廉價高效的白光發光二極管問世

　　近來，中國科學院長春應用化學研究所研究員馬東閣領導的研究團隊，開發出了一種利用廉價、類似于塑料的有機材料制成的新型發光二極管(LED)。這種設計成簡化的“串聯”結構的發光二極管可以發出兩倍于普通1LED的光——包括適合家庭和辦公室照明的白光。該項成果發表在最新一期的美國物理聯合會(AIP)出版的《應用物理雜志》上。

　　“這項研究很重要，這是由于它通過串聯結構實現了相當高效率的白光發光。”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光。然而，只有5%的能量轉化成了光。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，這是一種環境毒物。

　　另一方面，LEDs是由薄的晶片物質制成，兩邊被電極夾著。當電流通過晶片時，它把電子從內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合時，它們就制造出了一些光子。這些光子從晶片的一側以可見光的形式出現。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——受到激發時發出幾種顏色光的化學物質，從而產生白光。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出白光的廉價LEDs。

　　馬東閣帶領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體材料，如鎵，后者也需要更復雜的制造過程。其次，他們首次證明了有機白光LED只需要單發光層就能運作，而不需要幾個復雜的層。此外，通過把兩個這種單層LED組成一個串聯單元，可以實現更高的效率。

　　“他們的LED能夠實現將近的顯色指數——好到幾乎足夠用于閱讀了。該領域的進展預示著有機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新研究群體科學基金以及科技部的資助。