DE3302660A1

DE3302660A1 - Lichtsender mit mindestens zwei halbleiterkristallen

Info

Publication number: DE3302660A1
Application number: DE19833302660
Authority: DE
Inventors: Jacques Claude 14200 Herouville St. Clair Thillays
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-01-29
Filing date: 1983-01-27
Publication date: 1983-08-11
Also published as: GB2114368A; FR2520934A1; GB8302121D0; FR2520934B1; GB2114368B; US4560901A; JPS58132985A

Description

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Lichtsender mit mindestens zwei Halbleiterkristallen

Die Erfindung bezieht sich, auf einen Licht sender, der mindestens zwei Halbleiterkristalle aufweist, wobei in jedem ein elektrolumineszierender Übergang zwischen zwei Gebieten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps gebildet ist, wobei die g nannten Kristalle in eine transparente Schutzhülle ausgenommen sind, die eine Fläche aufweist, aus der die von den genannten Übergängen ausgestrahlte Strahlung heraustritt, welche Übergänge abwechselnd erregbar sind aus einer ausserhalb liegenden Stromquelle über zwei Ausgangselektroden, die durch die genannte transparente Hülle hindurchgehen.

Leuchtdioden werden oft für visuelle Wiedergabe, insbesondere in der Datenverarbeitungstechnik benutzt. Ein logischer Zustand in binärer Form kann mit Hilfe einer Diode, die zwei Zustände annimmt: leuchtende Diode, gelöschte Diode, sichtbar gemacht werden. Aber im Falle einer starken Umgebungsbeleuchtung können die Reflexionseffekte auf die Optik der genannten Dioden Interpretationsfehler herbeiführen. Aus diesem Grunde wird die Sichtbar- machung der unterschiedlichen logischen Zustände mit Hilfe von Dioden, die in unterschiedlichen Wellenlängen ausstrahlen, beispielsweise in rot und grün, bevorzugte

Es sind bereits zweifarbige Leuchtelemente bekannt, die aus zwei Halbleiterkristallen bestehen von denen der eine bei einer gegebenen Polarität in rot ausstrahlt und der andere bei entgegengesetzter Polarität in grün.

Die verwendeten Kristalle sind vom P, N - Typ, d.h. Kristalle, bei denen in einem N-leitenden Körper eine P-leitende Zone vorhanden ist, wobei das Licht aus der letztgenannten Zone austritt. Die Verwendung in Lichtsendern führt zu technologischen Schwierigkeiten. Aus Rationalisierungsgründen empfiehlt es sich, dass derartige Anordnungen nur zwei Elektroden enthalten. Damit das

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N-leitende Gebiet eines der Kristalle mit dem P-leitenden Gebiet des anderen Kristalls in elektrischem Kontakt sein wird, ist es notwendig dass die N-leitenden Gebiete gegeneinander isoliert sind, d.h., dass ihre Metallträger ebenfalls gegeneinander isoliert sind. Diese Bedingung führt also zu der Verwendung zweier getrennter Träger.

Eine derartige Konstruktion ist verwickelt sowie wenig wirtschaftlich und ergibt ein mlttelmässiges Resultat. Die Kristalle sind nämlich notgedrungen exzentrisch gegenüber der Längsachse des Leuchtelementes angeordnet und es ist schwierig diese Exzentrizität bei Verwendung zweier einzelner Träger gering zu halten.

Die genannten Kristalle sind von einem farblosen Kunststoff umgeben, um aber den Exzentrizitätseffekt der Kristalle abzuschwächen muss dieser Kunststoff eine diffuse Komponente enthalten, die eine unangenehme graue Tönung ergibt und den Kontrast beim Vorhandensein einer starken Umgebungsbeleuchtung beeinträchtigt.

Die Leuchtdioden können ebenfalls ausserhalb des sichtbaren Spektrums für Sonderanwendungen, insbesondere auf dem Gebiet der Informationsübertragung benutzt werden. In dem Fall, wo sie mindestens paarweise in derselben Anordnung vereint werden, stösst man auf Schwierigkeiten, die den obengenannten Problemen praktisch entsprechen.

Die bekannten Anordnungen weisen andere Nachteile auf und zwar infolge der Tatsache, dass sie nur zwei Ausgangselektroden enthalten sollen, während ursprünglich jeder der Kristalle ebenfalls zwei Elektroden aufweist, die mit je einem Halbleitergebiet verbunden sind. Die erste der Elektroden jedes Kristalls besteht aus dem Metallträger des genannten Kristalls und die zweite ist eine einfache Verbindungszunge, Beim Zusammenstellen der Anordnung muss die erste Elektrode eines der Kristalle mit der · zweiten Elektrode des anderen elektrisch verbunden werden und umgekehrt, wobei die Abstände zwischen den Kristallträgern und den Kristallen selbst konstant gehalten werden sollen.

Das Zusammenstellen derartiger Lichtsender bietet

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eine Vielzahl Schwierigkeiten, wobei nur ein mittelmässiges Produkt mit einem relativ hohen Gestehungspreis erhalten wird und wobei sich eine Massenherstellung schwer verwirklichen lässt.

Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, diese Nachteile auszuschalten.,Dazu weist ein Lichtsender der eingangs erwähnten Art,das Kennzeichen auf, dass die beiden Kristalle auf einem einzigen Metallträger auf dem Boden eines reflektierenden Hohlraumes befestigt sind, ■ dass einer der Kristalle ein untenliegendes, an dem Träger befestigtes N-leitendes Gebiet und ein oberes P-leitendes Gebiet hat, aus dem das Licht austritt und dass der andere Kristall ein unten liegendes, P-leitendes, an dem Träger befestigtes Gebiet und ein oberes, N-leitendes Gebiet hat, aus dem das Licht austritt, wobei der Träger eine erste gemeinsame Ausgangselektrode bildet für die unten liegenden Gebiete und Kristalle, die daran befestigt sind und wobei eine zweite Ausgangselektrode, mit dem oberen Gebiet der

beiden Kristalle verbunden ist. -

Die Herstellung einer derartigen Anordnung bietet keine besondere Schwierigkeit. Diese Herstellung erfordert nämlich nur einen einzigen Träger, was die Bearbeitungen vereinfacht und es ermöglicht, die Anzahl der Drahtverbindungen zwischen den beiden Kristallen zu verringern.

Weiterhin können durch das Vorhandensein des reflektieren-* den Hohlraumes Kristalle automatisch möglichst nahe bei • der optischen Längsachse der Hülle zentriert werden. Dieser reflektierende Hohlraum biet.et ausserdem den Vorteil, dass das ausgestrahlte Licht konzentriert wird, was zu einer * besseren Lichtleistung führt.

Weiterhin wird bei schneller abwechselnder Wirkung der beiden Kristalle der optische Lichteffekt, der verursacht wird durch die Trägheit des menschlichen Auges durch das Vorhandensein des reflektierenden Hohlraums verstärkt, wobei eine Mischfarbe erhalten wird, die aus dem. ursprünglich von den beiden Halbleiterkristallen gelieferten Farbtönen gebildet ist.

In dem Fall, wo die Kristalle der Anordnung schnell

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abwechselnd wirksam sind ist es auch möglich die Anordnung mit einem Lichtempfänger zu verbinden, wie einem Photowiderstand, zum Erhalten einer Lichtkoppelanordnung ohne Polarität und empfindlich für einen wesentlichen Teil des Lichtspektrums, der durch die Wellenlängen der von den l^:. LsLchtdioden ausgestrahlten Strahlung bestimmt ist. ■

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung liegt in der Tatsache, dass das Vorhandensein der beiden Kristalle mit abwechselndem PN- und NP-Typ (dies sind Kristalle, bei denen in einem N- bzw- P-leitenden Körper eine dotierte Zone jeweils entgegengesetzten Leit-¹ fähigkeitstyps vorhanden ist) auf ein und demselben Träger es durchaus ermöglicht, ohne viele Verbindungen innerhalb; der Hülle die Anzahl Ausgangselektroden auf zwei zu beschränken.

Die verwendeten Halbleiterkristalle sind oft aus III-V-Verbindungen erhalten; in der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kristall vom NP-Typ; aus GaAlAs und der PN-Kristall aus GaP. Dies vermeidet _:

Irrtümer bei der Montage der Anordnung; weiterhin strahlen die Übergänge, die hier gebildet sind, mit sehr unterschiedlichen und folglich zueinander äusserst kontrastie-J renden Wellenlängen, der erste in Rot und der zweite in Grün. Insofern die Helligkeit der von einem der Kristalle ausgestrahlten Strahlung von der von der von einem anderen. Kristall ausgestrahlten Strahlung wesentlich abweicht, muss das ganze harmonisiert werden. Dazu besteht die transparente Hülle beispielsweise aus zwei optisch unterschiedlichen Zonen, von denen die eine insbesondere diejenige Strahlung absorbieren kann, die von einem der genannten Kristalle ausgestrahlt wird. s·

Bei der Anordnung der Hülle, die aus einem geeigneten Kunststoff besteht, können die beiden Zonen der Hülle. ; getönt werden mit Farbtönen, die mit dem Wellenlängenbereich in dem die Kristalle ausstrahlen, im Zusammenhang stehen. Mit dieser Lösung kann die Anordnung sofort identi|- fiziert werden. ^:

Vorzugsweise ist eine Anordnung, die durch einen

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Kristall aus GaAlAs und einen Kristall aus GaP gebildetist, mit einer Hülle versehen, die aus einer ersten grünfarbigen Filterzone besteht, auf der eine zweite rotfarbige Zone angeordnet ist. Die Anordnung weist so eine ausreichende Kontrastwirkung im Falle einer ziemlich starken Umgebungsbeleuchtung auf, welcher Vorteil meistens nur bei monochromatischen Leuchtelementen vorhanden ist.

In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Kristalle aus GaAs und die elektrolumineszierenden Übergänge, die darin gebildet sind strahlen eine Strahlung aus mit derselben Wellenlänge, ungeachtet der Richtung des Stromes, der der Anordnung zugeführt wird. Diese Ausführungsform ist insbesondere zum Gebrauch des Lichtsenders zusammen mit einem Lichtempfänger zum bilden einer Lichtkoppelanordnung ohne Polarität bestimmt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es sei bemerkt, dass in der genannten Figur die Abmessungen wesentlich vergrössert und deutlichkeitshalber nicht massgerecht sind.

Die Figur zeigt, dass .die erfindungsgemässe Anordnung mit zwei Halbleiterkristallen 1 und 2 versehen ist, wobei in jedem derselben ein in der Figur nicht dargestellter elektrolumineszierender Übergang gebildet ist. Der Kristall 1 ist beispielsweise aus GaAlAs vom NP-Typ. Er hat die Form eines Quadrates mit Rippen von 0,3 mm und strahlt in Rot aus. Der Kristall 2, ebenfalls einer quadratischen Form, ist ein Block aus GaP vom PN-Typ. Er hat Rippen von 0,3 mm und strahlt in Grün aus.

Nach der Erfindung, werden die Kristalle 1 und von einem einzigen Metallträger 3 getragen, in dem ein reflektierender Hohlraum 4 vorgesehen ist. Auf dem Boden des Hohlraumes h sind die Kristalle durch Verlöten bzw.

Verkleben mit Hilfe eines leitenden Kunststoffes befestigt. Der Träger 3 bildet eine erste gemeinsame Elektrode für das P-leitende Gebiet des Kristalls I und für das

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N-leitende Gebiet des Kristalls 2. Die oberen Gebiete der Kristalle sind durch einen Draht 5 mit einer zweiten Elektrode 6 verbunden, die die Form einer Zunge hat.

Die Kristalle 1 und 2, sowie die Elektroden 3 und 6, sind von einer transparenten Hülle 7 aus'Epoxyharz umgeben. Eine erste Zone 7a der Hülle 7 ist mit einem den grünen Farbton filternden Stoff gefüllt und die zweite Zone 7b, die Oberflächenzone, ist mit einem Stoff roten Farbtons gefüllt.

Die Herstellung der erfindungsgemässen Anordnung ist äusserst einfach. Dadurch nämlich, dass auf die richtige Art und Weise die Form und die Abmessungen des reflektierenden Hohlraums k gewählt werden, wird die Zentrierung der Kristalle 1 und 2 automatisch durchgeführt und die anderen Bearbeitungen erfolgen mit bereits bekannten Mitteln und mit bekannter Apparatur. Im allgemeinen ist der. reflektierende Hohlraum k praktisch halbkugelförmig oder länglich und die Länge des Durchmessers bzw. der grossen Achse auf dem Boden des Hohlraumes wird 0,8 mm für Kristalle von 0,3 mm nicht überschreiten.

Claims

,-f-Ui-O-J 3302560

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Patentansprüche

(1/ Lichtsender, der mindestens zwei Halbleiterkristalle enthält, wobei in jedem derselben ein elektrolumineszierender Übergang zwischen zwei Gebieten entgegengesetzten Leitfähigkeit styps gebildet ist, wobei die genannten Kristalle in eine transparente Schutzhülle aufgenommen sind, die eine Fläche aufweist, aus der die von den genannten Übergängen ausgestrahlte Strahlung heraustritt, welche Übergänge abwechselnd erregbar sind aus einer ausserhalb liegenden Stromquelle über zwei Ausgangselektroden, die durch die genannte transparente Hülle hindurchgehen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kristalle auf einem einzigen Metallträger auf dem Böden eines reflektierenden Hohlraums befestigt sind, dass einer der Kristalle ein unten liegendes, an dem Träger befestigtes N-leitendes Gebiet und ein P-leitendes Gebiet hat, aus dem das Licht heraustritt und dass der andere Kristall ein unten liegendes, P-leitendes, an dem Träger befestigtes Gebiet und ein oberes, N-leitendes Gebiet hat, aus dem das Licht heraustritt, wobei der Träger eine gemeinsame Ausgangselektrode für die unten liegenden Gebiete der Kristalle bildet, die daran befestigt sind und wobei eine zweite Ausgangselektrode mit dem oberen Gebiet der beiden Kristalle verbunden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterkristalle aus III-V-Verbindungen erhalten sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristall vom NP-Typ aus GaAlAs besteht und dass der Kristall vom PN-Typ aus GaP besteht.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, dass diese mit einem Kristall aus GaAlAs und einem Kristall aus GaP versehen ist, die von einer Hülle umgeben sind, die aus einer ersten, den grünen Farbton filternden Zone besteht, auf der eine zweite Zone roten

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Farbtons angeordnet ist.
5. Anordnung nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kristalle aus GaAs bestehen und dass die Übergänge die darin gebildet sind, Strahlungen aussenden mit derselben Wellenlänge ungeachtet der Richtung des der Anordnung zugeführten Stromes.