張唯誠(chéng)

2014年，3位科學(xué)家因發(fā)明藍(lán)色發(fā)光二極管（LED）而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。LED是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件。只要稍加留意，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，LED其實(shí)已經(jīng)出現(xiàn)在我們生活中的各個(gè)地方：電視屏、電腦顯示器、紅綠燈、廣告燈、車燈、手電筒，甚至閃光的膠底運(yùn)動(dòng)鞋中。那么在LED之后還會(huì)有什么更新的照明技術(shù)呢？

夢(mèng)幻光源

設(shè)想一下有一種新型的電燈，它的形狀千變?nèi)f化，你可以彎曲、折疊它;你臥室中的臺(tái)燈是一座美麗的雕像;你客廳中的窗子在白天透進(jìn)陽(yáng)光，到了晚上則發(fā)出柔美的光線為室內(nèi)照明;你家里所有的屋頂、墻面都是可編程的照明光源，你只需輕輕敲擊控制面板，就可以改變亮度、顏色和圖案……

這不是幻想，它是LED光源技術(shù)的“兄弟”——有機(jī)發(fā)光二極管（OLED），它將讓上述夢(mèng)幻般的情景變成現(xiàn)實(shí)。OLED并不僅僅在設(shè)計(jì)上顯示了無(wú)窮的潛力，它還有更高效、更耐用、更環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。在未來(lái)照明領(lǐng)域，OLED將攜手LED共同照亮我們的生活。

OLED之所以被稱為有機(jī)發(fā)光二極管，是因?yàn)槠渲虚g層的半導(dǎo)體包含有碳，而碳是所有生命體含有的元素，碳基材料又被稱為有機(jī)材料。在OLED中，有機(jī)材料通常是高分子聚合物。OLED 和LED的不同還表現(xiàn)在制造過(guò)程中，這使得OLED具有更大的柔軟表面。和LED明亮的點(diǎn)光源相比，OLED的光是漫射的，是更加柔軟的面光源。

“夾心面包”

為了更好地理解 OLED，我們可以把它想象成一個(gè)“夾心面包”，外面兩層中，一層擁有額外多的電子，另一層則擁有很多“空穴”，作為接納電子的空間。這兩層至少有一層是透明的，以便人們看得見(jiàn)它發(fā)出的光?！皧A心面包”的中間夾著有機(jī)半導(dǎo)體，電流只有在特定的狀態(tài)下才能通過(guò)半導(dǎo)體。當(dāng)電源接通了OLED，外層中多出來(lái)的電子便進(jìn)入到中間的半導(dǎo)體有機(jī)層，它們會(huì)落入其中的“空穴”中，而這時(shí)，另一端外層又會(huì)把這些電子拉出來(lái)。

自由電子擁有很高的能量水平，所以它們進(jìn)入半導(dǎo)體有機(jī)層時(shí)，處于高能量的狀態(tài)，而一旦到了半導(dǎo)體有機(jī)層，它們便落入到低能量的“空穴”中，這就好比你玩了一通耗費(fèi)體力的游戲后，一下子坐在了舒適的沙發(fā)上，于是，那多余的能量就要釋放出來(lái)，這釋放出的能量就是OLED發(fā)出的光。人們將這個(gè)過(guò)程稱為“電致發(fā)光”。在OLED中，這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)，所以O(shè)LED就能持續(xù)發(fā)光。

調(diào)色“游戲”

OLED能發(fā)紅光、藍(lán)光和綠光，但在實(shí)際運(yùn)用中，OLED發(fā)出什么顏色的光取決于半導(dǎo)體中間層中除碳之外還包含著什么物質(zhì)。控制這3種顏色，例如分別點(diǎn)亮這些顏色，或者將它們加以組合，就能使OLED發(fā)出任何顏色的光，而將這3種顏色疊加起來(lái)，OLED就能發(fā)出白光。

不僅如此，通過(guò)改變半導(dǎo)體中間層的化學(xué)組成，人們還可以調(diào)控光的色度和其他特性。例如，人們不僅可以讓OLED發(fā)出綠光，還能讓它發(fā)出不同的綠，如鮮綠或者石灰綠等。令人略感不足的是，每個(gè)半導(dǎo)體中間層只能在同一時(shí)間里發(fā)出一種顏色的光，這種狀況能不能改變呢？美國(guó)猶他大學(xué)的物理學(xué)家瓦利·瓦登利和他的同事們?cè)O(shè)法讓一個(gè)半導(dǎo)體中間層在同一時(shí)間里發(fā)出了兩種不同顏色的光。瓦登利等人發(fā)明的新半導(dǎo)體含有微量的鉑，這種寶貴的金屬起了一種“混合器”的作用，它讓半導(dǎo)體在量子物理層面同時(shí)顯示兩種電子態(tài)，這就好像讓一枚硬幣在同一時(shí)間里顯示正反兩個(gè)面一樣。

瓦登利等人讓他們的新半導(dǎo)體同時(shí)發(fā)出了紫光和黃光。紫光實(shí)際上是紅光和藍(lán)光的混合，黃光則是紅光和綠光的混合，所以紫光和黃光實(shí)際上包含了三原色，將它們疊合起來(lái)，就能發(fā)出白光。這就是說(shuō)，只需要一個(gè)半導(dǎo)體層，人們就可以制造能發(fā)出白光的OLED了。使用一層半導(dǎo)體，而不是兩層或者三層，這使得OLED照明設(shè)備的成本大大降低了。

未來(lái)因OLED而不同

OLED發(fā)出的光和以往的照明光源很不同，它是散射的，光線非常柔和，它還非常適用于顯示屏。傳統(tǒng)的電視屏和電腦屏從側(cè)面看常有影像變形的情況，使用OLED則會(huì)效果很好。

和LED相比，OLED在生產(chǎn)的時(shí)候并不需要非常高的溫度，人們可以在近乎室溫的環(huán)境中加工和處理。而且OLED可以附著在幾乎所有物體的表面上，從一塊玻璃到非常薄的塑料，甚至用噴墨打印機(jī)就可以打印上去。這樣一來(lái)，OLED在設(shè)計(jì)領(lǐng)域里就有了無(wú)限的可能。設(shè)想一下你有了一臺(tái)可以卷成圓筒的電視機(jī)，或者一部可繞在手腕上的手機(jī)，你屋里的電燈是彎曲成拱形的天花板，窗簾就是一個(gè)能照明的光源……

這樣的想法現(xiàn)在已經(jīng)不是夢(mèng)想了。人們已經(jīng)制造出了柔軟的OLED，這種新型的OLED材料既可以彎曲，又可以拉伸，而且還可以是透明的。

普通的LED含有砷，熒光燈則含有汞，它們對(duì)環(huán)境都有害，處理起來(lái)并不輕松，但OLED不存在這種問(wèn)題，它對(duì)環(huán)境是“友好”的?？茖W(xué)家們推測(cè)，在未來(lái)的5～6年里，OLED的發(fā)光效率將得到大幅提升，在能量不變的情況下，OLED的亮度將達(dá)到熒光燈的兩倍。

就目前的情況看，OLED還面臨成本太高，市場(chǎng)化尚不成熟之類的問(wèn)題。例如，OLED顯示屏雖然已經(jīng)運(yùn)用于智能手機(jī)和臺(tái)式電腦上，但價(jià)格還是太高。在應(yīng)用方面，目前的LED技術(shù)更先進(jìn)、更成熟?？茖W(xué)家們推測(cè)，即使在未來(lái)，OLED也不會(huì)完全取代LED，這是因?yàn)長(zhǎng)ED在較小光源上表現(xiàn)得更好，OLED則是大面積、漫射性的光源，它們各有所長(zhǎng)。

不久的將來(lái)，一旦OLED廣泛地走進(jìn)我們的生活，我們的世界就將變得非常不同。我們的手機(jī)、電腦和電視將因?yàn)镺LED而大為改觀，夜景也將因?yàn)镺LED而更加美麗。例如，光照不需要固定的照明裝置了，OLED發(fā)出的光可以來(lái)自幾乎所有東西：建筑物、家具甚至衣服?？梢韵胂?，未來(lái)的OLED將為照明和顯示世界提供無(wú)限的可能，唯一限制OLED大放異彩的只有我們的想象力。

【責(zé)任編輯】龐 ?云