DE1948843A1 - Optoelektronische Anordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung "bezieht sich auf eine optoelektronische Anordnung, bestehend aus einer elektrisch zu betreibenden, Strahlungsemittierenden ICristallanordnung und einer elektrisch von dieser getrennten fotoelektrischen Halbleiteranordnung, die beide in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und dort optisch derart miteinander gekoppelt sind, daß ein die Strahlungsemittierende Kristallanordnung anregender elektrischer Strom zu einem von der fotoelektrischen Halbleiteranordnung abgegebenen elektrischen Sekundärstrom führt»

Solehe Anordnungen sind bekannt; sie dienen vorzugsweise als Relais, Um sie dem Einfluß, insbesondere auch optischen Einfluß, ihrer Umgebung zu entziehen, werden beide Bestandteile in einem gemeinsamen, insbesondere abgedunkelten Gehäuse angeordnet, aus welchem lediglich die vier elektrischen Zuleitungen herausragen, von denen zwei zum Betrieb des Strahlungsemittierenden Teils, die beiden anderen zum Betrieb des fotoelektrischen Teils dienen-.

Um den Wirkungsgrad einer solchen optoelektronischen Anordnung zu erhöhen, kann man entweder über die reflektierende Wirkung des Gehäuses oder durch optische Hilfsmittel, z.B. ■Linsen, die von dem Strahlungsemittierenden Bestandteil der Anordnung emittierte Strahlung auf die lichtempfindlichen Stellen der fotoelektrischen Halbleiteranordnung konzentrieren . Eine andere Möglichkeit, um dies zu erreichen, bietet die Anwendung eines sogenannten Lichtleiters, dessen eines Ende durch die Strahlungsemittierende Kristallanordnung beaufschlagt wird? während die am anderen Ende des

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Lichtleiters austretende Strahlung unmittelbar dem strahlungsenipfindliehen pn-übergang der fοtoelektrisehen Halbleiteranordnung zugeführt wird»

Die Anwendung eines solchen Lichtleiters bietet vor allem

technologische Vorteile, v/enn aus betriebstechnischen Gründen die beiden Bestandteile der optoelektronischen Anordnung sich auf stark unterschiedlichen elektrischen Potentialen befinden_? so daß bei zu großer Annäherung der beiden Teile ein elektrischer Überschlag erfolgt. Der lieht—-, leiter gestattet dann die. Einstellung eines entsprechend größeren Abstandes j ohne daß es hierdurch zu stärkeren Verlusten an optischer Leistung und Empfindlichkeit der Anordnung kommt» Der Lichtleiter muß aus ersichtlichen Gründen vollständig aus isolierendem Material bestehen„ Eine Möglichkeit bildet die Anwendung eines massiven Stabes aus optisch transparentem Material wie Glas oder Quarz_o Eine andere Möglichkeit ist die Anwendung von Lichtleitern aus Glasfasern., -

Beim Einbau einer solchen Anordnung in ein Gehäuse bringt jedoch die Anwesenheit eines Glas-Quarz-Lichtleiters wegen der durch ihn bedingten starren Verbindung der beiden Bestandteile der optoelektronischen Anordnung beachtliche Schwierigkeiten montagetechnischer Art, weil die zum Einbau erforderlichen Manipulationen erschwert werden oder es leicht sum Zerbrechen der Anordnung kommt» Hat man beispiels weise ein der Geometrie der einzubauenden Anordnung entsprechendes rohrförrniges Gehäuse, auf dessen einem Endverschluß der strahlungseraittierende Teil und auf dessen anderem Endverschluß der fotoempfindliche Teil der· optoelektronischen Anordnung montiert v/erden soll, so ist eine sehr genaue Bemessung der Gehäuse erforderlich? Wie sie in der Halb leitertechnik sonst im allgemeinen nicht erforderlich und . üblich ist, was aber eine beachtliche Erhöhung des insgesamt zur Herstellung einer solchen Anordnung erforderlichen technischen Aufwandes bedeutet»

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Zur Beseitigung solcher montagetechnischer Schwierigkeiten wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, bei der eingangs definierten optoelektronischen Anordnung einen die optische Kopplung zwischen der sirrahlungsemittierenden Kristallanordnung und dem fotoelektrischen Halbleiterbauelement bewirkenden Lichtleiter aus für die-Strahlung transparentem, elastisch-plastischem Material zu verwenden _c Vorzugsweise dient zu diesem Zweck ein Lichtleiter aus transparentem Silikonkautschuk, obwohl auch die Anwendung anderer lichtdurchlässiger Kunststoffe möglich ist, dezⁿen elastomechanische Eigenschaften in entsprechend ei· Weise eingestellt sind-

Diese Einstellung soll eine gewisse ^tcÄchbarkeit bzw* Dehnbarkeit des Materials zulassen, die vo_:ju.g^v/eise "bei Aufhören einer mechanischen Belastung wieder zurückgeht» Das richtige Ausmaß wird gerade von Silikonkautschuk geleistet; der sich um 10 - 2O70 seiner Länge stauchen läßt, ohne eine Rückstellkraft von 1 g zu überschreiten ο Eine der Erfindung ent_ sprechende optoelektronische Anordnung ist in der Figur dargestellt.

Das Gehäuse der Anordnung besteht aus einem zylindrischen Ring 1 aus geschwärztem Isoliermaterial, Z=Bc Glas oder Ke- · ramiko Dieser Ring ist an jedem Ende mit einem lokal durchbrochenen metallischen Träger 2 bsw„ 3> z=B_o mittels eines Bindematerials insbesondere vakuumdicht, abgeschlossen₀ Jeder dieser scheibenförmigen metallischen Träger 2, 3 dient als Unterlage und Elektrode für einen der beiden Bestandteile der optoelektronischen Anordnung,- Demzufolge ist jeder dieser Träger mit einer metallischen Zuleitung 4, 5 versehen. Im Beispielsfall ist der untere Träger 2 Elektrode für das strahlungsemittierende Bauelement, a.B_c eine Lumineszenzdiode, Laserdiode oder andere bekannte strahlungsfähige Kristallanordnung, während die obere Trägerelektrode 3 die fotoempfindliche Halbleiteranordnung, SoB₀ eine Fotodiode oder einen Fototransistor, kontaktiert₀ Das strahlungsemittierende Bauelement ist mit 6, das fotoempfindliche Bauelement mit 7 bezeichnet, 109 8 U/12 36

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Bi-e andere Elektrode (gegebenenfalls auch eine dritte Elektrode) dieser Bauelemente ist mit je einer weiteren elektrischen Zuleitung 8,. 9 kontaktiert, die - z₀B„ über eine Glaseinschmelzung - isoliert durch die jeweilige Trägerelektrode · 2, 3 hindurchgeführt sindo Zwischen dem strahlungsemittierendeh Bauteil 6 und.dem fotoempfindlichen Bauteil 7 befindet sich der beispielsweise aus durchsichtigem Silikonkautschuk bestehende Lichtleiter TO, dessen eines Ende mit der Oberfläche des Strahlungsemittierenden Bauelements an der Strah-"lungsaustrittsstelle und dessen anderes Ende mit dem fotoempfindlichen, Bauteil an der zu-beaufschlagenden Stelle, ZoB, an einem pn-übergang, verklebt ist<. Als Klebstoff wird selbstredend ein Material verwendet, welches die optische Qualität des Übergangs möglichst wenig beeinträchtigt, ZoB₀ Silikonkaut schukkleber„

Die Gesamtanordnung v/ird zweckmäßig so getroffen, daß Gehäuse, strahlungsemittierender Bauteil, Lichtleiter und fotoempfindlicher Bauteil koaxial zueinander angeordnet sindc Die Länge des Gehäuses richtet sich vor allem nach der zu isolierenden Spannung (Potentialunterschied).

Bei der Montage einer solchen Anordnung empfiehlt es sich, zunächst den StrahlungsemittierendenTeil 6 der optoelektronischen Anordnung auf dem Träger 2 zu befestigen und mit dem Lichtleiter in der aus der Figur ersichtlichen Weise zu verkleben und die Anordnung anschließend mit dem rohrförmigen Teil 1 des Gehäuses zu verbinden_c' Außerdem wird auf der anderen Trägerelektrode 3 der fotoelektrische Teil 7, z.B_o eine Fotodiode, in der erforderlichen Lage aufgebracht und die mit dem Lichtleiter zu verbindende Beaufschlagungsstelle und/oder das freie Ende des Lichtleiters mit Klebstoff überstrichen ο Dann wird die Trägerelektrode 3 mit dem fotoelektrischen Bauteil 7 auf den freien Band des rohrförmigen Gehäuseteils 1 aufgesetzt, wobei die Beaufschlagungsstelle des Bauteils 7 auf das freie Ende des Lichtleiters 7 gelangen soll und ein-Verkleben beider Teile erfolgen kann.- Es empfiehlt sich aus

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ersichtlichen Gründen, wenn der Lichtleiter beim Aufsetzen und Einbau der Trägerelektrodo 3 etwas gestaucht wird, so daß der erforderliche Kontakt auch hier gewährleistet ist_o Man macht deshalb den Lichtleiter um einige zehntel Millimeter langer, als es aus geometrischen Gründen unbedingt .erforderlich wäre» Bei den gemäß der Erfindung beispielsweise hergestellten Anordnungen beträgt die Länge des Lichtleiters einige Millimeter bis einige cm, u_o s,

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1 3?igur

4 Patentansprüche

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Claims (1)

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   ( 1»)y Optoelektronische Anordnung, bestehend aus einer elektrisch zu betreibenden, strahlungsemittierenden Kristallanordnung und einer elektrisch von dieser getrennten fotoelektrischen Halbleiteranordnung, die beide in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und dort optisch derart miteinander gekoppelt sind/ daß ein die strahlungsemittierende Kristallanordnung anregender elektrischer Strom zu einem von der fotoelektrischen Halblei- ^ teranordnung abgegebenen elektrischen Sekundärstrom führt/ dadurch gekennzeichnet, daß ein die optische Kopplung zwischen der strahlungsemittierenden KristallanOrdnung und dem fot-o.elektrisch.en Halbleiterbauelement bewirkender lichtleiter aus für die Strahlung transparentem, elastisch-plastischem Material bestehtο

   2o) Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter aus transparentem Silikonkautschuk besteht=

   3o) Optoelektronische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß strahlungsemittierendes Bau- W element und fotoelektrisches Bauelement und dor sie verbindende Lichtleiter koaxial in einem gemeinsamen, insbesondere rotationssymmetrisch aufgebauten Gehäuse angeordnet sind ο :

   4.) Optoelektronische Anordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlungsemittierende Bauelement und das fotoelektrische Bauelement auf je ■: einem metallischen Träger angeordnet sind, der gleichzeitig als Elektrode dient und den Verscliiuß der.Enden eines aus einem keramischen Ring bestehenden., insbesondere ab- . "*■ gedunkelten Gehäuse bewirkt, und daß jeder dieser beiden Träger an einer Stelle mit einer Ausnehmung versehen ist₅ durch die je eine andere elektrische Zuleitung au- dem betreffenden Bauelement isoliert hindurchgeführt is-'t_s.r."_y^_₁__lkl.,^v • . ^' - iä/\u ORiGiMAL

   ΡΑ9Λ93/1ΟΜ 1098U/123S