Введение

Оптическое и электрическое явление. Электролюминесценция (EL) – это оптическое и электрическое явление, при котором материал излучает свет в ответ на прохождение электрического тока или воздействие сильного электрического поля. Оно отличается от свечения, вызванного нагревом (инкандесценция), химических реакций (хемилюминесценция), реакций в жидкости (электрохемилюминесценция), звука (сонолюминесценция), других механических воздействий (механолюминесценция) или органической электролюминесценции.

Механизм

Электролюминесценция – это результат излучистой рекомбинации электронов и дырок в материале, обычно полупроводнике. Возбужденные электроны высвобождают свою энергию в виде фотонов – света. До рекомбинации электроны и дырки могут быть разделены либо путем легирования материала для формирования p-n перехода (в полупроводниковых электролюминесцентных приборах, таких как светодиоды), либо посредством возбуждения ударом электронов высокой энергии, ускоренных сильным электрическим полем (как в случае люминофоров в электролюминесцентных дисплеях). Недавно было показано, что по мере повышения эффективности преобразования света в электричество солнечным элементом (увеличение напряжения холостого хода), также повышается и его эффективность преобразования электричества в свет (ЭЛ).

Характеристики

Электролюминесцентные технологии потребляют меньше энергии по сравнению с конкурирующими технологиями освещения, такими как неоновые или люминесцентные лампы. Это, в сочетании с тонкостью материала, сделало EL-технологию востребованной в рекламной индустрии. К числу актуальных рекламных применений относятся электролюминесцентные билборды и вывески. Производители EL-панелей могут точно контролировать, какие области электролюминесцентного листа светятся и когда. Это предоставило рекламодателям возможность создавать более динамичную рекламу, остающуюся совместимой с традиционными рекламными пространствами. EL-пленка является так называемым ламбертовским излучателем: в отличие от неоновых ламп, ламп накаливания или светодиодов, яркость поверхности выглядит одинаковой под любым углом обзора; электролюминесцентный свет не является направленным. Свет, излучаемый с поверхности, абсолютно однороден и хорошо воспринимается глазом. EL-пленка излучает одночастотный (монохроматический) свет с очень узкой полосой пропускания, который является равномерным и хорошо виден с большого расстояния. В принципе, EL-лампы могут быть изготовлены любого цвета. Однако обычно используемый зеленоватый цвет близко соответствует пиковой чувствительности человеческого зрения, обеспечивая максимальную воспринимаемую светоотдачу при минимальном потреблении электроэнергии. В отличие от неоновых и люминесцентных ламп, EL-лампы не являются устройствами с отрицательным сопротивлением, поэтому для регулирования протекающего через них тока не требуется дополнительная схема. Новая технология, которая сейчас используется, основана на многоспектральных люминофорах, излучающих свет в диапазоне от 600 до 400 нм в зависимости от частоты управления; это аналогично эффекту изменения цвета, наблюдаемому у aqua EL-листов, но в большем масштабе.

Практические реализации

Наиболее распространенные электролюминесцентные (ЭЛ) устройства состоят из порошка (преимущественно используемого в освещении) или тонких пленок (для информационных дисплеев).

Светоизлучающий конденсатор (LEC)

Светоизлучающий конденсатор, или LEC, – это термин, используемый как минимум с 1961 года для описания электролюминесцентных панелей. Компания General Electric имеет патенты, датируемые 1938 годом, на плоские электролюминесцентные панели, которые до сих пор производятся в качестве ночников и подсветки для дисплеев приборных панелей. Электролюминесцентная панель представляет собой конденсатор, в котором диэлектриком между внешними пластинами является люминофор, излучающий фотоны при зарядке конденсатора. Если сделать один из контактов прозрачным, большая открытая поверхность излучает свет. Электролюминесцентная подсветка приборных панелей автомобилей, где каждый указатель также является индивидуальным источником света, начала производиться в 1960 году на легковых автомобилях Chrysler и Imperial и успешно применялась на нескольких моделях Chrysler до 1967 года, продаваясь под названием "Panelescent Lighting".

Ночные фонари

Подразделение Sylvania Lighting в Салеме и Дэнверсе, штат Массачусетс, производило и продавало ночники EL под торговой маркой Panelescent примерно в то же время, когда панели приборов Chrysler начали поступать в производство. Эти лампы показали исключительную надежность, и некоторые образцы до сих пор функционируют после почти 50 лет непрерывной эксплуатации. В конце 1960-х годов подразделение электронных систем Sylvania в Нидеме, штат Массачусетс, разработало и изготовило несколько приборов для лунного и командного модулей "Аполлон", используя электролюминесцентные дисплейные панели, произведенные подразделением электронных ламп Sylvania в Эмпориуме, штат Пенсильвания. Компания Raytheon в Садбери, штат Массачусетс, изготовила бортовой компьютер Apollo Guidance, который использовал электролюминесцентную дисплейную панель Sylvania как часть интерфейса клавиатуры дисплея (DSKY).

Отображение подсветки

Электролюминесцентные панели на основе порошкового фосфора часто используются в качестве подсветки для жидкокристаллических дисплеев. Они легко обеспечивают мягкое и равномерное освещение всей площади дисплея, потребляя при этом относительно небольшое количество электроэнергии. Это делает их удобными для устройств, работающих от батарей, таких как пейджеры, наручные часы и компьютерные термостаты, а их мягкое зеленовато-голубое свечение широко распространено в мире технологий. Подсветка EL требует относительно высокого напряжения (от 60 до 600 вольт). Для устройств, работающих от батарей, это напряжение должно генерироваться повышающим преобразователем внутри устройства. Этот преобразователь часто издает слабо слышимый писк или вой при включенной подсветке. Устройства, питаемые от сети, могут подключаться непосредственно к электросети; некоторые электролюминесцентные ночники работают по такому принципу. Яркость на единицу площади увеличивается с ростом напряжения и частоты.

Технология толстопленочной диэлектрической электролюминесценции

Толстопленочная диэлектрическая электролюминесцентная технология (TDEL) – это технология плоских дисплеев на основе люминофоров, разработанная канадской компанией iFire Technology Corp. TDEL базируется на неорганической электролюминесцентной (IEL) технологии, сочетающей в себе процессы нанесения толстых и тонких пленок. Конструкция TDEL изготавливается из стекла или других подложек, состоящих из толстого диэлектрического слоя и тонкого слоя люминофора, расположенных между двумя наборами электродов для формирования матрицы пикселей. Неорганические люминофоры в этой матрице излучают свет под воздействием переменного электрического поля.

Цвет по синюху

Color By Blue (CBB) был разработан в 2003 году. Процесс Color By Blue обеспечивает более высокую яркость и улучшенную производительность по сравнению с предыдущим трехцветным процессом, с повышенным контрастом, точностью передачи оттенков серого и равномерностью цветопередачи по всей панели. Color By Blue основан на физике фотолюминесценции. Высокояркостный неорганический синий люминофор используется в сочетании со специализированными материалами для преобразования цвета, которые поглощают синий свет и переизлучают его в виде красного или зеленого, создавая остальные цвета.

Новые заявки

Электролюминесцентное освещение сейчас используется для идентификации общественной безопасности, в частности, для нанесения буквенно-цифровых символов на крыши транспортных средств, обеспечивающих четкую видимость с воздуха. Электролюминесцентная подсветка, особенно электролюминесцентная проволока (EL-проволока), также нашла применение в одежде, поскольку многие дизайнеры внедрили эту технологию в индустрию развлечений и ночной жизни. Начиная с 2006 года, футболки с электролюминесцентной панелью, стилизованной под аудиоэквалайзер, известные как T Qualizer, пользовались кратковременной популярностью. Инженеры разработали электролюминесцентную "кожу", способную растягиваться более чем в шесть раз по сравнению с исходным размером, при этом продолжая излучать свет. Этот гиперэластичный светоизлучающий конденсатор (HLEC) выдерживает более чем в два раза большую деформацию, чем ранее протестированные растягиваемые дисплеи. Он состоит из слоев прозрачных гидрогелевых электродов, разделенных изоляционным листом из эластомера. Эластомер изменяет свою яркость и емкость при растяжении, скручивании и других деформациях. Помимо способности излучать свет при деформации более чем на 480% от первоначального размера, было показано, что HLEC, разработанный этой группой, может быть интегрирован в мягкую роботизированную систему. Три шестислойные панели HLEC были соединены вместе для создания ползущего мягкого робота, где четыре верхних слоя формируют светящуюся кожу, а два нижних – пневматические актуаторы. Это открытие может привести к значительному прогрессу в здравоохранении, транспорте, электронной связи и других областях.