DE3642240A1 - Konstantstrom-lichtemittierende diode (konstantstrom led) - Google Patents

Konstantstrom-lichtemittierende diode (konstantstrom led)

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Description

Die Erfindung betrifft eine Konstantstrom-Lichtemittierende Diode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beim Betrieb einer lichtemittierenden Diode (LED) mittels einer veränderlichen Betriebsspannung bzw. beim Betrieb einer solchen Diode ohne Vorwiderstand müssen besondere Maßnahmen getroffen werden, um die lichtemittierende Diode mit einem Konstantstrom versorgen zu können.
Bisher wurde dieses Problem mit Hilfe eines hybriden Widerstan­ des oder mit Hilfe eines besonders ausgebildeten elektrischen Schaltkreises im Gehäuse der lichtemittierenden Diode (LED) gelöst.
Die bisher bekannten Lösungen erfordern einen aufwendigen und komplizierten Aufbau der Konstantstrom-Lichtemittierenden Diode.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Konstantstrom-Lichtemittierende Diode der eingangs genann­ ten Art anzugeben, die einen einfachen Aufbau und ein einfaches Herstellungsverfahren ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Konstantstrom-Licht­ emittierenden Diode der eingangs genannten Art durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Als einfachstes Transistor-Bauelement mit Konstantstromcharak­ teristik bietet sich ein JEFT (junction field effect transistor, Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor) oder ein MISFET bzw. MOSFET mit konstanter Gate-Source-Spannung an.
Vorzugsweise findet ein p-Kanal-Depletion-Mode-MOS-Transistor Verwendung. Als ein solcher Transistor kann ein SIPMOS-Transi­ stor benutzt werden. Durch die Wahl eines p-Kanal-Depletion- Mode-MOS-Transistors ergibt sich in vorteilhafter Weise die Möglichkeit einer direkten galvanischen Verbindung zwischen der Kathode der lichtemittierenden Diode (LED) und der Source-Elek­ trode des MOS-Transistors. Diese galvanische Verbindung kann analog zur Chipmontage mit jedem bekannten Verfahren herge­ stellt werden, das einem Fachmann zur Chipmontage zur Verfügung steht. Eine solche galvanische Verbindung zwischen der Kathode der lichtemittierenden Diode (LED) und der Source-Elektrode des MOS-Transistors kann beispielsweise mit Hilfe eines elektrisch leitfähigen Klebers (Leitkleber), mittels Legieren usw. herge­ stellt werden.
Bei der direkten galvanischen Verbindung zwischen der Kathode einer lichtemittierenden Diode (LED) und der Source-Elektrode des zugehörigen MOS-Transistors können vorteilhafterweise gleich große Chipabmessungen von z. B. 300 µm × 300 µm gewählt werden. Die Wahl gleich großer Chipabmessungen ermöglicht vorteilhafterweise die gleichzeitige Verbindung mehrerer Systeme, die jeweils aus einer lichtemittierenden Diode (LED) und einem Transistor mit konstanter Gate-Source-Spannung be­ stehen. Auf diese Weise ist die gleichzeitige galvanische Ver­ bindung ganzer Halbleiterscheiben (Wafer) oder - bei verschie­ denen Durchmessern der verwendeten Halbleiterscheiben (Wafer) - von Teilen ganzer Halbleiterscheiben möglich. Eine Justierung der verschiedenen ganzen Halbleiterscheiben oder der verschie­ denen Teile von ganzen Halbleiterscheiben zueinander ist über eine oder mehrere spezielle Justiermarken im Infrarot(IR)-Be­ reich möglich. Nach dem galvanischen Verbinden von ganzen Halb­ leiterscheiben bzw. Teilen ganzer Halbleiterscheiden mitein­ ander können die einzelnen Systeme, die jeweils aus lichtemit­ tierender Diode (LED) und Transistor mit konstanter Gate-Source- Spannung bestehen, gleichzeitig gesägt werden. Bei Verwendung einer sogenannten Mesa-lichtemittierenden Diode (LED) müssen Bindemittel, die zur Verbindung zwischen der lichtemittierenden Diode (LED) und dem Transistor mit konstanter Gate-Source-Span­ nung dienen, verwendet werden, die auch bei einer eventuellen Verwendung einer Damageätzung nicht angegriffen werden.
Sowohl bei Verwendung einer planaren lichtemittierenden Diode als auch bei Verwendung einer nicht-planaren lichtemittierenden Diode ist grundsätzlich die Verarbeitung einzelner Chips eben­ falls möglich.
Die Erfindung ermöglicht eine besonders kostengünstige Lösung bei Verwendung üblicher Standard-LED-Gehäuse.
Als mögliche Konstantstrom-Quellen zur Versorgung der lichtemit­ tierenden Diode (LED) mit einem Konstantstrom kommen grundsätz­ lich MOSFET- oder JFET-Bauelemente in Betracht. Eine vertikale Ausführung dieser Feldeffekttransistor-Bauelemente ermöglicht bei Verwendung von p-Kanal-Depletion-Mode-Transistoren eine direkte galvanische Verbindung zwischen der Kathode der licht­ emittierenden Diode und der Source-Elektrode des Feldeffekt­ transistors.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen Konstantstrom-Lichtemittierenden Diode.
Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Konstantstrom-Licht­ emittierenden Diode (Konstantstrom-LED) mit einer lichtemit­ tierenden Diode LED, die eine Anode A und eine Kathode K be­ sitzt. Die Kathode K der lichtemittierenden Diode LED ist elek­ trisch direkt mit der Source-Elektrode S eines Feldeffekttransi­ stors MOSFET verbunden. Dieser Feldeffekttransistor MOSFET be­ sitzt eine konstante Gate-Source-Spannung zwischen Source S und Gate G und weist daher eine Konstantstromcharakteristik auf. Im einfachsten Fall wird bei einem Depletion-Mode-Feldeffekttran­ sistor das Gate G auf das gleiche Potential wie die Source S gelegt. Auch wenn die Betriebsspannung zwischen der Anode A der lichtemittierenden Diode LED und der Drain-Elektrode D des Feld­ effekttransistors MOSFET veränderlich ist, fließt zwischen der Anode A und der Kathode K der lichtemittierenden Diode LED ein konstanter Strom. An Stelle eines MOSFET-Feldeffekttransistors kann natürlich grundsätzlich jeder andere Feldeffekttransistor mit konstanter Gate-Source-Spannung verwendet werden.
Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer Konstantstrom-Lichtemittierenden Diode nach Fig. 1. Die Konstantstrom-Lichtemittierende Diode besitzt zwei elektrische Anschlüsse 1 und 2. Auf dem elektrischen Anschluß 1 ist ein p-Kanal-Depletion-Mode-Feldeffekttransistor MOSFET angeordnet. Durch diese Wahl ergibt sich die Möglichkeit einer direkten gal­ vanischen Verbindung zwischen der Kathode K der lichtemittieren­ den Diode LED und der Source-Elektrode S des Feldeffekttransi­ stors MOSFET. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind Gate G und Source S zu einer einzigen Elektrode G/S zusammengefaßt. Die lichtemittierende Diode LED kann Analog zur Chipmontage mit jedem für einen Fachmann zur Verfügung stehenden Montage-Ver­ fahren auf dem Feldeffekttransistor MOSFET befestigt werden, beispielsweise mit Hilfe eines Leitklebers, mittels Legieren usw.
Wenn sowohl für den Feldeffekttransistor MOSFET als auch für die lichtemittierende Diode LED gleich große Chipabmessungen (z. B. 300 µm × 300 µm) gewählt werden, können gleichzeitig paarweise mehrere Feldeffekttransistoren MOSFET und lichtemit­ tierende Dioden LED miteinander verbunden werden. Bei einer solchen Wahl gleich großer Chipabmessungen für Feldeffekttransi­ stor MOSFET und für die lichtemittierende Diode LED können bei gleichen Wafer-Durchmessern ein Wafer mit Feldeffekttransi­ storen MOSFET und ein Wafer mit lichtemittierenden Dioden LED zueinander justiert und miteinander verbunden werden. Eine Justierung solcher Wafer ist über eine oder mehrere spezielle Justiermarken im Infrarot(IR)-Bereich möglich. Bei verschie­ denen Wafer-Durchmessern können Teile von Wafern mit einem ganzen Wafer oder mit Teilen eines Wafers gleichzeitig ver­ bunden werden. Anschließend können die paarweise miteinander verbundenen Systeme gleichzeitig gesägt werden. Bei Verwendung einer sog. Mesa lichtemittierenden Diode LED müssen als Binde­ mittel (Diebond) D 1, die zur Verbindung zwischen der lichtemit­ tierenden Diode LED und dem Feldeffekttransistor MOSFET dienen, solche Bindemittel verwendet werden, die auch bei einer eventu­ ellen Verwendung einer Damageätzung nicht angegriffen werden.
Sowohl bei Verwendung einer planaren lichtemittierenden Diode als auch bei Verwendung einer nicht-planaren lichtemittierenden Diode ist grundsätzlich die Verarbeitung einzelner Chips eben­ falls möglich.
Eine Anordnung nach den Fig. 1 oder 2 ermöglicht die Ver­ wendung von Standard-LED-Gehäusen und daher eine preisgünstige Herstellung von Konstantstrom-Lichtemittierenden Dioden. Als Feldeffekttransistor MOSFET kann ein p-Kanal-Depletion-Mode- SIPMOS-Transistor mit einer Gate-Source-Spannung V GS von 0 Volt, mit einem Konstantstrom I DS zwischen Source und Drain von 10 mA (Klassen: 8-12 mA), mit einer Chipfläche von 300 µm × 300 µm und mit einer Drain-Source-Spannung V DS zwischen etwa 50 und 100 Volt verwendet werden. Zur Erzeugung der Gate-Source-Span­ nung von 0 Volt könne Gate G und Source S über eine Metallisie­ rung verbunden werden.
Als lichtemittierende Diode LED kann eine Diode mit einer Chip­ fläche von 300 µm × 300 µm mit obenliegender Anode A verwendet werden. Die Technologie der lichtemittierenden Diode LED ist ansonsten beliebig.
Natürlich müssen die Chipabmessungen von Feldeffekttransistor MOSFET und von lichtemittierender Diode LED nicht gleich groß sein. Gleich große Chipabmessungen bieten jedoch Vorteile in bezug auf Herstellungsverfahren.
Als Konstantstromquellen können alternativ andere vertikale MOS- oder JFET-Transistoren bei einer Anordnung nach Fig. 2 verwendet werden. Eine Anordnung nach Fig. 2 weist bei gleichen Chipabmessungen eine verschlechterte Wärmeabfuhr wegen der Montage der lichtemittierenden Diode LED auf Silicium sowie eine zusätzliche Erwärmung in Folge der Verlustleistung am Feld­ effekttransistor MOSFET auf. Um diese Nachteile zu vermeiden, kann beispielsweise ein n-Kanal-Depletion-Mode-MOSFET-Transi­ stor mit einer Gate-Source-Spannung V GS von 0 Volt auf den elek­ trischen Anschluß 2 montiert werden, wobei dann die elektrische Verbindung zwischen der Anode A der lichtemittierenden Diode LED und der Source-Elektrode des n-Kanal-MOSFET-Transistors über eine Chip-to-Chip-Bondverbindung ähnlich der Bondverbin­ dung B in Fig. 2 erfolgt. Die Drain-Elektrode des n-Kanal- MOSFET-Transistors ist dann mittels einer Diebond-Verbindung auf dem elektrischen Anschluß 2 befestigt.
In Fig. 2 ist der Feldeffekttransistor MOSFET mittels eines üblichen Chipmontage-Verfahrens (Diebond D 2) auf dem elektrischen Anschluß 1 befestigt.

Claims (10)

1. Konstantstrom-Lichtemittierende Diode, gekennzeichnet durch ein Feldeffekttransistor-Bauelement mit konstanter Gate- Source-Spannung als die den Konstantstrom definierende Einrich­ tung.
2. Konstantstrom-Lichtemittierende Diode nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein p-Kanal-Depletion-Mode-Transistorbauelement als die den Konstantstrom definierende Einrichtung.
3. Konstantstrom-Lichtemittierende Diode nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine direkte galvanische Verbindung zwischen Kathode (K) der lichtemittierenden Diode (LED) und Source (S) des Transistor­ bauelements (MOSFET).
4. Konstantstrom-Lichtemittierende Diode nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Leitkleber-Verbindung (D 1) zwischen Kathode (K) der lichtemittierenden Diode (LED) und Source (S) des Transistor­ bauelements (MOSFET).
5. Konstantstrom-Lichtemittierende Diode nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Legierungs-Verbindung zwischen Kathode (K) der lichtemittierenden Diode (LED) und Source (S) des Transistorbau­ elements (MOSFET).
6. Konstantstrom-Lichtemittierende Diode nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine planare lichtemittierende Diode (LED).
7. Konstantstrom-Lichtemittierende Diode nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein n-Kanal-Depletion-Mode-Transistorbauelement.
8. Verfahren zur Herstellung einer Konstantstrom-Licht­ emittierenden Diode nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch gleichzeitige galvanische Verbindung mehrerer Systeme, die jeweils aus lichtemittierender Diode (LED) und Transistor­ bauelement (MOSFET) bestehen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Justierung über spezielle Justiermarken im Infrarot(IR)- Bereich.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch gleichzeitiges Sägen mehrerer Systeme.
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