Электролюминесценция

Электролюминесценция ( ЭЛ ) – оптическое и электрическое явление , при котором материал излучает свет в ответ на прохождение электрического тока или на сильное электрическое поле . Это отличается от черного тела излучения света в результате нагревания ( накаливания ), химических реакций ( хемилюминесценция ), реакций в жидкости ( электрохемилюминесценция ), звука ( сонолюминесценция ) или другого механического воздействия (механолюминесценция) или другого механического воздействия ( механолюминесценция ). органическая электролюминесценция.

Механизм

— это результат излучательной рекомбинации электронов Электролюминесценция и дырок в материале, обычно в полупроводнике . Возбужденные электроны выделяют 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 электронов высокой энергии, ускоренных сильным электрическим полем (как с люминофорами в электролюминесцентных дисплеях ).

Недавно было показано, что по мере того, как солнечный элемент повышает эффективность преобразования света в электричество (улучшение напряжения холостого хода), он также улучшает эффективность преобразования электричества в свет (EL). ^[1]

Характеристики

1966 года Приборная панель Dodge Charger с панельным освещением. Chrysler впервые представил автомобили с электролюминесцентным освещением в 1960 модельном году.

Электролюминесцентные технологии имеют низкое энергопотребление по сравнению с конкурирующими технологиями освещения, такими как неоновые или люминесцентные лампы. Это, а также тонкость материала, сделало технологию EL ценной для рекламной индустрии. Соответствующие рекламные применения включают электролюминесцентные рекламные щиты и вывески. Производители ЭЛ 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 представляет собой так называемый ламбертовский излучатель : в отличие от неоновых ламп, ламп накаливания или светодиодов яркость поверхности кажется одинаковой со всех углов обзора; Электролюминесцентный свет не является направленным. Свет, излучаемый поверхностью, идеально однороден и хорошо воспринимается глазом. ЭЛ-пленка излучает одночастотный (монохроматический) свет, имеющий очень узкую полосу пропускания, равномерный и видимый на большом расстоянии.

В принципе, ЭЛ лампы могут быть выполнены в любом цвете. Однако обычно используемый зеленоватый цвет близко соответствует пиковой чувствительности человеческого зрения, обеспечивая максимальную видимую светоотдачу при наименьшем энергопотреблении. В отличие от неоновых и люминесцентных ламп, электролюминесцентные лампы не являются устройствами с отрицательным сопротивлением , поэтому для регулирования силы тока, протекающего через них, не требуется никаких дополнительных схем. Сейчас используется новая технология, основанная на мультиспектральных люминофорах, излучающих свет от 600 до 400 нм в зависимости от частоты возбуждения; это похоже на эффект изменения цвета, наблюдаемый при использовании листа Aqua EL, но в большем масштабе.

Примеры электролюминесцентных материалов

Электролюминесцентные устройства изготавливаются с использованием органических или неорганических электролюминесцентных материалов. Активные материалы обычно представляют собой полупроводники с достаточно широкой полосой пропускания, обеспечивающей выход света.

Наиболее типичным неорганическим тонкопленочным ЭЛ (ТФЭЛ) является ZnS:Mn с желто-оранжевым излучением. Примеры ассортимента EL-материалов включают:

Порошок сульфида цинка легированный медью , (излучающий зеленоватый свет) или серебром (излучающий яркий синий свет)
Тонкопленочный сульфид цинка , легированный марганцем (дающий оранжево-красный цвет).
Натуральный голубой алмаз , в состав которого входит небольшое количество бора , выступающего в качестве легирующей примеси.
Полупроводники, содержащие элементы группы III и группы V, такие как фосфид индия (InP) , арсенид галлия (GaAs) и нитрид галлия (GaN) ( светоизлучающие диоды ).
Некоторые органические полупроводники , такие как [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺(ПФ ₆⁻) ₂ , где bpy — 2,2'-бипиридин

Практическая реализация

Наиболее распространенные электролюминесцентные (ЭЛ) устройства состоят либо из порошка (в основном используемого в осветительных устройствах), либо из тонких пленок (для отображения информации).

Светоизлучающий конденсатор (LEC)

Электролюминесцентный ночник в работе (потребляет 0,08 Вт при 230 В, датирован 1960 годом; диаметр освещения 59 мм)

Светоизлучающий конденсатор , или LEC , — это термин, используемый как минимум с 1961 года. ^[2] для описания электролюминесцентных панелей. General Electric имеет патенты, датированные 1938 годом, на плоские электролюминесцентные панели, которые до сих пор используются в качестве ночных светильников и подсветки для дисплеев приборной панели . Электролюминесцентные панели представляют собой конденсатор которого , диэлектриком между внешними пластинами является люминофор , испускающий фотоны при зарядке конденсатора. Если сделать один из контактов прозрачным, большая открытая поверхность будет излучать свет. ^[3]

Электролюминесцентная подсветка автомобильной приборной панели, в которой каждый указатель шкалы также является отдельным источником света, была запущена в производство на легковых автомобилях Chrysler и Imperial 1960 года и успешно продолжалась на нескольких автомобилях Chrysler до 1967 года и продавалась как «Panelescent Lighting».

Ночные огни

Подразделение Sylvania Lighting в Салеме и Дэнверсе, штат Массачусетс , производило и продавало ночники EL под торговой маркой Panelescent примерно в то же время, когда в производство поступили приборные панели Chrysler. Эти лампы оказались чрезвычайно надежными: известно, что некоторые образцы все еще работоспособны после почти 50 лет непрерывной работы. ^{[ когда? ]}

Позже, в 1960-х годах, подразделение электронных систем Sylvania в Нидхэме, штат Массачусетс, разработало и изготовило несколько инструментов для лунного модуля «Аполлон» и командного модуля с использованием электролюминесцентных панелей дисплея, изготовленных подразделением электронных ламп Sylvania в Эмпориуме, штат Пенсильвания . Компания Raytheon в Садбери, штат Массачусетс, изготовила компьютер управления Apollo , в котором использовалась электролюминесцентная панель дисплея Sylvania как часть интерфейса дисплей-клавиатура ( DSKY ).

Подсветка дисплея

Электролюминесцентные панели на основе порошкового люминофора часто используются в качестве подсветки жидкокристаллических дисплеев . Они легко обеспечивают мягкое и 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 широко распространено в мире технологий.

EL-подсветка требует относительно высокого напряжения (от 60 до 600 вольт). ^[4] Для устройств с батарейным питанием это напряжение должно генерироваться схемой повышающего преобразователя внутри устройства. Этот преобразователь часто издает слабо слышимый вой или звук сирены при включенной подсветке. Устройства, работающие от сетевого напряжения, можно активировать непосредственно от линии электропередачи; По такому же принципу работают некоторые электролюминесцентные ночники. Яркость на единицу площади увеличивается с увеличением напряжения и частоты. ^[4]

Электролюминесценция тонкопленочного люминофора была впервые коммерциализирована в 1980-х годах компаниями Sharp Corporation в Японии, Finlux (Oy Lohja Ab) в Финляндии и Planar Systems в США. В этих устройствах яркое и долговечное световое излучение достигается за счет тонкопленочного желтого излучающего материала, легированного марганцем и сульфидом цинка . Дисплеи с использованием этой технологии производились для медицинского применения и транспортных средств, где решающее значение имели прочность и широкие углы обзора, а жидкокристаллические дисплеи не были хорошо развиты. В 1992 году Timex представила Indiglo на некоторых часах дисплей EL.

Недавно, ^{[ когда? ]} Были разработаны тонкопленочные электролюминесцентные материалы с синим, красным и зеленым излучением, которые обладают потенциалом длительного срока службы и полноцветных электролюминесцентных дисплеев.

Электролюминесцентный материал должен быть заключен между двумя электродами, и по крайней мере один электрод должен быть прозрачным, чтобы обеспечить выход излучаемого света. В качестве переднего (прозрачного) электрода обычно используется стекло, покрытое оксидом индия и олова , а задний электрод покрыт отражающим металлом. другие прозрачные проводящие материалы, такие как покрытия из углеродных нанотрубок или PEDOT Кроме того, в качестве переднего электрода можно использовать .

Приложения отображения в основном пассивны (т.е. напряжение подается от края дисплея, например, от транзистора на дисплее). Подобно тенденциям в области ЖК-дисплеев, также были продемонстрированы дисплеи с активной матрицей EL (AMEL), в которых добавлена схема для продления напряжения на каждом пикселе. Твердотельная природа TFEL позволяет создавать очень прочные дисплеи с высоким разрешением даже на кремниевых подложках. Дисплеи AMEL с разрешением 1280×1024 и плотностью более 1000 строк на дюйм (LPI) были продемонстрированы консорциумом, включающим Planar Systems. ^[5]^[6]

Толстоплёночная диэлектрическая электролюминесцентная технология.

Толстопленочная диэлектрическая электролюминесцентная технология ( TDEL ) — это люминофора, на основе плоских дисплеев технология разработанная канадской компанией iFire Technology Corp. TDEL основана на неорганической электролюминесцентной технологии (IEL), которая сочетает в себе как толстопленочные, так и тонкопленочные процессы. ^[7] Структура TDEL состоит из стекла или других подложек, состоящих из толстопленочного диэлектрического слоя и тонкопленочного слоя люминофора, зажатого между двумя наборами электродов для создания матрицы пикселей. Неорганические люминофоры внутри этой матрицы излучают свет в присутствии переменного электрического поля.

Цвет Синий

Color By Blue (CBB) был разработан в 2003 году. ^[8] 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 люминофор высокой яркости используется в сочетании со специализированными материалами для преобразования цвета, которые поглощают синий свет и повторно излучают красный или зеленый свет для создания других цветов.

Новые приложения

Электролюминесцентное освещение теперь используется в качестве средства идентификации общественной безопасности с использованием буквенно-цифровых символов на крыше транспортных средств для обеспечения хорошей видимости с высоты птичьего полета. ^[9]

Электролюминесцентное освещение, особенно электролюминесцентная проволока (EL-провод), также проникло в одежду, поскольку многие дизайнеры привнесли эту технологию в индустрию развлечений и ночной жизни. ^[10] С 2006 года короткий период популярности пережили футболки с электролюминесцентной панелью, стилизованной под аудиоэквалайзер , T-Qualizer. ^[11]

Инженеры разработали электролюминесцентную «кожу», которая может растягиваться более чем в шесть раз по сравнению с первоначальным размером, продолжая излучать свет. Этот сверхэластичный светоизлучающий конденсатор (HLEC) может выдерживать более чем в два раза большую нагрузку, чем ранее протестированные растягивающиеся дисплеи. Он состоит из слоев прозрачных гидрогелевых электродов, окруженных изолирующим листом эластомера. Эластомер меняет яркость и емкость при растяжении, прокатке и другой деформации. В дополнение к своей способности излучать свет при деформации, превышающей 480% от первоначального размера, было показано, что HLEC группы способен быть интегрирован в мягкую роботизированную систему. Три шестислойные панели HLEC были соединены вместе, чтобы сформировать ползущего мягкого робота, причем четыре верхних слоя составляли светящуюся кожу, а два нижних — пневматические приводы. Открытие может привести к значительному прогрессу в здравоохранении, транспорте, электронной связи и других областях. ^[12]

См. также

Ссылки

^ Рагус, Джон (15 апреля 2015 г.). «Корреляция электролюминесценции с напряжением холостого хода тонкопленочных солнечных элементов CdTe» . Журнал фотовольтаики . 5 (4): 1175–1178. doi : 10.1109/JPHOTOV.2015.2417761 .
^ Материалы Национальной конференции по электронике, Том 17 , Национальная инженерная конференция, Inc., 1961; страница 328
^ Раймонд Кейн, Хайнц Селл, Революция в лампах: хроника 50-летнего прогресса, 2-е изд. , Fairmont Press, Inc., 2001 г. ISBN 0881733784 , страницы 122–124.
^ Jump up to: ^а ^б Дональд Г. Финк и Х. Уэйн Бити, Стандартный справочник для инженеров-электриков, одиннадцатое издание , МакГроу-Хилл, Нью-Йорк, 1978 г., ISBN 0-07-020974-X , стр. 22–28.
^ Рон Хормаи и др., «Электролюминесцентный дисплей с активной матрицей высокого разрешения», Дайджест Общества информационных дисплеев, стр. 137, 1994.
^ «Активная матричная электролюминесценция (AMEL)» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 июля 2012 г.
^ Аккад, Омар Эль (17 марта 2006 г.). «Следующая большая (плоская) вещь» . Глобус и почта .
^ «iFire: начало новой революции в технологии плоских панелей» . www.ifire.com .
^ «аир-эль» . Федеральный сигнал . Проверено 23 июля 2016 г.
^ Диана англ. «Модный фанат: технологии аксессуаров для одежды» . 2009.
^ Джайн, Бупеш. «T-Qualizer: ритм продолжается» . CNET . Проверено 8 декабря 2022 г.
^ Корнелльский университет (3 марта 2016 г.). «Суперэластичная электролюминесцентная «кожа» скоро будет создавать настроение роботам» . Наука Дейли . Проверено 4 марта 2016 г.

Внешние ссылки

Обзор технологии электролюминесцентных дисплеев и открытие электролюминесценции. Архивировано 30 апреля 2012 г. в Wayback Machine.
Пресс-релиз Chrysler Corporation, представляющий освещение Panelescent (EL), заархивировано 12 ноября 2006 г. в Wayback Machine.
8 сентября 1959 года. Архивировано 12 ноября 2006 г. в Wayback Machine.

[1] Рагус, Джон (15 апреля 2015 г.). «Корреляция электролюминесценции с напряжением холостого хода тонкопленочных солнечных элементов CdTe» . Журнал фотовольтаики . 5 (4): 1175–1178. doi : 10.1109/JPHOTOV.2015.2417761 .

[2] Материалы Национальной конференции по электронике, Том 17 , Национальная инженерная конференция, Inc., 1961; страница 328

[3] Раймонд Кейн, Хайнц Селл, Революция в лампах: хроника 50-летнего прогресса, 2-е изд. , Fairmont Press, Inc., 2001 г. ISBN 0881733784 , страницы 122–124.

[Handbook-4] Jump up to: ^а ^б Дональд Г. Финк и Х. Уэйн Бити, Стандартный справочник для инженеров-электриков, одиннадцатое издание , МакГроу-Хилл, Нью-Йорк, 1978 г., ISBN 0-07-020974-X , стр. 22–28.

[5] Рон Хормаи и др., «Электролюминесцентный дисплей с активной матрицей высокого разрешения», Дайджест Общества информационных дисплеев, стр. 137, 1994.

[6] «Активная матричная электролюминесценция (AMEL)» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 июля 2012 г.

[7] Аккад, Омар Эль (17 марта 2006 г.). «Следующая большая (плоская) вещь» . Глобус и почта .

[8] «iFire: начало новой революции в технологии плоских панелей» . www.ifire.com .

[9] «аир-эль» . Федеральный сигнал . Проверено 23 июля 2016 г.

[10] Диана англ. «Модный фанат: технологии аксессуаров для одежды» . 2009.

[11] Джайн, Бупеш. «T-Qualizer: ритм продолжается» . CNET . Проверено 8 декабря 2022 г.

[12] Корнелльский университет (3 марта 2016 г.). «Суперэластичная электролюминесцентная «кожа» скоро будет создавать настроение роботам» . Наука Дейли . Проверено 4 марта 2016 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]