DE1924209A1 - Elektrooptische Anzeige - Google Patents

Description

• "Elektrooptische Anzeige" Die Erfindung betrifft eine elektrooptische Anzeige und besteht darin, daß in einen Halbleiterkörper pn-Übergänge eingebracht sind, die an ihrem an die Halbleiteroberfläche tretenden Teil die Form eines Symbols mit direktem Aussagewert besitzen.
• Bei bekannten elektrooptischen Anzeigeeinheiten wird ein Raster aus Leuchtdioden verwendet, die beispielsweise auf einer allen Dioden gemeinsamen Halbleiterscheibe untergebracht sind. Die einzelnen Leuchtdioden haben eine runde oder rechteckige Form. Mit Hilfe spezieller elektrischer Schaltungen werden zur Darstellung eines Symbols, beispielsweise einer Zahl, nur eine bestimmte Anzahl an definierten Stellen angeordnete Dioden angesteuert und zum Leuchten gebracht. Auf diese Weise setzen sich die einselnen Symbole aus einer Vielzahl punktförmiger Leuchtquellen zusammen. Die bekannte Anordnung ist zwar brauchbar, hat jedoch den Nachteil, daß ein sehr großer elektronischer Schaltungsaufwand getrieben werden muß, durch den die elektrooptischen Anzeigegeräte stark verteuert werden.
• Nach der vorliegenden Erfindung wird zur Vermeidung des genannten Nachteils daher vorgeschlagen, jeder einzelnen Leuchtdiode die Form eines dazustellenden Symbols zu geben, so daß für jede Symbolanzeige nur die Ansteuerung einer Leuchtdiode erforderlich ist.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß die an die Halbleiteroberfläche tretenden pn-Übergänge der Leuchtdioden die Form von Zahlen haben. Die die pn-Übergänge bildenden Zonen der einzelnen Leuchtdioden werden mit Elektroden versehen, so daß jedes Symbol gesondert angesteuert und der dem Symbol zugehörige, in Flußrichtung betriebene pn-Übergang zum Leuchten gebracht werden kann.
• Die einzelnen, jeweils ein Symbol verkörpernden Leuchtdioden werden vorzugsweise auf der Oberfläche eines scheibenförmigen Halbleiterkörpers untergebracht. Da das durch die Anordnung der Leuchtdioden bedingte Auftreten unterschiedlicher Symbole an verschiedenen Stellen u.U. als Nachteil empfunden wird, werden bei der erfindungsgemäßen elektrooptischen Anzeige über den einzelnen Leuchtdioden vorzugsweise Lichtwellenleiter angeorndnet, die das emittierte Licht an eine,allen Symbolen gemeinsame Beobachtungsstelle übertragen.
• Aus technologischen und wirtschaftlichen Gründen ist die von den einzelnen Leuchtdioden eingenommene Fläche sehr klein. Sie beträgt beispielsweise 0,01 mm pro Element. Um eine gute Lesbarkeit der Anzeige zu gewähr.
• leisten, wird daher vorteilhafterweise zwischen dem Beobachter und dem an einer gemeinsamen Beobachtungsstelle zusammengeführten Lichtwellenleiterbündel eine entsprechende Vergrößerungsoptik angeordnet.
• Als Material für den die Leuchtdioden bildenden Halbleiterkörper eignen sich beispielsweise die einkristallin ausgebildeten Stoffe Galliumarsenid, Galliumarsenphosphid, Gallium-Aluminiumarsenid oder Galliumphosphid.
• Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung wird im weiteren anhand der Figuren 1 bis 7 noch näher erläutert.
• Figur 1 zeigt einen Teilausschnitt einer mehrere Zahlensymbole tragenden Halbleiterscheibe. Figur 2 zeigt die Übertragung des emittierten Lichtes mit Hilfe von Lichtwellenleitern zu einer gemeinsamen Beobachtungsstelle.
• Gedacht ist an sich an eine Ineinanderschachtelung der Lichtleiterfasern derart, daß sämtliche Bilder dem Beobachter am selben Ort erscheinen. Anhand der Figuren 3 bis 6 werden zwei verschiedene Herstellungsverfahren zur Erzeugung der elektrooptischen Anzeige erläutert.
• Figur 7 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Kontaktelektrode einer Leuchtdiode.
• In der Figur 1 ist in einer perspektivischen Ansicht ein scheibenförmiger Halbleiterkörper 1, beispielsweise ausp-leitendem Galliumarsenphosphid dargestellt. Auf einer Seite ragen aus der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers n-leitende, mesaförmig ausgebildete Zonen 2 hervor, die beispielsweise die geometrische Form von Zahlen haben. In-der Figur 1 sind die Zahlen 6 und 7 dargestellt. Um eine vollständige Ziffernanzeige zu ermöglichen, werden auf der Halbleite-rscheibe 1 alle Zahlen von o bis 9 in ein- oder mehrfacher Ausführung angeordnet. Für eine mehrstellige Ziffernanzeige empfiehlt es sich, verschiedene nebeneinander angeordnete Halbleiterplättchen zu verwenden, von denen jedes die Zahlen o bis 9 enthält. Die Leuchtdioden, die sich aus dem allen Dioden gemeinsamen p-leitenden Grundkörper 1 und jeweils einer n-leitenden Mesazone 2 zusammensetzen, werden zur Lichtemission in Durchlaßrichtung betrieben. Die Lichtemission entsteht infolge der Rekombination von Ladungsträgern verschiedener Polarität im Bereich der pn-Übergänge. Der Halbleitergrundlcörper weist an seiner Rückseite eine ohmsche Kontaktelektrode 3 auf, während die ziffernförmig ausgebildeten, n-leitenden Zonen 2 an ihrer Oberfläche gleichfalls mit nichtsperrenden Kontakten 4 versehen sind, zu denen beispielsweise dünne Zuleitungsdrähte 5 führen.
• Um einen Lichtaustritt aus der Oberfläche der Zonen 2 zu ermöglichen, werden diese Zonen sehr dünn ausgebildet und sind beispielsweise nur 1 bis 3um dick. Je nach dem verwendeten Halbleitermaterial wird jeweils diejenige der die pn-Übergänge bildenden Halbleiterzonen, die den geringsten Absorptionskoeffizienten aufweist, mesaförmig zu Symbolen strukturiert, während die Zone mit dem grösseren Absorptionskoeffizienten vom Halbleitergrundmaterial gebildet wird.
• In der Figur 2 ist die Verwendung der an sich bekannten Glasfaseroptik angedeutet. An die Lichtaustrittsoberfläche jeder Leuchtdiode ist ein Lichtwellenleiter 6 angeschlossen. Alle Lichtwellenleiter werden gebündelt und zu der gewünschten, allen Ziffern gemeinsamen Beobachtungsstelle geführt. Die von den verschiedenen Leuchtstellen ausgehenden Lichtwellenleiter 6.können am Ende 9 so ineinander geschachtelt werden, daß für den Beobachter 8 die übertragenen Bilder alle am selben Ort in Erscheinung treten. Die Lichtwellenleiter sind daher an ihrem Ende beispielsweise in der Form einer Drahtlitze ausgebildet. Wegen der kleinen Abmessungen der lichtemittierenden pn-Übergangsflächen 7 empfiehlt es sich, zwischen den Beobachter 8 und dem Ende 9 des Lichtwellenleiterbündels eine Vergrößerungsoptik lo einzufügen.
• Die Figuren 3 und 4 zeigen eine Herstellungsweise der erfindungsgemäßen elektrooptischen Anzeige. In einen Halbleitergrundkörper 1 vom ersten, beispielsweise p-Leitungstyp wird ein parallel zur Halbleiteroberfläche verlaufender, durchgehender pn-Übergang 7 eingebracht.
• Der pn-Übergang und damit die Zone 11 vom zweiten, beispielsweise n-Leitungstyp kann durch Eindiffusion geeigneter Störstellen hegestellt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Zone 11 vom zweiten Leitungstyp epitaktisch auf dem Halbleitergrundkörper 1 abgeschieden wird. Beispielsweise bei Galliumarsenid-Halbleiterkörpern empfiehlt eich eine Dotierung von 1018 Atomen je cm³ für den p-leitendne Grundkörper, während die n-leitende Oberflächenschicht mit einer Dotierung von 1016 Atomen je cm³ versehen wird.
• Auf die Halbleiteroberfläche wird eine ätzbeständige Schicht, beispielsweise aus Photolack, aufgebracht, die so strulcturiert wird, daß der Photolack nur noch die Teile der Halbleiterschicht 11 bedeckt, die für die mesaförmig aus dem Grundkörper 1 ragenden Symbole vorgesehen sind. Die auf der Halbleiteroberfläche verbleibenden Photolackflecken haben so beispielsweise die Form von Ziffern oder Buchstaben. Nit Hilfe eines Ätzmittels wird nun gemäß Figur 4 die an die Halbleiteroberfläche angrenzende Zone 11 stellenweise so weit abgetragen, daß an den seitlichen Rändern der verbleibenden mesaförmigen Halbleiterbereiche die pn-Übergänge, die nunmehr gleichfalls die Struktur der gewünschten Symbole aufweisen, an die Halbleiteroberfläche treten.
• Die Gräben 13 zwischen den einzelnen Symbolen 2 und die Oberfläche dieser Symbole werden vorzugsweise mit einer Schicht 14 für die Reflexionsminderung im gewünschten Spektralbereich bedeckt. Die Halbleiterzonen 2 werden über die ohmschen Flächenkontakte 4, der Halbleitergrundkörper 1 über die Flächenelektrode 5 mit der Ansteuerungselektronik elektrisch leitend verbunden.
• Gemäß den Figuren 5 und 6 können die mesaförmig aus einem Halbleitergrondkörper ragenden Halbleiterbereiche 2 auch durch selektive Epitaxie hergestellt werden. Hierzu wird beispielsweise ein p-leitender Halbleiterkörper 1 aus Galliumarsenid mit einer Maskierungsschicht 15 bedeckt, die im allgemeinen aus Siliziumdioxyd oder Siliziumnitrid bestehen wird. Die maskierende Schicht wird auf die Halbleiteroberfläche aufgedampft oder aus der Gasphase abgeschieden. Mit Hilfe der bekannten Photolack- und Maskierungstechnik werden in die maskierende Schicht Öffnungen i6 mit-der Geometrie der herzustellenden Symbole eingebracht. In einem sich anschließenden epitaktischen Abscheidungsprozeß werden in die Öffnungen 16 auf die an diesen Stellen freigelegte Oberfläche des Halbeleitergrundkörper 1 gemäß Figur 6 einkristalline, beispielsweise n-leitende Halbleiterzonen 2 abgeschieden. Hierbei scheidet sich auf der Maskierungsschicht 15 kein oder nur polykristallines Halbleitermaterial ab, das in einem selektiven Ätzprozeß, beispielsweise zusammen mit der Maskierungsschicht 15, von der Halbleiteroberfläche abgelöst werden kann. Es hat sich jedoch auch als vorteilhaft erwiesen, die Maskierungsschicht zum Schutz der pn-Übergangsflächen auf der Halbleiteroberfläche zu belassen.
• Wie bereits beschrieben, emittiert die pn-Übergangsfläche 7 im Betriebszustand der Leuchtdioden Licht im sichtbaren oder unsichtbaren Spektralbereich. Wenn die Oberfläche der dünnen Halbleiterzonen 2 mit je einer großflächigen Metallelektrode bedeckt ist, die in der Regel vom emittierten Licht nicht durchdrungen werden kann, liefert im wesentlichen nur der an die Halbleiteroberfläche tretende Rand des pn-Überganges die wahrnehmbare Lichtausbeute. Zur Erhöhung der Lichtausbeute wird daher in einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemässen elektrooptischen Anzeige vorgeschlagen, daß die Metallelektroden nicht die gesamte Oberfläche der mesaförmig ausgebildeten Halbleiterzonen 2 bedecken. Das am pn-Übergang emittierte Licht kann dann die von der Metallelektrode unbedeckten Teile der dünnen Oberflächenzone durchdringen.
• In der Figur 7 ist auf einer der Ziffer 6 zugehörigen Halbleiterzone 2 eine Metallelektrode 17 angebracht, die siebartig durchlöchert ist. Durch die Löcher in der Metallelektrode kann das am pn-Übergang emittierte Licht ungehindert austreten, so daß die Lichtausbeute gegenüber geschlossenenen Flächenelektroden wesentlich vergrößert ist.

Claims (11)

Patentansprüche

1) Elektrooptische Anzeige aus Lumineszenz-Halbleiterbauelementen, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Halbleiterkörper pn-Ubergänge eingebracht sind, die an ihrem an die Halbleiteroberfläche tretenden Teil die Form eines Symbols mit direktem Aussagewert besitzen.

2) Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Halbleiteroberfläche tretenden pn-Ubergänge die Form von Zahlen haben, und daß die die pn-Übergänge bildenden Zonen mit Elektroden versehen sind, so daß jedes Symbol gesondert angesteuert und der dem Symbol zugehörige, in Flußrichtung betriebene pn-Übergang zum Leuchten gebracht werden kann.

3) Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über den einzelnen Symbolen Lichtwellenleiter angeordnet sind, die das emittierende Licht an eine allen Symbolen gemeinsame Beobachtungsstelle übertragen.

4) Elektrooptische Anzeige nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Galliumarsenid, Galliumarsenphosphid, Gallium-Aluminiumarsenid oder Galliumphosphid besteht.

5) Elektrooptische Anzeige nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils diejenige der die pn-Übergänge bildenden Halbleitertzonen, die den geringeren Absorptionskoeffizienten aufweist, an die Halbleiteroberfläche angrenzt.

6) Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 2, dadurch -gekennzeichnet, daß die Elektroden aus siebartig durchlöcherten Metallschichten bestehen.

7) Elektrooptische Anzeige nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lumineszenz-Halbleiterbauelemente mesaförmig aus einem gemeinsamen Halbleitergrundkörper hervorragen.

8) Elektrooptische Anzeige nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß über dem bei einer gemeinsamen Beobachtungsstelle zusammengeführten Lichtwellenleiterbündel eine Vergrößerungsoptik angeordnet ist.

9) Verfahren zur Herstellung einer elektrooptischen Anzeige nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einen Halbleiterkörper vom ersten Leitungstyp ein parallel zur Halbleiteroberfläche verlaufender, durchgehender pn-Übergang eingebracht wird, und daß dann von der Oberfläche des Halbleiterkörpers aus in die an die Halbleiteroberfläche angrenzende Zone vom zweiten Leitungstyp stellenweise soweit abgetragen wird, daß mesaförmige Bereiche vom zweiten Leitungstyp stehen bleiben, an deren seitlichen Rändern die pn-Übergänge mit Symbolstruktur an die Halbleiteroberfläche treten.

10) Verfahren zur erstellung einer elektrooptischen Anzeige nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper vom ersten Leitungstyp auf einer Oberflächenseite mit einer maskierenden Schicht bedeckt wird, in die an den für die Bauelemente vorgesehenen Oberflächenbereiche Öffnungen mit der Geometrie der herzustellenden Symbole eingebracht werden, und daß in diese Öffnungen Halbleitermaterial zur Bildung dünner Oberflächenschichten vom zweiten Leitungstyp epitaktisch abgeschieden werden.

11) Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennteichnet, daß die maskierende Schicht aus Siliziumdioxyd besteht, die auf die Halbleiteroberfläche aufgedampft oder aus der Gasphase abgeschieden wird.