DE19714659A1 - Optoelektronisches Bauelement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches Bauele­ ment mit einem strahlungsemittierenden Körper, das bei Strom­ fluß durch den strahlungsemittierenden Körper elektromagne­ tische Strahlung aussendet.

Derartige optoelektronische Bauelemente sind beispielsweise aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 37 32 075 A1 und der US-Patentschrift 5,414,293 bekannt. In DE 37 32 075 A1 ist eine Leuchtdiode beschrieben, bei der in einem hermetisch dichten Glas-Metall-Gehäuse auf einem Grundträger ein Leucht­ diodenchip befestigt ist. Aus der US 5,414,293 ist eine ein­ gekapselte lichtemittierende Diode bekannt, bei der auf einer Bodenplatte ein Substrat mit einem lichtemittierenden Halb­ leiterdiodenchip befestigt ist. Auf der Bodenplatte sitzt ei­ ne das Substrat mit dem Halbleiterdiodenchip umschließende Dichtungskappe, die über dem Halbleiterdiodenchip ein Licht­ austrittsfenster aufweist.

Optoelektronische Bauelemente der eingangs genannten Art, insbesondere wenn sie mit einem strahlungsemittierenden Halb­ leiterchip oder einem Polymer-LED-Chip als strahlungsemittie­ renden Körper ausgestattet sind, weisen sowohl bezüglich der Intensität als auch der spektralen Verteilung der ausgesand­ ten elektromagnetischen Strahlung eine Abhängigkeit von der Temperatur des strahlungsemittierenden Körpers auf. Dadurch kommt es bei Temperaturschwankungen in der Umgebung des opto­ elektronischen Bauelements zu Intensitätsschwankungen und zu Schwankungen in der spektralen Verteilung der ausgesandten Strahlung. Insbesondere zur Kalibrierung von Meßsystemen ist jedoch eine gegenüber externen Temperaturschwankungen stabile Strahlungsquelle dringend erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Bauelement der eingangs genannten Art zu entwickeln, das innerhalb eines definierten Temperaturbe­ reiches in der Umgebung des optoelektronischen Bauelements eine möglichst konstante Strahlleistung und spektrale Vertei­ lung aufweist.

Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Wei­ terbildungen des erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauele­ ments sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 8. Ein bevor­ zugtes Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen optoelek­ tronischen Bauelements ist Gegenstand des Patentanspruches 9.

Erfindungsgemäß ist bei dem optoelektronischen Bauelement der eingangs genannten Art vorgesehen, daß der strahlungsemit­ tierende Körper gemeinsam mit einem elektrischen Heizelement auf einer gut wärmeleitfähigen Trägerplatte angeordnet ist. Mit Hilfe des elektrischen Heizelements wird im Betrieb des optoelektronischen Bauelements die Trägerplatte und damit auch der strahlungsemittierende Körper auf einer konstanten Betriebstemperatur gehalten.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungs­ gemäßen optoelektronischen Bauelements, wird bei Verwen­ dung eines Lumineszenzdiodenchips als strahlungsemittierender Körper eine konstante Temperatur dieses Körpers erreicht, in­ dem die Abhängigkeit der Flußspannung des Lumineszenzdioden­ chips von der Temperatur verwendet wird. Von dieser hängt die Strahlungsintensität und die spektrale Verteilung der ausge­ sandten Strahlung ab. Die Flußspannung wird als Regelgröße verwendet, mit einer sehr stabilen Referenzspannungsgröße verglichen und bei Änderung der Temperatur entsprechend über eine Anpassung der Heizleistung nachgeführt (Senkung der Flußspannung → höhere Heizleistung; Erhöhung der Flußspan­ nung → geringere Heizleistung).

Vorzugsweise ist die Trägerplatte zusammen mit dem strah­ lungsemittierenden Körper und dem elektrischen Heizelement in einem Gehäuse mit mindestens einem Strahlungsaustrittsfenster angeordnet, durch das die Strahlung aus dem Inneren des Ge­ häuses ausgekoppelt wird. Darüber hinaus sind mehrere, die Gehäusewandung durchdringende Anschlußleiter vorgesehen, mit denen elektrische Kontakte des strahlungsemittierenden Kör­ pers und des Heizelements elektrisch leitend verbunden sind. In dieser Bauweise läßt sich das erfindungsgemäße optoelek­ tronische Bauelement vorteilhafterweise sehr einfach herstel­ len.

Bei einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen optoelektronischen Bauelements ist das Strah­ lungsaustrittsfenster des Gehäuses als Diffusor ausgebildet. Dadurch wird vorteilhafterweise eine sehr homogene Abstrahl­ charakteristik des optoelektronischen Bauelements erreicht, wodurch die Kalibrierfähigkeit zusätzlich erleichtert wird.

Die oben angegebene Bauweise des erfindungsgemäßen optoelek­ tronischen Bauelements ist besonders vorteilhaft für infra­ rot-emittierende Halbleiterdioden verwendbar, die häufig zu Kalibrierzwecken verwendet werden.

Das optoelektronische Bauelement wird im folgenden anhand ei­ nes Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Fig. näher erläutert. Die Figur zeigt eine schematische Darstellung ei­ nes Schnittes durch das Ausführungsbeispiel.

Bei dem optoelektronischen Bauelement gemäß dem Ausführungs­ beispiel ist auf einer beispielsweise metallischen Bodenplat­ te 10 eine Trägerplatte 3 befestigt, auf der sich nebeneinan­ der ein elektrisches Heizelement 2, z. B. die Basis- Kollektor-Diode eines Fototransistors, ein anderer Halblei­ terchip oder ein Heizwiderstand, und ein strahlungsemittie­ render Körper 1, z. B. ein IRED-Chip, befinden. Die Träger­ platte 3 besteht aus einem gut wärmeleitfähigen Material, beispielsweise aus einer Keramik oder aus undotiertem Halb­ leitermaterial, und das elektrische Heizelement 2 sowie der strahlungsemittierende Körper 1 sind beispielsweise mit einem gut wärmeleitenden Verbindungsmittel, z. B. Leitkleber oder metallisches Lot, auf der Trägerplatte 3 befestigt. Dieser Aufbau aus Bodenplatte 10, Trägerplatte 3, Heizelement 2 und strahlungsemittierendem Körper 1 ist von einer Seitenwandung 11 umgeben, in der über dem strahlungsemittierenden Körper 1 und dem elektrischen Heizelement 2 ein Strahlungsaustritts­ fenster 5, z. B. in Form einer matten, diffusen Glas- oder Kunststoffscheibe angeordnet ist. Durch die Bodenplatte 10, die zusammen mit der Seitenwandung 11 und dem Strahlungsaus­ trittsfenster 5 ein hermetisch dichtes Gehäuse 4 ausbildet, sind, elektrisch isoliert voneinander, Anschlußleiter 6, 7, 8, 9 hindurchgeführt, mit denen elektrische Kontakte des strahlungsemittierenden Körpers 1 und des Heizelements 2 elektrisch leitend verbunden sind.

Im Betrieb wird die Trägerplatte 3 mittels dem Heizelement 2 und dem strahlungsemittierenden Körper 1 auf eine Betrieb­ stemperatur aufgeheizt, die über der Umgebungstemperatur des optoelektronischen Bauelements liegt. Bei Verwendung eines Lumineszenzdiodenchips als strahlungsemittierenden Körper 1 wird die Flußspannung, deren Größe bei konstantem Flußstrom von der Temperatur des Lumineszenzdiodenchips abhängt, als Regelgröße verwendet, mit einer sehr stabilen Referenzspan­ nungsgröße verglichen. Bei einer Änderung der Temperatur des Körpers 1 wird die Flußspannung entsprechend über eine An­ passung der Heizleistung und damit über eine Änderung der Temperatur des Trägerplättchens 3 nachgeführt.

Claims (10)

1. Optoelektronisches Bauelement mit einem strahlungsemittie­ renden Körper (1), das bei Stromfluß durch den strahlungse­ mittierenden Körper (1) Strahlung aussendet, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der strahlungsemittierende Körper (1) gemeinsam mit einem elektrischen Heizelement (2) auf ei­ ner gut wärmeleitfähigen Trägerplatte (3) angeordnet ist.

2. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (3) zusammen mit dem strahlungsemittierenden Körper (1) und dem elektri­ schen Heizelement (2) in einem Gehäuse (4) angeordnet ist, das mindestens ein Strahlungsaustrittsfenster (5) aufweist, durch das die Strahlung aus dem Gehäuse (4) austritt, und bei dem mehrere, die Gehäusewandung durchdringende Anschlußlei­ ter (6, 7, 8, 9) vorgesehen sind, mit denen elektrische Kon­ takte des strahlungsemittierenden Körpers (1) und des Heize­ lements (2) elektrisch leitend verbunden sind.

3. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (2) die Basis-Kollektor-Diode eines Fototransistors ist.

4. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strah­ lungsaustrittsfenster (5) als Diffusor ausgebildet ist.

5. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) bis auf das Strahlungsaustrittsfenster (5) aus einem me­ tallischen Werkstoff besteht.

6. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Strah­ lungsaustrittsfenster aus einem strahlungsdurchlässigen Glas oder Kunststoff ausgebildet ist.

7. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der strah­ lungsemittierende Körper (1) eine infrarot-emittierende Halb­ leiterdiode ist.

8. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger­ platte (2) im wesentlichen aus einem keramischen Werkstoff oder aus einem Halbleiterwerkstoff besteht.

9. Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Bauelements gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch Aufheizen der Trägerplatte (3) mit Hilfe des Heizelements (2) der strahlungsemittierende Kör­ per (1) auf eine Betriebstemperatur aufgeheizt wird, die über der Umgebungstemperatur des optoelektronischen Bauelements liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Verwendung eines Lumineszenzdiodenchips als strahlungsemittierenden Körper (1) eine konstante Temperatur des Lumineszenzdiodenchips dadurch erreicht wird, daß die Flußspannung des Lumineszenzdiodenchips als Regelgröße ver­ wendet wird, daß diese Regelgröße mit einer sehr stabilen Referenzspannungsgröße verglichen wird und daß sie bei einer Änderung der Temperatur des Lumineszenzdiodenchips entspre­ chend über eine Anpassung der Heizleistung nachgeführt wird.