エレクトロルミネセンス

エレクトロルミネセンス（EL）は、電流の通過または強い電界に反応して物質が光を発する光学的かつ電気的現象です。これは、熱（白熱）、化学反応（化学発光）、液体中の反応（電気化学発光）、音（ソノルミネセンス）、またはその他の機械的作用（機械発光）に起因する黒体発光、または有機エレクトロルミネセンスとは異なります。

エレクトロルミネセンスは、通常は半導体である材料内での電子と正孔の放射再結合の結果です。励起された電子は、そのエネルギーを光子（光）として放出します。再結合の前に、電子と正孔は、材料にドーピングしてpn 接合を形成するか（発光ダイオードなどの半導体エレクトロルミネセンスデバイスの場合）、または強い電界によって加速された高エネルギー電子の衝撃による励起によって分離されます（エレクトロルミネセンスディスプレイの蛍光体の場合など）。

最近、太陽電池の光電気変換効率（開放電圧の向上）が向上すると、電気光変換効率（EL）も向上することが示されました。^[1]

EL 技術は、ネオンや蛍光灯などの競合する照明技術に比べて消費電力が低くなっています。このことと材料の薄さにより、EL 技術は広告業界にとって価値の高いものとなっています。関連する広告用途には、EL の看板や標識などがあります。EL メーカーは、EL シートのどの領域をいつ点灯させるかを正確に制御できます。これにより、広告主は従来の広告スペースと互換性のある、よりダイナミックな広告を作成できるようになりました。

EL フィルムはいわゆるランバート放射体です。ネオンランプ、フィラメントランプ、LED とは異なり、表面の明るさはどの角度から見ても同じに見えます。つまり、電界発光は指向性がありません。表面から放射される光は完全に均質で、目によく認識されます。EL フィルムは、帯域幅が非常に狭く、均一で遠くからでも見える単一周波数 (単色) の光を生成します。

原理的には、EL ランプはどんな色でも作ることができます。しかし、一般的に使用される緑がかった色は、人間の視覚のピーク感度にほぼ一致しており、最小の電力入力で最大の見かけの光出力を生み出します。ネオンランプや蛍光灯とは異なり、EL ランプは負抵抗デバイスではないため、流れる電流量を調整するための追加回路は必要ありません。現在使用されている新しい技術は、 駆動周波数に応じて 600 ～ 400 nm の光を発するマルチスペクトル蛍光体に基づいています。これは、アクア EL シートで見られる色の変化効果に似ていますが、より大規模です。

電界発光デバイスは、有機または無機の電界発光材料を使用して製造されます。活性材料は、通常、光の放出を可能にするのに十分な帯域幅を持つ半導体です。

最も一般的な無機薄膜 EL (TFEL) は、黄橙色発光の ZnS:Mn です。EL 材料の例としては、次のものがあります。

• 銅（緑色の光を発する）または銀（明るい青色の光を発する）を添加した粉末硫化亜鉛
• マンガンを添加した硫化亜鉛薄膜（オレンジレッド色を生成）
• 天然のブルーダイヤモンド。ドーパントとして作用する微量のホウ素が含まれています。
• インジウムリン（InP）、ガリウムヒ素（GaAs）、窒化ガリウム（GaN）などのIII族およびV族元素を含む半導体（発光ダイオード）。
• _{[Ru(bpy) 3} ] ²⁺ (PF ₆ ⁻ ) ₂（bpyは2,2'-ビピリジン）などの特定の有機半導体
• 酸化テルビウム（黄緑色光）^[2]

最も一般的な電界発光 (EL) デバイスは、粉末 (主に照明用途に使用) または薄膜(情報ディスプレイ用) のいずれかで構成されています。

発光コンデンサ（LEC）は、少なくとも1961年^[3]からエレクトロルミネセンスパネルを表すために使用されている用語です。ゼネラルエレクトリックは、 1938年にフラットエレクトロルミネセンスパネルの特許を取得しており、現在でも夜間照明や計器パネルディスプレイのバックライトとして使用されています。エレクトロルミネセンスパネルは、外側のプレート間の誘電体が蛍光体であり、コンデンサが充電されると光子を発するコンデンサです。接点の1つを透明にすることで、露出した大きな領域が発光します。^[4]

各ゲージ ポインターが個別の光源でもある、自動車の計器パネルのエレクトロルミネセンス バックライトは、1960 年にクライスラーとインペリアルの乗用車で生産が開始され、1967 年までクライスラーの複数の車両で引き続き採用され、「パネル ライティング」として販売されました。

マサチューセッツ州セーラムとダンバースのシルバニア照明部門は、クライスラーの計器盤が生産開始されたのとほぼ同時期に、パネルセントという商標で EL ナイトライトを製造、販売しました。これらのランプは極めて信頼性が高く、サンプルの中には 50 年近く連続稼働した後でもまだ機能しているものがあることが知られています。^{[いつ? ]}

1960年代後半には、マサチューセッツ州ニーダムのシルバニア社電子システム部門が、ペンシルバニア州エンポリアムのシルバニア社電子管部門が製造した電界発光ディスプレイパネルを使用して、アポロ月着陸船と司令船用のいくつかの計器を開発・製造した。マサチューセッツ州サドベリーのレイセオン社は、シルバニア社の電界発光ディスプレイパネルをディスプレイキーボードインターフェース ( DSKY ) の一部として使用したアポロ誘導コンピュータを 製造した。

粉末リン光体ベースの発光パネルは、液晶ディスプレイのバックライトとしてよく使用されています。比較的少ない電力を消費しながら、ディスプレイ全体を穏やかで均一な照明で照らします。このため、ポケベル、腕時計、コンピューター制御のサーモスタットなどの電池駆動のデバイスに便利で、その穏やかな緑がかった青緑色の輝きは、テクノロジーの世界でよく見られます。

ELバックライトには比較的高い電圧（60～600ボルト）が必要です。^[5]電池駆動のデバイスの場合、この電圧はデバイス内の昇圧コンバータ回路によって生成する必要があります。このコンバータは、バックライトが点灯している間、かすかに聞こえるキーンという音やサイレン音を発します。ライン電圧駆動のデバイスは、電源ラインから直接起動できます。一部のエレクトロルミネセントナイトライトは、この方法で動作します。単位面積あたりの明るさは、電圧と周波数の増加とともに増加します。^[5]

薄膜蛍光体エレクトロルミネセンスは、1980 年代に日本のシャープ、フィンランドのフィンラックス(Oy Lohja Ab)、米国のプラナー システムズによって初めて商品化されました。これらのデバイスでは、明るく長寿命の発光が、薄膜の黄色発光マンガン添加硫化亜鉛材料で実現されています。この技術を使用したディスプレイは、耐久性と広い視野角が重要で、液晶ディスプレイが十分に開発されていなかった医療および車両用途向けに製造されました。1992 年に、タイメックスは一部の時計にインディグロEL ディスプレイを導入しました。

最近、^{[いつ? ]}長寿命でフルカラーの電界発光ディスプレイを実現する可能性のある、青、赤、緑の発光薄膜電界発光材料が開発されました。

EL 材料は 2 つの電極の間に封入する必要があり、生成された光を逃がすために少なくとも 1 つの電極は透明でなければなりません。前面 (透明) 電極としては通常、インジウムスズ酸化物でコーティングされたガラスが使用され、背面電極は反射金属でコーティングされます。さらに、カーボンナノチューブコーティングやPEDOTなどの他の透明導電性材料を前面電極として使用することもできます。

ディスプレイの用途は主にパッシブです（電圧はディスプレイの端から駆動されます。ディスプレイ上のトランジスタから駆動されるのとは異なります）。LCDのトレンドと同様に、アクティブマトリックスEL（AMEL）ディスプレイも実証されており、各ピクセルの電圧を延長する回路が追加されています。TFELのソリッドステートの性質により、シリコン基板上にも非常に頑丈で高解像度のディスプレイを製造できます。1280×1024、1000ライン/インチ（LPI）を超えるAMELディスプレイが、Planar Systemsを含むコンソーシアムによって実証されています。^{[6] [7]}

厚膜誘電体発光 技術（TDEL）は、カナダのiFire Technology Corp.が開発した蛍光体ベースのフラットパネルディスプレイ技術です。TDELは、厚膜プロセスと薄膜プロセスの両方を組み合わせた無機電界発光（IEL）技術に基づいています。 ^[8] TDEL構造はガラスまたはその他の基板で作られ、2組の電極の間に挟まれた厚膜誘電体層と薄膜蛍光体層で構成され、ピクセルのマトリックスを作成します。このマトリックス内の無機蛍光体は、交流電界の存在下で発光します。

カラー・バイ・ブルー（CBB）は2003年に開発されました。^[9]カラー・バイ・ブルーのプロセスは、以前のトリプルパターンプロセスよりも高い輝度と優れた性能を実現し、コントラスト、グレースケールの表現、パネル全体の色の均一性が向上しています。カラー・バイ・ブルーは、光ルミネセンスの物理学に基づいています。高輝度の無機青色蛍光体を特殊な色変換材料と組み合わせて使用​​します。この材料は青色光を吸収し、赤色または緑色光を再放射して他の色を生成します。

電界発光照明は現在、空中からの視認性を高めるために車両の屋根に英数字を表示する公共安全識別の用途として使用されている。^[10]

電界発光照明、特に電界発光ワイヤー（ELワイヤー）は、多くのデザイナーがこの技術をエンターテイメントやナイトライフ業界に持ち込んだため、衣類にも取り入れられるようになりました。^{[11] 2006年からは、オーディオ}イコライザーを模した電界発光パネルを備えたTシャツ（T-Qualizer）が短期間人気を博しました。^[12]

エンジニアたちは、発光しながら元のサイズの 6 倍以上に伸びるエレクトロルミネセンス「スキン」を開発した。この超弾性発光コンデンサ (HLEC) は、これまでテストされた伸縮性ディスプレイの 2 倍以上の歪みに耐えることができる。これは、絶縁性エラストマー シートを挟んだ透明ハイドロゲル電極の層で構成されている。エラストマーは、伸ばしたり、丸めたり、その他の変形をすると、輝度と静電容量が変化する。元のサイズの 480% を超える歪みの下で発光する能力に加えて、このグループの HLEC はソフト ロボットシステムに統合できることが示された。3 つの 6 層 HLEC パネルが結合されて這うソフト ロボットが作られ、上部の 4 層が発光スキン、下部の 2 層が空気圧アクチュエータになっている。この発見は、医療、輸送、電子通信などの分野で大きな進歩につながる可能性がある。^[13]

• 光源一覧
• 有機EL
• 光電効果

• エレクトロルミネセンスディスプレイ技術の概要とエレクトロルミネセンスの発見 2012-04-30 にWayback Machineでアーカイブ
• クライスラー社のプレスリリース、パネルセント（EL）照明の導入、2006年11月12日アーカイブ、Wayback Machine
• 1959年9月8日。2006年11月12日にWayback Machineにアーカイブされました。