DE2929010C2 - Leuchtdiodenanzeigevorrichtung - Google Patents

Description

gion vorgesehen, auf dessen Oberseite eine /j--Epitaxialschicht 2 ausgebildet ist Innerhalb dieser Epitaxialschicht 2 sind p⁺-Gateregionen 5 eingebettet sowie p+-Gateableitbereiche 5' vorgesehen. Auf der oberen Oberfläche der Epitaxialschicht 2 ist ein a+-Drainbereich 4 ausgebildet Elektroden 3' und 4' sind am Sourcebereich 3 bzw. Drainbereich. 4 vorgesehen. Am Gateableitbereich 5' ist eine Elektrode 8 über einen dazwischen liegenden Isolierfilm 6 angeschlossen, um eine Kapazität für die Spannungsübertragung auszubilden. Zwischen der Gatelektrode 8 und der Sourceelektrode 3' ist ein kleiner Vorspannwiderstand Rb ausgebildet Zwischen dem Gateableitbereich 5' und entweder dem Sourcebereich 3 oder der Sourceelektrode 3' kann ein entsprechender Leckwiderstand Rc vorgesehen werden, wie gestrichelt angedeutet ist Diese Widerstände können außen angeschlossen werden oder integral aus einem Material wie PolysiJizium gebildet sein. Hier ist die Anordnung so getroffen, daß das Umgebungslicht auf die Drainseite auftreffen kann. Diese Ausführungsform ist so ausgelegt, daß man einen hohen Strom erzielt durch Vergrößerung der Zahl der Kanäle und durch Verringerung der Kanallänge (d. h. der Gateläng^).

Anstelle der Vertikalstruktur kann auch eine seitliche Struktur verwendet werden, bei der Ji⁺- und p+-Regionen nebeneinander angeordnet sind. Hierdurch kann der Sättigungsstromverlauf verbessert werden, indem beispielsweise die Kanallänge (Gatelänge) vergrößert wird, womit der Abstand vom Sourcebereich bis zu dem eigenleitenden Gate vergrößert wird, das dazu dient, wirksam den Strom zu steuern. Wenn der Vorspannwiderstand Rb mit einem größeren Wert versehen wird, nimmt der Spannungsabfall über dem Vorspannwiderstand zu, und die Sättigungscharakteristik wird noch mehr verbessert

In ähnlicher Weise ist es auch möglich, einen Feldeffektfototransistor mit einer isolierten Elektrode im Steuerbereich zu verwenden. In einem solchen Falle kann die Anordnung so getroffen werden, daß ein gewünschter Strom fließt durch entsprechende Wahl des Vorspannwiderstandes Rb.

F i g. 2A zeigt eine Anzeigeeinrichtung für den Anschluß an eine Wechselstromquelle P,_cüber einen Schalter SVK Es kann sich beispielsweise um eine Verkehrssignailampe handeln. Diese Anzeigeeinrichtung umfaßt einen Gleichrichter- und Glättungskreis REQ eine lichtempfindliche Stromsteuerschaltung CC-U gemäß Fig. IA und einen damit in Serie geschalteten Lcuchtdiodenkreis LED-U. Der Gleichrichter- und Glättungskreis REC umfaßt Gleichrichterdioden und eine Glättungskapazitä! Q die klein sein kann, da Brummkomponenten, wenn diese nicht exzessiv hoch sind, keinerlei Problem darstellen. Die lichtempfindliche Stromsteuereinheit CC-U wird etwa von einem Sättigungsstromunipolarfototransistor gebildet. Auch kann ein als Feldeffekttransistor arbeitender statischer Induktionstransistor verwendet werden. Die Leuchtdiodeneinheit LED-U besteht aus einer Mehrzahl von Untereinheiten SU\... SUh die in Serie geschaltet sind. Jede Untereinheit, z. B. §U\, besteht aus der Parallelschaltung von vier Serienschaltungen, z. B. Lu, Lau i-3i und Ui. Jede Serienschaltung L besteht aus einer Vielzahl von Leuchtdioden und einem Widerstand. Die Widerstände sind dazu bestimmt einen Ausgleich zwischen den Serienschaltungen innerhalb tier jeweiligen Untereinheiten zu schaffen und den Arbeitspunkt festzulegen.

Die gesamte Anzeigeeinrichtung kann in einem lampenartigen Gehäuse untergebracht sein. Die Leuchtdio deneinheit LED-U\iaxai auf der Oberseite und die lichtempfindliche Stromsteuereinheit CC-U an der Seitenfläche des Gehäuses angeordnet werden, wie dies in F i g. 2B dargestellt ist, oder auch umgekehrt In Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit wird der Strom festgelegt, der von der Stromsteuereinheit CC-U der Leuchtdiodeneinheit LED-U zugeführt wird, und dieser Strom kann fließen, während er in vier parallele Kreise innerhalb der entsprechenden Untereinhei- ten aufgeteilt wird. Wenn die Serienschaltungen unterbrochen werden, so steigt die Spannung, die an der betreffenden Untereinheit anliegt etwas an, was zu einer Erhöhung des Stromes führt, der durch die verbleibenden Serienschaltimgen fließt damit der Gesamtstrom der Untereinheiten, welcher die Summe jene Ströme ist, die durch diese Serienschaltungen fließen, konstant gehalten wird. Insofern wird sich die Gesamtmenge des emittierten Lichtes kaum ändern, selbst wenn örtliche Unterbrechungen in der Gesamteinrichtung vorliegen.

Fig.2C zeigt ein anderes Ausfül-Vingsbeispiel, bei dem eine einfache Parallelschaltung von vier Reihenkreisen vorgesehen ist die jeweils eine Serienschaltung von Leuchtdioden und einer lichtempfindlichen Stromsteuereinheit gemäß Fig.IA umfassen. Diese Schal- tung kar.n entweder mit Gleichstrom, wie hier angenommen, oder mit Wechselstrom betrieben werden, indem man für die Leuchtdiodeneinheit LED-U und die lichtempfindliche Stromsteuereinheit CC-U jene aus Fig.2A substituiert Eine erste Leuctrtdiodeneinheit LED-U\ und eine erste lichtempfindliche Stromsteuereinheit CC-Ut liegen in Serie und bilden die erste Leitung Li. Die zweite, dritte und vierte Leitung Li, L3 bzw. Li sind entsprechend aufgebaut Jede Leuchtdiodeneinheit LED-U ist weiter unterteilt in eine Mehrzahl von einzelnen Leuchtdiodenuniereinheiten LED-SU, um die Auslegungsfreiheit der Anzeigeeinrichtung zu vergrößern. Beispielsweise ist es durch Einstellung der Betriebsspannung pro Leuchtdiodenuntereinheit bei 20 V durch Anordnung der Konfiguration etwa in einem rechteckigen oder sechseckigen Muster möglich, dieselbe Leuchtdiodenuntereinheit für unterschiedliche Zwecke zu verwenden, wobei darüber hinaus der Austausch vereinfacht wird. Es ist wünschenswert, die lichtempfindliche Stromsteuereinheit CC-i/durch einen Sät- tigungsstromfototransistor zu realisieren.

Wenn die Leuchtdiodenanzeigeeinrichtung in lampenartiger Form montiert wird, kann die Lampenbasis in vorteilhafter Weise als Wärmesenke benutzt werden, um die Wärmeabgabe solcher Teile wie der Stromsteu erkreise und des Gleichrichters zu verbessern. Es ist zweckmäßig, die Stromsteuereinheit an einer Stelle vorzusehen, wo das Licht von den Leuchtdiodenkreisen nicht idf den Fototransistor auftreffen kann, so daß die Umgebungshelligkeit besser überwacht werden kann.

Insbesondere duroii Verwendung eines Sättigungsstromfototransistors im lichtempfindlichen Stromsteuerkreis ist es möglich, gleichzeitig die lichtempfindliche Stromsteuerung durchzuführen und Überspannungen daran zu hindern, bei den Leuchtdiodenkreisen wirksam zu werden. Ferner ist die Anwendung eines unipolaren Fototransistors (etwa ein PN-FET oder ein IG-FET) besonders zweckmäßig, da er die Auslegung der lichtempfindlichen Stromsteuerung mit weitgehender Freiheit für den Konstrukteur ermöglicht.

fc5 .

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

vorzusehen, ist aus »IEEE Transactions on Electron De-

Patentansprüche: vices«, Bd. ED-22, Nr. 9,1975, S. 701 bis 706 bekannt.

Der Einsatz von bipolaren und unipolaren Fototransi-

1. Leuchtdiodenanzeigevorrichtung mit einem stören ist aus L. Ratheiser, H. Pichler, Optoelektronik,

Leuchtdiodenschaltkreis, der in Serie Leuchtdioden 5 München 1976, Franzis-Verlag, S. 36 bis 45 bekannt

und einen Stromsteuertransistor umfaßt, der auf Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine

Umgebungslicht ansprechend die von den Leucht- Leuchtdiodenanzeigevorrichtung nach dem Oberbe-

dioden erzeugte Helligkeit an die Umgebungsheilig- griff des Anspruchs 1 zu schaffen, die es ermögliciit, auf

keit anpaßt, dadurchgekennzeichnet, daß den Stromsteuertransistor Licht nur im Betriebsfalle ge-

als Transistor'ein an sich bekannter Sperrschicht- 10 langen zu lassen.

Feldeffekttransistor (Qt) mit einer dem Licht ausge- Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeich-

setzten Gate-Kanal-Grenzschicht hinter einem Fen- nenden Teil des Anspruchs 1 gelöst

ster, das mittels einer Blende in Abhängigkeit von Da heutzutage Leuchtdioden eine sehr große Lebens-

dem den Transistor (Q₁) durchfließenden Strom der- druer aufweisen, kann dadurch, daß der Stromsteuer-

ait steuerbar ist, daß (Ue Gate-Kanal-Grenzschicht 15 transistor nur im Betriebsfall dem Umgebungslicht aus-

nur bei Stromfluß dem licht ausgesetzt ist gesetzt wird, dessen Lebensdauer ebenfalls wesentlich

Z Leuchtdiodenanzeigevorrichtung nach An- erhöht werden, so daß die Funktion der Anzeigevorrich-

spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende tung nicht vorzeitig durch eine verkürzte Lebensdauer

eine Spule zum Verstellen des Fensters aufweist des Stromsteuertransistors infolge permanenter Licht-

3. Leuchldiodenanzeigevorrichtung nach An- 20 einwirkune beeinträchtigt wird.

spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den UnTransistor (Qt) gegenüber dem von den Leuchtdio- teransprüchen zu entnehmen.

den (LED—U) abgestrahlten Licht abgeschirmt an- Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den

geordnet ist Abbildungen dargestellten Ausf ührungsbeLspiele näher

4. Leuchtdiodenanzeigevorrichtung nach einem 25 erläutert

der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß F i g. 1A zeigt schcsiatische eine Schaltungsanord-

der Transistor (Q\) ein Sättigungsstromtränsistor ist nung für die Stromsteuerung einer L-euchtdiodenanzei-

5. Leuchtdiodenanzeigevorrichtung nach einem gevorrichtung.

der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß F i g. 1B zeigt einen Schnitt eines unipolaren Fo toder Transistor/φ) ein Unipolartransistor ist. 30 transistors, der in der Schaltungsanordnung von

F i g. 1A verwendbar ist

F i g. 2A zeigt eine Ausführungsform einer Schaltung

einer Leuchtdiodenanzeigevornchtung.
F i g. 2B zeigt im Schnitt eine Leuchtdiodenanzeige-

Die Erfindung betrifft eine Leuchtdiodenanzeigevor- 35 vorrichtung,
richtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs I. Fig. 2C zeigt eine weitere Ausführungsform einer

Eine derartige Leuchtdiodenanzeigevorrichtung ist Schaltung für eine Leuchtdiodenanzeigevornchtung.
aus der FR-PS 21 23 666 bekannt, bei der eine Vielzahl F i g. 1A zeigt einen Sperrschicht-F.^Weffektfototran-

von Leuchtdioden in einem teilweise für sichtbares sistor Q₁ mit einem Selbstvorspannwiederstand R/, und Licht transparenten Gehäuse angeordnet sind, wobei 40 einer Blende. Der Selbstvorspannwlderstand Rb ist an ferner in dem Gehäuse in Richtung auf den transparen- einen Sourcebereich (oder eine Sourceelektrode) des ten Teil hiervon ein Photoelement etwa in Form eines Fototransistors Q\ angeschlossen, um eine Vorspannung Fototransistors angeordnet ist, der als Detektor für die über diesem aufzubauen. Das Gate des Fototransistors Intensität des auffallenden sichtbaren Lichts dient Das Q\ ist mit dem anderen Ende des Selbstvorspannwiderauffallende Umgebungslicht steuert auf diese Weise den 45 Standes Rt verbunden. Die Blende umfaßt eine Erreger-Strom für die Leuchtdiodenanzeige, so daß deren HeI- spule L und eine Blendenplatte SP mit einem Fenster, ligkeit an die Umgebungshelligkeit angepaßt wird. Da- Wenn kein Drainstrom fließt, wird die Blendenplatte SP mit keine Beeinflussung des Photoelements durch das nach einer Seite gezogen, und es fällt kein Licht auf den von den Leuchtdioden ausgestrahlte Licht erfolgt, ist Fototransistor Q\. Wenn ein Drainstrom fließt, wird die der transparente Teil des Gehäuses mit einer Antirefle- 50 Spule L erregt, um die Blendenplatte SP zur anderen xionsbeschichtung verschen. Hierbei ist nachteilig, daß Seite zu ziehen. Ein Fenster in der Blendenplatte SP ständig Licht auf das Photoelement fällt, auch wenn die ermöglicht dem auffallenden Licht, auf den Fototransi-Leuchtdiodenanzeige nicht in Betrieb ist, wodurch ver- stör Q₁ während einer bestimmten Periode aufzutreffen, früht Alterungserscheinungen und Fehlfunktionen auf- Diese Blendenanordnung kann verglichen werden mit treten können, die die Zuverlässigkeit beeinträchtigen. 55 einer Kamerablende, angeordnet in der Brennebene.

Aus der DE-OS 23 04 556 ist es an sich bekannt, einen Ladungsträger, die durch solches auftreffendes Licht iomit einem weiteren Transistor in Darlington-Schaltung nisiert werden, werden im Gatebereich gespeichert, um gekoppelten Fototransistor zum Anzeigen des Vorhan- die Gesamtvorspannung zu modulieren, welche die denseins von Strahlung über eine Leuchtdiode vorzuse- Summe des Spannungsabfalls über dem Widerstand Rb hen, wobei die Bauteile auf einem gemeinsamen Sockel μ und der Spannung, hervorgerufen durch die Beleuchangeordnet und mit lichtdurchlässigem Kunststoff ver- tung, d. h. durch die im Gatebereich gespeicherte Lagossen sind. Eine Helligkeitsbeeinflussung des von der dung, dividiert durch die Gatekapazität, ist Der Foto-Leuchtdiode abgegebenen Lichts ist nicht vorgesehen. transistor kann auch in anderer Weise verwendet wer-

Aus »elektronikpraxis«, 1978, Nr. 6, S. 48 ist es be- den, etwa mit einem anderen Blendentyp,
kannt, eine Leuchtdiode mit zugehörigem Steuerkreis in 65 Eine schematische Darstellung des Aufbaus eines geeinem farbigen Gehäuse anzuordnen. maß Fig. IA verwendbaren Sperrschicht-Feldeffekt-

Anstelle einzelner Leuchtdioden Serienschaltungen transistors φ zeigt Fig. IB. In der Querschnittsdarstel- und/oder Parallelschaltungen aus mehreren Dioden lung nach Fig. IB ist das n*-Substrat 3 als Sourcere-