DE1589276B2

DE1589276B2 - In einem hohlspiegel angeordnete elektrolumineszente diode

Info

Publication number: DE1589276B2
Application number: DE1967N0031819
Authority: DE
Inventors: Jean Claude Cean Calvados Dubois (Frankreich)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1966-12-21
Filing date: 1967-12-19
Publication date: 1977-10-20
Also published as: FR1518717A; NL6717266A; US3518418A; GB1214655A; DE1589276A1; DE1589276C3

Description

Die Erfindung betrifft eine in einem Hohlspiegel angeordnete elektrolumineszente Diode entsprechend dem Gattungsbegriff des Hauptanspruchs.

Eine solche Diode ist aus der US-PS 32 90 539 bekannt.

Bei den bekannten, in einem Hohlspiegel angeordneten elektrolumineszenten Dioden wird nicht die gesamte aus der Diode austretende Strahlung von dem Hohlspiegel erfaßt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Aussendung an gebündelter Strahlung von einer in einem Hohlspiegel angeordneten elektrolumineszenten Diode zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebene Ausbildung gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine elektrolumineszente Diode,

Fig.2 die in einem Hohlspiegel angeordnete elektrolumineszente Diode nach F i g. 1.

Die elektrolumineszente Diode 11 mit Seitenemission nach F i g. 1 hat die Form eines Kegelstumpfes und erzeugt Strahlung in einem engen spektralen Band. Die Diode hat zwei Gebiete 1 und 2 verschiedenen Leitfähigkeitstyps, die durch einen ebenen Übergang 3 senkrecht zur Achse 9 des Kegelstumpfes voneinander getrennt werden. Der Übergang schneidet die Seitenfläche 4 des Kegelstumpfes. Die von dem Übergang ausgesandte, aus der Seitenfläche 4 der Diode heraustretende Strahlung liegt innerhalb eines engen Bandes des Spektrums; der Spitzenwinkel A des Kegels ist etwas größer gewählt als der Grenzwinkel für Totalreflexion, der durch die Brechungsindizes des Halbleiters und seiner Umgebung bei der vorherrschenden Komponente der ausgesandten Strahlung bestimmt wird.
Der Übergang 3 kann z. B. durch Diffusion erhalten werden, während der ganze Kristall ursprünglich den Leitfähigkeitstyp des Gebietes 1 hat. Auf die beiden Endflächen des Kegelstumpfes 7 und 8 werden Kontaktelemente 5 und 6 festgelötet, die nicht nur als elektrische Kontakte sondern auch, insbesondere das

«o Element 6, für die Wärmeabfuhr und als Abstützung für die Diode dienen.

Die konische Seitenfläche 4, durch die die Strahlung austritt, wird z. B. durch Schleifen und Polieren bearbeitet

Bei einer aus Galliumarsenid bestehenden Diode beträgt der Winkel A 17°, wenn die Fläche 4 mit Luft in Berührung steht Das Gebiet 1 hat N-Leitfähigkeit und eine geringe Konzentration an freien Ladungsträgern, während das Gebiet 2 P-Leitfähigkeit aufweist und durch Diffusion von Zink bis zu einer Tiefe von 50 μπι erzeugt wird. Die Dicke des Kristalls beträgt 500 μπι, während der Durchmesser an der Stelle des Überganges etwa 2 mm ist. Die Kontaktelemente 5 und 6 bestehen vorzugsweise aus Kupfer und werden auf den Flächen 7 bzw. 8 in bekannter Weise festgelötet, so daß ein guter elektrischer und thermischer Kontakt entsteht, ohne daß der Kristall beschädigt wird.

Die vorerwähnten Werte sind nur als Beispiel für eine mögliche Ausführungsform anzusehen. Im allgemeinen ist es empfehlenswert, für das Gebiet 1 den Leitfähigkeitstyp zu wählen, der der geringeren Konzentration an freien Ladungsträgern entspricht, und diesem Gebiet eine solche Dicke zu geben, daß die Austrittsfläche möglichst groß ist. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die

von zentralen Teilen des Übergangs ausgesandte Strahlung unter einem Winkel gleich dem Grenzwinkel oder kleiner als dieser möglichst weit von dem Übergang auf die Austrittsfläche (Seitenfläche) fallen soll.

Die Dicke des Gebietes 2, in dem die ausgesandte Strahlung die Seitenfläche unter einem den Grenzwinkel überschreitenden Winkel erreicht und somit nicht heraustreten kann, wird möglichst klein gewählt. Diese geringe Dicke ist außerdem günstig für den Wärme-

übergang von dem Übergang auf das Kontaktelement 6.

Wenn die Diode dann in einem die Strahlung

bündelnden Hohlspiegel angeordnet wird, kann die Abmessung des Spiegels so gewählt werden, daß dieser den gesamten von der Diode stammenden Lichtstrom auffängt Wenn weiterhin dafür gesorgt wird, daß die Diode im Brennpunkt des Spiegels liegt, ist das reflektierte Bündel nahezu zylindrisch.

Die Anordnung nach F i g. 2 enthält die elektrolumineszente Diode 11. Die Diode 11 wird von Armen 14 gehalten, die mittels Schrauben 15 derart an einem Parabolspiegel 16 befestigt sind, daß der Übergang 11a der Diode 11 im Brennpunkt des Spiegels 16 liegt und die Achse des Spiegels sich mit der Achse des Diodenkegels deckt. Die Befestigung der Arme 14 mittels der Schrauben 15 ist einstellbar, so daß der Übergang genau ausgerichtet werden kann.

Von jedem Punkt der Kegelfläche der Diode tritt die Strahlung in einem Raumwinkel von 2π rad aus, jedoch werden die längs der emittierenden Oberfläche heraustretenden Strahlen bei dem Durchgang durch die Grenzfläche zwischen Halbleiterkristall und Umgebung stark geschwächt. Es braucht somit nicht die Strahlung berücksichtigt zu werde.n, die in die in der F i g. 2 durch

B\ und Bi bezeichneten Winkelbereiche ausgesandt werden; im übrigen fällt die Strahlung im Winkelbereich Bi nach Reflexion an dem zentralen Teil des Spiegels auf die Diode. Die ganze Nutzstrahlung liegt somit praktisch in dem mit D bezeichneten Winkelbereich. Diese Strahlung wird vollständig an der parabolischen Oberfläche 17 reflektiert und in einem nahezu parallelen Bündel zu dem Ziel ausgesandt.

Die Gestalt der Arme 14 wird derart gewählt, daß der Raum in dem die Nutzstrahlung auftritt, weitgehend frei bleibt. Um die reflektierte Strahlung möglichst wenig zu sperren, bestehen diese Arme aus einer flachen, dünnen

Platte.

In einer Anordnung der beschriebenen Art wird z. B. eine elektrolumineszente Diode aus Galliumarsenid mit einem Übergangsdurchmesser von 2 mm verwendet, wobei der halbe Spitzenwinkel des Kegels 17° beträgt. Diese Diode wird im Brennpunkt eines parabolischen Spiegels mit einer Brennweite von 20 mm, einem Durchmesser von 254 mm und einer Tiefe von 200 mm angebracht. Bei diesen Abmessungen ist der Winkel C (siehe F i g. 2) 35° und der Winkel D der Nutzstrahlung 145°. Der Streuungswinkel des reflektierten Bündels ist in diesem Fall kleiner als 3°.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. In einem Hohlspiegel angeordnete elektrolumineszente Diode mit Seitenemission, deren Halbleiterkristall einen die kegel- oder pyramidenstumpfförmig ausgebildete/ausgebildeten Seitenfläche/Seitenflächen des Kristalls schneidenden, ebenen PN-Übergang und quer zum PN-Übergang einen starken Gradienten des Brechungsindexes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall so in dem Hohlspiegel angeordnet ist, daß seine kleinere Endfläche dem Scheitel des Hohlspiegels zugewandt ist.

2. Diode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser und die Tiefe des Spiegels derart gewählt sind, daß praktisch die gesamte Seitenemission der Diode die reflektierende Oberfläche des Spiegels trifft.

3. Diode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall im Spiegel durch flache Arme gehalten wird, die am Rand des Spiegels befestigt sind.

4. Diode nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Halbleiterkristall aus Galliumarsenid, dadurch gekennzeichnet, daß der halbe Spitzenwinkel des Kegelstumpfes etwa 17° beträgt.