Электролюминесценцией называется люминесценция, возбужденная действием электрического поля. Данное явление проявляет себя в полупроводниках и кристаллофосфорах, - в таких веществах, молекулы или атомы которых способны переходить в возбужденное состояние при прохождении через них электрического тока либо под действием приложенного электрического поля.
По сути электролюминесценцией является результат рекомбинации дырок и электронов в полупроводнике, при которой происходит излучение фотонов, - так электроны полупроводника отдают свою энергию. До того как начнется рекомбинация, дырки и электроны разделяются. Разделение достигается либо при помощи электронов с высокой энергией, получаемых путем ускорения сильным электрическим полем (в кристаллофосфорах электролюминесцентных панелей), либо активацией материала для получения p-n-перехода (как в светодиодах). В электролюминесцентных излучателях применяется электролюминесценция электролюминофора.
Порошковые излучатели впервые были разработаны в 1952 году. Они представляют собой многослойную структуру, в основании которой находится пластиковая или стеклянная подложка-пластина.
На пластину наносятся последовательно: проводящий прозрачный электрод из оксидов металлов (SnO2, InO2, CdO), затем 25-100 мкм слой электролюминофора, после — диэлектрический защитный слой (SiO, SiO2 либо лак), потом — непрозрачный металлический электрод. Люминофором служит сульфид цинка или селенид цинка, активируемый для яркости примесями марганца, меди или других элементов.
Поликристаллы (зерна) сульфида цинка сопрягаются друг с другом органическими смолами обладающими высокой диэлектрической проницаемостью. Поэтому для работы порошковому электролюминесцентному излучателю требуется переменное напряжение частотой от 400 до 1400 Гц при напряжении от 90 до 140 вольт для возбуждения.
Пленочные электролюминесцентные излучатели, в отличие от порошковых, содержат между электродами поликристаллическую пленку электролюминофора толщиной порядка 0,2 мкм, которую получают термическим испарением и осаждением в вакууме.
В таком электролюминофоре нет диэлектрика, поэтому пленочные излучатели работают при постоянном напряжении, причем уровень рабочего напряжения у них меньше чем у порошковых — всего от 20 до 30 вольт. Для повышения светоотдачи и яркости, а также для изменения цвета, пленочный люминофор активируют редкоземельными фтористыми материалами.
Трехслойный пленочный излучатель был создан в 1974 году. Он содержит две изоляционные пленки (Y2O3 и Si3N4) обладающие высокой диэлектрической проницаемостью.
Характерными параметрами электолюминесцентных излучателей являются: эффективная яркость, яркостная характеристика, кратность изменения яркости, зависимость эффективной яркости от частоты и спектр излучаемого света.
Эффективная яркость для порошковых излучателей определяется при определенной частоте и величине питающего переменного напряжения, соответствующей плотности тока.
Яркостная характеристика отражает зависимость яркости от напряжения; матричные экраны высокой контрастности строят на базе излучателей с очень нелинейной характеристикой.
Пленочные излучатели дают более высокие контрастность и разрешение чем порошковые. Кратность изменения яркости — по сути — крутизна яркостной характеристики при удвоении напряжения питания; у порошковых она достигает 25, у пленочных — 1000. Спектр, по сути — цвет, определяется активаторами, добавляемыми в люминофор.
К недостаткам электролюминесцентных излучателей относится большой разброс по параметрам. К тому же яркость в процессе их эксплуатации снижается до 3 раз за 4000 часов. Но это относится к первым электролюминофорам с частицами крупного размера.
Новейшие современные электролюминофоры имеют размеры частиц 12-18 нм, с ними яркость повысилась до 300 кд, а снижение яркости на 20% в первые 40 часов эксплуатации регулируется параметрами блока питания (частотой и напряжением возбуждения), и срок службы доходит таким образом до 12000 часов.
Различные конструкции непрозрачных электродов позволяют добиваться при помощи электролюминесцентных излучателей различных буквенных, символьных и цифровых форм отображения информации, строить на этой базе специальные матричные экраны.
Электролюминесцентные панели выпускаются в форме тонких пленок из неорганических или органических материалов. Цвет свечения у кристаллофосфоров зависит от активирующей примеси. В принципе такая панель — это плоский конденсатор, питаемый напряжением от 60 до 600 вольт, получаемым от встроенного преобразователя напряжения.
В качестве электролюминесцентных материалов используют: III—V InP, GaAs, GaN (в светодиодах), активированный серебром или медью сульфид цинка в виде порошка (дает сине-зеленое свечение), а для получения желто-оранжевого свечения используют сульфид цинка активированный марганцем.
Электролюминесцентный дисплей (ELD) — особый тип дисплея, созданный из слоя электролюминесцентного материала, состоящего из специально обработанных кристаллов фосфора или GaAs между двумя слоями проводника (между тонким алюминиевым электродом и прозрачным электродом). При подключении переменного напряжения на проводники электролюминесцентный материал начинает светиться.
Панели, дисплеи, провода и т.д — широко используемые в бытовой электронике и светотехнике электролюминесцентные осветители. Они служат в подсветке ЖК-дисплеев, шкал различных приборов, клавиатур, также применяются для декоративного оформления ландшафта и архитектурных сооружений.
Графические из знакосинтезирующие электролюминесцентные дисплеи отличающиеся высоким качеством даваемого изображения, хорошей контрастностью, высокой скоростью обновления и слабой температурной чувствительностью. Благодаря этим свойствам они применяются в военной, медицинской и других промышленностях.