廉價高效的白光發(fā)光二極管問世
2009-04-21 來源：科學網(wǎng)
關(guān)鍵詞：有機材料 發(fā)光二極管
近來，中國科學院長春應(yīng)用化學研究所研究員馬東閣領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊，開發(fā)出了一種利用廉價、類似于塑料的有機材料制成的新型發(fā)光二極管（LED）。這種設(shè)計成簡化的“串聯(lián)”結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管可以發(fā)出兩倍于普通1LED的光——包括適合家庭和辦公室照明的白光。該項成果發(fā)表在最新一期的美國物理聯(lián)合會（AIP）出版的《應(yīng)用物理雜志》上。
“這項研究很重要，這是由于它通過串聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了相當高效率的白光發(fā)光。”馬東閣認為。
從剎車燈到電腦顯示器，LEDs隨處可見，它們對環(huán)境更加友好，而且比其他類型的燈更有效率。白熾燈讓電流過細金屬燈絲，后者變得熾熱從而發(fā)光。然而，只有5%的能量轉(zhuǎn)化成了光。其余部分以熱的形式被浪費。緊湊型熒光燈讓電通過燈管內(nèi)的氣體，其效率高得多。它們通常可以把20%或更多的電能變成光。但緊湊型熒光燈也含有少量的汞蒸氣，這是一種環(huán)境毒物。
另一方面，LEDs是由薄的晶片物質(zhì)制成，兩邊被電極夾著。當電流通過晶片時，它把電子從內(nèi)部的原子中解放出來，留下了“空穴”。當一些游蕩的電子和空穴結(jié)合時，它們就制造出了一些光子。這些光子從晶片的一側(cè)以可見光的形式出現(xiàn)。這讓輸入能量的20%左右變成了光，甚至更多。LEDs也能在很小的空間中集中許多光。
然而，廣泛利用LED燈光的一個主要障礙正是這種光本身，發(fā)出單色光，如紅光的LED可以很容易地制造出，它們主要用于交通信號燈和自動剎車燈等。而要制造出室內(nèi)照明需要的自然白光和用于閱讀的光卻不是件容易的事情。LEDs可以通過混合藍、綠和紅光從而制造出白光，或通過讓有色光穿過一個濾鏡或者一個薄的磷層——受到激發(fā)時發(fā)出幾種顏色光的化學物質(zhì)，從而產(chǎn)生白光。不過，這種解決方案會大大增加成本。要想進入更大的市場，科學家必須制造出能自身發(fā)出白光的廉價LEDs。
馬東閣帶領(lǐng)的研究團隊解決了這一問題。首先，他們用類似于塑料的碳基有機材料制成了1LEDs，而不是利用更昂貴的半導(dǎo)體材料，如鎵，后者也需要更復(fù)雜的制造過程。其次，他們首次證明了有機白光LED只需要單發(fā)光層就能運作，而不需要幾個復(fù)雜的層。此外，通過把兩個這種單層LED組成一個串聯(lián)單元，可以實現(xiàn)更高的效率。
“他們的LED能夠?qū)崿F(xiàn)將近的顯色指數(shù)——好到幾乎足夠用于閱讀了。該領(lǐng)域的進展預(yù)示著有機LEDs的價格將進一步下降。”研究者認為。
馬東閣及其同事的這項研究受到了中國科學院“百人計劃”、國家杰出青年科學基金、吉林省科研基金、長春市科研基金、國家自然科學基金委員會創(chuàng)新研究群體科學基金以及科技部的資助。
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