Электролюминесценция ( ЭЛ ) — оптическое и электрическое явление , при котором материал излучает свет в ответ на прохождение электрического тока или сильного электрического поля . Это отличается от излучения света черным телом, возникающего в результате нагревания ( накаливания ), химических реакций ( хемилюминесценции ), реакций в жидкости ( электрохемилюминесценции ), звука ( сонолюминесценции ) или другого механического воздействия ( механолюминесценции ) или органической электролюминесценции.
Электролюминесценция является результатом излучательной рекомбинации электронов и дырок в материале, обычно полупроводнике . Возбужденные электроны высвобождают свою энергию в виде фотонов – света . Перед рекомбинацией электроны и дырки могут быть разделены либо путем легирования материала для образования pn-перехода (в полупроводниковых электролюминесцентных устройствах, таких как светодиоды ), либо путем возбуждения ударом высокоэнергетических электронов, ускоренных сильным электрическим полем (как в случае с люминофорами в электролюминесцентных дисплеях ).
Недавно было показано, что по мере того, как солнечный элемент повышает свою эффективность преобразования света в электричество (улучшенное напряжение холостого хода), он также повышает свою эффективность преобразования электричества в свет (EL). [1]
Электролюминесцентные технологии потребляют мало энергии по сравнению с конкурирующими технологиями освещения, такими как неоновые или люминесцентные лампы. Это, вместе с тонкостью материала, сделало технологию EL ценной для рекламной индустрии. Соответствующие рекламные приложения включают электролюминесцентные рекламные щиты и знаки. Производители EL могут точно контролировать, какие области электролюминесцентного листа освещаются и когда. Это дало рекламодателям возможность создавать более динамичную рекламу, которая по-прежнему совместима с традиционными рекламными пространствами.
EL-пленка — это так называемый ламбертовский излучатель : в отличие от неоновых ламп, ламп накаливания или светодиодов, яркость поверхности выглядит одинаковой со всех углов зрения; электролюминесцентный свет не является направленным. Свет, излучаемый поверхностью, идеально однороден и хорошо воспринимается глазом. EL-пленка производит одночастотный (монохроматический) свет, который имеет очень узкую полосу пропускания, равномерен и виден с большого расстояния.
В принципе, EL-лампы могут быть изготовлены в любом цвете. Однако обычно используемый зеленоватый цвет близко соответствует пиковой чувствительности человеческого зрения, обеспечивая наибольшую видимую светоотдачу при наименьшей потребляемой электрической мощности. В отличие от неоновых и люминесцентных ламп, EL-лампы не являются устройствами с отрицательным сопротивлением, поэтому для регулирования величины тока, протекающего через них, не требуется дополнительных схем. Новая технология, которая сейчас используется, основана на многоспектральных люминофорах, которые излучают свет от 600 до 400 нм в зависимости от частоты возбуждения; это похоже на эффект изменения цвета, наблюдаемый с помощью аква-EL-пленки, но в большем масштабе.
Электролюминесцентные устройства изготавливаются с использованием органических или неорганических электролюминесцентных материалов. Активные материалы обычно представляют собой полупроводники с достаточно широкой полосой пропускания, чтобы обеспечить выход света.
Наиболее типичным неорганическим тонкопленочным EL (TFEL) является ZnS:Mn с желто-оранжевым излучением. Примеры диапазона EL-материалов включают:
Наиболее распространенные электролюминесцентные (ЭЛ) устройства состоят либо из порошка (в основном используются в осветительных приборах), либо из тонких пленок (для отображения информации).
Светоизлучающий конденсатор , или LEC , — это термин, используемый по крайней мере с 1961 года [3] для описания электролюминесцентных панелей. У General Electric есть патенты, датированные 1938 годом, на плоские электролюминесцентные панели, которые до сих пор производятся как ночные светильники и подсветка для дисплеев приборной панели . Электролюминесцентные панели — это конденсатор , в котором диэлектрик между внешними пластинами представляет собой люминофор , который испускает фотоны , когда конденсатор заряжается. Если сделать один из контактов прозрачным, большая открытая область излучает свет. [4]
Электролюминесцентная подсветка приборной панели автомобиля, в которой каждый указатель шкалы также является отдельным источником света, была запущена в производство в 1960 году на легковых автомобилях Chrysler и Imperial и успешно применялась на нескольких автомобилях Chrysler до 1967 года и продавалась как «Panelescent Lighting».
Подразделение Sylvania Lighting в Сейлеме и Дэнверсе, Массачусетс , производило и продавало EL-ночник под торговой маркой Panelescent примерно в то же время, когда приборные панели Chrysler поступили в производство. Эти лампы оказались чрезвычайно надежными, и некоторые образцы, как известно, все еще функционируют после почти 50 лет непрерывной работы. [ когда? ]
Позже, в 1960-х годах, подразделение электронных систем компании Sylvania в Нидхэме, штат Массачусетс, разработало и изготовило несколько приборов для лунного модуля и командного модуля Apollo , используя электролюминесцентные дисплейные панели, произведенные подразделением Electronic Tube Division компании Sylvania в Эмпориуме, штат Пенсильвания . Компания Raytheon в Садбери, штат Массачусетс, изготовила компьютер управления Apollo , который использовал электролюминесцентную дисплейную панель Sylvania в качестве части своего интерфейса дисплей-клавиатура ( DSKY ).
.jpg/1280px-Casio_W-86_digital_watch_electroluminescent_backlight_(ii).jpg)
Электролюминесцентные панели на основе порошкового фосфора часто используются в качестве подсветки для жидкокристаллических дисплеев . Они легко обеспечивают мягкое, равномерное освещение всего дисплея, потребляя при этом относительно мало электроэнергии. Это делает их удобными для устройств с батарейным питанием, таких как пейджеры, наручные часы и термостаты с компьютерным управлением, а их нежное зелено-голубое свечение распространено в технологическом мире.
Для EL-подсветки требуется относительно высокое напряжение (от 60 до 600 вольт). [5] Для устройств, работающих от батареек, это напряжение должно генерироваться повышающей схемой преобразователя внутри устройства. Этот преобразователь часто издает слабо слышимый вой или звук сирены, когда подсветка активирована. Устройства, работающие от сетевого напряжения, могут быть активированы непосредственно от линии электропередачи; некоторые электролюминесцентные ночные светильники работают таким образом. Яркость на единицу площади увеличивается с ростом напряжения и частоты. [5]
Электролюминесценция с использованием тонкопленочного фосфора была впервые коммерциализирована в 1980-х годах корпорацией Sharp в Японии, Finlux (Oy Lohja Ab) в Финляндии и Planar Systems в США. В этих устройствах яркое, долговечное световое излучение достигается в тонкопленочном желтом материале из легированного марганцем сульфида цинка . Дисплеи с использованием этой технологии изготавливались для медицинских и транспортных средств, где прочность и широкие углы обзора были решающими, а жидкокристаллические дисплеи не были хорошо развиты. В 1992 году Timex представила свой дисплей Indiglo EL на некоторых часах.
Недавно [ когда? ] были разработаны тонкопленочные электролюминесцентные материалы, излучающие синий, красный и зеленый свет, которые обладают потенциалом для создания долговечных и полноцветных электролюминесцентных дисплеев.
Материал EL должен быть заключен между двумя электродами, и по крайней мере один электрод должен быть прозрачным, чтобы обеспечить выход произведенного света. Стекло, покрытое оксидом индия и олова , обычно используется в качестве переднего (прозрачного) электрода, в то время как задний электрод покрыт отражающим металлом. Кроме того, в качестве переднего электрода могут использоваться другие прозрачные проводящие материалы, такие как покрытия из углеродных нанотрубок или PEDOT .
Приложения дисплея в основном пассивны (т. е. напряжения подаются с края дисплея, см. управляемые транзистором на дисплее). Подобно тенденциям ЖК-дисплеев, также были продемонстрированы дисплеи Active Matrix EL (AMEL), где схема добавляется для продления напряжения на каждом пикселе. Твердотельная природа TFEL позволяет изготавливать очень прочные и высокоразрешающие дисплеи даже на кремниевых подложках. Дисплеи AMEL с разрешением 1280×1024 и более 1000 линий на дюйм (LPI) были продемонстрированы консорциумом, включающим Planar Systems. [6] [7]
Толстопленочная диэлектрическая электролюминесцентная технология ( TDEL ) — это технология плоских дисплеев на основе фосфора, разработанная канадской компанией iFire Technology Corp. TDEL основана на неорганической электролюминесцентной (IEL) технологии, которая объединяет как толстопленочные, так и тонкопленочные процессы. [8] Структура TDEL изготовлена из стекла или других подложек, состоящих из толстопленочного диэлектрического слоя и тонкопленочного люминофорного слоя, зажатых между двумя наборами электродов для создания матрицы пикселей. Неорганические люминофоры внутри этой матрицы излучают свет в присутствии переменного электрического поля.
Color By Blue (CBB) был разработан в 2003 году. [9] Процесс Color By Blue обеспечивает более высокую яркость и лучшую производительность, чем предыдущий процесс тройного шаблона, с повышенной контрастностью, передачей оттенков серого и однородностью цвета по всей панели. Color By Blue основан на физике фотолюминесценции . Неорганический синий фосфор высокой яркости используется в сочетании со специализированными материалами преобразования цвета, которые поглощают синий свет и повторно излучают красный или зеленый свет для создания других цветов.
Электролюминесцентное освещение в настоящее время используется в качестве средства идентификации общественной безопасности с использованием буквенно-цифровых символов на крыше транспортных средств для обеспечения четкой видимости с воздуха. [10]
Электролюминесцентное освещение, особенно электролюминесцентный провод (EL-провод), также проникло в одежду, поскольку многие дизайнеры привнесли эту технологию в индустрию развлечений и ночной жизни. [11] С 2006 года футболки с электролюминесцентной панелью, стилизованной под аудиоэквалайзер , T-Qualizer, пережили кратковременный период популярности. [12]
Инженеры разработали электролюминесцентную «кожу», которая может растягиваться более чем в шесть раз от своего первоначального размера, продолжая при этом излучать свет. Этот гиперэластичный светоизлучающий конденсатор (HLEC) может выдерживать более чем в два раза большую нагрузку, чем ранее испытанные растягивающиеся дисплеи. Он состоит из слоев прозрачных гидрогелевых электродов, расположенных между изолирующим эластомерным листом. Эластомер изменяет яркость и емкость при растяжении, сворачивании и иной деформации. В дополнение к своей способности излучать свет при напряжении более 480% от своего первоначального размера, было показано, что HLEC группы может быть интегрирован в мягкую роботизированную систему. Три шестислойные панели HLEC были связаны вместе, чтобы сформировать ползающего мягкого робота, причем верхние четыре слоя составляют светящуюся кожу, а нижние два — пневматические приводы. Открытие может привести к значительным достижениям в здравоохранении, транспорте, электронной связи и других областях. [13]