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DE2059909A1 - Electroluminescent component - Google Patents

Electroluminescent component

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Publication number
DE2059909A1
DE2059909A1 DE19702059909 DE2059909A DE2059909A1 DE 2059909 A1 DE2059909 A1 DE 2059909A1 DE 19702059909 DE19702059909 DE 19702059909 DE 2059909 A DE2059909 A DE 2059909A DE 2059909 A1 DE2059909 A1 DE 2059909A1
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DE
Germany
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radiation
component according
capsule
visible spectrum
semiconductor element
Prior art date
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Pending
Application number
DE19702059909
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German (de)
Inventor
Henry Kressel
Ivan Ladany
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RCA Corp
Original Assignee
RCA Corp
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Publication date
Application filed by RCA Corp filed Critical RCA Corp
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Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland ■ Dr.-Ing. R. KönigDipl.-Ing. H. Sauerland ■ Dr.-Ing. R. King

Dipl.-Inq. BergenDipl.-Inq. Mountains

Patentanwälte ■ 4oao Düsseldorf ■ Cecilienalles 76 -Telefon 43 273ΞPatent Attorneys ■ 4oao Düsseldorf ■ Cecilienalles 76 -Telefon 43 273Ξ

Unsere Akte: 26 309 4. Dezember 1970Our file: 26 309 December 4th 1970

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)RCA Corporation, New York , NY (V.St.A.)

"Elektrolumineszierendes Bauteil""Electroluminescent component"

Die Erfindung betrifft ein elektrolumineszierendes Bauteil, , insbesondere ein solches, das eine außerhalb des sichtbaren " Spektrums liegende Strahlung aussendet und in der Lage ist, seinen Betriebszustand sichtbar anzuzeigen.The invention relates to an electroluminescent component, in particular one that emits radiation lying outside the "visible" spectrum and is capable of to visibly display its operating status.

Elektrolumineszierende Halbleiterelemente entfalten Elektrolumineszenz im Bereich eines pn-Übergangs, der so vorgespannt ist, daß Ladungsträger eines Typs in ein Gebiet einströmen, in dem sich die Majoritätsträger entgegengesetzten Typs befinden. Die Strahlung wird bei der Vereinigung von Paaren entgegengesetzter Ladungsträger ausgesandt. Entsprechend der Konstruktion des elektrolumineszierenden Halbleiterelements und dem Material, aus dem es hergestellt ist, kann die Frequenz der ausgesandten Strah- | lung entweder im oder außerhalb des sichtbaren Spektrums liegen, im letzteren Fall beispielsweise als Infrarotstrahlung. Electroluminescent semiconductor elements develop electroluminescence in the area of a pn junction, which is biased in such a way that charge carriers of one type are in a region in which the majority carriers of the opposite type are found. The radiation is at the union sent out by pairs of opposite charge carriers. According to the construction of the electroluminescent Semiconductor element and the material from which it is made, the frequency of the emitted beam | ment lie either in or outside the visible spectrum, in the latter case for example as infrared radiation.

Bei der Verwendung eines elektrolumineszierenden Halbleiterbauteils ist es wünschenswert, bestimmen zu können, ob das Bauteil eine Strahlung aussendet, sobald Strom angelegt wird. Handelt es sich dabei um den Typ, der eine innerhalb des sichtbaren Spektrums liegende Strahlung aussendet, so besteht diesbezüglich selbstverständlich keine Schwierigkeit. Handelt es sich jedoch um ein Bauteil, dasWhen using an electroluminescent semiconductor component It is desirable to be able to determine whether the component emits radiation as soon as power is applied will. Is it the type that emits radiation that is within the visible spectrum, so there is of course no difficulty in this regard. However, if it is a component that

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außerhalb des sichtbaren Spektrums strahlt, so kann bisher ohne spezielle Einrichtungen zum Erfassen der besonderen Strahlungsart nicht festgestellt werden, ob das Bauteil strahlt oder nicht.Radiates outside of the visible spectrum, so can so far without special facilities for detecting the special Radiation type cannot be determined whether the component radiates or not.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein elektrolumineszierendes Halbleiterbauteil zu schaffen, das trotz Strahlens im unsichtbaren Bereich im Betriebszustand eine sichtbare Anzeige abgibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein eine außerhalb des sichtbaren Spektrums liegende Strahlung aussendendes Halbleiterelement, das von einer Kapsel umgeben ist, die sowohl für die von dem Halbleiterelement ausgesandte Strahlung als au h für eine innerhalb des sichtbaren Spektrums liegende Strahlung transparent ist und ein Zusatzmaterial enthält, das unter dem Einfluß der vom Halbleiterelement ausgehenden Strahlung zu einer innerhalb des sichtbaren Spektrums liegenden Strahlung angeregt wird.The object of the present invention is therefore to provide an electroluminescent To create a semiconductor component that is in the operating state despite radiation in the invisible area gives a visible indication. This object is achieved according to the invention by an outside of the visible Semiconductor element emitting radiation lying in the spectrum, which is surrounded by a capsule, which is used both for the radiation emitted by the semiconductor element as au h is transparent to radiation lying within the visible spectrum and contains an additional material which under the influence of the radiation emanating from the semiconductor element to one lying within the visible spectrum Radiation is excited.

Anhand der beigefügten Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist, wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawing, in which a preferred exemplary embodiment is shown.

Das in einer bevorzugten Form dargestellte elektrolumineszierende Bauteil 10 gemäß der Erfindung besitzt einen Träger 12 in Form einer flachen Metallscheibe, auf der mit Hilfe eines geeigneten Lötmittels ein elektrolumineszierendes Halbleiterelement 14 befestigt ist, das eine außerhalb des sichtbaren Spektrums liegende Strahlung, wie beispielsweise Infrarotstrahlung, aussendet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann jedes bekannte elektrolumineszierende Element Verwendung finden. Im allgemeinen wird man jedoch dazu nur Elemente verwenden, die aus Halbleitermaterial mit einer Banddifferenzenergie hergestellt sind, die unsichtbare Strahlung verursacht, beispielswei-The electroluminescent shown in a preferred form Component 10 according to the invention has a carrier 12 in the form of a flat metal disc on which with Using a suitable solder, an electroluminescent semiconductor element 14 is attached, the one outside emits radiation lying in the visible spectrum, such as infrared radiation. As part of the Any known electroluminescent element can be used in the present invention. Generally will However, you only use elements made of semiconductor material with a band difference energy that cause invisible radiation, for example

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se Galliumarsenid, Indiumphosphid oder eine Mischung aus Indiumarsenid und Galliumarsenid, und benachbarte p- und n-Bereiche 16 und 18 mit einer dazwischen liegenden p-n-Trennschicht 20 aufweisen. Sobald das Element 14 derart vorgespannt wird, daß Ladungsträger eines Typs in einen Bereich strömen, in dem sich überwiegend Ladungsträger des entgegengesetzten Typs befinden, entfaltet das Element in der Nahe des pn-Übergangs 20 Elektrolumineszenz. Bei der Vereinigung von Paaren entgegengesetzt geladener Träger wird die Strahlung ausgesandt. Das Element 14 ist auf der Platte 12 so befestigt, daß die Strahlung vom Träger weg erfolgt.se gallium arsenide, indium phosphide, or a mixture of indium arsenide and gallium arsenide, and adjacent p- and Have n regions 16 and 18 with a p-n separating layer 20 in between. Once the element 14 is so is biased that charge carriers of a type flow into an area in which predominantly charge carriers are of the opposite type, the element develops electroluminescence in the vicinity of the pn junction 20. When pairs of oppositely charged carriers join together, the radiation is emitted. The element 14 is mounted on the plate 12 so that the radiation is away from the carrier.

Durch eine öffnung in der Platte 12 erstreckt sich ein Anschluß 22, der auf der das Element 14 tragenden Seite der Platte leicht über deren Oberfläche hinausragt. Mit Hilfe einer Dichtungsscheibe 24 wird der Anschluß 22 an der Platte 12 sowohl gehalten als auch von dieser elektrisch isoliert. Die Dichtungsscheibe 24 kann aus Glas oder Keramik bestehen. Über einen dünnen Draht 26 ist der Anschluß 22 elektrisch mit einem Kontakt am p-Bereich 16 des Elements 14 verbunden. Ein weiterer Anschluß 28 ist ebenfalls an der Platte 12 befestigt, die ihrerseits mit einem Kontakt am n-Bereich 18 des Elements 14 elektrisch verbunden ist.A connection extends through an opening in the plate 12 22, which on the side of the plate carrying the element 14 protrudes slightly above its surface. With help a sealing washer 24, the terminal 22 is both held on the plate 12 and electrically isolated therefrom. The sealing washer 24 can be made of glass or ceramic. The connection 22 is via a thin wire 26 electrically connected to a contact on p-region 16 of element 14. Another connection 28 is also on of the plate 12, which in turn is electrically connected to a contact on the n-region 18 of the element 14.

Auf der Oberseite der Platte 12 ist eine gewölbte Kapsel 30 befestigt, die sich über das elektrolumineszierende Element 14 erstreckt und mit diesem in engem Kontakt befindet, so daß das Element völlig von der Kapsel umschlossen ist und die von ihm ausgesandte Strahlung die Kapsel passiert. Die Kapsel besteht aus einem Material, das sowohl für die von dem Element 14 ausgesandte Strahlung, die außerhalb des sichtbaren Spektrums liegt, als auch für sichtbare Strahlung transparent istj das vorzugsweise einen hohen Brechungsindex besitzt und leicht zu einer Kapsel zuOn the top of the plate 12, a curved capsule 30 is attached, which extends over the electroluminescent Element 14 extends and is in close contact therewith so that the element is completely enclosed by the capsule and the radiation it emits passes the capsule. The capsule is made of a material that both for the radiation emitted by the element 14 which is outside the visible spectrum, as well as for visible radiation is transparent, which preferably has a high refractive index and is easy to encapsulate

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formen ist. Hierzu eignen sich besonders Epoxy-, Acryl-, Polyester- oder Glykolphthalat-Kunststoffe und Glassorten mit niedrigem Schmelzpunkt.shaping is. Epoxy, acrylic, polyester or glycol phthalate plastics and types of glass are particularly suitable for this with low melting point.

Innerhalb des Kapselmaterials sind Teilchen 32 gleichmäßig verteilt, die aus einem Phosphor bestehen, der sichtbare . Strahlung aussendet, wenn er einer außerhalb des sichtbaren Spektrums liegenden Strahlung ausgesetzt wird, wie sie von dem Element 14 ausgesandt wird. Phosphorsorten die für diesen Zweck besonders geeignet sind, sind solche, die unter dem Einfluß einer Strahlung mit einer außerhalb des sichtbaren Spektrums liegenden Frequenz, wie beispielsweise Infrarotstrahlung, sichtbares Licht durch 2- oder 3-Photonen-Absorption aussenden. Diese Phosphorarten weisen Ionen von Kristallen Seltener Erden auf, wie Ytterbium und Erbium oder Ytterbium und Holmium, und zwar in einem Grundmaterial wie LaF,, Y3OCl7, BaYF5 oder BaLuF5. Die in der Kapsel 30 enthaltene Menge des Phosphors 32 sollte so gewählt werden, daß eine sichtbare Lichtstrahlung durch das Phosphor hervorgerufen wird, ohne die gewünschte Abgabe der Strahlung des elektrolümineszierenden Elements 14 nachteilig zu beeinflussen. Es hat sich herausgestellt, daß eine Mischung des Kapselmaterials und der Phosphorpartikel 32, in der die Phosphorteilchen in einer Menge von 0,5 bis 1 Gew.-?6 vorhanden sind, zu einer sichtbaren Lichtausstrahlung führen, die die Strahlung des Elements 14 nicht nachteilig beeinflußt. An dieser Stelle muß jedoch betont werden, daß durchaus auch eine größere Phosphormenge in der Kapsel 30 enthalten sein kann, sofern die Strahlungsleistung des Elements 14 erheblich größer ist als sie für die besondere Anwendung des elektrolumineszierenden Bauteils 10 gebraucht wird.Particles 32, which consist of a phosphor, the visible one, are evenly distributed within the capsule material. Emits radiation when exposed to radiation outside the visible spectrum, such as that emitted by element 14. Phosphors which are particularly suitable for this purpose are those which, under the influence of radiation with a frequency outside the visible spectrum, such as infrared radiation, emit visible light by means of 2- or 3-photon absorption. These types of phosphors have ions from rare earth crystals, such as ytterbium and erbium or ytterbium and holmium, in a base material such as LaF ,, Y 3 OCl 7 , BaYF 5 or BaLuF 5 . The amount of phosphor 32 contained in capsule 30 should be selected so that visible light radiation is caused by the phosphor without adversely affecting the desired emission of the radiation from electroluminescent element 14. It has been found that a mixture of the capsule material and the phosphor particles 32 in which the phosphor particles are present in an amount of 0.5 to 1 wt influenced. At this point, however, it must be emphasized that a larger amount of phosphorus can also be contained in the capsule 30 if the radiation power of the element 14 is considerably greater than that required for the particular application of the electroluminescent component 10.

Zum Herstellen der mit den Phosphorpartikeln 32 versehenen Kapsel 30 wird zunächst das Kapselmaterial mit den Phos-To produce the capsule 30 provided with the phosphor particles 32, the capsule material is first filled with the phosphor

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phorpartikeln gemischt. Diese Mischung wird sodann auf der Oberseite-der~.Platte 12 und um das Element 14 in für das Kapselmaterial geeigneter Weise geformt. Obgleich die Kapsel 30 im dargestellten Beispiel als Vollkapsel ausgebildet ist, kann sie auch als hohle, das Element 14 überwölbende Kappe auf der Platte 12 befestigt sein. In diesem Fall können die Phosphorpartikel 32 entweder in der Wand der Kappe eingebettet oder auf deren innerer Oberfläche aufgebracht sein0 phosphor particles mixed. This mixture is then molded on top of the plate 12 and around element 14 in a manner suitable for the capsule material. Although the capsule 30 is designed as a full capsule in the example shown, it can also be fastened to the plate 12 as a hollow cap that arches over the element 14. In this case, the phosphor particles 32 may be either embedded in the wall of the cap or applied to the inner surface thereof 0

Im Betriebszustand des elektrolumineszierenden Bauteils 10 wird das Halbleiterelement 14 durch Verbindung der Ka- { bei 22 und 28 über eine Stromquelle in gewünschter Weise vorgespannt, um das Element 14 zur Aussendung einer außerhalb des sichtbaren Spektrums liegenden Strahlung zu ver-. anlassen, die in die Kapsel 30 dringt. Ein kleiner Teil der Strahlung wird von den Phosphorpartikeln in der Kapsel 30 absorbiert, während der größere Teil der Strahlung die Kapsel passiert und vom Bauteil 10 abgegeben wird. Der von den Phosphorpartikeln 32 absorbierte Strahlungsteil regt den Phosphor zur Abgabe einer sichtbaren Strahlung an, die ebenfalls durch die Kapsel hindurchtritt. Die Farbe der von den Phosphorpartikeln abgegebenen Strahlung hängt von der jeweils verwendeten Phosphorzusammensetzung ab. Sobald Λ also das elektrolumineszierende Bauteil 10 eine außerhalb des sichtbaren Spektrums liegende Strahlung abgibt, werden die Phosphorpartikel zur Abgabe einer innerhalb des sichtbaren Spektrums liegenden Strahlung angeregt, so daß das erfindungsgemäße Bauteil in besonderer Weise dazu geeignet ist, seine einwandfreie Funktionsfähigkeit selbsttätig anzuzeigen. In the operating state of the electro-luminescent component 10, the semiconductor element 14 by connecting the Ka {at 22 and 28 is biased via a current source in the desired manner to the element 14 for emitting a lying outside the visible spectrum radiation to comparable. start, which penetrates the capsule 30. A small part of the radiation is absorbed by the phosphor particles in the capsule 30, while the greater part of the radiation passes through the capsule and is emitted by the component 10. The part of the radiation absorbed by the phosphor particles 32 excites the phosphor to emit visible radiation which also passes through the capsule. The color of the radiation emitted by the phosphor particles depends on the particular phosphor composition used. As soon as Λ the electroluminescent component 10 emits radiation lying outside the visible spectrum, the phosphor particles are excited to emit radiation lying within the visible spectrum, so that the component according to the invention is particularly suitable for automatically displaying its proper functioning.

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Claims (8)

2 O S 9 9 Π 92 O S 9 9 Π 9 RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)RCA Corporation, New York , NY (V.St.A.) Patentansprüche:Patent claims: M J Elektrolumineszierendes Bauteil, gekennzeichnet durch ein eine außerhalb des sichtbaren Spektrums liegende Strahlung aussendendes Halbleiterelement (14), das von einer Kapsel (30) umgeben ist, die sowohl für die von dem Halbleiterelement ausgesandte Strahlung als auch für eine innerhalb des sichtbaren Spektrums liegende Strahlung transparent ist und ein Zusatzmaterial enthält, das unter dem Einfluß der vom Halbleiterelement (14) ausgehenden Strahlung zu einer innerhalb des sichtbaren Spektrums liegenden Strahlung angeregt wird.M J Electroluminescent component, characterized by a one outside the visible spectrum lying radiation-emitting semiconductor element (14) which is surrounded by a capsule (30) which both for the radiation emitted by the semiconductor element as well as for radiation lying within the visible spectrum Radiation is transparent and contains an additional material, which under the influence of the semiconductor element (14) outgoing radiation is excited to a radiation lying within the visible spectrum. 2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzmaterial aus an oder in der Kapsel (30) befindlichen Partikeln (32) eines Phosphors besteht.2. Component according to claim 1, characterized in that the additional material on or in the capsule (30) located particles (32) of a phosphor. 3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein unter dem Einfluß einer außerhalb des sichtbaren Spektrums liegenden Strahlung auf der Basis einer 2- oder 3-Photonen-Absorption sichtbares Licht aussendender Phosphor verwendet wird.3. Component according to claim 2, characterized in that one under the influence of an outside Radiation of the visible spectrum based on 2 or 3 photon absorption of visible light emitting phosphorus is used. 4. Bauteil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphorpartikel (32) in einer Menge vorhanden sind, die ohne störenden Einfluß auf die Intensität der vom Bauteil ausgesandten, außerhalb des sichtbaren Spektrums liegenden Strahlung eine ausreichend sichtbare Strahlung hervorruft.4. Component according to claim 2 or 3, characterized in that the phosphor particles (32) are present in an amount that does not have a disruptive effect on the intensity of the emitted by the component, outside radiation lying in the visible spectrum produces sufficient visible radiation. 5. Bauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4,5. Component according to one or more of claims 2 to 4, 109828/ 10?8109828/10? 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphorpartikel (32) innerhalb der Kapsel (30) gleichmäßig verteilt sind.characterized in that the phosphor particles (32) within the capsule (30) are uniform are distributed. 6. Bauteil nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die aus Kapselmaterial und Phosphorpartikeln bestehende Mischung mindestens ungefähr 0,5 Gew.-% Phosphorpartikel enthält.6. Component according to claim 4 or 5, characterized in that the capsule material and the mixture consisting of phosphor particles contains at least about 0.5% by weight of phosphor particles. 7. Bauteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Kombination7. Component according to one or more of claims 1 to 6, characterized by the combination einer Infrarotstrahlungsquelle mit einem Werkstoff, der i an infrared radiation source with a material that i einen Teil der Infrarotstrahlung absorbiert und dafür sichtbare Strahlung aussendet, und der den Rest der Infrarotstrahlung passieren läßt.absorbs part of the infrared radiation and emits visible radiation in return, and the rest of the infrared radiation lets happen. 8. Bauteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotstrahlungsquelle aus einem elektrolumineszierenden Halbleiterelement mit Injiziereigenschaften besteht, das unter dem Einfluß eines elektrischen Signals Infrarotstrahlung aussendet, und daß zur Eingabe des elektrischen Signals elektrische AnschlüST se (22, 28) mit dem Halbleiterelement (14) verbunden sind.8. Component according to claim 7, characterized in that the infrared radiation source from an electroluminescent semiconductor element with injection properties consists, which emits infrared radiation under the influence of an electrical signal, and that for inputting the electrical signal, electrical connections (22, 28) are connected to the semiconductor element (14). 109826/1028109826/1028 LeerseiteBlank page
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