Emitery elektroluminescencyjne: urządzenie i zasada działania, rodzaje
Elektroluminescencja zwane luminescencją, wzbudzane przez działanie pola elektrycznego. Zjawisko to występuje w półprzewodnikach i luminoforach krystalicznych — w takich substancjach, których cząsteczki lub atomy mogą przechodzić w stan wzbudzony, gdy przepływa przez nie prąd elektryczny lub pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego.
W rzeczywistości elektroluminescencja wynika z rekombinacji dziur i elektronów w półprzewodniku, w której emitowane są fotony – elektrony półprzewodnika oddają w ten sposób swoją energię. Przed rozpoczęciem rekombinacji dziury i elektrony są rozdzielane. Separację uzyskuje się albo za pomocą wysokoenergetycznych elektronów uzyskanych przez przyspieszenie w silnym polu elektrycznym (w krystalicznych luminoforach paneli elektroluminescencyjnych), albo poprzez aktywację materiału w celu wytworzenia złącza pn (jak w diodach LED). stosuje się elektroluminofor.
Emitery proszku zostały opracowane po raz pierwszy w 1952 r.Stanowią wielowarstwową konstrukcję, u podstawy której znajduje się plastikowa lub szklana płyta nośna.
Na płytkę nakłada się kolejno: przewodzącą przezroczystą elektrodę wykonaną z tlenków metali (SnO2, InO2, CdO), następnie warstwę elektroluminoforu o grubości 25-100 μm, następnie ochronną warstwę dielektryczną (SiO, SiO2 lub lakier), następnie nieprzezroczysta elektroda metalowa. Fosfor to siarczek cynku lub selenek cynku aktywowany do jasności przez zanieczyszczenia manganem, miedzią lub innymi pierwiastkami.
Polikryształy siarczku cynku (kulki) są sprzężone ze sobą za pomocą żywic organicznych o wysokiej stałej dielektrycznej. Dlatego proszkowy emiter elektroluminescencyjny do działania wymaga napięcia przemiennego o częstotliwości od 400 do 1400 Hz przy napięciu wzbudzenia od 90 do 140 woltów.
Filmowe emitery elektroluminescencyjne, w przeciwieństwie do proszku, zawierają między elektrodami polikrystaliczną warstwę elektroluminescencyjnego luminoforu o grubości około 0,2 μm, którą uzyskuje się przez odparowanie termiczne i osadzanie próżniowe.
W takim elektroluminoforze nie ma dielektryka, dlatego emitery filmowe pracują przy stałym napięciu, a ich poziom napięcia roboczego jest niższy niż w przypadku proszkowych - tylko od 20 do 30 woltów. Aby zwiększyć światło i jasność, a także zmienić kolor, luminofor filmu jest aktywowany za pomocą fluorków metali ziem rzadkich.
Trójwarstwowy emiter filmowy powstał w 1974 roku. Zawiera dwie warstwy izolacyjne (Y2O3 i Si3N4) o wysokiej stałej dielektrycznej.
Charakterystycznymi parametrami emiterów elektroluminescencyjnych są: jasność efektywna, charakterystyka jasności, częstotliwość zmiany jasności, zależność jasności efektywnej od częstotliwości i widma emitowanego światła.
Efektywna jasność emiterów proszkowych jest określana przy określonej częstotliwości i wartości napięcia zasilania przemiennego odpowiadającej gęstości prądu.
Charakterystyka jasności odzwierciedla zależność jasności od napięcia; ekrany matrycowe o wysokim kontraście budowane są w oparciu o emitery o bardzo nieliniowej charakterystyce.
Emitery filmowe zapewniają wyższy kontrast i rozdzielczość niż emitery proszkowe Wielokrotne zmiany luminancji — w rzeczywistości — stromość charakterystyki luminancji, gdy napięcie zasilania jest podwojone; w proszku osiąga 25, w filmie — 1000. Widmo, a właściwie kolor, określają aktywatory dodane do luminoforu.
Wady emiterów elektroluminescencyjnych obejmują duże różnice w parametrach. Ponadto jasność podczas ich pracy zmniejsza się nawet 3-krotnie w ciągu 4000 godzin. Dotyczy to jednak pierwszych elektroluminoforów o dużych cząstkach.
Najnowsze nowoczesne elektroluminofory mają wielkość cząstek 12-18 nm, przy nich jasność wzrasta do 300 cd, a spadek jasności o 20% w ciągu pierwszych 40 godzin pracy regulowany jest parametrami zasilania (częstotliwość i napięcie wzbudzenia) , a żywotność w ten sposób sięga 12000 godzin...
Różne konstrukcje nieprzezroczystych elektrod umożliwiają uzyskanie różnych alfabetycznych, symbolicznych i liczbowych form wyświetlania informacji za pomocą emiterów elektroluminescencyjnych, aby wykorzystać tę specjalne ekrany matrycowe.
Panele elektroluminescencyjne są dostępne w postaci cienkich warstw materiałów nieorganicznych lub organicznych. Kolor blasku krystalicznych luminoforów zależy od aktywującego zanieczyszczenia.Zasadniczo taki panel to płaski kondensator zasilany napięciem od 60 do 600 woltów uzyskanym z wbudowanej przetwornicy napięcia.
Jako materiały elektroluminescencyjne stosowane są: III-V InP, GaAs, GaN (w diodach LED), siarczek cynku aktywowany srebrem lub miedzią w postaci proszku (daje niebiesko-zieloną poświatę), a dla uzyskania poświaty żółto-pomarańczowej cynk wykorzystuje se siarczek aktywowany manganem.
Wyświetlacz elektroluminescencyjny (ELD) — specjalny rodzaj wyświetlacza utworzony przez warstwę materiału elektroluminescencyjnego składającego się ze specjalnie przetworzonych kryształów luminoforu lub GaAs pomiędzy dwiema warstwami przewodnika (między cienką elektrodą aluminiową a przezroczystą elektrodą). Po przyłożeniu napięcia przemiennego do przewodów materiał elektroluminescencyjny zaczyna świecić.
Panele, wyświetlacze, przewody itp. — szeroko stosowane w elektronice użytkowej i oświetleniu oświetlacze elektroluminescencyjne… Służą do podświetlania wyświetlaczy LCD, wag różnych urządzeń, klawiatur, a także wykorzystywane są do dekoracyjnego projektowania krajobrazów i obiektów architektonicznych.
Grafika z wyświetlaczy elektroluminescencyjnych, syntetyzujących znaki, charakteryzująca się wysoką jakością obrazu, dobrym kontrastem, wysoką częstotliwością odświeżania i słabą wrażliwością na temperaturę. Dzięki tym właściwościom znajdują zastosowanie w przemyśle wojskowym, medycznym i innych.