Elektrolumineszenz (Florian Baur)

Elektrolumineszenz
Florian Baur
Vorlesung „Inkohärente Lichtquellen“
Gliederung
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Geschichte
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Grundprinzip
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Anwendungen
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LED
OLED
Zukunft
Geschichte
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1907
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1927
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R. Braunstein beobachtet IR-Emission von GaAs
1961
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Georges Destriau entdeckt Lichtemission an Zinksulfid
1955
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O. V. Losev veröffentlich seine Arbeit zu LEDs
1936
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H. J. Round entdeckt Lichtemission an SiC-Kristallen
B. Biard & G. Pittman entwickeln die erste LED (IR-Emission)
1962
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N. Holonyak Jr. entwickelt eine LED mit sichtbarer Emission (rot)
Grundprinzip
Ein Feststoff wird durch Anlegen eines elektrischen Feldes zur
Emission von Licht angeregt
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Wechselfeldanregung (Destriau-Effekt)
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Gleichspannungsanregung
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Prinzipiell könnten auch Gasentladungslampen
dazugerechnet werden
Wechselfeldanregung
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Meist mit Cu dotiertes ZnS
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Aufbau ähnelt Kondensator
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Das elektrische Feld beschleunigt
Elektronen im ZnS
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Stöße an den Störstellen (Cu)
regen die Elektronen an
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Rückfall in den Grundzustand
unter Emission von Strahlung
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I = e^(-a/E)
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Farbe abhängig von Cu-Gehalt
(grün bis blau)
Gleichspannungsanregung
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In der pn-Grenzschicht eines dotierten Halbleiters
rekombinieren Elektronen und Löcher
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Die dabei freiwerdende Energie wird als Strahlung
freigesetzt
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Farbe (Wellenlänge) der Strahlung ist abhängig von der
Bandlücke des Materials und der verwendeten Dotierung
pn-Übergang
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Dotierung erzeugt Löcher und
Elektronen = neue örtlich
gebundene Energieniveaus
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Durch Diffusion und
Rekombination entsteht eine
Verarmungszone
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Die entstehende Ladung stoppt
den Diffusionsprozess
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Krümmung der Bänder =
Potenzialwall
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Energie wird benötigt um weitere
Rekombination zu ermöglichen
Rekombination
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Die Kathode am n-Kristall
erzeugt neue Elektronen
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Die Anode am p-Kristall nimmt
diese auf, sie erzeugt Löcher
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Die Krümmung der Bänder
wird abgeschwächt
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Die Rekombination in der
Verarmungszone kommt
wieder in Gang →
Strahlungsemission
Organische Halbleiter
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Kathode ① schiebt Elektronen ins LUMO des Emitters ②
Anode ⑤ zieht Elektronen aus dem HOMO der Leitungsschicht ④,
es entstehen Löcher
Löcher und Elektronen rekombinieren ③, es wird Strahlung
freigesetzt
Die Farbe ist
abhängig vom
Abstand von
HOMO und LUMO.
Anwendungen
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Elektrolumineszenz-Folie
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LED
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OLED
Elektrolumineszenz-Folie
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Dünne und flexible Folien
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Weniger langlebig als LED
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Geeignet für Tachoscheiben,
Notfallbeleuchtung,…
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Hygroskopisch und
temperaturempfindlich
LED
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Gute Lichtausbeute
(100-200 lm/W)
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Sehr klein, ca. 5 mm
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Robust
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Weißes Licht möglich
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Relativ teuer
pcLED
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Phosphor converted LED
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Leuchtstoffe konvertieren blaues in rotes und grünes
Licht
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Z. B.: Ca2Si5N8 oder CaAlSiN3
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Kombination von rot, grün und blau ergibt weißes Licht
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Nachteil: Siliconitride sind sehr teuer
OLED
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Hoher Kontrast, da keine
Hintergrundbeleuchtung
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Zudem sehr duenn
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Farbiges Licht wird emittiert
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Lebensdauer (vor allem blaue
OLED)
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H2O / O2 anfaellig
Literatur und Quellen
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H. J. Round (1907). "A Note on Carborundum". Electrical
World 19: 309.
Losev, O. V. (1927). Telegrafiya i Telefoniya bez
Provodov 44: 485–494.
http://www.my-led-passion.com/history-of-leds.html
http://www.lumi-con.de/tech_LED_ger.html
Wikipedia
http://www.elektronikkompendium.de/sites/grd/0112072.htm