Электролюминесценция - Electroluminescence

Просмотры жидкокристаллический дисплей, оба с включенной электролюминесцентной подсветкой (вверху) и выключенной (внизу)

Электролюминесценция (EL) является оптическое явление и электрическое явление в котором материал излучает свет в ответ на прохождение электрический ток или сильному электрическое поле. Это отличается от черное тело световое излучение в результате тепла (накал ), химическая реакция (хемилюминесценция ), звук (сонолюминесценция ) или другое механическое воздействие (механолюминесценция ).

Механизм

Спектр сине-зеленого электролюминесцентного источника света для радиочасов (аналогичный показанному на изображении выше). Пиковая длина волны составляет 492 нм, а FWHM спектральная полоса пропускания довольно широкая - около 85 нм.

Электролюминесценция - результат излучательная рекомбинация из электроны & дыры в материале, обычно полупроводник. Возбужденные электроны выделяют свою энергию как фотоны - свет. Перед рекомбинацией электроны и дырки можно разделить либо на допинг материал для формирования p-n переход (в полупроводниковых электролюминесцентных устройствах, таких как светодиоды ) или возбуждением ударами высокоэнергетических электронов, ускоренных сильным электрическим полем (как в случае люминофор в электролюминесцентные дисплеи ).

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

Примеры электролюминесцентных материалов

Электролюминесцентные устройства изготавливаются с использованием органических или неорганических электролюминесцентных материалов. Активные материалы обычно представляют собой полупроводники с достаточно широкой полосой пропускания, позволяющей выходить свету.

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

Практические реализации

Наиболее распространенные электролюминесцентные (EL) устройства состоят из порошка (в основном используется в осветительных приборах) или тонкие пленки (для отображения информации.)

LEC

Светоизлучающий конденсатор, или же LEC, это термин, используемый по крайней мере с 1961 г.[2] для описания электролюминесцентных панелей. General Electric имеет патенты 1938 года на плоские электролюминесцентные панели, которые до сих пор производятся как ночные огни и подсветка для приборная доска отображает. Электролюминесцентные панели - это конденсатор где диэлектрик между внешними плитами находится люминофор это испускает фотоны когда конденсатор заряжен. Сделав один из контактов прозрачным, большая открытая площадь излучает свет.[3]

Электролюминесцентная подсветка автомобильной приборной панели, с каждым указателем датчика и отдельным источником света, была запущена в производство на легковых автомобилях Chrysler и Imperial 1960 года и успешно продолжалась на нескольких автомобилях Chrysler вплоть до 1967 года.

Ночники

Подразделение освещения Sylvania в Салеме и Данверсе, Массачусетс, произвело и реализовало ночник EL (справа) под торговой маркой. Панельный примерно в то же время, когда приборные панели Chrysler начали производство. Эти лампы зарекомендовали себя как чрезвычайно надежные: известно, что некоторые образцы продолжают работать после почти 50 лет непрерывной эксплуатации. Позже, в 1960-х годах, подразделение электронных систем Sylvania в Нидхэме, штат Массачусетс, разработало и изготовило несколько инструментов для лунного посадочного модуля и командного модуля Apollo, используя электролюминесцентный дисплей панели, производимые подразделением электронных ламп в Сильвании, Эмпориум, Пенсильвания. Райтеон, Садбери, Массачусетс, изготовила Компьютер наведения Apollo, которая использовала электролюминесцентную панель дисплея Sylvania как часть интерфейса дисплей-клавиатура (DSKY).

Подсветка

Цифровые ЖК-часы Casio с электролюминесцентной подсветкой.

Электролюминесцентные панели на основе порошкового люминофора часто используются в качестве подсветки для жидкокристаллические дисплеи. Они легко обеспечивают мягкое и равномерное освещение всего дисплея при относительно небольшом потреблении электроэнергии. Это делает их удобными для устройств с батарейным питанием, таких как пейджеры, наручные часы и термостаты с компьютерным управлением, а их нежное зеленовато-голубое свечение является обычным явлением в технологическом мире. Для них требуется относительно высокое напряжение (от 60 до 600 вольт).[4] Для устройств с батарейным питанием это напряжение должно генерироваться схемой преобразователя внутри устройства. Этот преобразователь часто издает слышимый вой или звук сирены при включенной подсветке. Для устройств, работающих от сетевого напряжения, он может питаться непосредственно от сети. Так работают электролюминесцентные ночники. Яркость на единицу площади увеличивается с увеличением напряжения и частоты.[4]

Электролюминесценция тонкопленочного люминофора была впервые коммерциализирована в 1980-х гг. Sharp Corporation в Японии, Finlux (Oy Lohja Ab) в Финляндии и Планарные системы в США. В этих устройствах яркое и долговечное световое излучение достигается в тонкопленочном материале из сульфида цинка, легированного марганцем, излучающего желтый цвет. Дисплеи, использующие эту технологию, производились для медицинских и автомобильных приложений, где решающее значение имели прочность и широкие углы обзора, а жидкокристаллические дисплеи не были хорошо развиты. В 1992 г. Timex представил свой Индигло Отображение EL на некоторых часах.

Недавно были разработаны тонкопленочные электролюминесцентные материалы с синим, красным и зеленым светом, которые обеспечивают долгий срок службы и полноцветные электролюминесцентные дисплеи.

В любом случае электролюминесцентный материал должен быть заключен между двумя электродами, и по крайней мере один электрод должен быть прозрачным, чтобы обеспечить выход излучаемого света. Стекло с покрытием оксид индия и олова обычно используется в качестве переднего (прозрачного) электрода, а задний электрод покрыт отражающим металлом. Кроме того, другие прозрачные проводящие материалы, такие как углеродная нанотрубка покрытия или ПЕДОТ может использоваться как передний электрод.

Приложения дисплея в основном пассивны (то есть напряжение подается от края дисплея, например, от транзистора на дисплее). Подобно тенденциям ЖК-дисплеев, также были продемонстрированы дисплеи с активной матрицей EL (AMEL), в которых добавлены схемы для увеличения напряжения на каждом пикселе. Твердотельный характер TFEL позволяет создавать очень прочный дисплей с высоким разрешением даже на кремниевых подложках. Дисплеи AMEL с разрешением 1280x1024 и разрешением более 1000 строк на дюйм (lpi) были продемонстрированы консорциумом, включая Planar Systems.[5][6]

Первая в мире кампания электролюминесцентных рекламных щитов, Канада, зима 2005 г.

Электролюминесцентные технологии имеют низкое энергопотребление по сравнению с конкурирующими технологиями освещения, такими как неоновые или люминесцентные лампы. Это, вместе с тонкостью материала, сделало технологию EL ценным для рекламной индустрии. Соответствующие рекламные приложения включают электролюминесцентные рекламные щиты и вывески. Производители электролюминесцентных ламп 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 площадками.

EL фильм - это так называемый Ламбертианский радиатор: в отличие от неоновых ламп, ламп накаливания или светодиодов, яркость поверхности одинакова со всех сторон; электролюминесцентный свет не является направленным и поэтому его трудно сравнивать с (тепловыми) источниками света, измеряемыми в люменах или люксах. Свет, излучаемый поверхностью, идеально однороден и хорошо воспринимается глазом. EL пленка излучает одночастотный (монохроматический) свет с очень узкой полосой пропускания, абсолютно однородный и видимый с большого расстояния.

1966 Dodge Charger панель приборов с электролюминесцентной подсветкой. Chrysler впервые представила автомобили с панельным освещением EL в 1960 модельном году.

В принципе, лампы EL могут быть выполнены в любом цвете. Однако обычно используемый зеленоватый цвет близко соответствует максимальной чувствительности человеческого зрения, обеспечивая наибольший видимый световой поток при наименьшем потреблении электроэнергии. В отличие от неоновых и люминесцентных ламп, лампы EL не отрицательное сопротивление устройства, поэтому не требуется дополнительных схем для регулирования величины тока, протекающего через них. Используемая в настоящее время новая технология 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 листом aqua EL, но в большем масштабе.

Электролюминесцентное освещение теперь используется в качестве приложения для идентификации в целях общественной безопасности с использованием буквенно-цифровых символов на крыше транспортных средств для четкой видимости с высоты птичьего полета.[7]

Электролюминесцентное освещение, особенно электролюминесцентный провод (EL wire), также нашла свое применение в одежде, поскольку многие дизайнеры внедрили эту технологию в индустрию развлечений и ночной жизни.[8]

Инженеры разработали электролюминесцентную «кожу», которая может растягиваться более чем в шесть раз по сравнению с первоначальным размером, при этом все еще излучая свет. Этот сверхэластичный светоизлучающий конденсатор (HLEC) может выдерживать более чем в два раза большую нагрузку, чем ранее протестированные растягиваемые дисплеи. Он состоит из слоев прозрачных гидрогелевых электродов, расположенных между изоляционным эластомерным листом. Эластомер изменяет яркость и емкость при растяжении, прокатке и других деформациях. В дополнение к своей способности излучать свет при деформации, превышающей 480% от первоначального размера, было показано, что HLEC группы может быть интегрирован в мягкий робот система. Три шестислойных панели HLEC были связаны вместе, чтобы сформировать ползущего мягкого робота, причем четыре верхних слоя составляли светящуюся кожу, а два нижних - пневматические приводы. Это открытие может привести к значительному прогрессу в области здравоохранения, транспорта, электронной связи и других областях.[9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Рагуз, Джон (15 апреля 2015 г.). «Корреляция электролюминесценции с напряжением холостого хода тонкопленочных солнечных элементов из CdTe». Журнал фотовольтаики. 5 (4): 1175–1178. Дои:10.1109 / JPHOTOV.2015.2417761.
  2. ^ Труды Национальной конференции по электронике, том 17, Национальная инженерная конференция, Inc., 1961; стр. 328
  3. ^ Раймонд Кейн, Хайнц Селл, Революция в лампах: хроника прогресса 50 лет, 2-е изд., Fairmont Press, Inc., 2001 г. ISBN  0881733784, страницы 122–124
  4. ^ а б Дональд Г. Финк и Х. Уэйн Бити, Стандартное руководство для инженеров-электриков, одиннадцатое издание, Макгроу-Хилл, Нью-Йорк, 1978, ISBN  0-07-020974-X стр. 22–28
  5. ^ Рон Хормеи и др., "Электролюминесцентный дисплей с активной матрицей высокого разрешения", Общество информационных дисплеев, дайджест, стр. 137, 1994.
  6. ^ «Активная матричная электролюминесценция (AMEL)» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-07-22.
  7. ^ "эйр-эль". Федеральный сигнал. Получено 23 июля, 2016.
  8. ^ Диана Энг. "Fashion Geek: Техника аксессуаров для одежды". 2009.
  9. ^ Корнельский университет (3 марта 2016 г.). «Суперэластичная электролюминесцентная« кожа »скоро создаст настроение роботов». Science Daily. Получено 4 марта, 2016.

внешняя ссылка