讓二極體發光

讓二極體發光
知識通訊評論第35期

科學家最近發展出的新式發光二極體，能提昇螢光發光效率，這可能引發照明工業的革命。

光亮、扁平、持久。這就是新的燈泡嗎

最近使白色有機發光二極體 (OLEDs) 的商業可行性向前邁進了重要一大步的科學家表示，傳統燈泡的存在時日所剩不多了。
他們預估至少對有錢人而言，可能只要幾年後，房間就會由薄面板發出的柔光線照明。這些照明光必須有高效率，既能節省能源費用，又可助於降低能源消耗。

在美國，照明大約佔建築物電力消耗百分之二十二，而其中百分之四十被低效率的白熱燈泡消耗。美國紐澤西州普林斯頓大學的電機工程師，也是在二○○六年四月十三日的《自然》雜誌發表這種新式有機發光二極體團隊一員的佛瑞斯特 (Stephen Forrest) 說，使用較少的能源對於社會最為有利。

傳統白熱燈泡在發散光亮上效能很強，然而它們的許多運作能源卻轉成為了熱能。大多數辦公室所見的那些螢光燈管，雖然製作材料相對來說較為昂貴，但就耗能效率來說，就要好得多了。

目前已用在一些聖誕樹裝飾燈以及腳踏車燈的那些無機發光二極體，是非常明亮的點光源，它們適合製造視覺效果或是吸引來車的注意，但是不能發散出能照亮整個房間的光線。

有機發光二極體裡的碳基磷光聚合物也許更適合照亮大塊的區域，因為它們可以被「印製」在平面上，使得這種光屏具有簡易且廉價量產的潛力。這樣的聚合物目前可以在一些 MP3 播放器和行動電話的小型明亮螢幕中發現，但它們也還不能夠亮到照亮一個房間。

為了增加有機發光二極體的輸出，佛瑞斯特與他的同事善用了電子在該裝置裡的行為方式。

快與慢

和老式燈泡說拜拜

發光二極體一般是由射出藍光、紅光以及綠光的磷光材料混合組成，這些光源結合成為白光。但是製造藍光的磷光體並不理想，這些材料的衰變相對較快，從而縮短裝置的壽命，並且隨著該發光二極體的老化，它的光會漸趨偏黃。

佛瑞斯特與他的同事轉而採用一種會大量產出藍光的長壽螢光材料。螢光跟磷光都倚靠原子裡電子的游離而發光，但電子在這兩種產生光線過程中的游離方式上稍有不同。在磷光裡的起動電子維持激發態長達數微秒，而那些更適合的螢光物質的電子速度則快上大約一百倍。

任何起動電力流通穿過材料的發光二極體的陰極，其製造出的激發電子，大約百分之七十五為磷光起動，百分之二十五為螢光起動。

佛瑞斯特的訣竅是在他的設計中，就把藍色螢光材料放置在靠近陰極的地方，好在所有那些快速鬆弛電子一離開起跑柵門，就能立即的捕捉住它們。製造紅光與綠光的磷光體則在幾奈米遠之處，正好是在其餘激發電子準備游離時捕捉它們的地方。

佛瑞斯特說，正巧真正的白光就是含有大約百分之二十五的藍光。所以有百分之二十五的電子混成螢光藍光真是完美極了。理論上，這些發光二極體可以充分利用所有的電子，也許能達到百分之百的內在效率。

持久

在佛瑞斯特的裝置裡所使用的藍色螢光化合物持續了大約一萬個小時。這雖然不像紅色跟綠色磷光體那麼好，但已經在藍色磷光體中獨領風騷。一個傳統燈泡可持續大約一千個小時，而螢光燈則可持續兩萬個小時之久。

佛瑞斯特表示，以這種方式製作家用燈具的主要障礙是成本問題。他說，在技術上來說，他們今天就可以製造出來，只是無法讓它的價格合理，但他們正朝著使它實際可行的方向前進。

白色有機發光二極體最終可被安裝在玻璃或柔軟的塑膠上；接下來的主要問題會是確保不容許氧氣或濕氣穿透塑膠塗層，污染內部的發光分子。位於美國亞特蘭大的喬治亞理工學院電機工程師奇佩倫 (Bernard Kippelen) 表示說，這是個封裝問題，但他補充說，只要回顧類似技術的進展，他有信心這些問題終將得到解決。