“這項研究很重要,這是由于它通过串联結构实現了相当高效率的白光发光。”马东阁认为。
从刹车灯到电脑显示器,LEDs随处可见,它们对环境更加友好,而且比其他类型的灯更有效率。白炽灯让电流过細金属灯丝,后者变得炽热从而发光。然而,只有5%的能量转化成了光。其余部分以热的形式被浪费。紧凑型荧光灯让电通过灯管内的气体,其效率高得多。它们通常可以把20%或更多的电能变成光。但紧凑型荧光灯也含有少量的汞蒸气,這是一种环境毒物。
另一方面,LEDs是由薄的晶片物质制成,兩边被电极夹着。当电流通过晶片时,它把电子从内部的原子中解放出来,留下了“空穴”。当一些游荡的电子和空穴結合时,它们就制造出了一些光子。這些光子从晶片的一侧以可见光的形式出現。這让输入能量的20%左右变成了光,甚至更多。LEDs也能在很小的空间中集中许多光。
然而,广泛利用LED灯光的一个主要障碍正是這种光本身,发出单色光,如紅光的LED可以很容易地制造出,它们主要用于交通信号灯和自动刹车灯等。而要制造出室内照明需要的自然白光和用于阅读的光却不是件容易的事情。LEDs可以通过混合藍、绿和紅光从而制造出白光,或通过让有色光穿过一个滤鏡或者一个薄的磷层——受到激发时发出几种颜色光的化学物质,从而产生白光。不过,這种解决方案会大大增加成本。要想进入更大的市场,科学家必须制造出能自身发出白光的廉价LEDs。
马东阁带領的研究团队解决了這一问题。首先,他们用类似于塑料的碳基有机材料制成了1LEDs,而不是利用更昂贵的半导体材料,如镓,后者也需要更复杂的制造过程。其次,他们首次证明了有机白光LED只需要单发光层就能运作,而不需要几个复杂的层。此外,通过把兩个這种单层LED組成一个串联单元,可以实現更高的效率。
“他们的LED能够实現將近的显色指數——好到几乎足够用于阅读了。该領域的进展预示着有机LEDs的价格將进一步下降。”研究者认为。
马东阁及其同事的這項研究受到了中国科学院“百人計划”、国家杰出青年科学基金、吉林省科研基金、長春市科研基金、国家自然科学基金委員会创新研究群体科学基金以及科技部的資助。