DE2402717A1

DE2402717A1 - Lichtemittierende anzeigevorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2402717A1
Application number: DE2402717A
Authority: DE
Inventors: Osamu Abe; Kei Kaneda; Hiroshi Katsumura
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1973-01-22
Filing date: 1974-01-21
Publication date: 1974-08-08
Also published as: US3911431A; CA1006955A; DE2402717C2

Description

Lichtemittierende Anzeigevorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung,

Die Erfindung betrifft eine lichtemittierende Anzeigevorrichtung, insbesondere unter Verwendung lichtemittierender Dioden, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Eine bekannte lichtemittierende Anzeigevorrichtung besteht aus einer aufgedruckte Leitungszüge tragenden Grundplatte und meh« reren lichtemittierenden Dioden in solcher Anordnung auf der Grundplatte, dass sie ein gewünschtes Muster oder Symbol darstellen, wobei die lichtemittierenden Dioden jeweils mittels eines elektrisch isolierenden Klebmittels so mit der Grundplatte verklebt sind, daß der PN-Übergang senkrecht zur Grundplatte liegt. Die beiden Seitenwände der lichtemittierenden Dioden sind jeweils mit einer ohmschen Elektrode ausgerüstet* Die bekannte lichtemittierende Anzeigevorrichtung besitzt jedoch den Nachteil, daß das vom PN-Übergang des lichtemittierenden Elements abgegebene Licht durch die ohmsehe Elektrode hin-* durchtritt und dabei seitwärts austritt und außerdem von der Elektrode absorbiert wird, wodurch die Leuchtwirkung der Anzeigevorrichtung insgesamt herabgesetzt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine lichtemittierende Anzeigevorrichtung verbesserter Leuchtwirkung zu schaffen*

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Diese Aufgabe wird bei einer lichtemittierenden AnzeigeVorrichtung der genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch eine mit aufgedruckten Leitungszügen versehene, elektrisch isolierende Grundplatte, mehrere unter Festlegung eines bestimmten Schemas mit vorbestimmten Teilen der Grundplatte verbundene, lichtemittierende Halbleiterelemente, deren PN-Übergang praktisch senkrecht zur Grundplatte ausgerichtet ist, zwei an den gegenüberliegenden, dem PN-Übergang zugewandten Seitenflächen angebrachte leitfähige Lichtabschirmungen, ein elektrisch isolierendes Klebmittel zur Verbindung des betreffenden lichtemittierenden Halbleiterelements miteinem vorbestimmten Teil der Grundplatte und eine leitfähige Klebmittelschicht, die so angeordnet ist, daß sie die elektrisch isolierende Klebmittelschicht abdeckt und die auf die Grundplatte aufgedruckten Leitungszüge mit den Lichtabschirmungen verbindet.

Bei der erfindungsgemäßen lichtemittierenden Anzeigevorrichtung sind mehrere lichtemittierende Halbleiterelemente in der Weise auf einer aufgedruckte Leitungszüge tragenden Grundplatte angeordnet, daß sie ein gewünschtes Muster oder Symbol darstellen, wobei die einzelnen Halbleiterelemente so mit der Grundplatte verbunden, d.h. verklebt sind, daß ihr PN-Übergang praktisch senkrecht zur Grundplatte liegt. Die beiden, parallel zum PN-Übergang liegenden Seitenflächen des lichtemittierenden Halbleiterelements sind mit einer leitfähigen Lichtabschirmung mit hohem Reflexionsindex versehen. Die äußere Lichtabschirmung reflektiert das vom PN-Übergang des Halbleiterelements emittierte Licht und erhöht dadurch die Leuchtwirkung dieses Elements.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine perspektivische Darstellung einer lichtemittierenden Anzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

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Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Teilschnitt durch ein spezielles lichtemittierendes Element der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Verteilung des von einem lichtemittierenden Halbleiterelement der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung ausgestrahlten Lichts,

Fig. 4 einen in weiter vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt durch ein lichtemittierendes Halbleiterelement der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 5 einen Fig. 4 ähnelnden Schnitt, in welchem die eine Lichtabschirmung mit einer Metallschicht mit einer von der Farbe der Abschirmung abweichenden Farbe überzogen ist,

Fig. 6 bis 8 Schnitte durch Lichtabschirmungen gemäß abgewandelter Ausführungsformen der Erfindung,

Fig. 9A und 9-B Aufsichten auf verschiedene Arten von Lichtabschirmungen und

Fig. 10 eine Darstellung einer Folge von Verfahrensschritten zur Herstellung des lichtemittierenden Halbleiterelements der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung.

In Fig. 1 ist eine lichtemittierende Anzeigevorrichtung zur Wiedergabe eines Symbols dargestellt. Diese Anzeigevorrichtung weist eine aus einem elektrisch isolierenden Material, wie Keramik, Bakelit, Epoxyharz, einem Gemisch aus Glas und Epoxyharz oder Polyimidharz, bestehende Grundplatte 1Ί, sieben lichtemittierende Halbleiterelemente 19* z.B. lichtemittierende Dioden aus Galliumphosphid (GaP), die in . Form einer Ziffer "8" auf der Grundplatte angeordnet sind, ein lichtemittierendes Halbleiterelement 13 zur Anzeige

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eines Dezimalpunkts oder -kommas sowie ein Gehäuse 15 zur Aufnahme aller vorgenannten Bauteile auf.

Das lichtemittierende Halbleiterelement I9 ist an der Grundplatte 11 mit Hilfe eines elektrisch isolierendenKlebmittels angeklebt, z.B. mit Hilfe- von durchsichtigem Epoxyharz, wobei der PN-Übergang 17 senkrecht zur Grundplatte 11 liegt. Die beidseitigen Seitenflächen des Halbleiterelements I9, welche dem PN-Übergang 17 zugewandt sind oder parallel dazu liegen, nämlich eine N-Bereich-fläche 19a und eine P-Bereichflache 19b, sind mit ohmschen Elektroden 20 bzw. 21 versehen, die ihrerseits mit leitfähigen Lichtabschirmungen bzw. 23 überzogen sind. Die Lichtabschirmungen 22, 25 sind mit den auf der Grundplatte 1 ausgebildeten Leitungszügen 24 bzw. 25 über- leitfähige Auffüllungen 26, 27 aus einer Paste aus Silber (Ag) oder einem Metall, etwa einer Legierung aus Blei (Pb) und Zinn (Sn) oder aus Gold (Au) und Zinn (Sn) verbunden, die so angeordnet sind, daß sie die freiliegenden Flächen des Klebmittels 18 abdecken. Der aufgedruckte Leitungszug 24 ist gemeinsam an alle N-Bereiche der lichtemittierenden Halbleiterelemente 19 sowie an eine entsprechende äußere Leitung 14 angeschlossen. Dagegen sind mehrere aufgedruckte Leitungszüge 25 jeweils getrennt an die betreffenden P-Bereiche der Halbleiterelemente sowie an die anderen, zugeordneten äußeren Leitungen 14 angeschlossen. Diean den gegenüberliegenden, parallel zum PN-Übergang angeordneten N- und P-Bereichflächen 19a bzw. 19b des Halbleiterelements 19 angebrachten Lichtabschirmungen lassen das Element 19 das Licht mit der idealen Verteilung gemäß Fig. 3 ausstrahlen.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf eine lichtemittierende Anzeigevorrichtung zur Wiedergabe eines einzigen Symbols. Es ist jedoch auch möglich, auf der gleichen Grundplatte mehrere Anzeigevorrichtungen anzuordnen, die verschiedene Muster oder Symbole wiedergeben. Bei der vor-

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stehend beschriebenen Ausfüixur]gsform ist zudem das Halbleiterelement 19 so auf der Grundplatte 11 angeordnet, daß sein PN-Übergang senkrecht zur Grundplatte 11 liegt. Selbstverständlich kann der PN-Übergang auch gegenüber der Grundplatte 11 leicht geneigt sein. Wenn das Gehäuse 15 aus einem roten, durchsichtigen Material besteht und die lichtemittierenden Halbleiterelemente I9 beispielsweise jeweils aus einer Rotlicht emittierenden Galliumphospid-Diode bestehen, wird die Leuchtwirkung der Anzeigevorrichtung noch verstärkt.

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind die gegenüberliegenden N- und P-Bereichflachen 19a bzw. 19b des lichtemittierenden Halbleiterelements I9 nur teilweise mit ohmschen Elektroden 20a bzw. 20b besetzt. Die Lichtabschirmungen 22a, 23a sind dabei über die gesamten Flächen 19a, 19b des Halbleiterelements 19, einschließlich der ohmschen Elektroden 20a, 21a aufgebracht. Die Lichtabschirmungen 22a, 23a bestehen aus einem hoch reflexionsfähigen Material, wie Gold (Au), Silber (Ag), Aluminium (Al), Nickel (Ni) oder Platin (Pt). Durch die Lichtabschirmung wird das vom Halbleiterelement 19 emittierte Licht wirksam nach außen reflektiert, so daß die Leuchtwirkung des Elements 19* von außen her betrachtet, hervorgehoben wird. Eine am N-Bereich des Halbleiterelements aus Galliumphosphid (GaP) vorgesehene Lichtabschirmung 22a besteht aus einer etwa 1 μ, dicken Schicht einer Legierung aus Gold (Au) und Silizium (Si) mit 1 - 2% Silizium. Dagegen besteht die andere, auf den P-Bereich des GaP-Halbleiterelements aufgebrachte Lichtabschirmung 23a aus einer etwa Λμ,dicken Schicht einer Legierung aus Gold (Au) und Beryllium (Be) mit 0,3 - Λ% Beryllium. Ein auf diese Weise mit einer Lichtabschirmung versehenes lichtemittierendes Halbleiterelement wird auf die in Verbindung mit Fig. 2 beschriebene Weise an der Grundplatte 11 angebracht.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind beide Seitenflächen des lichtemittierenden Elements I9 mit Lichtabschirmungen der gleichen Form und Farbe versehen, so daß

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beim Zusammenbau einer Anzeigevorrichtung die Unterscheidung zwischen den P- und N-Bereichen des Elements 19 schwierig ist.

Ira folgenden sind nunmehr andere Ausführungsformen beschrieben, bei denen die gegenüberliegenden, parallel zum PN-Übergang liegenden Seitenflächen des Halbleiterelements 19 mit Lichtabschirmungen versehen sind, die zur Vermeidung des vorgenannten Nachteils unterschiedliche Färbung und/oder Form besitzen.

Bei der Ausführungsform . gemäß Fig. 5j in welcher die Lichtabschirmungen 22a, 25a aus einem vom Metall gemäß Fig. 4 abweichenden Metall, z.B. einem weißen Metall wie Aluminium, bestehen, ist die eine Lichtabschirmung 22a außerdem mit einer Goldmembran 50 überzogen. Infolgedessen lassen sich die P- und N—3ereiche des ^albleiterelements 19 leicht unterscheiden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist die in Fig. 5 vorgesehene Lichtabschirmung 22a weggelassen. Stattdessen ist die Goldmembran jUO unmittelbar auf die eine Seitenfläche des lichtemittierenden Elements 19 aufgebracht* so daß sie gleichzeitig als Lichtabschirmung wirkt.

Bei der Konstruktion gemäß Fig. 7 sind die Lichtabschirmungen 22a, 23a an beiden Seitenflächen des Elements 19 mit Ausnahme der Stellen angeordnet, die mit den ohmschen Elektroden 20a, 21a besetzt sind. Diese Lichtabschirmungen 22a, 2^a bestehen dabei aus Metallmembranen oder -schichten verschiedener Färbung. Genauer gesagt, besteht die eine Lichtabschirmung 22a aus einer Gold-Zink-Legierung oder einer GoId-Beryllium-Legierung, während die andere Lichtabschirmung 25a aus einer GoId-Silizium-Legierung besteht.

Bei der noch weiter abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. sind die ohmschen Elektroden 20a, 21a weggelassen. Hierbei sind Lichtabschirmungen 22a, 2^a, die aus Metallschichten

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unterschiedlicher Farbe bestehen, unmittelbar auf die Flächen 19a bzw. 19b der N- und P-Bereiche des Halbleiterelements 19 aufgebracht.

Bei der Konstruktion gemäß Fig. 9A und 9B sind beide Flächen 19a, 19t» des lichtemittierenden Halbleiterelements 19 mit Lichtabschirmungen 25, 16 jeweils verschiedener Formen versehen. Diese Licht.-bschirmungen 25, 26 werden dabei jeweils von einer öffnung 25a bzw. 26a durchsetzt, von denen die eine z.B. rund und die andere quadratisch ist. Die den Seitenflächen des Halbleiterelements I9 zugewandte Fläche jeder Lichtabschirmung 25 und 26 ist flach ausgebildet, während die anderen Seiten der Lichtabschirmungen 25, eine gewellte oder eine mit Vertiefungen versehene Oberfläche besitzen, deren Vertiefungen gemeinsam ein Gitter oder eine Matrix bilden.

Bei allen genannten Ausführungsformen wird die Lichtabschirmung durch Aufdampfen oder Aufgalvanisieren einer Metallschicht z.B. aus Gold (Au), Silber (Ag), Aluminium (Al), Nickel (Ni) oder Platin (Pt) hergestellt.

Im folgenden ist nunmehr das Verfahren zur Herstellung der vorstehend erläuterten lichtemittierenden Anzeigevorrichtung beschrieben. Gemäß Fig. 10 wird beim ersten Verfahrensschritt ein Einkristall-Plättchen 50 aus Gaüumphosphid (GaP) vom N-Typ mit etwa 250^aDicke und (1.1.1.)-Orientierung hergestellt, wobei die eine Seite des Plättchens 30 bei Wachstum aus der Flüssigphase mit Tellur (Te) dotiert wird, um eine etwa 20 »(dicke Galliumphosphid-Schicht J51 vom N-Typ zu bilden. Beim zweiten Verfahrensschritt wird die N-Typ-Galliumphosphidsehicht 51 durch. Wachstum aus der Flüssigphase mit Sauerstoff und Zink dotiert, um eine weitere, etwa 20^dICkB N-Typ-Galliumphosphidschicht 32 auszubilden. Beim dritten Verfahrensschritt werden Lichtabschirmungen 3>4, 55 auf die zweite GaP-Schicht 52 und auch auf die Seite des GaP-Einkristall-Plättchens 50 aufgedampft oder aufgalvanisiert,

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Vielehe von der mit der anschließenden GaP-Schicht 31 vom N-Typ verbundenen Seite abgewandt ist. Die Lichtabschirmung J>K wird mit einer Dicke von etwa 1 μ. aus einer Gold-Silizium-Legierung mit 1 - 2.% Silizium ausgebildet. Im Gegensatz dazu wird die Lichtabschirmung aus einer Gold-Beryllium-Legierung mit 0,3 - ^% Beryllium hergestellt. Bei dieser Ausführungsform dienen die beiden Lichtabschirmungen 3^, 35 gleichzeitig als Elektroden. Vor der Aufbringung der Lichtabschirmungen y\, 35 können jedoch ohmsche Elektroden an der Scheibe J>0 und an der zweiten N-Typ-GaP-Schicht 32 angebracht werden. Beim vierten Verfahrensschritt werden die freiliegenden Seiten der Lichtabschirmung y\, 35 beispielsweise mit Lötmetallschichten bzw. 37 überzogen, um die Verbindung zwischen den Lichtabschirmungen 34, 35 und den zugeordnenten, nicht dargestellen Außenleitungen zu erleichtern. Die auf diese Weise gebildete lichtemittierenden Plattchenanordnung wird dann z.B. zu mehreren lichtemittierenden, parallelpipedonförmigen Chips mit vorbestimmter Form und Größe geschnitten. Diese Chips werden sodann im vorher beschriebenen Schema als Segmente der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung mit der Grundplatte verbunden. Die mit den lichtemittierenden Elementensegmenten versehene Grundplatte wird hierauf in nichtoxydierender Atmosphäre erhitzt,um die auf die Segmente aufgetragenen Lötmetallschichten zu schmelzen, wodurch die .gleichzeitig als Elektroden wirkenden Lichtabschirmungen mit den vorher auf die Grundplatte aufgebrachten Außenleitungen verbunden werden.

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Claims

P a t e η t a nsprüche

f 1 .J Lichtemittierende Anzeigevorrichtung, gekennzeichnet durch eine mit aufgedruckten Leitungszügen (24, 25) versehene, elektrisch isolierende Grundplatte (11), mehrere unter Festlegung eines bestimmten Schemas mit vorbestimmten Teilen der Grundplatte verbundene, lichtemittierende Halbleiterelemente (19)> deren PN-Übergang praktisch senkrecht zur Grundplatte ausgerichtet ist, zwei an den gegenüberliegenden, dem PN-Übergang zugewandten Seitenflächen (19a, 19b) angebrachte leitfähige Lichtabschirmungen (22, 25), ein elektrisch isolierendes Klebmittel (18) zur Verbindung des betreffenden lichtemittierenden Halbleiterelements mit einem vorbestimmten Teil der Grundplatte und eine leitfähige Klebmittelschicht (26, 27), die so angeordnet ist. daß sie die elektrisch isolierende Klebmittelschicht abdeckt und die auf die Grundplatte aufgedruckten Leitungszüge mit den Lichtabschirmungen verbindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Lichtabschirmungen aus Metallmembranen oder -schichten unterschiedlicher Färbung bestehen.
j5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die leitfähigen Lichtabschirmungen aus hoch reflexionsfähigen Metallmembranen oder -schichten bestehen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß eine leitfähige Lichtabschirmung aus Gold, Silber, Platin, Nickel oder Aluminium besteht und daß die andere Lichtabschirmung aus einem der genannten Metalle besteht, welches gegenüber dem Metall der ersten Lichtabschirmung unterschiedliche Farbe besitzt.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Seitenflächen des lichtemittierenden Halbleiterelements mit ohmschen Elektroden versehen sind, die von den Lichtabschirmungen bedeckt sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die ohmschen Elektroden an je einem Teil der beiden Seitenflächen des lichtemittierenden Halbleiterelements angebracht sind und daß sich die Lichtabschirmungriüber das ganze Halbleiterelement erstrecken und dabei die ohmschen Elektroden abdecken.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

die ohmschen Elektroden an je einem Teil der beiden Seitenflächen des Halbleiterelements angebracht sind und daß die Lichtabschirmung an den beiden Seitenflächen des lichtemittierenden Halbleiterelements, mit Ausnahme der mit den ohmschen Elektroden besetzten Bereiche, ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an der P-Bereich-Fläche des lichtemittierenden Halbleiterelements angeordnete Lichtabschirmung aus einer Legierung aus Gold (Au) und Zink (Zn) oder aus Gold (Au) und Beryllium (Be) besteht, während die an der N-Bereich-Fläche des Halbleiterelements angeordnete Lichtabschirmung aus einer Legierung aus Gold (Au) und Silizium (Si) besteht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Lichtabschirmungen aus Metallmembranen oder -schichten unterschiedlicher Form bestehen.
10. Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Anzeigevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß je eine leitfähige Lichtabschirmung auf die beiden

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gegenüberliegenden, dem PN-Übergang zugewandten Seitenflächen eines lichtemittierenden Halbleiterplättchens aufgebracht wird, daß das mit den Lichtabschirmungen überzogene Halbleiterplättchen zu mehreren lichtemittierenden Halbleiter-Chips geschnitten wird, daß letztere mit Hilfe eines elektrisch isolierenden Klebmittels in einem vorbestimmten Schema mit einer elektrisch isolierenden Grundplatte so verbunden, beispielsweise verklebt werden, daß ihr PN-Übergang praktisch senkrecht zur Grundplatte liegt, und daß die Lichtabschirmungen mit den auf die Grundplatte aufgedruckten Leitungszügen verlötet werden.
11.Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Anbringung der Lichtabschirmung diese mit einer Lot-metallschicht überzogen werden und daß die lichtemittierenden Halbleiter-Chips beim Verlöten in einer nicht-oxydierenden Atmos0iä*e erhitzt werden, um das Lötmetall anzuschmelzen und mit den aufgedruckten Leitungszügen zu verbinden.

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