К электролюминофорам относятся вещества, обладающие способностью к электролюминесценции, т.е. к свечению, которое возбуждается электрическим полем. Электролюминесценция наблюдается в твердых телах и газах.
Из различных типов электролюминесценции твердых тел наиболее важными являются инжекционная и предпробойная.
Инжекционная электролюминесценция характерна для р-n-перехода в некоторых полупроводниках, например в SiС или GaP, в постоянном электрическом поле, включенном в пропускном направлении. При этом в n-область инжектируются избыточные дырки, а в р- область – электроны (или те и другие в тонкий слой между р- и n- областями). Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в р-n-переходе (рис. 1).
Рис. 1. Схема реализации электролюминесценции в полупроводниковом p-n-переходе: 1, 2 – электроды; 3 – p-n-переход; 4 – излучение
Явление инжекционной электролюминесценции лежит в основе действия светодиодов, которые принципиально отличаются от традиционных источников света, таких как лампы накаливания, люминесцентные и газоразрядные лампы (в них нет ни нити накала, ни газа, они не имеют хрупкой стеклянной колбы).
Первый красный светодиод был создан в американской компании General Electric в 1962 г. В 60-г годы ХХ века такие диоды в основном применялись для производства световых индикаторов в электронных приборах. В начале 70-х годов появились зеленые и желтые светодиоды. Они использовались в наручных часах, калькуляторах, электронных приборах, светофорах. В 1993 г. в японской компании Nichia был создан первый синий светодиод высокой яркости. Так как красный, синий и зеленый являются тремя главными составляющими света, то стало возможным с помощью светодиодов получать любое по цвету освещение, включая белое. Впервые белые светодиоды появились в 1996 г. С конца 90-х годов светодиоды составляют реальную конкуренцию традиционным источникам света. В настоящее время они широко используются в различных системах освещения.
Существует два основных типа светодиодов: индикаторные и осветительные. Индикаторные светодиоды являются маломощными источниками света, пригодными для использования в индикаторных панелях и электронных приборах, для подсветки дисплеев компьютеров или приборных панелей автомобиля. Осветительные светодиоды характеризуются высокой яркостью и мощностью.
Светодиоды состоят из трех основных частей: кристаллического полупроводника на подложке, оптической системы и корпуса с контактными выводами (рис. 2).
Рис. 2. Схема светодиода
Предпробойная электролюминесценция наблюдается, например, в порошкообразном люминофоре ZnS:Cu, помещенном в диэлектрик между обкладками конденсатора, на который подается переменное напряжение (рис. 3).
Рис. 3. Электролюминесцентный конденсатор: 1 – стекло; 2 – прозрачный проводящий слой; 3 – люминофор; 4 – электрод
При этом на обкладках конденсатора в люминофоре происходят процессы, близкие к электрическому пробою: на краях частичек люминофора концентрируется сильное электрическое поле, которое ускоряет свободные электроны. Эти электроны ионизируют атомы. Образовавшиеся в результате ионизации дырки захватываются центрами люминесценции, на которых рекомбинируют электроны при изменении направления поля.
Достоинство порошковых электролюминофоров состоит в том, что с их помощью довольно легко создавать плоские безвакуумные источники света сравнительно большой площади, которые приме-няются в светящихся панелях, табло, управляемых шкалах, мнемонических схемах, твердотельных экранах и т.д. В последние годы разрабатываются тонкопленочные электролюминесцентные излучатели, которые по сравнению с излучателями на основе порошковых люминофоров имеют более высокую яркость, стабильность, разрешающую способность, срок службы, что позволяет эффективно создавать на их основе плоскостные телевизионные экраны и дисплеи.