אלקטרולומינציה

אלקטרולומינציה (EL) היא תופעה אופטית ותופעה חשמלית בה חומר פולט אור בתגובה למעבר זרם חשמלי או לשדה חשמלי חזק. זה נבדל מפליטת אור שחור בגוף השחור הנובעת מחום (ליבון), תגובה כימית (כימילומינציה), צליל (סונולומינציה), או פעולה מכנית אחרת (לומינציה).

מנגנון 

אלקטרולומינציה היא תוצאה של שילוב מקרין של אלקטרונים וחורים בחומר, בדרך כלל מוליך למחצה. האלקטרונים הנרגשים משחררים את האנרגיה שלהם כפוטונים - אור. לפני השילוב מחדש, אלקטרונים וחורים עשויים להיות מופרדים באמצעות אילוח החומר ליצירת צומת pn (במכשירים אלקטרולומינטיים מוליכים למחצה כמו דיודות פולטות אור) או באמצעות עירור באמצעות השפעה של אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה המואצת על ידי שדה חשמלי חזק (כמו עם הזרחן בתצוגות אלקטרולומינטיות).

לאחרונה הוכח שכאשר תא סולרי משפר את יעילות האור לחשמל (מתח מוגבר במעגל פתוח), הוא גם ישפר את יעילות החשמל לאור (EL).

דוגמאות לחומרים אלקטרולומינטיים 
התקנים אלקטרולומינטיים מיוצרים באמצעות חומרים אלקטרולומינטיים אורגניים או א-אורגניים. החומרים הפעילים הם בדרך כלל מוליכים למחצה בעלי רוחב פס מספיק רחב כדי לאפשר יציאת האור.

הסרט הדק האורגני ביותר מסוג EL (TFEL) האופייני ביותר הוא ZnS: Mn עם פליטה צהובה-כתומה. דוגמאות לטווח חומרי EL כוללים:
 אבקת גופרת אבקת מסוממת עם נחושת (מפיקה אור ירקרק) או כסופה (מפיקה אור כחול בהיר)
 אבץ גופרתי דק בסרט מסומן במנגן (מייצר צבע אדום-כתום)
 יהלום כחול באופן טבעי, הכולל שמץ של בורון המשמש כמאלח.
 מוליכים למחצה המכילים אלמנטים מקבוצה III ו- V, כמו אינדיום פוספיד (InP), ארציום גליום (GaAs) וגליום ניטריד (GaN) (דיודות פולטות אור).)
 מוליכים למחצה אורגניים מסוימים, כגון [Ru (bpy) 3 ] 2+ (PF 6 -) 2, כאשר bpy הוא 2,2'-bipyridine

יישומים מעשיים 
המכשירים האלקטרולומינצנטיים הנפוצים ביותר (EL) מורכבים מאבקה (המשמשת בעיקר ביישומי תאורה) או סרטים דקים.

LEC 
קבל פולט אור, או LEC, הוא מונח ששימש מאז 1961 לפחות לתיאור לוחות אלקטרולומינטיים. לג'נרל אלקטריק יש פטנטים משנת 1938 על גבי לוחות אלקטרוליומינטיים שטוחים שעדיין מיוצרים כאורות לילה וכאורות אחוריים לתצוגות לוח מכשירים. לוחות אלקטרולומינטיים הם קבלים שבהם הדיאלקטרי בין הלוחות החיצוניים הוא זרחן שפולט פוטונים כאשר הקבל נטען. על ידי הפיכתו של אחד המגעים לשקוף, האזור הגדול שנחשף פולט אור.

תאורה אחורית לפאנל מכשירי רכב אלקטרולומינטיים, כאשר כל מצביע מד הוא גם מקור אור אינדיבידואלי, נכנס לייצור ב־1960 ברכבים של קרייזלר ואימפריאל, והמשיך בהצלחה במספר רכבי קרייזלר עד 1967.

מנורות לילה 
חטיבת התאורה של סילבניה בסאלם ודנברס, מ.א., ייצרה ושיווקה מנורת לילה EL (מימין), בשם המסחרי Panelescent בערך באותה תקופה בה נכנסו לוחות המכשירים של קרייזלר לייצור. מנורות אלה הוכחו כאמינות ביותר, כאשר כמה מדגימות ידועות כי עדיין פועלות לאחר כמעט 50 שנה של פעולה רציפה. מאוחר יותר בשנות ה-60, החטיבה למערכות אלקטרוניות של סילבניה ב Needham, MA פיתחה וייצרה מספר מכשירים עבור הנחתת של אפולו ומודול הפיקוד באמצעות לוחות תצוגה אלקטרולומינטיים המיוצרים על ידי חטיבת הצינורות האלקטרונים של סילבניה באמפוריום, פנסילווניה. רייתאון, Sudbury, MA, ייצרה את מחשב ההדרכה של אפולו, שהשתמש בלוח תצוגה אלקטרולומינטי של סילבניה כחלק מממשק המקלדת לתצוגה (DSKY).

פנס אחורי 

לוחות אלקטרולומינטיים על בסיס זרחן משמשים לעיתים קרובות כפנסים אחוריים לתצוגות גביש נוזלי. הם מספקים בקלות תאורה עדינה ואפילו אחידה לכל התצוגה תוך צריכת חשמל מועטה יחסית. זה הופך אותם לנוחים למכשירים המופעלים על ידי סוללות כמו זימונים, שעוני יד ותרמוסטטים מבוקרים על ידי מחשב, וזוהרם הירוק-ציאן העדין נפוץ בעולם הטכנולוגי. הם דורשים מתח גבוה יחסית (בין 60 ל-600 וולט). עבור מכשירים המופעלים על ידי סוללה, מתח זה צריך להיווצר על ידי מעגל ממיר בתוך המכשיר. ממיר זה משמיע לעיתים קרובות יללה נשמעת או צליל צפירה בזמן שתאורה אחורית מופעלת. עבור התקנים המופעלים על מתח קו, ייתכן והוא יסופק ישירות מקו החשמל. פנסי לילה אלקטרולומינטיים פועלים בצורה זו. הבהירות ליחידה עולה עם הגדלת המתח והתדר.

אלקטרוליומינציה דקה של סרט זרחן דק הוסחרה לראשונה במהלך שנות השמונים על ידי שארפ ביפן, פינלוקס בפינלנד, ומפלנר מערכות בארצות הברית. במכשירים אלה, מושגת פליטת אור בהירה וחיים ארוכים בשכבה דקה של אבץ גופרתי מאולח במנגן הפולט אור צהוב. תצוגות בטכנולוגיה זו יוצרו ליישומים רפואיים ולרכבים שבהם קשיחות וזוויות צפייה רחבות היו מכריעות, ותצוגות גביש נוזלי לא היו מפותחות היטב. בשנת 1992, Timex הציגה את תצוגת ה- Indiglo EL שלה בכמה שעונים.

לאחרונה פותחו חומרים אלקטרולומינטיים בצורת שכבה דקה בצבע כחול, אדום וירוק המציעים את הפוטנציאל לחיים ארוכים ותצוגות אלקטרולומינטיות בצבע מלא.

בשני המקרים, יש לסגור את חומר ה-EL בין שתי אלקטרודות ולפחות אלקטרודה אחת חייבת להיות שקופה כדי לאפשר בריחה של האור המיוצר. זכוכית המצופה תחמוצת פח אינדיום משמשת בדרך כלל כאלקטרודה הקדמית (השקופה) ואילו האלקטרודה האחורית מצופה מתכת רפלקטיבית. בנוסף, חומרים מוליכים שקופים אחרים, כגון ציפוי צינורות פחמן או PEDOT יכולים לשמש כאלקטרודה הקדמית.

יישומי התצוגה הם בעיקר פסיביים (כלומר, מתח מונע מקצה התצוגה או מטרנזיסטור בתצוגה). בדומה למגמות LCD, היו גם מסכים של Active Matrix EL (AMEL), שם מוספים מעגלים להארכת מתחים בכל פיקסל. אופיו המוצק של TFEL מאפשר תצוגה מאוד קשיחה וברזולוציה גבוהה אפילו על מצעי סיליקון. תצוגה של AMEL של 1280x1024 בגובה של יותר מ־1000 קווים לאינץ' (lpi) הודגמה על ידי כמה חברות כולל פלנר מערכות.

לטכנולוגיות אלקטרולומינטיות צריכת חשמל נמוכה בהשוואה לטכנולוגיות תאורה מתחרות, כמו מנורות ניאון או פלואורסצנט. זה, יחד עם דקות החומר, הפכו את טכנולוגיית EL לבעלת ערך לתעשיית הפרסום. יישומי פרסום רלוונטיים כוללים שלטי חוצות אלקטרולומינטיים ושלטים. יצרני EL מסוגלים לשלוט במדויק באילו אזורים בגיליון אלקטרולומנטי מאירים ומתי. זה נתן למפרסמים את היכולת ליצור פרסום דינמי יותר שעדיין תואם למרחבי הפרסום המסורתיים.

סרט EL הוא מה שמכונה רדיאטור למברטי: שלא כמו במנורות ניאון, מנורות ליבון או נוריות LED, בהירות פני השטח נראית זהה מכל זוויות הראייה; אור אלקטרולומינטי אינו כיווני ולכן קשה להשוות עם מקורות אור (תרמיים) הנמדדים בלומן או לוקס. האור הנפלט מהשטח הוא הומוגני לחלוטין ותופס היטב את העין. סרט EL מייצר אור בתדר יחיד (מונוכרומטי) שיש לו רוחב פס צר מאוד, הוא אחיד לחלוטין ונראה ממרחק רב.

באופן עקרוני ניתן ליצור מנורות EL בכל צבע. עם זאת, הצבע הירקרק הנפוץ תואם בקרוב את רגישות השיא של הראייה האנושית, ומייצר את תפוקת האור הגדולה ביותר לצריכת החשמל הנמוכה ביותר. שלא כמו מנורות ניאון ופלואורסצנט, מנורות EL אינן התקני התנגדות שלילית ולכן אין צורך במעגלים נוספים כדי לווסת את כמות הזרם הזורם דרכם. טכנולוגיה חדשה המשמשת כעת מבוססת על זרחן רב-ספקטרלי הפולט אור מ־600 ל־400 ננומטר, תלוי בתדר ההפעלה; זה בדומה לאפקט הצבע המשתנה הנראה בגיליון EL של אקווה אך בקנה מידה גדול יותר.

תאורה אלקטרולומינטית משמשת כיום לזיהוי לצורך בטיחות הציבור, הכוללת תווים אלפאנומריים על גג הרכבים לצורך ראות ברורה מנקודת מבט אווירית.

תאורה אלקטרולומינטית, ובמיוחד חוט אלקטרולומינטי (חוט EL), עשתה גם את דרכה לבגדים שכן מעצבים רבים הביאו טכנולוגיה זו לתעשיית הבידור וחיי הלילה.

מהנדסים פיתחו "עור" אלקטרולומינטי שיכול להימתח יותר משש פעמים מגודלו המקורי תוך שהוא עדיין פולט אור. קבל יתר פולט אור היפר-אלסטי (HLEC) יכול לסבול יותר מפעמיים את המתח של תצוגות מתיחות שנבדקו בעבר. הוא מורכב משכבות של אלקטרודות הידרוג'ל שקופות, המרבדות גיליון אלסטומר מבודד. האלסטומר משנה את הזוהר והקיבול כאשר הוא נמתח, מגולגל ומעוות בצורה אחרת. בנוסף ליכולתו לפלוט אור תחת מתח של יותר מ־480% מגודלו המקורי, הוכח כי ה-HLEC מסוגל להשתלב במערכת רובוטית רכה. שלושה לוחות HLEC שש-שכבות נקשרו זה לזה ליצירת רובוט רך זוחל, כאשר ארבע השכבות העליונות מרכיבות את העור המואר, והשניים התחתונים הם המפעילים הפנאומטיים. הגילוי עשוי להוביל להתקדמות משמעותית בתחום שירותי הבריאות, התחבורה, התקשורת האלקטרונית ותחומים אחרים.

ראו גם
 OLED
 האפקט הפוטואלקטרי

קישורים חיצוניים 

סקירה כללית על טכנולוגיית התצוגה האלקטרומומינצנטית וההתגלות של אלקטרוליומינצנטיות
 הודעה לעיתונות של תאגיד קרייזלר שהציגה תאורה אלקטרולומינטית (EL)

הערות שוליים

תאורה
פיזיקה של חומר מעובה
מקורות אור