DE7211194U

DE7211194U - SEMI-CONDUCTOR LIGHT SOURCE

Info

Publication number: DE7211194U
Application number: DE19727211194
Authority: DE
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1972-03-23
Filing date: 1972-03-23
Publication date: 1973-06-07

Description

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• mbH,mbH, MünchenMunich )) »» Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrischePatent trust company for electrical Glühlampenlightbulbs Halbleiterlichtquell·Semiconductor light source

Die Erfindung betrifft eine aus mehreren einseinen p-n-Strahlungadioden bestehende, mit Gleichstrom zu betreibende Haibleiterliehtoualla. Zln# bekannt« Kalbl«it«rlichtqueiie besteht aus einem Kontaktstifte aufweisenden Träger, avf dem eine Strahlungsdiode - ein einziger leuchten· der Kristall aus Halbleitermaterial mit einem p-n-übe-gang - angeordnet ist, die mit einem Kunststoffdom abgedeckt ist.The invention relates to one of several single p-n radiation diodes existing, direct current to be operated Haibleiterliehtoualla. Zln # known "Kalbl" it "rlichtqueiie consists of a contact pin Carrier with a radiation diode - a single glowing crystal made of semiconductor material with a p-n transition - arranged which is covered with a plastic dome.

Für Beleuchtungszwecke, für Anzeige- und Signalzwecke usw. ist es üblich, Miniaturglühlampen einzusetzen. Diese sind für verschiedene Spannungen gebräuchlich, wie beispielsweise für 3 - 4,? Volt, 6-7 Volt, 14 oder 28 Volt usw. Eine solche Lampe durch eine deren Funktion übernehmende, oben beschriebene Halbleiterlichtquelle zu ersetzen, ist nur dann in einfacher Veise möglich, wenn die Klemmenspannung der mim aufnehmenden Fassung am Gerät einen Gleichspannungswert von etwa 1,6-2 Volt besitzt, wie er zum Betrieb derartiger Halbleiterlichtquellen im allgemeinen benötigt wird.For lighting purposes, for display and signaling purposes, etc., it is common to use miniature incandescent lamps. These are common for different voltages, such as 3 - 4,? Volts, 6-7 volts, 14 or 28 volts, etc. Replacing such a lamp with a semiconductor light source that takes on its function and which is described above is only possible in a simple manner if the terminal voltage of the socket on the device that accommodates a mim has a DC voltage value of around 1 , 6-2 volts, as is generally required for the operation of such semiconductor light sources.

Ist die Klemmenspannung der Fassung höher, muß ein mit der Halbleiterlichtquelle in Reihe geschalteter Vorschaltwiderstand eingesetzt werden,If the terminal voltage of the socket is higher, it must be with the semiconductor light source series-connected series resistors are used,

·) 21 f 89/03·) 21 f 89/03

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an dea der Spannung silber schuQ abfällt. Ein T«il der nutsbaren elektrischen Energie geht soait al· VIn* verloren.at the voltage silver schuQ drops. A part of the nutsable electric Energy is thus lost as · VIn *.

Äuxoaüe iat, diesen bisher uBQe&utst«a Snargieanteii abglichst weitgehend in nutsbare Strahlungsenergie (Strahlung la sichtbaren Bereich) uasuvandeln. Die Löaung dieaer Aufgabe beateht darin, den Voracbaltwideratand durch weitere, oben beachriebene Halbleiterlichtquellen au eraetsen.Äuxoaüe iat, this so far uBQe & utst «a snargine part largely adjusted uasu convert into usable radiation energy (radiation la visible range). The solution to this task is to resist the advance by additional semiconductor light sources mentioned above.

Je nach Höhe des SpannungaUberachuaaea werden eine oder aehrere derartige Halbleiterlichtquellen, deren Strahlungsdioden Abaessungen und elektrische Oatan aufweisen, die alt denen dar Strahlungsdiode der bereits vorhandenen Halbleiterlichtquelle etwa gleich sind, alt dieser in Reihe geschaltet· Ihre Anzahl ist so su besessen, daß an Jeder von ihnen eine Betriebsspannung ia Bereich von etwa 1,6 - etwa 2 Veit su liegen Reasi ssd der Spännungsübersebufi soait in sub Betrieb weiterer derartiger Halbleiterliehtao*!!·» -sr Vsrfu§unn stehende nutsbare Spannungeteile aufgeteilt wird.Depending on the level of tension, one or more of these Semiconductor light sources whose radiation diodes have dimensions and electrical Oatan that are old to those of the radiation diode already existing semiconductor light source are about the same, old this in Connected in series · Their numbers are so obsessed with each one of them an operating voltage generally range from about 1.6 - about 2 Veit su Reasi ssd the Spännungsübersebufi soait in sub operation of other such Semiconductor lihtao * !! · »-sr Vsrfu§unn standing nutsable voltage parts is divided.

Beträgt die Betriebsspannung einer Halbleiterlicbtquell« (Strahlungsdiode) 2 ToIt und belauft sieh die vorgegebene Kleaaenspannung aa Gerät beispielsweise auf 4 Volt Gleichspannung, sind statt einer Halbleiterlieh t quelle ait Vorschaltwideratand, d.h. einer Strahlungsdiode alt Verschal twiderstand, swei in Reihe geschaltete Halbleiterlichtquellen (swei Strahlungedioden ait 2 Volt Betriebsspannung) vorgesehen. Beträgt die Kleaaenspannung beispielsweise 6 Volt, ist der sonst notwendige Vorschaltwiderstand durch swei Strahlungedioden su eraetsen, bei einer Kleaaenspannung von beispielsweise 14 Volt beträgt die Gesaatsahl der Strahlungsdioden sieben, van denen sechs die Punktion des Vorechaltwider standee Ubemebaen·Is the operating voltage of a semiconductor light source (radiation diode) 2 ToIt and total see the specified Cleaa voltage aa device for example to 4 volts DC voltage, are instead of a semiconductor loan t source ait ballast resistor, i.e. a radiation diode old cladding resistance, two series-connected semiconductor light sources (swei Radiation diodes with an operating voltage of 2 volts) are provided. For example, if the Kleaen voltage is 6 volts, the otherwise necessary series resistor is by swei radiation diodes su eraetsen, with a Kleaaens voltage of 14 volts, for example, the total is the Seven radiation diodes, six of which are the puncture of the pre-switching resistor standee Ubemebaen

ErfiadungsgeaKB wird vorgeschlagen, die den Vorschaltwideratand ersetsonden Halbleiterlichtquellen ait der bereits vorhandenen Halbleiterlichtquelle su einer Baueinheit susaaaensufaasen und alle in Reihe ge-ErfiadungsgeaKB is proposed that ersetsonden the Vorschaltwideratand Semiconductor light sources ait the already existing semiconductor light source su a structural unit susaaaensufaasen and all in series

achalteten Strahlungadioden auf einen einzigen Träger anzuordnen sowie einen strahlungsdurchlässi^en Körper, beispielsweise einen Kunststoffkörper .Eiit einer dem optischen Verwendungszweck entsprechend angepaßten Form.vorzusehen, der die Strahlungsdioden umgibt. Ist der Träger so gestaltet, daß er entweder direkt oder über einen Adapter in «ine zur Aufnahm von Miniaturglühlampen bestimmte Passung einsetzbar ist, ist so eine aus mehreren einzelnen Strahlungsdioden bestehende kompakte, an Gleichspannung betreibbare Halbleiterlichtquelle geschaffen, die gegenüber den bisher bekannten, aus einer einzigen Strahlungsdiode bestehenden Halbleiterlichtquellen eine höhere Strahlungsleistung aufweist, MiniaturglUhlampen besser su ersetzen vermag als diese.to arrange switched radiation diodes on a single carrier as well a radiation-permeable body, for example a plastic body .Eiit a suitably adapted to the optical purpose Form. To provide that surrounds the radiation diodes. Is the carrier designed so that it can be either directly or via a Adapter in «ine designed to accommodate miniature incandescent lamps can be used is a compact semiconductor light source that consists of several individual radiation diodes and can be operated with direct voltage created, which compared to the previously known, consisting of a single radiation diode semiconductor light sources a higher radiation power is able to replace miniature incandescent lamps better than these.

' ^! Es ist bereits bekannt, eine Halbleiterlichtquelle aus mehreren aufeinandergeschichtet angeordneten p-n-ObergKngen (Einzellichtquellen) aufzubauen (DT-OS 1 489 488).' ^! It is already known to build a semiconductor light source from a plurality of pn top knobs (individual light sources) arranged one on top of the other (DT-OS 1 489 488).

Bei einer anderen bekannten Ausführungeform besteht die Halbleiterlichtquell« aus einem gemeinsamen Träger, beispielsweise einer Halbleiterunterleg· »«■ s-<=sii£us«rsss£d, uotlmTt nil girier wirksamen Menge Zinn, auf deren Oberfläche p-leitende Bereiche cusftäbildet sind, die zusammen mit dem η-leitenden Grundkörper ine Anzahl p-n-Einzeldioden bilden. Die Halbleiterunterlage dient als Anschluß für alle Übergänge, während die an der OberiläeJie der p-Bereiche befestigten ZufUhrungsleitungen unabhängige Anschlüsse für die einzelnen Dioden darstellen (DAS 1 262 448). Eine Haloleiterlichtquelle aus mehreren nebeneinander angeordneten, in Reihe geschalteten, auf einem Träger aus elektrisch isolierendem Material befestigten einzelnen Strahlungsdioden, ist durch die US-Patentschrift 3 471 923 bekannt.In another known embodiment, the semiconductor light source consists of a common carrier, for example a semiconductor underlay - <= sii £ us «rsss £ d, uotlmTt no girier effective amount of tin, on the surface of which p-conductive areas are formed, which, together with the η-conductive base body, form a number of pn individual diodes. The semiconductor substrate serves as a connection for all junctions, while the supply lines attached to the upper area of the p-regions represent independent connections for the individual diodes (DAS 1 262 448). A semiconductor light source comprising a plurality of individual radiation diodes arranged next to one another, connected in series, fastened to a carrier made of electrically insulating material, is known from US Pat. No. 3,471,923.

Eine Halbleiterlichtquelle, bestehend aus mehreren einzelnen in Reihe geschalteten und auf einem gemeinsamen Träger angeordneten p-n-Strahlungsdioden ist gemäß der Erfindung dadurch 'gekennzeichnet, daß die auf dem Träger angeordneten p-n-Strahlungsdioden von einem strahlungsdurchlässigen Korper mit einer dem optischen Verwendungszweck entsprechend angepaßten Form umgeben sind.A semiconductor light source, consisting of several individual ones in series switched p-n radiation diodes arranged on a common carrier is, according to the invention, characterized in that the p-n radiation diodes arranged on the carrier are made of a radiation-permeable Body with a suitably adapted to the optical purpose Shape are surrounded.

The invention is explained in more detail with reference to figures.

Figur 1 zeigt den Träger einer erfindungsgemäßen Halbleiterlichtquelle mit zwei Strahlungsdioden in Aufsicht.Figure 1 shows the carrier of a semiconductor light source according to the invention with two radiation diodes in supervision.

Figur 2 zeigt den Träger einer erfindungsgenäßen Halbleiterlichtquelle mit drei Strahlungedioden in Aufsicht.FIG. 2 shows the carrier of a semiconductor light source according to the invention with three radiation diodes in supervision.

Figur 3· zeigt den Träger einer erfindungsgemäßen Halbleiterlichtnuellt »it vier Strahl isngsdi öden in Aufsicht.FIG. 3 shows the carrier of a semiconductor light source according to the invention »With four beams in supervision.

Figur 3b zeigt die erfindungsgemäße Halbleiterlichtquelle mit vier Strahlungedioden nach Figur 3« in Seitenansicht und teilweise in Schnitt.FIG. 3b shows the semiconductor light source according to the invention with four Radiation diodes according to Figure 3 ″ in side view and partially in cut.

Figur 4 zeigt eine erfindungsgemäße Haibleiterlichtquelle mit Sockel in Seitenansicht.FIG. 4 shows a semiconductor light source according to the invention with a base in side view.

Die erfindungsgemäße- Halbleiterlichtquelle besitzt einen Träger l aus elektrisch isolierendem, ausreichend wärmeableitendem Material, beispielsweise aus Oxidkeramik (Aluminiumoxid oder Berylliumoxid). Auf elektrisch leitender, im Siebdruckverfahren aufgebrachter Unterlage, bei spiel ««ei se einer dünne::, in sehrere Streiche 2a, 2b (Figur l), 2a-2c (Figur 2), 2a-2d (Figur 3a) unterteilten metallischen Unterlage, die mit dem Träger 1 in Verbindung steht, sind zwei., drei bzw. vier Strahlungsdioden 3 mit einem p-n-Übergang in Reihenschaltung angeordnet. Es können auch mehr als vier Strahlungsdioden vorgesehen werden, die Metallunterlage ist dann entsprechend deren Anzahl zu unterteilen.The semiconductor light source according to the invention has a carrier l from electrically insulating, sufficiently heat-dissipating material, for example made of oxide ceramics (aluminum oxide or beryllium oxide). on electrically conductive backing applied by screen printing, for example «« a thin ::, in more severe strokes 2a, 2b (Figure 1), 2a-2c (Figure 2), 2a-2d (Figure 3a) subdivided metallic base, which is connected to the carrier 1 are two, three and four, respectively Radiation diodes 3 arranged in series with a p-n junction. It is also possible to provide more than four radiation diodes; the metal base is then to be subdivided according to their number.

Als elektrisch leitende Unterlage sind alle Materialien geeignet, die gute elektrisch leitende ohmsche Verbindung zur Strahlungsdiode und festes mechanisches Verbinden dieser mit dem Träger 1 erlauben. Geeignet sind insbesondere Legierungen aus Gold-Palladium oder Gold-Germanium.All materials are suitable as an electrically conductive base allow good electrically conductive ohmic connection to the radiation diode and firm mechanical connection of this to the carrier 1. Suitable are in particular alloys made of gold-palladium or gold-germanium.

Der η-leitende Bereich der beispielsweise aus Galliumarsenidphosphid bestehenden mit Tellur (η-Bereich) und Zink(p-Bereich) dotierten Strahlungsdiodon 3 ist dem Träger 1 zugewandt und steht mit der Metallunterlage über eine Gold-Germanium-Legierung, die auf die η-Fläche der Strahlungsdioden 3 aufgedampft ist, in elektrisch leitender Verbindung.The η-conductive area of, for example, gallium arsenide phosphide existing doped with tellurium (η-area) and zinc (p-area) Radiation diode 3 is facing the carrier 1 and is with the metal base on a gold-germanium alloy, which is on the η surface of the Radiation diodes 3 is vapor-deposited, in an electrically conductive connection.

Wird die nach oben weisende freiliegende p- oder η-Schicht einer Strahlungsdiode, deren n- oder p-Schieht mit einem Träger in Verbindung steht,If the exposed p- or η-layer of a radiation diode, pointing upwards, whose n- or p-layer is connected to a carrier,

genügend dünn gewählt und ihre Oberfläche nicht durch einen großflächigen Kontakt abgedeckt, sondern nur mit einem die Oberfläche weitgehend freilassenden Punktkontakt versehen, kann die zur p-n-Ebene in senkrechter Richtung emittierte Strahlung genützt werden.chosen sufficiently thin and their surface not covered by a large one Contact covered, but only provided with a point contact that leaves the surface largely free, the to the p-n plane in radiation emitted in the perpendicular direction can be used.

The strength of the p-conducting area of the radiation diodes 3 of the invention

dungsgeuäßen Halbleiterlichtquelle beträgt deshalb nur etwa 1 - 3/U.semiconductor light source suitable for use is therefore only about 1 - 3 / rev.

Die etwa 0,15 »b> große p-leitende Oberfläche der beispielsweise rechteckigen Strahlungsdiode 3 trägt entsprechend einen punktförmigen Metallkontakt 4, beispielsweise aus aufgedampftem Aluminium oder einer Legierung aus Gold und Germanium.The approximately 0.15 »b> large p-conductive surface of the, for example, rectangular Radiation diode 3 accordingly has a point-shaped metal contact 4, for example made of vapor-deposited aluminum or an alloy made of gold and germanium.

Als Stromzuführungen 5 sind Drähte aus Aluminium oder Gold mit etwa 25 /U Durchmesser vorgesehen, die mit den Punktkontakten 4 bzw. den Bereichen 2a-2d bzw. nach außen führenden, in den Träger 1 eingelassenen Anschlußstiften 8, beispielsweise aus einer Eisen-Nickel-Legierung mit Goldüberzug, bzw. einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung mit Goldüberzug, in Verbindung stehen. Als Stromzuführungen 5 können auch elastische Zungen der die metallischen Unterlagen der Strahlungsdioden bildenden Teile dienen. Ein strahlungsdurchlässiger Körper 6, ein Kunststoffdom auf dem Träger 1 umgibt die Strahlungsdioden 3. Beispielsweise sind diese in den Kunststoff eingegossen. Der Kunststoffdom besteht beispielsweise aus Epoxydharz. Die Form des Kunststoffkörpers ist dem optischen Verwendungszweck entsprechend ausgeführt. Seine Oberfläche kann gekrümmt sein. Auch eine pl^ne Oberfläche, beispielsweise wenn eine die Strahlungsdioden abdeckende, strahlungsdurchlässige Kunststoffscheibe vorgesehen ist, ist denkbar. Der Kunststoffkörper kann mit geeigneten organischen Farbstoffen gefärbt sein. Beispielsweise sind Farbstoffe auf Rhodaminbasis geeignet.The power supply lines 5 are wires made of aluminum or gold with about 25 / U Diameter provided, the connecting pins embedded in the carrier 1 leading to the point contacts 4 or the areas 2a-2d or to the outside 8, for example made of an iron-nickel alloy with a gold coating, or an iron-nickel-cobalt alloy with gold coating, in connection stand. As power supply lines 5, elastic tongues of the parts forming the metallic bases of the radiation diodes can also serve. A radiation-permeable body 6, a plastic dome on the carrier 1 surrounds the radiation diodes 3. For example, these are cast into the plastic. The plastic dome consists, for example, of epoxy resin. The shape of the plastic body is designed according to the optical purpose. Its surface can be curved. Also one flat surface, for example if a covering the radiation diodes, Radiation-permeable plastic disk is provided is conceivable. The plastic body can be colored with suitable organic dyes. For example, rhodamine-based dyes are suitable.

Bei der in Figiur 4 dargestellten Halbleiterlichtquelle ist der Träger in eine als Sockel ausgebildete Hülse 7 eingesetzt, Λ*m das Einsetzen der erfindungsgemäßen Halbleiterlichtquelle in eine Fassung erlaubt, wie sie beispielsweise sur Aufnahme bekannter MiniaturglUhlampen dient. Einer der Anschlußstifte β steht mit dem metallischen HUlsenmaterial in elektrisch«- leitender Verbindung und bildet den Seitenkontakt, der andere ist mit dem Boden der Hülse, die gegenüber der HUlsenwand elektrisch isoliert ist, durch beispielsweise Löten verbunden und bildet den Bodenkontakt 9·In the illustrated in Figiur 4 Semi-conductor light source of the carrier is inserted into a socket designed as a sleeve 7, Λ * m the insertion of the semiconductor light source according to the invention in a socket allowed, as they serves for example sur recording MiniaturglUhlampen known. One of the connecting pins β is in an electrically conductive connection with the metallic sleeve material and forms the side contact, the other is connected to the bottom of the sleeve, which is electrically insulated from the sleeve wall, by soldering, for example, and forms the ground contact 9.

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Selbstverständlich 1st di· äußere Gestalt der HUlse 7 bsw. des Sockel· der Form der Fassung ansupassen, in der die er findung «gemäße Kclbleiterliehtquelle verwendet werden »oil, um einwandfreie Kontakte mit den Anschlußleitungen au siehern.Of course, the outer shape of the sleeve 7 is, for example, of the base to adapt to the shape of the socket in which the lead source according to the invention used »oil to ensure perfect contacts with the connecting cables au see.

Die neue Halbleiterlichtquelle kann auch ohne die beschriebene Sockelhülse 7 verwendet werden, beispielsweise in gedruckten Schaltungen. Hier erfolgt der elektrische Anschluß unmittelbar mit Hilfe der Anschlußstifte. 8;The new semiconductor light source can also be used without the base sleeve described 7 can be used, for example in printed circuits. Here the electrical connection is made directly with the aid of the connecting pins. 8th;

Mit dem Träger oder auch mit dea Sockel verbundene entsprechend geformte als Reflektor ausgebildete Teile aus beispielsweise Kunststoff mit einem spiegelnden Belag erlauben eine gerichtete Strahlungsabgabe und Helligkeitserhöhung in einer Vorzugsrichtung.Correspondingly shaped ones connected to the support or to the base Parts designed as reflectors made of, for example, plastic with a reflective coating allow a directed emission of radiation and an increase in brightness in a preferred direction.

Auch andere Ausführung«formen der erfindungsgemäßen Halbleiterlichtquelle sind selbstverständlich denkbar. Beispielsweise könnte ein Träger aus elektrisch leitendem Haterial vorgesehen werden. Die in Reihe asu schaltendes Dioden wären dann gegenüber diesem isoliert ansuordnen.Other embodiments of the semiconductor light source according to the invention are also available are of course conceivable. For example, a carrier made of electrically conductive material could be provided. The in series asu Switching diodes would then have to be arranged isolated from this.

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—Patentansprüche -—Patent claims -

Claims

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Expectations

1. Semiconductor light source, consisting of several individual ones in series switched p-n radiation diodes arranged on a common carrier, characterized in that the p-n radiation diodes arranged on the carrier are made by a radiation-permeable Body are surrounded with a shape adapted accordingly to the optical purpose.

2. Semiconductor light source according to claim l, characterized in that the radiation-permeable body is made of epoxy resin.

3 «semiconductor light source according to claim 1, characterized in that the radiolucent body is colored.

4. HalbJ.eiterllcht ^ uelle according to claim l, characterized in that the radiation-negligible body has a substantially curved surface owns.

5 · Semiconductor light source according to Claim 1, characterized in that the ρ-layer of the p-n radiation diodes has a thickness of the order of magnitude from 1 - 3 / U.

6. Semiconductor light source according to claim 1 and 5, characterized in that that the p-layer of the p-n radiation diodes has a punctiform metal contact wearing.

7. Semiconductor light source according to claim 1, 5 and 6, characterized in that that the pfen radiation diodes made of gallium arsenide phosphide, doped with Tellurium and zinc.

"5. semiconductor light source according to claim l, characterized« that the carrier is made of ceramic.

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9. Semiconductor light source according to claim 1, characterized in that the carrier consists of electrically conductive material.

10. HaibleitorliehtquelIe according to claim 1, characterized in that the carrier is made of ceramic, the pn radiation diodes consist of tellurium and zinc doped GaIliumarsenidphosphid. Above an electrically conductive base that is connected to the carrier, its 1 - 3 / U thick p-layer has a point-like «! Metal contact made of a gold-germanium alloy carries and the radiation! permeable body made of epoxy resin and essentially has a curved surface.

Dr De/Mü