L'elettroluminescenza (EL) è un fenomeno ottico ed elettrico in cui un materiale emette luce in risposta al passaggio di una corrente elettrica o a un forte campo elettrico.
Altri fenomeni di luminescenza possono essere ricondotti a cause diverse, tra cui l'illuminazione con luce (fotoluminescenza), reazioni chimiche (chemiluminescenza), reazioni chimiche in soluzione (elettrochemiluminescenza), suono (sonoluminescenza), altre azioni meccaniche (meccanoluminescenza), calore che porta all'emissione di luce di corpo nero (incandescenza), o elettroluminescenza organica.
Meccanismo
L'elettroluminescenza è il risultato della ricombinazione radiativa di elettroni e lacune in un materiale, solitamente un semiconduttore . Gli elettroni eccitati rilasciano la loro energia sotto forma di fotoni (luce). Prima della ricombinazione, elettroni e lacune possono essere separati drogando il materiale per formare una giunzione pn (nei dispositivi elettroluminescenti a semiconduttore come i diodi a emissione di luce ) oppure tramite eccitazione dovuta all'impatto di elettroni ad alta energia accelerati da un forte campo elettrico (come nel caso dei fosfori nei display elettroluminescenti ).
È stato recentemente dimostrato che, man mano che una cella solare migliora la sua efficienza di conversione della luce in elettricità (miglioramento della tensione a circuito aperto), migliorerà anche la sua efficienza di conversione dell'elettricità in luce (EL).
Esempi di materiali elettroluminescenti I dispositivi elettroluminescenti vengono realizzati utilizzando materiali elettroluminescenti organici o inorganici. I materiali attivi sono generalmente semiconduttori con una larghezza di banda sufficientemente ampia da consentire l'uscita della luce.
Il materiale inorganico elettroluminescente a film sottile (TFEL) più comune è il ZnS:Mn con emissione di luce giallo-arancio. Nella gamma dei materiali elettroluminescenti rientrano:
Solfuro di zinco in polvere drogato con rame (che produce una luce verdastra) o argento (che produce una luce blu brillante) Film sottile di solfuro di zinco drogato con manganese (che produce una colorazione rosso-arancio) Diamante blu naturale, che contiene una traccia di boro che funge da drogante. Semiconduttori contenenti elementi del gruppo III e del gruppo V, come il fosfuro di indio (InP), l'arseniuro di gallio (GaAs) e il nitruro di gallio (GaN) (diodi a emissione di luce). Alcuni semiconduttori organici, come [Ru(bpy)3]2+(PF6−)2, dove bpy è 2,2'-bipiridina Ossido di terbio (luce giallo-verde)
Implementazioni pratiche I dispositivi elettroluminescenti (EL) più comuni sono composti da polvere (utilizzata principalmente per l'illuminazione) o da pellicole sottili (per i display informativi).
Condensatore a emissione di luce (LEC)
Il termine "condensatore a emissione di luce", o LEC, è usato almeno dal 1961 per descrivere i pannelli elettroluminescenti. La General Electric detiene brevetti di pannelli elettroluminescenti piatti risalenti al 1938 che vengono tuttora prodotti come luci notturne e retroilluminazione per i display dei cruscotti. I pannelli elettroluminescenti sono condensatori in cui il dielettrico tra le piastre esterne è un fosforo che emette fotoni quando il condensatore è carico. Rendendo trasparente uno dei contatti, l'area esposta emette luce.Raymond Kane, Heinz Sell, Revolution in lamps: a chronicle of 50 years of progress, 2nd ed., The Fairmont Press, Inc., 2001 , pages 122–124
La retroilluminazione elettroluminescente del cruscotto automobilistico, in cui ogni indicatore funge anche da sorgente luminosa individuale, entrò in produzione sulle autovetture Chrysler e Imperial nel 1960 e fu utilizzata con successo su diversi veicoli Chrysler fino al 1967, commercializzata come "illuminazione a pannelli".
Luci notturne La sezione Sylvania Lighting di Salem e Danvers, nel Massachusetts, produceva e commercializzava una luce notturna elettroluminescente con il nome commerciale Panelescent all'incirca nello stesso periodo in cui entrarono in produzione i cruscotti della Chrysler. Queste lampade si sono dimostrate estremamente affidabili, con alcuni esemplari ancora funzionanti dopo quasi 50 anni di funzionamento continuo.[ Quando? ]
Successivamente, negli anni '60, la divisione Electronic Systems della Sylvania a Needham, nel Massachusetts, sviluppò e produsse diversi strumenti per il modulo lunare Apollo e il modulo di comando, utilizzando pannelli di visualizzazione elettroluminescenti prodotti dalla divisione Electronic Tube della Sylvania a Emporium, in Pennsylvania . La Raytheon di Sudbury, Massachusetts, produceva il computer di guida Apollo, che utilizzava un pannello di visualizzazione elettroluminescente Sylvania come parte dell'interfaccia display-tastiera (DSKY).
Retroilluminazione del display
I pannelli elettroluminescenti a base di fosfori in polvere sono spesso utilizzati come retroilluminazione per i display a cristalli liquidi . Forniscono un'illuminazione delicata e uniforme per l'intero display, consumando al contempo una quantità di energia elettrica relativamente bassa. Ciò li rende adatti a dispositivi alimentati a batteria come cercapersone, orologi da polso e termostati controllati da computer, e la loro delicata luminescenza verde-ciano è comune nel mondo tecnologico.
Le retroilluminazioni EL richiedono una tensione relativamente alta (tra 60 e 600 volt).Donald G. Fink and H. Wayne Beaty, Standard Handbook for Electrical Engineers, Eleventh Edition, McGraw-Hill, New York, 1978, pp 22-28 Nei dispositivi alimentati a batteria, questa tensione deve essere generata da un convertitore boost all'interno del dispositivo stesso. Questo convertitore spesso emette un debole ronzio o un suono simile a una sirena quando la retroilluminazione è attiva. I dispositivi alimentati a tensione di rete possono essere attivati direttamente dalla rete elettrica; alcune luci notturne elettroluminescenti funzionano in questo modo. La luminosità per unità di area aumenta con l'aumentare della tensione e della frequenza.
La tecnologia di elettroluminescenza a film sottile con fosfori è stata commercializzata per la prima volta negli anni '80 dalla Sharp Corporation in Giappone, Finlux (Oy Lohja Ab) in Finlandia e Planar Systems negli Stati Uniti. In questi dispositivi, l'emissione luminosa brillante e di lunga durata è ottenuta utilizzando un film sottile di solfuro di zinco drogato con manganese, che emette luce giallo-arancio I display che utilizzavano questa tecnologia venivano prodotti per applicazioni mediche e automobilistiche, dove robustezza e ampi angoli di visualizzazione erano cruciali e i display a cristalli liquidi non erano ancora ben sviluppati. Nel 1992, Timex ha introdotto il suo display Indiglo EL su alcuni orologi.
Recentemente, Sono stati sviluppati materiali elettroluminescenti a film sottile che emettono luce blu, rossa e verde, offrendo il potenziale per display elettroluminescenti a colori di lunga durata.
Il materiale elettroluminescente deve essere racchiuso tra due elettrodi e almeno uno degli elettrodi deve essere trasparente per consentire la fuoriuscita della luce prodotta. Il vetro rivestito di ossido di indio-stagno viene comunemente utilizzato come elettrodo anteriore (trasparente), mentre l'elettrodo posteriore è rivestito con un metallo riflettente. Inoltre, come elettrodo frontale possono essere utilizzati altri materiali conduttivi trasparenti, come i rivestimenti in nanotubi di carbonio o il PEDOT.
Analogamente al trend degli LCD, sono stati presentati anche display a elettroluminescenza a matrice attiva (AMEL), in cui viene aggiunto un circuito per estendere la tensione a ciascun pixel. Le proprietà dello stato solido dei TFEL consentono la realizzazione di display molto robusti e ad alta risoluzione, fabbricati anche su substrati di silicio. Sono stati presentati display AMEL da 1280×1024 a oltre 1000 linee per pollice (LPI) da un consorzio che include Planar Systems.
Tecnologia elettroluminescente a film spesso dielettrico La tecnologia elettroluminescente dielettrica a film spesso (TDEL) è una tecnologia per display a schermo piatto basata sui fosfori sviluppata dalla società canadese Technology Corp. La TDEL si basa sulla tecnologia elettroluminescente inorganica (IEL) che combina processi a film spesso e a film sottile. La struttura TDEL è realizzata con vetro o altri substrati, e consiste in uno strato dielettrico a film spesso e uno strato di fosforo a film sottile interposti tra due serie di elettrodi per creare una matrice di pixel. I fosfori inorganici presenti in questa matrice emettono luce in presenza di un campo elettrico alternato.
Color By Blue Color By Blue (CBB) è stato sviluppato nel 2003. Il processo Color By Blue raggiunge una maggiore luminanza e prestazioni migliori rispetto al precedente processo a triplo schema, con contrasto, grayscale e uniformità del colore superiori su tutto il pannello. Color By Blue si basa sulla fisica della fotoluminescenza. Il fosforo blu inorganico ad alta luminanza viene utilizzato in combinazione con materiali di conversione del colore specializzati, che assorbono la luce blu e riemettono luce rossa o verde, per generare gli altri colori.
Note
Altri progetti
Collegamenti esterni
Categoria:Luminescenza