אלקטרולומינסנציה

אלקטרולומינסנציה (EL), בעברית נְהוֹרָנוּת חשמלית או זהירה חשמלית, שהיא סוג של לומינסנציה, היא תופעה אופטית ותופעה חשמלית בה חומר פולט אור בתגובה למעבר זרם חשמלי או לשדה חשמלי חזק. היא דומה לכן לפוטולומנסנציה, כמולומינסנציה, סונולומינסנציה או טריבולומנסנציה, אלא שבהן האור נפלט מהחומר בתגובה לגורמים אחרים: הארה, תגובה כימית, צליל, או פעולה מכנית, בהתאמה.

 מנגנון 
שמאל|ממוזער|300x300 פיקסלים|ספקטרום של מקור אור אלקטרולומינסנטי כחול / ירוק לרדיו שעון. אורך הגל בשיא הוא 492 ננומטר ורוחב הפס הספקטרלי, ה-FWHM, רחב למדי: בערך 85 ננומטר.
אלקטרולומינסנציה היא תוצאה של  של אלקטרונים וחורים בחומר, בדרך כלל מוליך למחצה. האלקטרונים המעוררים משחררים את האנרגיה שלהם כפוטונים - אור. לפני האיחוי, אלקטרונים וחורים עשויים להיות מופרדים באמצעות אילוח החומר ליצירת צומת pn (במכשירים אלקטרולומינסנטיים מוליכים למחצה כמו דיודות פולטות אור) או באמצעות עירור בגלל התנגשות של אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה, המואצים על ידי שדה חשמלי חזק (כמו עם הזרחן ב).

בעשור השני של המאה ה-21 הוכח שכאשר תא סולרי משפר את היעילות של המרת האור לחשמל (הגדלת ), הוא ישפר גם את היעילות של המרת החשמל לאור (EL).

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

השכבה הדקה האי-אורגניות האופיינית ביותר מסוג EL (TFEL) עשויה  מאולחת במנגן (ZnS: Mn) עם פליטה צהובה-כתומה. דוגמאות לטווח חומרי EL כוללים:
 אבקה של גופרת האבץ מאולחת עם נחושת (מפיקה אור ירקרק) או כסף (מפיקה אור כחול בהיר)
 יהלום טבעי כחול, הכולל עקבות של בורון המשמש כמאלח.
 מוליכים למחצה מרוכבים ממשפחת החומרים III-V, כמו אינדיום פוספיד (InP), גליום ארסניד (GaAs) וגליום ניטריד (GaN), כולם משמשים כדיודות פולטות אור.
 מוליכים למחצה אורגניים מסוימים, כגון [Ru (bpy) 3 ] 2+ (PF 6 -) 2, כאשר bpy הוא 2,2'-bipyridine

 יישומים מעשיים 
המכשירים האלקטרולומינסנטיים הנפוצים ביותר (EL) מורכבים מאבקה (המשמשת בעיקר ביישומי תאורה) או שכבה דקה..

 LEC 
קבל פולט אור, או LEC, הוא מונח ששימש מאז 1961 לפחותProceedings of the National Electronics Conference, Volume 17, National Engineering Conference, Inc., 1961 ; page 328 לתיאור לוחות אלקטרולומינסנטיים. לג'נרל אלקטריק יש פטנטים משנת 1938 לגבי לוחות אלקטרוליומינסנטיים שטוחים שעדיין מיוצרים כמנורות לילה וכתאורה אחורית לתצוגות בלוחות מכשירים. לוחות אלקטרולומינסנטיים הם קבלים שבהם החומר הדיאלקטרי בין הלוחות הוא זרחן שפולט פוטונים (פוספורסצנציה) כאשר הקבל נטען. על ידי הפיכת אחד המגעים לשקוף, האזור הגדול שנחשף פולט אור.Raymond Kane, Heinz Sell, Revolution in lamps: a chronicle of 50 years of progress, 2nd ed., The Fairmont Press, Inc., 2001 , pages 122–124

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

 מנורות לילה 
חטיבת התאורה של סילבניה מסיילם ומ, ייצרה ושיווקה מנורת לילה EL בשם המסחרי Panelescent בערך באותה תקופה בה נכנסו לוחות המכשירים של קרייזלר לייצור. מנורות אלה הוכחו כאמינות ביותר, כאשר כמה מהן עדיין פעלו לאחר כמעט 50 שנה של פעולה רציפה. מאוחר יותר בשנות ה-60 פיתחה וייצרה החטיבה למערכות אלקטרוניות של סילבניה ב, מסצ'וסטס מספר מכשירים עבור רכב הנחיתה הירחי ותא הפיקוד בתוכנית אפולו בהם נעשה שימוש ב שיוצרו על ידי חטיבת השפופרות האלקטרוניות של סילבניה ב, פנסילבניה. ריית'יאון, בסדברי, מסצ'וסטס, ייצרה את מחשב ההנחיה של החללית אפולו, שגם בו נעשה שימוש בלוח תצוגה אלקטרולומינסנטי של סילבניה כחלק מממשק המקלדת לתצוגה (DSKY).

 תאורה אחורית בצגים 
ממוזער|שעון LCD דיגיטלי של Casio עם תאורה אחורית אלקטרולומיננטית
לוחות אלקטרולומינסנטיים על בסיס זרחן משמשים לעיתים קרובות כתאורה אחורית ב-צגי גביש נוזלי. הם מספקים בקלות תאורה עדינה ואחידה לכל התצוגה תוך צריכת חשמל מועטה יחסית. זה הופך אותם לנוחים למכשירים המופעלים על ידי סוללות כמו זימוניות, שעוני יד ותרמוסטטים מבוקרים על ידי מחשב, וזוהרם הירוק-ציאן העדין נפוץ בעולם הטכנולוגי.

להפעלת התאורות האחוריות המבוססות EL נדורש מתח גבוה יחסית (בין 60 ל-600 וולט).Donald G. Fink and H. Wayne Beaty, Standard Handbook for Electrical Engineers, Eleventh Edition, McGraw-Hill, New York, 1978,  pp 22-28 עבור מכשירים המופעלים על ידי סוללה, מתח זה צריך להיווצר על ידי ממיר זרם בתוך המכשיר. ממיר זה משמיע לעיתים קרובות צליל יללה או צפירה חלש בזמן שהתאורה האחורית מופעלת. להתקנים הפועלים על מתח קו, הוא מסופק ישירות מקו החשמל. פנסי לילה אלקטרולומינסנטיים פועלים בצורה זו. הבהירות ליחידת שטח עולה עם הגדלת המתח והתדר.

שכבות דקות אלקטרולומינסנטיות מבוססות זרחן מוסחרו לראשונה במהלך שנות השמונים על ידי שארפ ביפן,  בפינלנד, ו בהילסבורו, אורגון. למכשירים אלה פליטת אור בהירה וארוכת חיים הודות שכבה דקה של אבץ גופרתי מאולח במנגן הפולט אור צהוב. תצוגות בטכנולוגיה זו יוצרו ליישומים רפואיים ולכלי רכב שבהם קשיחות וזוויות צפייה רחבות היו מכריעות, ותצוגות גביש נוזלי לא היו מפותחות היטב. בשנת 1992, טיימקס הציגה את תצוגת ה־Indiglo EL שלה בכמה שעונים.

מאוחר יותר פותחו חומרים אלקטרולומינסנטיים בצורת שכבה דקה הפולטים צבע כחול, אדום וירוק המציעים את הפוטנציאל לחיים ארוכים ותצוגות אלקטרולומינסנטיות בצבע מלא.

בשני המקרים, יש לסגור את חומר ה-EL בין שתי אלקטרודות, כשלפחות אחת מהן חייבת להיות שקופה, כדי לאפשר את יציאת האור הנפלט מהחומר. זכוכית המצופה תחמוצת אינדיום ובדיל משמשת בדרך כלל כאלקטרודה הקדמית (השקופה), ואילו האלקטרודה האחורית מצופה מתכת המחזירה את האור. בנוסף, חומרים מוליכים שקופים אחרים, כגון ציפוי בננו-צינורות פחמן או ב יכולים לשמש כאלקטרודה הקדמית.

יישומי התצוגה הם בעיקר פסיביים (כלומר, מתח מונע מקצה התצוגה או מטרנזיסטור בתצוגה). בדומה למגמות LCD, היו גם מסכים של , בהם מוספים מעגלים להארכת משך הפעלת המתח 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 סיסטמס.Ron Khormaei, et al., "High Resolution Active Matrix Electroluminescent Display", Society for Information Display Digest, p. 137, 1994.

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

שכבת EL היא מה שמכונה : שלא כמו במנורות ניאון, מנורות ליבון או נוריות LED, בהירות פני השטח של שכבת ה-EL אינה כיוונית, היא נראית זהה מכל זוויות הראייה. לכן, קשה להשוותה עם זו של 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.
שמאל|ממוזער|1966 לוח מכשיר דודג' צ'רג'ר עם תאורה אלקטרולומינסנטית. קרייזלר הציגה לראשונה מכוניות עם תאורת פאנל EL בשנת 1960.
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 , ולכן אין צורך במעגלים נוספים כדי לווסת את כמות הזרם הזורם דרכם. טכנולוגיה חדשה יותר ליצור מנורות EL מבוססת על זרחן רב-ספקטרלי הפולט אור מ־600 ל־400 ננומטר, תלוי בתדר ההפעלה; זה דומה לאפקט הצבע המשתנה הנראה בגיליון EL של אקווה אך בקנה מידה גדול יותר.

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

תאורה אלקטרולומינסנטית, ובמיוחד חוט אלקטרולומינסנטי (חוט EL), עשתה גם את דרכה לבגדים שכן מעצבים רבים הביאו טכנולוגיה זו לתעשיית הבידור וחיי הלילה.Diana Eng. "Fashion Geek: Clothes Accessories Tech". 2009.

מהנדסים פיתחו "עור" אלקטרולומינסנטי שיכול להימתח יותר משש פעמים מגודלו המקורי תוך שהוא עדיין פולט אור. קבל פולט אור היפר-אלסטי (HLEC) זה יכול לשאת גדול מכפליים עיבור יחסית לזה של תצוגות מתיחות שנבדקו לפניו. הוא מורכב משכבות של אלקטרודות  שקופות, המרבדות גיליון  מבודד. האלסטומר משנה את הזוהר והקיבול כאשר הוא נמתח, מגולגל או מעוות בצורה אחרת. בנוסף ליכולתו לפלוט אור תחת עיבור של יותר מ־480% מגודלו המקורי, הוכח כי ה-HLEC מסוגל להשתלב ב. שלושה לוחות HLEC של שש-שכבות נקשרו זה לזה ליצירת רובוט רך זוחל, כאשר ארבע השכבות העליונות מרכיבות את העור המואר, והשניים התחתונים הם המפעילים הפנאומטיים. גילוי זה עשוי להוביל להתקדמות משמעותית בתחום שירותי הבריאות, התחבורה, התקשורת האלקטרונית ותחומים אחרים.

 ראו גם
 OLED
 האפקט הפוטואלקטרי

 קישורים חיצוניים 

סקירה כללית על טכנולוגיית התצוגה האלקטרומומינסנטית וההתגלות של אלקטרוליומינסנטיות
 הודעה לעיתונות של תאגיד קרייזלר שהציגה תאורה אלקטרולומינסנטית (EL)


 הערות שוליים

קטגוריה:תאורה
קטגוריה:פיזיקה של חומר מעובה
קטגוריה:מקורות אור