التألق الكهربائي

التألق الكهربائي ( EL ) ظاهرة بصرية وكهربائية ، حيث ينبعث الضوء من مادة ما استجابةً لمرور تيار كهربائي أو مجال كهربائي قوي . ويختلف هذا عن انبعاث ضوء الجسم الأسود الناتج عن الحرارة ( التوهج )، أو الإضاءة بالضوء ( التألق الضوئي )، أو التفاعلات الكيميائية ( التألق الكيميائي )، أو التفاعلات في السوائل ( التألق الكيميائي الكهربائي )، أو الصوت ( التألق الصوتي )، أو أي فعل ميكانيكي آخر ( التألق الميكانيكي )، أو التألق الكهربائي العضوي.

الإضاءة الكهربائية هي نتيجة إعادة التركيب الإشعاعي للإلكترونات والفجوات في مادة ما، وعادةً ما تكون شبه موصلة . تُطلق الإلكترونات المُثارة طاقتها على شكل فوتونات - ضوء. ^{[ 1 ]} قبل إعادة التركيب، يمكن فصل الإلكترونات والفجوات إما عن طريق تطعيم المادة لتشكيل وصلة pn (في أجهزة الإضاءة الكهربائية شبه الموصلة مثل الثنائيات الباعثة للضوء ) أو من خلال الإثارة عن طريق اصطدام إلكترونات عالية الطاقة مُسرّعة بواسطة مجال كهربائي قوي (كما هو الحال مع الفوسفور في شاشات الإضاءة الكهربائية ).

لقد ثبت مؤخراً أنه مع تحسن كفاءة تحويل الضوء إلى كهرباء (تحسن جهد الدائرة المفتوحة) في الخلايا الشمسية المصنوعة من طبقة رقيقة من كبريتيد الكادميوم والتيلوريوم، فإنها ستتحسن أيضاً كفاءة تحويل الكهرباء إلى ضوء. ^{[ 2 ]}

تتميز تقنيات الإضاءة الكهربائية باستهلاكها المنخفض للطاقة مقارنةً بتقنيات الإضاءة المنافسة، مثل مصابيح النيون أو الفلورسنت. هذا، بالإضافة إلى رقة المادة، جعل تقنية الإضاءة الكهربائية ذات قيمة عالية في قطاع الإعلان. تشمل تطبيقاتها الإعلانية لوحات الإعلانات واللافتات المضيئة كهربائيًا. يستطيع مصنّعو هذه التقنية التحكم بدقة في المناطق المضيئة من اللوحة وتوقيت إضاءتها، مما يتيح للمعلنين إمكانية ابتكار إعلانات أكثر ديناميكية مع الحفاظ على توافقها مع مساحات الإعلان التقليدية.

يُعدّ غشاء الإضاءة الكهربائية (EL) ما يُعرف بالمشعّ اللامبرتي : على عكس مصابيح النيون أو المصابيح المتوهجة أو مصابيح LED، يبدو سطوع سطحه متساوياً من جميع زوايا الرؤية؛ فالضوء الكهروضوئي غير موجّه. الضوء المنبعث من السطح متجانس تماماً ويمكن للعين إدراكه بوضوح. يُنتج غشاء الإضاءة الكهربائية ضوءاً أحادي التردد (أحادي اللون) ذو نطاق ترددي ضيق جداً، وهو موحد ومرئي من مسافة بعيدة.

من حيث المبدأ، يمكن تصنيع مصابيح الإضاءة الكهربائية بأي لون. مع ذلك، فإن اللون الأخضر الشائع الاستخدام يتوافق بشكل كبير مع ذروة حساسية الرؤية البشرية، مما ينتج عنه أعلى إضاءة ظاهرة بأقل استهلاك للطاقة الكهربائية. على عكس مصابيح النيون والفلورسنت، لا تُعد مصابيح الإضاءة الكهربائية أجهزة مقاومة سالبة ، لذا لا حاجة إلى دوائر إضافية لتنظيم كمية التيار المتدفق عبرها. تعتمد تقنية جديدة قيد الاستخدام حاليًا على مواد فسفورية متعددة الأطياف تُصدر ضوءًا يتراوح طوله الموجي بين 600 و400 نانومتر، وذلك تبعًا لتردد التشغيل؛ وهذا مشابه لتأثير تغيير اللون الذي يُلاحظ في صفائح الإضاءة الكهربائية الزرقاء، ولكن على نطاق أوسع. 

تُصنع الأجهزة الكهروضوئية باستخدام مواد كهروضوئية عضوية أو غير عضوية. وتكون المواد الفعالة عمومًا أشباه موصلات ذات نطاق ترددي واسع بما يكفي للسماح بخروج الضوء.

أكثر أنواع الأغشية الرقيقة غير العضوية المستخدمة في الإضاءة الكهربائية (TFEL) شيوعًا هي ZnS:Mn، والتي تتميز بانبعاث ضوئي أصفر برتقالي. ومن أمثلة مجموعة مواد الإضاءة الكهربائية ما يلي:

• مسحوق كبريتيد الزنك المضاف إليه النحاس (ينتج ضوءًا أخضر) أو الفضة (ينتج ضوءًا أزرق ساطعًا)
• كبريتيد الزنك الرقيق المطعّم بالمنغنيز (مما ينتج لونًا برتقاليًا محمرًا)
• الماس الأزرق الطبيعي ، والذي يحتوي على آثار من البورون الذي يعمل كمادة مضافة.
• أشباه الموصلات التي تحتوي على عناصر المجموعة الثالثة والمجموعة الخامسة، مثل فوسفيد الإنديوم (InP) وأرسينيد الغاليوم (GaAs) ونيتريد الغاليوم (GaN) ( الثنائيات الباعثة للضوء ).
• بعض أشباه الموصلات العضوية ، مثل [Ru(bpy) 3]2+(PF6−) ₂ ، ^حيث bpy _هو ^2,2' _- ثنائي البيريدين
• أكسيد التيربيوم (ضوء أصفر مخضر) ^{[ 3 ]}

تتكون أجهزة الإضاءة الكهربائية الأكثر شيوعًا إما من مسحوق (يستخدم بشكل أساسي في تطبيقات الإضاءة) أو أغشية رقيقة (لشاشات المعلومات).

المكثف الباعث للضوء (LEC)

المكثف الباعث للضوء ، أو LEC ، مصطلح يُستخدم منذ عام 1961 على الأقل ^{[ 4 ]} لوصف الألواح الكهروضوئية. تمتلك شركة جنرال إلكتريك براءات اختراع تعود إلى عام 1938 لألواح كهروضوئية مسطحة لا تزال تُصنع كأضواء ليلية وإضاءة خلفية لشاشات لوحات العدادات . الألواح الكهروضوئية عبارة عن مكثف تكون فيه المادة العازلة بين اللوحين الخارجيين عبارة عن مادة فسفورية تُصدر فوتونات عند شحن المكثف. بجعل أحد الموصلات شفافًا، تُصدر المساحة الكبيرة المكشوفة الضوء. ^{[ 5 ]}

دخلت الإضاءة الخلفية للوحة عدادات السيارات الكهروضوئية، مع كون كل مؤشر مقياس مصدر ضوء فردي، حيز الإنتاج في سيارات الركاب من طراز كرايسلر وإمبريال لعام 1960، واستمرت بنجاح في العديد من سيارات كرايسلر حتى عام 1967 وتم تسويقها تحت اسم "الإضاءة اللوحية".

إضاءة خلفية للشاشة

تُستخدم الألواح الكهروضوئية القائمة على مسحوق الفوسفور بكثرة كإضاءة خلفية لشاشات الكريستال السائل . فهي توفر إضاءة ناعمة ومتساوية للشاشة بأكملها مع استهلاك منخفض نسبيًا للطاقة الكهربائية. وهذا يجعلها مناسبة للأجهزة التي تعمل بالبطاريات مثل أجهزة النداء وساعات اليد وأجهزة تنظيم الحرارة التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر، كما أن توهجها الأخضر المائل للأزرق شائع في عالم التكنولوجيا.

تتطلب الإضاءة الخلفية بتقنية EL جهدًا عاليًا نسبيًا (بين 60 و600 فولت). ^{[ 6 ]} بالنسبة للأجهزة التي تعمل بالبطارية، يجب توليد هذا الجهد بواسطة دائرة محول رفع الجهد داخل الجهاز. غالبًا ما يُصدر هذا المحول صوت أزيز أو صفارة خافتة عند تشغيل الإضاءة الخلفية. يمكن تشغيل الأجهزة التي تعمل بجهد التيار الكهربائي مباشرةً من خط الطاقة؛ بعض مصابيح الإضاءة الليلية الكهروضوئية تعمل بهذه الطريقة. يزداد السطوع لكل وحدة مساحة مع زيادة الجهد والتردد. ^{[ 6 ]}

بدأ تسويق تقنية الإضاءة الكهربائية الفسفورية ذات الأغشية الرقيقة لأول مرة خلال ثمانينيات القرن الماضي من قبل شركة شارب في اليابان، وشركة فينلوكس (أوي لوهيا أب) في فنلندا، وشركة بلانار سيستمز في الولايات المتحدة. في هذه الأجهزة، يتم الحصول على انبعاث ضوئي ساطع وطويل الأمد من مادة كبريتيد الزنك المطعمة بالمنغنيز ذات الأغشية الرقيقة التي تبعث ضوءًا أصفر . صُنعت شاشات العرض التي تستخدم هذه التقنية لتطبيقات طبية وتطبيقات المركبات، حيث كانت المتانة وزوايا الرؤية الواسعة من العوامل الحاسمة، ولم تكن شاشات الكريستال السائل متطورة آنذاك. في عام 1992، قدمت شركة تايمكس شاشة إنديغلو إي إل في بعض ساعاتها.

في الآونة الأخيرة، تم تطوير مواد أغشية رقيقة مضيئة باللون الأزرق والأحمر والأخضر، والتي توفر إمكانية الحصول على شاشات إضاءة كهربائية طويلة العمر وملونة بالكامل.

يجب أن تكون المادة الكهروضوئية محصورة بين قطبين كهربائيين، ويجب أن يكون أحدهما على الأقل شفافًا للسماح بخروج الضوء المنبعث. يُستخدم عادةً الزجاج المطلي بأكسيد الإنديوم والقصدير كقطب أمامي (شفاف)، بينما يُطلى القطب الخلفي بمعدن عاكس. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام مواد موصلة شفافة أخرى، مثل طلاءات أنابيب الكربون النانوية أو البولي إيثيلين ديوكسي ثيوفين (PEDOT)، كقطب أمامي.

تعتمد تطبيقات العرض بشكل أساسي على التقنية السلبية (أي أن الفولتية تُستمد من حافة الشاشة بدلاً من الترانزستور الموجود عليها). وكما هو الحال في شاشات LCD، تم أيضاً عرض شاشات الإضاءة الكهروضوئية ذات المصفوفة النشطة (AMEL)، حيث تُضاف الدوائر الإلكترونية لتمديد الفولتية عند كل بكسل. وتتيح طبيعة الحالة الصلبة لتقنية TFEL إمكانية تصنيع شاشات متينة وعالية الدقة حتى على ركائز السيليكون. وقد عرض اتحاد شركات، من ضمنها شركة Planar Systems، شاشات AMEL بدقة 1280×1024 بكسل وبكثافة تزيد عن 1000 خط في البوصة (LPI). ^{[ 7 ] [ 8 ]}

تقنية الإضاءة الكهربائية العازلة ذات الطبقة السميكة ( TDEL ) هي تقنية شاشات مسطحة تعتمد على الفوسفور ، طورتها شركة iFire Technology Corp. الكندية . تعتمد TDEL على تقنية الإضاءة الكهربائية غير العضوية (IEL) التي تجمع بين عمليات الطبقات السميكة والرقيقة. ^{[ 9 ]} يتكون هيكل TDEL من الزجاج أو ركائز أخرى، ويتألف من طبقة عازلة سميكة وطبقة فوسفورية رقيقة محصورة بين مجموعتين من الأقطاب الكهربائية لتكوين مصفوفة من البكسلات. تُصدر الفوسفورات غير العضوية داخل هذه المصفوفة ضوءًا عند تعرضها لمجال كهربائي متناوب.

تُستخدم الإضاءة الكهروضوئية الآن كتطبيق لتحديد الهوية في مجال السلامة العامة، حيث تتضمن أحرفًا وأرقامًا على أسطح المركبات لضمان رؤيتها بوضوح من منظور جوي. ^{[ 11 ]}

شقت الإضاءة الكهروضوئية، وخاصة الأسلاك الكهروضوئية ، طريقها إلى عالم الملابس، حيث وظّف العديد من المصممين هذه التقنية في قطاعي الترفيه والحياة الليلية. ^{[ 12 ]} ومنذ عام 2006، شهدت القمصان المزودة بلوحة كهروضوئية مصممة على شكل مُعادل صوتي ، والمعروفة باسم "تي-كوايزر"، رواجًا قصيرًا. ^{[ 13 ]}

طوّر مهندسون "جلدًا" كهروضوئيًا قابلًا للتمدد لأكثر من ستة أضعاف حجمه الأصلي مع استمراره في إصدار الضوء. هذا المكثف فائق المرونة المُصدر للضوء (HLEC) قادر على تحمل إجهاد يزيد عن ضعف إجهاد الشاشات القابلة للتمدد التي تم اختبارها سابقًا. يتكون من طبقات من أقطاب كهربائية شفافة من الهيدروجيل تحصر بينها طبقة عازلة من المطاط الصناعي. يتغير سطوع المطاط الصناعي وسعته عند تمدده أو لفه أو تشويهه بأي شكل آخر. بالإضافة إلى قدرته على إصدار الضوء تحت إجهاد يزيد عن 480% من حجمه الأصلي، فقد ثبتت إمكانية دمج مكثف HLEC الذي طوره الفريق في نظام روبوتي مرن . تم ربط ثلاث لوحات HLEC سداسية الطبقات معًا لتشكيل روبوت مرن زاحف، حيث تشكل الطبقات الأربع العلوية الجلد المضيء، بينما تشكل الطبقتان السفليتان المشغلات الهوائية. قد يؤدي هذا الاكتشاف إلى تطورات كبيرة في مجالات الرعاية الصحية والنقل والاتصالات الإلكترونية وغيرها. ^{[ 14 ]}

• التألق الجلفاني – الضوء الناتج عن تمرير تيار كهربائي عبر محلول إلكتروليتي مناسب 
• قائمة مصادر الضوء – الأجهزة والعمليات التي تنتج الضوء 
• OLED - ثنائي ينبعث منه الضوء من مركب عضوي 
• التأثير الكهروضوئي – انبعاث الإلكترونات عند اصطدام الإشعاع الكهرومغناطيسي بمادة ما 

• نظرة عامة على تقنية شاشات العرض الكهروضوئية، واكتشاف الإضاءة الكهروضوئية. مؤرشف في 30 أبريل 2012 على موقع Wayback Machine.
• بيان صحفي لشركة كرايسلر يُعلن عن إضاءة بانيلسنت (EL) ( مؤرشف بتاريخ ١٢ نوفمبر ٢٠٠٦ على موقع Wayback Machine).
• 8 سبتمبر 1959. مؤرشف في 12 نوفمبر 2006 على موقع Wayback Machine