Электролюминесценция порошковых люминофоров

Явление электролюминесценции порошкового люминофора ZnS-Сu при подключении переменного напряжения к конденсатору, в котором он находится в смеси с диэлектриком, как упоминалось во введении, было открыто Дестрио (эффект Дестрио). Типичный источник света с порошкообразным люминофором состоит из стеклянной пластинки с прозрачным проводящим слоем двуокиси олова на ней, слоя (толщиной ~ 50 мкм) порошкообразного люминофора со средним размером частиц ~10 мкм, который распределен в диэлектрике (полимеризующаяся смола, легкоплавкое стекло), изолирующего слоя и металлического электрода (слой алюминия). Подобные электролюминесцентные конденсаторы могут иметь площадь в десятки и даже сотни квадратных сантиметров и светиться при подведении к ним переменного напряжения величиной около 100 В. Хорошим электролюминофором является сульфид цинка, сильно легированный медью. В таком случае на поверхности его кристалликов образуются преципитаты (островки) фазы CuxS, 1 # x # 2, с проводимостью p-типа. Эта фаза образует с полупроводником n-типа ZnS-Cu гетеропереход, который при обратном смещении является областью концентрации поля.

При наложении напряжения прикатодный гетеропереход смещается в обратном направлении и зона проводимости ZnS опускается ниже валентной зоны CuxS. В таком случае электроны из валентной зоны CuxS и из поверхностных центров способны туннелировать в зону проводимости кристаллика ZnS-Cu и затем разгоняться в сильном электрическом поле до энергий, необходимых для ударной ионизации кристаллической решетки или центров свечения. Возникающие при этом дырки захватываются центрами свечения, а электроны движутся к противоположному концу кристаллика, где происходит их рекомбинация с центрами свечения, ионизованными в предшествующий полупериод переменного напряжения, когда там было сильное поле. Здесь предполагается наличие двух гетеропереходов, включенных так, что в каждый полупериод переменного напряжения возбуждение ЭЛ происходит только в одном из них. Одновременно у противоположного гетероперехода происходит рекомбинационное излучение, реализующее светосумму, запасенную в предыдущий полупериод напряжения.

Таким образом, свечение осуществляется по общепринятой двухстадийной модели: генерация свободных электронов и ионизация центров свечения в области сильного поля в прикатодной области и излучательная рекомбинация центров свечения в прианодной области, где напряженность поля мала. Важно то, что туннелирующие электроны оказываются свободными от поляронного состояния и способны эффективно ускоряться электрическим полем.

Первичные электроны для ударной ионизации могут возникать также при туннелировании с электронных состояний, имеющихся на границе с диэлектриком кристалликов люминофора.

Для зависимости яркости свечения B от напряжения U справедлива эмпирическая формула

где - постоянная при данной температуре Т и частоте переменного напряжения f величина. Степень при U объясняется связью между полем и напряжением в потенциальном барьере гетероперехода вида E ~ U 1/2.

Цвет свечения определяется материалом основы люминофора, природой и концентрацией вводимых примесей. Основным материалом для получения электролюминофоров является ZnS, легированный медью (люминофоры голубого и зеленого цветов свечения), марганцем (оранжево-желтое свечение). Люминесценция в красной области спектра получается при использовании в качестве основы люминофора полупроводниковых твердых растворов Zn1 - xCdxS и ZnS1 - xSex.

Достоинство порошковых электролюминофоров состоит в том, что с их помощью легко приготовляются плоские безвакуумные источники света сравнительно большой площади, которые нашли применение в светящихся панелях, табло, управляемых шкалах, мнемонических схемах, твердотельных экранах и т.д. Срок службы выпускаемых в настоящее время электролюминесцентных источников света на основе порошковых электролюминофоров ~ 3000 часов. Благодаря согласованию по спектральным характеристикам электролюминофоров с фотосопротивлениями создаются различные оптоэлектронные системы: приборы автоматики - оптроны, усилители и преобразователи изображения, например для рентгеноскопии.