Elektroluminiscence - Electroluminescence
Elektroluminiscence ( EL ) je optický jev a elektrický jev, při kterém materiál vyzařuje světlo v reakci na průchod elektrického proudu nebo na silné elektrické pole . To se liší od emise světla černého těla vyplývající z tepla ( žárovka ), chemické reakce ( chemiluminiscence ), zvuku ( sonoluminiscence ) nebo jiného mechanického působení ( mechanoluminiscence ).
Mechanismus
Elektroluminiscence je výsledkem zářivé rekombinace z elektronů & otvorů v materiálu, obvykle polovodiče . Vzrušené elektrony uvolňují svoji energii jako fotony - světlo. Před rekombinací lze elektrony a díry oddělit buď dopováním materiálu za vzniku pn přechodu (v polovodičových elektroluminiscenčních zařízeních, jako jsou diody vyzařující světlo ), nebo excitací nárazem vysokoenergetických elektronů zrychlených silným elektrickým polem (např. s luminofory v elektroluminiscenčních displejích ).
Nedávno bylo ukázáno, že tím, jak solární článek zlepšuje účinnost světelné energie (lepší napětí v otevřeném obvodu), zlepší také její účinnost elektřina-světlo (EL).
Příklady elektroluminiscenčních materiálů
Elektroluminiscenční zařízení jsou vyráběna z organických nebo anorganických elektroluminiscenčních materiálů. Aktivní materiály jsou obecně polovodiče s dostatečně širokou šířkou pásma, která umožňuje výstup světla.
Nejtypičtějším anorganickým tenkovrstvým EL (TFEL) je ZnS: Mn se žlutooranžovou emisí. Mezi příklady sortimentu materiálu EL patří:
- Práškový zinek sulfid dopované s mědí (produkující nazelenalé světlo) nebo stříbro (produkující jasně modré světlo)
- Tenkovrstvý sulfid zinečnatý dopovaný manganem (vytváří oranžovo-červenou barvu)
- Přirozeně modrý diamant , který obsahuje stopu bóru, který působí jako dopant.
- Polovodiče obsahující prvky skupiny III a skupiny V, jako je fosfid india (InP) , arzenid galia (GaAs) a nitrid galia (GaN) ( diody emitující světlo .)
- Určité organické polovodiče , jako je například [Ru (bpy) 3 ] 2+ (PF 6 - ) 2 , kde bpy je 2,2'-bipyridin
Praktické implementace
Nejběžnější elektroluminiscenční (EL) zařízení se skládají buď z prášku (primárně používaného v osvětlovacích aplikacích), nebo z tenkých vrstev (pro informační displeje).
LEC
Světelný kondenzátor nebo LEC je termín používaný nejméně od roku 1961 k popisu elektroluminiscenčních panelů. Společnost General Electric má patenty z roku 1938 na ploché elektroluminiscenční panely, které se stále vyrábějí jako noční osvětlení a podsvícení displejů přístrojové desky . Elektroluminiscenční panely jsou kondenzátor, kde dielektrikum mezi vnějšími deskami je luminofor , který při nabití kondenzátoru vydává fotony . Díky zprůhlednění jednoho z kontaktů vyzařuje velká plocha světla.
Elektroluminiscenční automobilové podsvícení přístrojové desky, s každým ukazatelem měřidla také individuálním světelným zdrojem, vstoupilo do výroby v roce 1960 osobních automobilů Chrysler a Imperial a úspěšně pokračovalo na několika vozidlech Chrysler do roku 1967 a prodávalo se jako „Panelescent Lighting“.
Noční lampy
Divize Sylvania Lighting v Salemu a Danvers, MA, vyráběla a prodávala noční lampu EL (vpravo) pod obchodním názvem Panelescent zhruba ve stejnou dobu, kdy se do výroby dostaly přístrojové desky Chrysler. Tyto žárovky se ukázaly jako extrémně spolehlivé a u některých vzorků je známo, že jsou stále funkční i po téměř 50 letech nepřetržitého provozu. Později v roce 1960, Sylvania's Electronic Systems Division v Needhamu, MA vyvinula a vyrobila několik přístrojů pro Apollo Lunar Lander and Command Module pomocí elektroluminiscenčních zobrazovacích panelů vyrobených Electronic Tube Division of Sylvania v Emporium, PA. Raytheon, Sudbury, MA , vyrobil naváděcí počítač Apollo , který jako součást rozhraní displeje a klávesnice ( DSKY ) používal elektroluminiscenční zobrazovací panel Sylvania .
Podsvícení
.jpg)
Elektroluminiscenční panely na bázi práškového fosforu se často používají jako podsvícení displejů z tekutých krystalů . Ochotně poskytují jemné, rovnoměrné osvětlení celého displeje a přitom spotřebovávají relativně málo elektrické energie. Díky tomu jsou vhodné pro zařízení napájená bateriemi, jako jsou pagery, náramkové hodinky a počítačem ovládané termostaty, a jejich jemná zeleno-azurová záře je v technologickém světě běžná. Vyžadují relativně vysoké napětí (mezi 60 a 600 volty). U zařízení napájených bateriemi musí být toto napětí generováno obvodem převodníku v zařízení. Tento konvertor často vydává slyšitelné kňučení nebo sirénu, když je aktivováno podsvícení. U zařízení napájených síťovým napětím může být napájeno přímo z elektrického vedení. Elektroluminiscenční noční světla fungují tímto způsobem. Jas na jednotku plochy se zvyšuje se zvýšeným napětím a frekvencí.
Elektroluminiscence tenkovrstvého fosforu byla poprvé uvedena na trh v 80. letech 20. století společností Sharp Corporation v Japonsku, Finlux (Oy Lohja Ab) ve Finsku a Planar Systems v USA. V těchto zařízeních je jasná, dlouhotrvající světelná emise dosažena v tenkovrstvém žlutě emitujícím manganem dotovaném materiálu sulfidu zinečnatého. Displeje využívající tuto technologii byly vyrobeny pro lékařské a automobilové aplikace, kde byla rozhodující robustnost a široké pozorovací úhly a displeje z tekutých krystalů nebyly dostatečně vyvinuty. V roce 1992 společnost Timex na některých hodinkách představila svůj displej Indiglo EL.
Nedávno byly vyvinuty tenkovrstvé elektroluminiscenční materiály s modrým, červeným a zeleným vyzařováním, které nabízejí potenciál pro dlouhou životnost a plnobarevné elektroluminiscenční displeje.
V každém případě musí být materiál EL uzavřen mezi dvěma elektrodami a alespoň jedna elektroda musí být průhledná, aby umožnila únik produkovaného světla. Jako přední (průhledná) elektroda se běžně používá sklo potažené oxidem india a cínu, zatímco zadní elektroda je potažena reflexním kovem. Jako přední elektrodu lze navíc použít jiné transparentní vodivé materiály, jako jsou povlaky z uhlíkových nanotrubic nebo PEDOT .
Zobrazovací aplikace jsou primárně pasivní (tj. Napětí je napájeno z okraje displeje, srovnáno z tranzistoru na displeji). Podobně jako u trendů LCD byly předvedeny také displeje Active Matrix EL (AMEL), kde jsou přidány obvody pro prodloužení napětí na každém pixelu. Polovodičový charakter TFEL umožňuje velmi robustní displej s vysokým rozlišením vyrobený dokonce i na silikonových substrátech. AMEL displeje s rozlišením 1280 × 1024 při více než 1000 řádcích na palec (lpi) předvedlo konsorcium zahrnující Planar Systems.
Elektroluminiscenční technologie mají nízkou spotřebu energie ve srovnání s konkurenčními světelnými technologiemi, jako jsou neonové nebo zářivkové žárovky. To spolu s tenkostí materiálu učinilo technologii EL cennou pro reklamní průmysl. Mezi relevantní reklamní aplikace patří elektroluminiscenční billboardy a nápisy. Výrobci EL jsou schopni přesně kontrolovat, které oblasti elektroluminiscenční fólie se rozsvítí a kdy. Díky tomu mají inzerenti možnost vytvářet dynamičtější reklamy, které jsou stále kompatibilní s tradičními reklamními plochami.
Film EL je takzvaný lambertiánský zářič : na rozdíl od neonových lamp, žárovek nebo LED se jas povrchu jeví ze všech úhlů pohledu stejný; elektroluminiscenční světlo není směrové, a proto je obtížné jej srovnávat s (tepelnými) světelnými zdroji měřenými v lumenech nebo luxech. Světlo vyzařované z povrchu je dokonale homogenní a je dobře vnímáno okem. Film EL produkuje jednofrekvenční (monochromatické) světlo, které má velmi úzkou šířku pásma, je naprosto jednotné a viditelné z velké vzdálenosti.
V zásadě mohou být žárovky EL vyrobeny v jakékoli barvě. Běžně používaná nazelenalá barva však úzce odpovídá špičkové citlivosti lidského vidění a vytváří největší zdánlivý světelný výkon pro nejmenší elektrický příkon. Na rozdíl od neonových a zářivek nejsou žárovky EL záporným odporovým zařízením, takže k regulaci množství proudu, který jimi protéká, nejsou potřeba žádné další obvody. Nová technologie, která se nyní používá, je založena na multispektrálních luminoforech, které vyzařují světlo od 600 do 400 nm v závislosti na frekvenci pohonu; to je podobné efektu změny barvy pozorovanému u listu aqua EL, ale ve větším měřítku.
Elektroluminiscenční osvětlení se nyní používá jako aplikace pro identifikaci veřejné bezpečnosti zahrnující alfanumerické znaky na střeše vozidel pro jasnou viditelnost z letecké perspektivy.
Elektroluminiscenční osvětlení, zejména elektroluminiscenční drát ( drát EL), se dostalo také do oděvů, protože mnoho designérů přineslo tuto technologii do odvětví zábavy a nočního života.
Inženýři vyvinuli elektroluminiscenční „kůži“, která se může natáhnout více než šestkrát oproti původní velikosti a přitom stále vyzařovat světlo. Tento hyperelastický kondenzátor vyzařující světlo (HLEC) vydrží více než dvojnásobek namáhání dříve testovaných roztažitelných displejů. Skládá se z vrstev průhledných hydrogelových elektrod obklopujících izolační elastomerovou fólii. Elastomer mění jas a kapacitu, když je roztažen, srolován a jinak deformován. Kromě schopnosti vyzařovat světlo při napětí větším než 480% původní velikosti bylo prokázáno, že HLEC skupiny je možné integrovat do měkkého robotického systému. Tři šestivrstvé panely HLEC byly spojeny dohromady, aby se vytvořil plazivý měkký robot, přičemž horní čtyři vrstvy tvořily osvětlovací kůži a spodní dva pneumatické ovladače. Objev by mohl vést k významnému pokroku ve zdravotnictví, dopravě, elektronické komunikaci a dalších oblastech.