Usuari:Mcapdevila/Electroluminescència

Animació d'una pantalla de cristall líquid, apagada i amb retroil·luminació per electroluminescència

Espectre d'una font de llum electroluminescent blava/verda. El pic de la longitud d'ona és a 492 nanòmetres i l'amplada total a la meitat del màxim, ATMM, (Full Width at Half Maximumand o FWHM) és al voltant de 85nm.

L'electroluminescència és un fenomen òptic i elèctric pel que un material emet llum en resposta a un corrent elèctric que passa al seu través o a causa d'un camp elèctric fort. És un fenomen diferent del de l'emissió de llum com a resultat de la calor, incandescència, de la llum produïda per efectes químics, quimioluminescència o de la llum generada per l'acció del so, sonoluminescència.

Mecanisme

L'electroluminescència és el resultat d'una emissió espontània d'electrons i forats a un material, habitualment un semiconductor. Els electrons excitats alliberen la seva energia en forma de fotons (llum). Abans de l'emissió els electrons i els forats són separats a causa del dopatge del material semiconductor en forma de junció PN (en el cas dels dispositius electroluminescents basats en semiconductors com els LEDs), o a través de l'excitació causada per l'impacte d'electrons d'alta energia accelerats per un fort camp elèctric (com en el cas del fòsfor de les pantalles electroluminescents).

Exemples de materials electroluminescents

El material dopant determina el color de la llum emesa i el semiconductor necessita d'una amplada de banda prou gran com per permetre la sortida de la llum. Un dels cobriment òptic (Thin Film EL (TFEL)) més habituals és el ZnS:Mn (sulfur de zinc dopat amb manganès) que produeix una emissió de llum groc-taronja. Altres exemples de cobriments òptics en serien:

• Pols de sulfur de zinc dopat amb coure o plata.
• Diamant natural blau (diamant amb impureses de bor que fan de dopant).
• Semiconductors amb dopants del grup del bor o del grup del nitrogen com InP (fosfur d'indi), GaAs (arseniür de gal·li) o GaN (arseniür de nitrogen)
• Semiconductros inorgànics com [Ru(2,2' bipiridina)₃]²⁺(PF₆^-)₂

Aplicacions pràctiques

Un llum electroluminescent en funcionament (utilitza 0,08W a 230V, i data del 1960; diàmetre 59 mm)

Panell d'instruments amb llum electroluminescent d'un Dodge Charger del 1966. La Chrysler va començar a utilitzar aquest tipus d'il·luminació als seus automòbils a partir del 1960.

El dispositius electroluminescents més habituals són els basats en pólvores (especialment utilitzats en aplicacions d'il·luminació) o en cobriments òptics (a les pantalles per a mostrar informació).

Els panells d'instruments retroil·luminat dels automòbils, amb cada indicador amb la seva pròpia font de llum electroluminescent, van començar a produir-se el 1960 per al model Imperial (un vehicle de luxe) de la Chrysler i van se utilitzats per aquesta marca fins al 1967.

La companyia Sylvania va començar a produir i comercialitzar llums basats en l'electroluminescència més o menys al mateix temps que els panells d'instruments de la Chrysler. Aquest tipus de llum, com el de la imatge de la dreta, han demostrar ser molt fiables, fins el punt que alguns exemplars continuen en funcionament després de 50 anys.

Els panells electroluminescents basats en pólvores de fòsfor s'utilitzen habitualment com a retroil·luminació de les pantalles de cristall líquid. Proporcionen il·luminació a tota la pantalla consumint una petita quantitat d'electricitat, això els fa ideals per a ser utilitzats amb dispositius alimentats per bateries com ara els receptors dels sistemes buscapersones, els rellotges o les pantalles dels termòstats, la seva brillantor de color cian és habitual al món de la tecnologia. Tanmateix requereixen d'un voltatge relativament elevat, que en el cas dels dispositius alimentats amb bateries cal que sigui generat a partir d'un circuit convertidor que sovint fa un soroll audible mentre és en funcionament. Això no és necessari en el cas dels dispositius que s'alimenten directament de la xarxa elèctrica.

El cobriment òptic de fòsfor luminescent va ser comercialitzat durant els primers anys de la dècada del 1980 per la companyia japonesa Sharp Corporation, la finlandesa Finlux i la nord-americana Planar Systems. En aquest cas s'utilitzava una pel·lícula de cobriment òptic de sulfur de zinc dopat amb manganès que emetia una llum de color groc. Aquesta tecnologia es va fer servir a les pantalles dels instruments mèdics i a l'automoció.

Més recentment s'han desenvolupat cobriments electroluminescents amb materials que emeten llum blava, vermella i verda durant molt de temps i gran qualitat de color.

En qualsevol cas, el material electroluminescent ha d'estar situat entre dos elèctrode, i un ha de ser transparent per tal de permetre la difusió de la llum generada. Com a frontal transparent s'acostuma a utilitzar un vidre recobert amb òxid d'indi o d'estany mentre que l'elèctrode del darrere és metàl·lic o d'un altre material recobert per un metall reflectiu. Per a l'elèctrode frontal també es poden utilitzar recobriments d'altres materials com nanotubs de carboni o el polietilè-dioxitiofè (PEDOT).

Les tecnologies d'electroluminescència presenten un consum d'energia petit en comparació amb d'altres tecnologies d'il·luminació amb les que competeix, com ara el llums fluorescents o els llums de neó. Això, juntament amb la finesa del material emprat, han fet que aquesta tecnologia pugui ser utilitzada a la indústria de la publicitat en forma de panells informatius i de senyalització. Els fabricants dels sistemes electroluminescents han arribat a controlar de manera precisa les àrees que s'il·luminen de la pel·lícula del cobriment i això ha permès als publicistes la creació d'anuncis molt més dinàmics que són compatibles amb els espais tradicionalment dedicats a la publicitat a les ciutats.

En principi, els llums electroluminescents poden fabricar-se per fer llum de qualsevol color, tanmateix els més utilitzats són d'un color verdós proper al punt de màxima sensibilitat de l'ull humà, amb el que s'aconsegueix el màxim de llum aparent amb un menor consum d'electricitat. A diferència dels llums de neó i els fluorescents, els electroluminescents no presenten l'efecte de la resistència negativa i, en conseqüència no requereixen d'un circuit addicional per tal de regular la quantitat de corrent que els travessa.