Electroluminiscencia

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 campo eléctrico intenso . Esto se diferencia de la emisión de luz de cuerpo negro resultante del calor ( incandescencia ), la iluminación con luz ( fotoluminiscencia ), las reacciones químicas ( quimioluminiscencia ), las reacciones en un líquido ( electroquimioluminiscencia ), el sonido ( sonoluminiscencia ) u otra acción mecánica ( mecanoluminiscencia ), o la 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). ^{[ 1 ]} Antes de la recombinación, los electrones y los huecos pueden separarse mediante el dopaje del 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 intenso (como ocurre con los fósforos en las pantallas electroluminiscentes ).

Recientemente se ha demostrado que a medida que una célula solar de CdTe de película delgada mejora su eficiencia de conversión de luz en electricidad (mejora del voltaje de circuito abierto), también mejorará su eficiencia de conversión de electricidad en luz (EL). ^{[ 2 ]}

Las tecnologías electroluminiscentes tienen un consumo energético relativamente bajo en comparación con otras tecnologías de iluminación, como las lámparas de neón o fluorescentes. Esto, junto con la delgadez del material, ha convertido a la tecnología EL en una herramienta valiosa para la industria publicitaria. Entre las aplicaciones publicitarias más relevantes se 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 permitido a los anunciantes crear publicidad más dinámica que, a su vez, 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 es el mismo desde cualquier ángulo; la luz electroluminiscente no es direccional. La luz emitida por la superficie es perfectamente homogénea y se percibe claramente. La película EL produce luz de frecuencia única (monocromática) con un ancho de banda muy estrecho, uniforme y visible a gran distancia.

En principio, las lámparas EL pueden fabricarse en cualquier color. Sin embargo, el color verdoso, de uso común, se ajusta perfectamente a la sensibilidad máxima de la visión humana, produciendo la mayor luminosidad 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 corriente que las atraviesa. Una nueva tecnología que se está utilizando actualmente se basa en fósforos multiespectrales que emiten luz de 600 a 400  nm según la frecuencia de excitación; esto es similar al efecto de cambio de color que se observa en las láminas EL de color aguamarina, pero a mayor escala.

Los dispositivos electroluminiscentes se fabrican utilizando materiales electroluminiscentes orgánicos o inorgánicos. Los materiales activos suelen ser semiconductores con un ancho de banda lo suficientemente amplio como para permitir la salida de la luz.

El electroluminiscente de película delgada inorgánico (TFEL) más típico es el ZnS:Mn con emisión amarillo-anaranjada. Algunos ejemplos de la gama de materiales electroluminiscentes incluyen:

• Sulfuro de zinc en polvo dopado con cobre (que produce luz verdosa) o plata (que produce luz azul brillante).
• Película delgada de sulfuro de zinc dopada con manganeso (que produce un color rojo anaranjado).
• Diamante azul natural , que contiene trazas de boro que actúan como dopante.
• Semiconductores que contienen elementos del Grupo III y del Grupo V, como el fosfuro de indio (InP) , el arseniuro de galio (GaAs) y el nitruro de galio (GaN) ( diodos emisores de luz ).
• Ciertos semiconductores orgánicos , como [Ru(bpy) ₃ ] ²⁺ (PF ₆ ⁻ ) ₂ , donde bpy es 2,2'-bipiridina
• Óxido de terbio (luz amarillo-verdosa) ^{[ 3 ]}

Los dispositivos electroluminiscentes (EL) más comunes están compuestos de polvo (utilizado principalmente en aplicaciones de iluminación) o de películas delgadas (para pantallas de información).

Condensador emisor de luz (LEC)

El término condensador emisor de luz , o LEC , se utiliza desde al menos 1961 ^{[ 4 ]} para describir paneles electroluminiscentes. General Electric posee patentes de 1938 sobre paneles electroluminiscentes planos que aún se fabrican como luces nocturnas y retroiluminación para pantallas de paneles de instrumentos . Los paneles electroluminiscentes son condensadores cuyo dieléctrico entre las placas exteriores es un fósforo que emite fotones al cargarse. Al hacer transparente uno de los contactos, la gran superficie expuesta emite luz. ^{[ 5 ]}

La retroiluminación electroluminiscente del panel de instrumentos de los automóviles, donde cada aguja del indicador era también una fuente de luz individual, entró en producción en los automóviles de pasajeros Chrysler e Imperial de 1960, y se continuó utilizando con éxito en varios vehículos Chrysler hasta 1967, comercializándose como "Panelescent Lighting".

Retroiluminación de la pantalla

Los paneles electroluminiscentes a base de fósforo en polvo se utilizan frecuentemente como retroiluminación para pantallas de cristal líquido . Proporcionan una iluminación suave y uniforme en toda la pantalla con un consumo eléctrico relativamente bajo. Esto los hace ideales para dispositivos que funcionan con baterías, como buscapersonas, relojes de pulsera y termostatos controlados por ordenador, y su suave brillo verde-cian es común en el mundo tecnológico.

Las retroiluminaciones EL requieren un voltaje relativamente alto (entre 60 y 600 voltios). ^{[ 6 ]} En los dispositivos que funcionan con baterías, este voltaje debe ser generado por un circuito convertidor elevador dentro del dispositivo. Este convertidor suele emitir un leve zumbido o sonido de sirena mientras la retroiluminación está activada. Los dispositivos que funcionan con voltaje de línea pueden activarse directamente desde la red eléctrica; algunas luces nocturnas electroluminiscentes funcionan de esta manera. El brillo por unidad de área aumenta con el incremento del voltaje y la frecuencia. ^{[ 6 ]}

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 duradera mediante una película delgada de sulfuro de zinc dopado con manganeso que emite luz amarilla . Las pantallas que utilizaban esta tecnología se fabricaron para aplicaciones médicas y automotrices, donde la robustez y los amplios ángulos de visión eran cruciales, y las pantallas de cristal líquido aún no estaban bien desarrolladas. En 1992, Timex presentó su pantalla Indiglo EL en algunos relojes.

Recientemente, se han desarrollado materiales electroluminiscentes de película delgada que emiten luz azul, roja y verde, los cuales ofrecen el potencial para pantallas electroluminiscentes a todo color y de larga duración.

El material electroluminiscente debe estar confinado entre dos electrodos, y al menos uno de ellos debe ser transparente para permitir la salida 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 se recubre 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 generan desde el borde de la pantalla en lugar de desde un transistor en la misma). De forma similar a las tendencias de las pantallas LCD, también se han presentado pantallas de electroluminiscencia de matriz activa (AMEL), donde se añade un circuito para prolongar los voltajes en cada píxel. La naturaleza de estado sólido de TFEL permite fabricar pantallas muy robustas y de alta resolución incluso sobre sustratos de silicio. Un consorcio que incluye a Planar Systems ha presentado pantallas AMEL de 1280 × 1024 con más de 1000 líneas por pulgada (LPI). ^{[ 7 ] [ 8 ]}

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. ^{[ 9 ]} La estructura TDEL se fabrica con vidrio u otros sustratos, y consiste en una capa dieléctrica de película gruesa y una capa de fósforo de película delgada intercaladas 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.

La iluminación electroluminiscente se utiliza ahora como aplicación para la identificación de seguridad pública mediante caracteres alfanuméricos en el techo de los vehículos para una clara visibilidad desde una perspectiva aérea. ^{[ 11 ]}

La iluminación electroluminiscente, especialmente el cable electroluminiscente (cable EL), también se ha abierto camino en la ropa, ya que muchos diseñadores han llevado esta tecnología a la industria del entretenimiento y la vida nocturna. ^{[ 12 ]} Desde 2006, las camisetas con un panel electroluminiscente estilizado como un ecualizador de audio , el T-Qualizer, tuvieron un breve período de popularidad. ^{[ 13 ]}

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 la tensión de las pantallas elásticas probadas anteriormente. Consiste en capas de electrodos de hidrogel transparente que recubren una lámina de elastómero aislante. El elastómero cambia de luminancia y capacitancia al estirarse, enrollarse o deformarse de cualquier otra forma. Además de su capacidad para emitir luz bajo una tensión superior al 480 % de su tamaño original, se demostró que el HLEC del grupo puede integrarse en un sistema robótico blando . Tres paneles HLEC de seis capas se unieron para formar un robot blando que se desplaza, con las cuatro capas superiores conformando la piel luminosa y las dos inferiores los actuadores neumáticos. Este descubrimiento podría dar lugar a avances significativos en la atención médica, el transporte, las comunicaciones electrónicas y otros ámbitos. ^{[ 14 ]}

• Galvanoluminiscencia : Luz producida al hacer pasar una corriente eléctrica a través de un electrolito adecuado. 
• Lista de fuentes de luz : dispositivos y procesos que producen luz. 
• OLED : diodo que emite luz a partir de un compuesto orgánico. 
• Efecto fotoeléctrico : emisión de electrones cuando la radiación electromagnética incide sobre un material. 

• Descripción general de la tecnología de pantallas electroluminiscentes y el descubrimiento de la electroluminiscencia. Archivado el 30/04/2012 en Wayback Machine.
• Comunicado de prensa de Chrysler Corporation presentando la iluminación panelescent (EL) en archivo del 12/11/2006 en Wayback Machine.
• 8 de septiembre de 1959. Archivado el 12 de noviembre de 2006 en Wayback Machine.