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 de un campo eléctrico intenso . 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 de la electroluminiscencia orgánica.
La electroluminiscencia es el resultado de la recombinación radiactiva 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 la excitación por impacto de electrones de alta energía acelerados por un campo eléctrico fuerte (como ocurre 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 vallas publicitarias y letreros electroluminiscentes. Los fabricantes de EL pueden controlar con precisión qué áreas de una lámina electroluminiscente se iluminan y cuándo. Esto ha brindado a los anunciantes la capacidad de crear publicidad más dinámica que aún es compatible con los espacios publicitarios tradicionales.
Una película EL es un radiador lambertiano : a diferencia de las lámparas de neón, las lámparas de filamento o los LED, el brillo de la superficie parece el mismo desde todos los ángulos de visión; la luz electroluminiscente no es direccional. La luz emitida desde la superficie es perfectamente homogénea y se percibe bien a simple vista. La película EL produce una luz de una sola frecuencia (monocromática) que tiene un ancho de banda muy estrecho, es uniforme y visible desde una gran distancia.
En principio, las lámparas EL pueden fabricarse en cualquier color. Sin embargo, el color verdoso que se utiliza habitualmente se asemeja mucho a la sensibilidad máxima de la visión humana, produciendo la mayor salida de luz aparente con el menor consumo 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 necesita ningún circuito adicional para regular la cantidad de corriente que fluye a través de ellas. Una nueva tecnología que se utiliza actualmente se basa en fósforos multiespectrales que emiten luz de 600 a 400 nm según la frecuencia de accionamiento; esto es similar al efecto de cambio de color que se observa con las láminas EL de color aguamarina, pero a mayor escala.
Los dispositivos electroluminiscentes se fabrican utilizando materiales electroluminiscentes orgánicos o inorgánicos. Los materiales activos son generalmente semiconductores con un ancho de banda lo suficientemente amplio como para permitir la salida de la luz.
La capa delgada inorgánica más típica es la de ZnS:Mn, con emisión de color amarillo anaranjado. Algunos ejemplos de la gama de materiales EL son:
Los dispositivos electroluminiscentes (EL) más comunes están compuestos de polvo (utilizado principalmente en aplicaciones de iluminación) o películas delgadas (para pantallas de información).
El término "condensador emisor de luz " o LEC (Light-emitting capacitor ) se utiliza desde al menos 1961 [3] para describir los paneles electroluminiscentes. General Electric tiene patentes que datan de 1938 sobre paneles electroluminiscentes planos que todavía se fabrican como luces nocturnas y luces de fondo para las pantallas de los paneles de instrumentos . Los paneles electroluminiscentes son un condensador en el que el dieléctrico entre las placas exteriores es un fósforo que emite fotones cuando el condensador está cargado. Al hacer transparente uno de los contactos, la gran área expuesta emite luz. [4]
La retroiluminación electroluminiscente del panel de instrumentos automotriz, en la que cada indicador es también 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 confiables, y se sabe que algunas muestras aún funcionan después de casi 50 años de funcionamiento continuo. [ ¿Cuándo? ]
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 Apolo 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 Guía Apolo , que utilizaba un panel de visualización electroluminiscente de Sylvania como parte de su interfaz de pantalla-teclado ( DSKY ).
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Los paneles electroluminiscentes basados en fósforo en polvo se utilizan con frecuencia como retroiluminación para pantallas de cristal líquido . Proporcionan 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 resplandor verde cian es común en el mundo tecnológico.
Las luces de fondo EL requieren un voltaje relativamente alto (entre 60 y 600 voltios). [5] En el caso de los dispositivos que funcionan con baterías, este voltaje debe generarse mediante un circuito convertidor elevador dentro del dispositivo. Este convertidor suele emitir un zumbido o un sonido de sirena apenas audible mientras se activa la luz de fondo. Los dispositivos que funcionan 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. [5]
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 los EE. UU. En estos dispositivos, se logra una emisión de luz brillante y de larga duración en un material de sulfuro de zinc dopado con manganeso que emite amarillo en una película delgada . Las pantallas que utilizan esta tecnología se fabricaron para aplicaciones médicas y de vehículos donde la robustez y los ángulos de visión amplios 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 luz azul, roja y verde y que ofrecen el potencial de brindar una larga vida útil y pantallas electroluminiscentes a todo color.
El material EL debe estar encerrado entre dos electrodos y al menos uno de ellos debe ser transparente para permitir el escape de la luz producida. El vidrio recubierto con óxido de indio y estaño se utiliza comúnmente como electrodo frontal (transparente), mientras que el electrodo posterior está recubierto con metal reflectante. Además, se pueden utilizar otros materiales conductores transparentes, como recubrimientos de nanotubos de carbono o PEDOT , como electrodo frontal.
Las aplicaciones de visualización son principalmente pasivas (es decir, los voltajes se controlan desde el borde de la pantalla, en lugar de desde un transistor en la pantalla). De manera similar a las tendencias de LCD, también se han demostrado pantallas Active Matrix EL (AMEL), donde se agrega el circuito para prolongar los voltajes en cada píxel. La naturaleza de estado sólido de TFEL permite fabricar una pantalla muy resistente y de alta resolución incluso en sustratos de silicio. Un consorcio que incluye a Planar Systems ha demostrado pantallas AMEL de 1280 × 1024 a más de 1000 líneas por pulgada (LPI). [6] [7]
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 la tecnología electroluminiscente inorgánica (IEL) que combina procesos de película gruesa y delgada. [8] La estructura TDEL está hecha con vidrio u otros sustratos, y consta de 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. [9] El proceso Color By Blue logra una mayor luminancia y un mejor rendimiento que el proceso de triple patrón 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 . Se utiliza fósforo azul inorgánico de alta luminancia en combinación con materiales de conversión de color especializados, 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 implica caracteres alfanuméricos en el techo de los vehículos para una visibilidad clara desde una perspectiva aérea. [10]
La iluminación electroluminiscente, especialmente el cable electroluminiscente (cable EL), también ha llegado a la ropa, ya que muchos diseñadores han llevado esta tecnología a la industria del entretenimiento y la vida nocturna. [11] A partir de 2006, las camisetas con un panel electroluminiscente estilizado como un ecualizador de audio , el T-Qualizer, vieron un breve período de popularidad. [12]
Los ingenieros han desarrollado una "piel" electroluminiscente que puede estirarse más de seis veces su tamaño original sin dejar de emitir luz. Este condensador hiperelástico emisor de luz (HLEC) puede soportar más del doble de tensión que las pantallas extensibles probadas anteriormente. Consiste en capas de electrodos de hidrogel transparentes intercaladas 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 blando que se arrastra, con las cuatro capas superiores formando la piel luminosa y las dos inferiores los actuadores neumáticos. El descubrimiento podría conducir a avances significativos en la atención sanitaria, el transporte, la comunicación electrónica y otras áreas. [13]