La electroluminiscencia ( EL ) es un fenómeno óptico y eléctrico , en el que un material emite luz en respuesta al paso de una corriente eléctrica o a un fuerte campo eléctrico . Esto es distinto de la emisión de luz del cuerpo negro resultante del calor ( incandescencia ), reacciones químicas ( quimioluminiscencia ), reacciones en un líquido ( electroquimioluminiscencia ), sonido ( sonoluminiscencia ) u otra acción mecánica ( mecanoluminiscencia ) o electroluminiscencia orgánica.
La electroluminiscencia es el resultado de la recombinación radiativa de electrones y huecos en un material, generalmente un semiconductor . Los electrones excitados liberan su energía en forma de fotones : luz. Antes de la recombinación, los electrones y los huecos pueden separarse ya sea dopando el material para formar una unión pn (en dispositivos electroluminiscentes semiconductores como los diodos emisores de luz ) o mediante excitación por impacto de electrones de alta energía acelerados por un campo eléctrico fuerte (como con los fósforos en las pantallas electroluminiscentes ).
Recientemente se ha demostrado que a medida que una célula solar mejora su eficiencia de conversión de luz a electricidad (voltaje de circuito abierto mejorado), también mejorará su eficiencia de conversión de electricidad a luz (EL). [1]
Las tecnologías electroluminiscentes tienen un bajo consumo de energía en comparación con las tecnologías de iluminación de la competencia, como las lámparas de neón o fluorescentes. Esto, junto con la delgadez del material, ha hecho que la tecnología EL sea valiosa para la industria publicitaria. Las aplicaciones publicitarias relevantes incluyen carteles y carteles electroluminiscentes. Los fabricantes de EL pueden controlar con precisión qué áreas de una lámina electroluminiscente se iluminan y cuándo. Esto ha dado a los anunciantes la posibilidad de crear publicidad más dinámica que sigue siendo compatible con los espacios publicitarios tradicionales.
Una película EL es el llamado radiador lambertiano : a diferencia de las lámparas de neón, de incandescencia o LED, el brillo de la superficie parece igual desde todos los ángulos de visión; La luz electroluminiscente no es direccional. La luz emitida desde la superficie es perfectamente homogénea y bien percibida por el ojo. La película EL produce luz de frecuencia única (monocromática) que tiene un ancho de banda muy estrecho, es uniforme y visible desde una gran distancia.
En principio, las lámparas EL se pueden fabricar en cualquier color. Sin embargo, el color verdoso comúnmente utilizado se asemeja mucho a la sensibilidad máxima de la visión humana, produciendo la mayor salida de luz aparente con la menor entrada de energía eléctrica. A diferencia de las lámparas de neón y fluorescentes, las lámparas EL no son dispositivos de resistencia negativa , por lo que no se necesitan circuitos adicionales para regular la cantidad de corriente que fluye a través de ellas. Una nueva tecnología que se utiliza ahora se basa en fósforos multiespectrales que emiten luz de 600 a 400 nm dependiendo de la frecuencia de excitación; Esto es similar al efecto de cambio de color que se observa con la lámina Aqua EL, pero a mayor escala.
Los dispositivos electroluminiscentes se fabrican utilizando materiales electroluminiscentes orgánicos o inorgánicos. Los materiales activos son generalmente semiconductores de ancho de banda lo suficientemente amplio como para permitir la salida de la luz.
El EL inorgánico de película delgada (TFEL) más típico es el ZnS:Mn con emisión de color amarillo anaranjado. Ejemplos de la gama de material EL incluyen:
Los dispositivos electroluminiscentes (EL) más comunes están compuestos de polvo (utilizado principalmente en aplicaciones de iluminación) o películas delgadas (para pantallas de información).
Condensador emisor de luz , o LEC , es un término utilizado desde al menos 1961 [2] para describir paneles electroluminiscentes. General Electric tiene patentes que datan de 1938 sobre paneles electroluminiscentes planos que todavía se fabrican como luces nocturnas y retroiluminación para pantallas de paneles de instrumentos . Los paneles electroluminiscentes son un condensador donde el dieléctrico entre las placas exteriores es un fósforo que emite fotones cuando se carga el condensador. Al hacer transparente uno de los contactos, la gran superficie expuesta emite luz. [3]
La retroiluminación electroluminiscente del panel de instrumentos del automóvil, en la que cada indicador también es una fuente de luz individual, entró en producción en los automóviles de pasajeros Chrysler e Imperial de 1960, y continuó con éxito en varios vehículos Chrysler hasta 1967 y se comercializó como "Iluminación Panelescente".
La División de Iluminación de Sylvania en Salem y Danvers, Massachusetts , produjo y comercializó una luz nocturna EL, bajo el nombre comercial Panelescent aproximadamente al mismo tiempo que los paneles de instrumentos de Chrysler entraron en producción. Estas lámparas han demostrado ser extremadamente fiables y se sabe que algunas muestras siguen funcionando después de casi 50 años de funcionamiento continuo. [ ¿cuando? ]
Más tarde, en la década de 1960, la División de Sistemas Electrónicos de Sylvania en Needham, Massachusetts, desarrolló y fabricó varios instrumentos para el Módulo Lunar y el Módulo de Comando Apollo utilizando paneles de visualización electroluminiscentes fabricados por la División de Tubos Electrónicos de Sylvania en Emporium, Pensilvania . Raytheon en Sudbury, Massachusetts, fabricó la computadora de orientación Apollo , que utilizaba un panel de visualización electroluminiscente de Sylvania como parte de su interfaz pantalla-teclado ( DSKY ).
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Los paneles electroluminiscentes a base de fósforo en polvo se utilizan con frecuencia como retroiluminación para pantallas de cristal líquido . Proporcionan fácilmente una iluminación suave y uniforme para toda la pantalla y consumen relativamente poca energía eléctrica. Esto los hace convenientes para dispositivos que funcionan con baterías, como buscapersonas, relojes de pulsera y termostatos controlados por computadora, y su suave brillo verde cian es común en el mundo tecnológico.
Las luces de fondo EL requieren un voltaje relativamente alto (entre 60 y 600 voltios). [4] Para dispositivos que funcionan con baterías, este voltaje debe ser generado por un circuito convertidor elevador dentro del dispositivo. Este convertidor a menudo emite un zumbido o un sonido de sirena débilmente audible mientras la luz de fondo está activada. Los dispositivos operados con voltaje de línea pueden activarse directamente desde la línea eléctrica; Algunas luces nocturnas electroluminiscentes funcionan de esta manera. El brillo por unidad de área aumenta con el aumento del voltaje y la frecuencia. [4]
La electroluminiscencia de fósforo de película delgada fue comercializada por primera vez durante la década de 1980 por Sharp Corporation en Japón, Finlux (Oy Lohja Ab) en Finlandia y Planar Systems en Estados Unidos. En estos dispositivos, se logra una emisión de luz brillante y de larga duración en una película delgada de material de sulfuro de zinc dopado con manganeso que emite amarillo . Las pantallas que utilizaban esta tecnología se fabricaban para aplicaciones médicas y de vehículos, donde la robustez y los amplios ángulos de visión eran cruciales y las pantallas de cristal líquido no estaban bien desarrolladas. En 1992, Timex introdujo su pantalla Indiglo EL en algunos relojes.
Recientemente, [ ¿ cuándo? ] Se han desarrollado materiales electroluminiscentes de película delgada que emiten azul, rojo y verde y que ofrecen el potencial de pantallas electroluminiscentes a todo color y de larga duración.
El material EL debe estar encerrado entre dos electrodos y al menos un electrodo debe ser transparente para permitir el escape de la luz producida. El vidrio recubierto con óxido de indio y estaño se usa comúnmente como electrodo frontal (transparente), mientras que el electrodo posterior está recubierto con metal reflectante. Además, se pueden utilizar como electrodo frontal otros materiales conductores transparentes, como recubrimientos de nanotubos de carbono o PEDOT .
Las aplicaciones de visualización son principalmente pasivas (es decir, los voltajes se activan desde el borde de la pantalla, en comparación con un transistor en la pantalla). De manera similar a las tendencias de LCD, también se han demostrado pantallas Active Matrix EL (AMEL), donde se agregan circuitos para prolongar los voltajes en cada píxel. La naturaleza de estado sólido de TFEL permite una pantalla muy resistente y de alta resolución fabricada incluso sobre sustratos de silicio. Un consorcio que incluye a Planar Systems ha demostrado las pantallas AMEL de 1280 × 1024 a más de 1000 líneas por pulgada (LPI). [5] [6]
La tecnología electroluminiscente dieléctrica de película gruesa ( TDEL ) es una tecnología de pantalla plana basada en fósforo desarrollada por la empresa canadiense iFire Technology Corp. TDEL se basa en tecnología electroluminiscente inorgánica (IEL) que combina procesos de película gruesa y delgada. [7] La estructura TDEL está hecha con vidrio u otros sustratos, que consisten en una capa dieléctrica de película gruesa y una capa de fósforo de película delgada intercalada entre dos conjuntos de electrodos para crear una matriz de píxeles. Los fósforos inorgánicos dentro de esta matriz emiten luz en presencia de un campo eléctrico alterno.
Color By Blue (CBB) se desarrolló en 2003. [8] El proceso Color By Blue logra una mayor luminancia y un mejor rendimiento que el proceso de patrón triple anterior, con mayor contraste, reproducción en escala de grises y uniformidad de color en todo el panel. Color By Blue se basa en la física de la fotoluminiscencia . El fósforo azul inorgánico de alta luminancia se utiliza en combinación con materiales especializados de conversión de color, que absorben la luz azul y reemiten luz roja o verde para generar los otros colores.
La iluminación electroluminiscente se utiliza ahora como una aplicación para la identificación de seguridad pública que incluye caracteres alfanuméricos en el techo de los vehículos para una visibilidad clara desde una perspectiva aérea. [9]
La iluminación electroluminiscente, especialmente el cable electroluminiscente (cable EL), también se ha introducido en la ropa, ya que muchos diseñadores han llevado esta tecnología a la industria del entretenimiento y la vida nocturna. [10] A partir de 2006, las camisetas con un panel electroluminiscente estilizado como un ecualizador de audio , el T-Qualizer, experimentaron un breve período de popularidad. [11]
Los ingenieros han desarrollado una "piel" electroluminiscente que puede estirarse más de seis veces su tamaño original sin dejar de emitir luz. Este condensador emisor de luz hiperelástico (HLEC) puede soportar más del doble de tensión que las pantallas estirables probadas anteriormente. Consiste en capas de electrodos de hidrogel transparentes intercalados con una lámina de elastómero aislante. El elastómero cambia de luminancia y capacitancia cuando se estira, se enrolla o se deforma de otro modo. Además de su capacidad para emitir luz bajo una tensión superior al 480% de su tamaño original, se demostró que el HLEC del grupo era capaz de integrarse en un sistema robótico blando . Se unieron tres paneles HLEC de seis capas para formar un robot suave que se arrastra, con las cuatro capas superiores formando la piel iluminada y las dos inferiores los actuadores neumáticos. El descubrimiento podría conducir a avances significativos en la atención médica, el transporte, las comunicaciones electrónicas y otras áreas. [12]