich können die ersten Leuchtstoffschichten 28 die Leuchtstoffe in einer anderen Konzentration aufweisen als die zweiten Leuchtstoffschichten 30. Dies kann dazu beitragen, einen anderen gewünschten Farbort zu erzielen oder den gewünschten Farbort noch präziser einstellen zu können.
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Die ersten Leuchtstoffschichten 28 können beim Aufbringen der zweiten Leuchtstoffschichten 30 als Maske für das Material der zweiten Leuchtstoffschichten 30 dienen. Alternativ oder zusätzlich können die ersten Leuchtstoffschichten 28 als Rahmen für die zweiten Leuchtstoffschichten 30 dienen. Die ersten Leuchtstoffschichten 28 können beispielsweise in Draufsicht rundliche, beispielsweise kreisrunde oder ovale, oder polygonale, beispielsweise rechteckige oder quadratische Ausnehmungen, insbesondere Kavitäten umranden, in die dann das Material der zweiten Leuchtstoffschichten 30 eingefüllt werden kann. Die Form der zweiten Leuchtstoffschichten 30 wird dann von der Form der Kavitäten vorgegeben, so dass die zweiten Leuchtstoffschichten 30 dementsprechend rundlich, beispielsweise kreisrund oder oval, bzw. polygonal, beispielsweise rechteckig oder quadratisch, sind.
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Das Material der zweiten Leuchtstoffschichten 30 kann beispielsweise mit einer gleichen Dicke aufgebracht werden wie das der ersten Leuchtstoffschichten 28 oder das Material der zweiten Leuchtstoffschichten 30 kann so aufgebracht werden, dass die zweiten Leuchtstoffschichten 30 aus den ersten Leuchtstoffschichten 28 konvex nach außen ragen, wie bei der in 7 gezeigten zweiten Baugruppe von links, oder konkav nach innen ragen, wie bei der in 7 gezeigten zweiten Baugruppe von rechts.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise können mehr oder weniger Leuchtstoffschichten 28, 30 ausgebildet sein. Ferner können die Leuchtstoffschichten 28, 30 mit unterschiedlichen Dicken ausgebildet sein. Ferner können die Bauelemente 12 entsprechend herkömmlichen LEDs weit mehr als die gezeigten Schichten aufweisen. Darüber hinaus können die Bauelemente 12 nicht gezeigte eingebettete elektronische Bauelemente wie Kondensatoren, Transistoren ect. aufweisen. Ferner können zum Aufbringen der Strukturmaske 22 und/oder der Leuchtstoffschichten 28, 30 andere geeignete Verfahren als die genannten verwendet werden.
