Elektroluminescencja

Widoki wyświetlacza ciekłokrystalicznego , oba z włączonym podświetleniem elektroluminescencyjnym (góra) i wyłączonym (dół)

Elektroluminescencja ( EL ) to zjawisko optyczne i elektryczne , w którym materiał emituje światło w odpowiedzi na przepływ prądu elektrycznego lub silne pole elektryczne . Różni się to od emisji światła ciała doskonale czarnego wynikającej z ciepła ( żarzenia ), reakcji chemicznej ( chemiluminescencja ), dźwięku ( sonoluminescencja ) lub innego działania mechanicznego ( mechanoluminescencja ).

Mechanizm

Widmo niebiesko-zielonego źródła światła elektroluminescencyjnego dla radiobudzika (podobne do tego widocznego na powyższym obrazku). Szczytowa długość fali przypada na 492 nm, a FWHM jest dość szeroka przy około 85 nm.

Elektroluminescencja jest wynikiem rekombinacji radiacyjnej elektronów i dziur w materiale, zwykle półprzewodniku . Wzbudzone elektrony uwalniają swoją energię w postaci fotonów - światła. Przed rekombinacją elektrony i dziury można oddzielić albo przez domieszkowanie materiału w celu utworzenia złącza pn (w półprzewodnikowych urządzeniach elektroluminescencyjnych, takich jak diody elektroluminescencyjne ), albo przez wzbudzenie przez uderzenie wysokoenergetycznych elektronów przyspieszonych przez silne pole elektryczne (jak np. z luminoforami w wyświetlaczach elektroluminescencyjnych ).

Niedawno wykazano, że gdy ogniwo słoneczne poprawia swoją wydajność światła w elektryczność (lepsze napięcie w obwodzie otwartym), poprawi to również swoją wydajność w zakresie energii elektrycznej w światło (EL).

Przykłady materiałów elektroluminescencyjnych

Urządzenia elektroluminescencyjne są wytwarzane przy użyciu organicznych lub nieorganicznych materiałów elektroluminescencyjnych. Aktywnymi materiałami są na ogół półprzewodniki o wystarczająco szerokim paśmie, aby umożliwić wyjście światła.

Najbardziej typowym nieorganicznym cienkowarstwowym EL (TFEL) jest ZnS:Mn z żółto-pomarańczową emisją. Przykłady asortymentu materiałów EL obejmują:

Praktyczne wdrożenia

Najpopularniejsze urządzenia elektroluminescencyjne (EL) składają się z proszku (stosowanego głównie w zastosowaniach oświetleniowych) lub cienkich warstw (do wyświetlania informacji).

LE C

Działająca elektroluminescencyjna lampka nocna (zużywa 0,08 W przy 230 V i pochodzi z 1960 r.; średnica świecenia wynosi 59 mm)

Kondensator elektroluminescencyjny lub LEC to termin używany od co najmniej 1961 roku do opisania paneli elektroluminescencyjnych. General Electric ma patenty z 1938 roku na płaskie panele elektroluminescencyjne, które nadal są produkowane jako lampki nocne i podświetlenia wyświetlaczy tablicy rozdzielczej . Panele elektroluminescencyjne to kondensator , w którym dielektrykiem między płytkami zewnętrznymi jest luminofor , który emituje fotony , gdy kondensator jest naładowany. Dzięki temu, że jeden ze styków jest przezroczysty, duża powierzchnia odsłonięta emituje światło.

Elektroluminescencyjne podświetlenie tablicy rozdzielczej samochodów, z każdą wskazówką miernika również indywidualnym źródłem światła, weszło do produkcji w samochodach osobowych Chrysler i Imperial z 1960 r. I było z powodzeniem kontynuowane w kilku pojazdach Chrysler do 1967 r. I sprzedawane jako „Panelescent Lighting”.

Lampki nocne

Sylvania Lighting Division w Salem i Danvers w stanie Massachusetts wyprodukowała i wprowadziła na rynek lampkę nocną EL (po prawej) pod nazwą handlową Panelescent mniej więcej w tym samym czasie, w którym weszły do ​​produkcji deski rozdzielcze Chryslera. Lampy te okazały się wyjątkowo niezawodne, a niektóre próbki nadal działają po prawie 50 latach ciągłej pracy. Później, w latach sześćdziesiątych, dział systemów elektronicznych Sylvania w Needham w stanie Massachusetts opracował i wyprodukował kilka instrumentów dla lądownika księżycowego Apollo i modułu dowodzenia przy użyciu elektroluminescencyjnych paneli wyświetlaczy wyprodukowanych przez Electronic Tube Division of Sylvania w Emporium w Pensylwanii. Raytheon, Sudbury, MA , wyprodukował komputer naprowadzający Apollo , który wykorzystywał elektroluminescencyjny panel wyświetlacza Sylvania jako część interfejsu wyświetlacz-klawiatura ( DSKY ).

Podświetlenie

Cyfrowy zegarek LCD Casio z elektroluminescencyjnym podświetleniem.

Panele elektroluminescencyjne na bazie luminoforu proszkowego są często używane jako podświetlenie wyświetlaczy ciekłokrystalicznych . Z łatwością zapewniają delikatne, równomierne oświetlenie całego wyświetlacza, zużywając przy tym stosunkowo mało energii elektrycznej. Dzięki temu są wygodne w przypadku urządzeń zasilanych bateryjnie, takich jak pagery, zegarki na rękę i termostaty sterowane komputerowo, a ich delikatny zielono-błękitny blask jest powszechny w świecie technologii. Wymagają stosunkowo wysokiego napięcia (od 60 do 600 woltów). W przypadku urządzeń zasilanych bateryjnie napięcie to musi być generowane przez obwód konwertera w urządzeniu. Ten konwerter często wydaje słyszalny dźwięk skowytu lub syreny, gdy podświetlenie jest włączone. W przypadku urządzeń zasilanych napięciem sieciowym mogą one być zasilane bezpośrednio z linii elektroenergetycznej. W ten sposób działają elektroluminescencyjne lampki nocne. Jasność na jednostkę powierzchni wzrasta wraz ze wzrostem napięcia i częstotliwości.

Cienkowarstwowa elektroluminescencja fosforowa została po raz pierwszy skomercjalizowana w latach 80. XX wieku przez Sharp Corporation w Japonii, Finlux (Oy Lohja Ab) w Finlandii i Planar Systems w USA. W tych urządzeniach jasna, długotrwała emisja światła jest uzyskiwana w cienkowarstwowym, emitującym żółtą warstwę siarczku cynku z domieszką manganu. Wyświetlacze wykorzystujące tę technologię były produkowane do zastosowań medycznych i samochodowych, gdzie wytrzymałość i szerokie kąty widzenia były kluczowe, a wyświetlacze ciekłokrystaliczne nie były dobrze rozwinięte. W 1992 roku Timex wprowadził do niektórych zegarków wyświetlacz Indiglo EL.

Ostatnio opracowano cienkowarstwowe materiały elektroluminescencyjne emitujące światło niebieskie, czerwone i zielone, które oferują długą żywotność i pełnokolorowe wyświetlacze elektroluminescencyjne.

W obu przypadkach materiał EL musi być zamknięty między dwiema elektrodami, a co najmniej jedna elektroda musi być przezroczysta, aby umożliwić ucieczkę wytwarzanego światła. Szkło pokryte tlenkiem cyny indu jest powszechnie stosowane jako przednia (przezroczysta) elektroda, podczas gdy tylna elektroda jest pokryta odblaskowym metalem. Dodatkowo jako elektrodę przednią można zastosować inne przezroczyste materiały przewodzące, takie jak powłoki z nanorurek węglowych lub PEDOT .

Aplikacje wyświetlające są przede wszystkim pasywne (tj. napięcia są napędzane z krawędzi wyświetlacza, por. napędzane z tranzystora na wyświetlaczu). Podobnie jak w przypadku wyświetlaczy LCD, zademonstrowano również wyświetlacze Active Matrix EL (AMEL), w których dodano obwody, aby przedłużyć napięcie na każdym pikselu. Półprzewodnikowy charakter TFEL pozwala na bardzo wytrzymały wyświetlacz o wysokiej rozdzielczości, nawet na podłożach krzemowych. Konsorcjum obejmujące Planar Systems zademonstrowało wyświetlacze AMEL o rozdzielczości 1280 × 1024 przy ponad 1000 linii na cal (LPI).


Technologie elektroluminescencyjne charakteryzują się niskim zużyciem energii w porównaniu z konkurencyjnymi technologiami oświetleniowymi, takimi jak lampy neonowe czy fluorescencyjne. To, wraz z cienkością materiału, sprawiło, że technologia EL jest cenna dla branży reklamowej. Odpowiednie zastosowania reklamowe obejmują elektroluminescencyjne billboardy i znaki. Producenci EL mogą dokładnie kontrolować, które obszary arkusza elektroluminescencyjnego są oświetlane i kiedy. Dało to reklamodawcom możliwość tworzenia bardziej dynamicznych reklam, które nadal są kompatybilne z tradycyjnymi przestrzeniami reklamowymi.

Folia EL jest tak zwanym promiennikiem Lamberta : w przeciwieństwie do lamp neonowych, żarówek lub diod LED, jasność powierzchni wydaje się taka sama pod każdym kątem widzenia; światło elektroluminescencyjne nie jest kierunkowe i dlatego trudno je porównać z (termicznymi) źródłami światła mierzonymi w lumenach lub luksach. Światło emitowane z powierzchni jest doskonale jednorodne i dobrze odbierane przez oko. Folia EL wytwarza jednoczęstotliwościowe (monochromatyczne) światło, które ma bardzo wąskie pasmo, jest jednorodne i widoczne z dużej odległości.

1966 Dodge Charger tablica przyrządów z oświetleniem elektroluminescencyjnym. Chrysler po raz pierwszy wprowadził samochody z oświetleniem panelowym EL w swoim roku modelowym 1960 o nazwie „Panelescent Lighting”.

  W zasadzie lampy EL mogą być wykonane w dowolnym kolorze. Jednak powszechnie używany zielonkawy kolor ściśle odpowiada szczytowej czułości ludzkiego wzroku, wytwarzając największą pozorną moc świetlną przy najmniejszym poborze energii elektrycznej. W przeciwieństwie do lamp neonowych i fluorescencyjnych, lampy EL nie są o ujemnym oporze , więc nie są potrzebne żadne dodatkowe obwody do regulacji ilości przepływającego przez nie prądu. Stosowana obecnie nowa technologia oparta jest na multispektralnych luminoforach, które emitują światło o długości fali od 600 do 400 nm w zależności od częstotliwości napędu; jest to podobne do efektu zmiany koloru obserwowanego w arkuszu aqua EL, ale na większą skalę.

Oświetlenie elektroluminescencyjne jest obecnie wykorzystywane jako aplikacja do identyfikacji bezpieczeństwa publicznego, obejmująca znaki alfanumeryczne na dachach pojazdów, zapewniające dobrą widoczność z lotu ptaka.

Oświetlenie elektroluminescencyjne, zwłaszcza drut elektroluminescencyjny (drut EL), trafiło również do odzieży, ponieważ wielu projektantów wprowadziło tę technologię do przemysłu rozrywkowego i nocnego. Od 2006 roku przez krótki okres popularności cieszyły się koszulki z elektroluminescencyjnym panelem stylizowanym na korektor dźwięku T-Qualizer.

Inżynierowie opracowali elektroluminescencyjną „skórę”, która może rozciągać się ponad sześciokrotnie w stosunku do pierwotnego rozmiaru, nadal emitując światło. Ten hiperelastyczny kondensator emitujący światło (HLEC) może wytrzymać ponad dwukrotnie większe obciążenie niż wcześniej testowane rozciągliwe wyświetlacze. Składa się z warstw przezroczystych elektrod hydrożelowych umieszczonych pomiędzy izolującym arkuszem elastomeru. Elastomer zmienia luminancję i pojemność, gdy jest rozciągany, walcowany lub odkształcany w inny sposób. Oprócz zdolności do emitowania światła przy naprężeniu większym niż 480% jego pierwotnego rozmiaru, wykazano, że HLEC grupy można zintegrować z miękkim systemem robotów . Trzy sześciowarstwowe panele HLEC zostały połączone razem, tworząc pełzającego miękkiego robota, przy czym cztery górne warstwy tworzyły podświetlaną skórę, a dwie dolne siłowniki pneumatyczne. Odkrycie może doprowadzić do znacznych postępów w opiece zdrowotnej, transporcie, komunikacji elektronicznej i innych dziedzinach.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Electroluminescence&oldid=1126366158 ”