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廉价而高效的白光发光二极管

时间：2009-4-10 16:00作者：信息发布员阅读(2151) 评论: 0

导读：在最新一期的美国物理联合会（AIP）出版的《应用物理学杂志》（J. Appl. Phys.）上，中国科学院的一组科学家报告了他们朝着这一目标迈出的重要一步：他们开发出了一种利用廉价、类似于塑料的有机材料制成的新型发光 ...

全世界大约20%的电力消耗是用于家庭、商业和其他私人或公共空间的照明。尽管这种消耗代表了资源的大量流失，它也代表了极大的节能机遇。如果能在全世界范围内实施，改善商品光源的效率——即便只改善一点——可以导致能源使用显著降低。

在最新一期的美国物理联合会（AIP）出版的《应用物理学杂志》（J. Appl. Phys.）上，中国科学院的一组科学家报告了他们朝着这一目标迈出的重要一步：他们开发出了一种利用廉价、类似于塑料的有机材料制成的新型发光二极管（LED）。这种设计成简化的“串联”结构的发光二极管可以发出两倍于普通1LED的光——包括适合家庭和办公室照明的白光。

“这项研究很重要，这是由于它通过串联结构实现了相当高效率的白光发光，” 领导了这项研究的马东阁 (mdg1014@ciac.jl.cn)说。他和他在中国科学院长春应用化学研究所的同事进行了这项研究。

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。白炽灯让电流过细金属灯丝，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浪费了。紧凑型荧光灯让电通过灯管内的气体，它们的效率高的多。它们通常可以把20%或更多的电能变成光。但是紧凑型荧光灯也含有少量的汞蒸汽，这是一种环境毒物。

另一方面，LEDs是由薄的晶片物质制成，两边被电极夹着。当电流通过晶片的时候，它把电子从内部的原子中解放出来，留下了“空穴”。当一些这样的游荡的电子和空穴结合的时候，它们就制造出了一些光，或者说光子。这些光子从晶片的一侧以可见光的形式出现。这让输入能量的20%到%变成了光，甚至更多。LEDs也能在很小的空间中集中许多光。

制造能与传统灯具在成本和效率上竞争的LEDs是一回事，制造消费者希望用于家庭照明的 LEDs就是极为不同的另一回事了。广泛利用LED灯光的一个主要的障碍是这种光本身。可以很容易地制造出发出单色光——例如红光——的LED用于交通信号灯和自动刹车灯等应用。然而，室内照明需要“自然”的白光。这种品质是由显色指数（CRI）衡量的，它根据光源重现被照射物体的真实颜色的能力从而赋予光源一个数值。对于用于阅读的光，理想的情况是CRI大于等于。LEDs可以通过混合蓝、绿和红光从而制造出白光，或者通过让有色光穿过一个滤镜或者说一个薄的磷层——受到激发时能发出几种颜色光的化学物质——从而产生白光。然而，这些解决方案增加了成本。为了进入更大的市场，科学家希望制造出能自身发出白光的廉价LEDs。

该论文的作者报告了朝着这一目标的重要进展。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，例如镓，后者也需要更复杂的制造过程。第二，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，通过把两个这种单层LED组成一个串联单元，可以实现更高的效率。这组作者报告说，他们的LED能够实现将近的显色指数——好到几乎足够用于阅读了。该领域的进展预示着有机LEDs的价格将进一步下降。

马东阁及其同事的这项研究受到了中国科学院百人计划、国家杰出青年科学基金、吉林省科研基金、长春市科研基金、国家自然科学基金委员会创新研究群体科学基金以及中国科学技术部的资助。（来源：EurekAlert! 中文版）

（《应用物理学杂志》（J. Appl. Phys.），DOI:10.1063/1.3106051 ，Qi Wang，Fosong Wang）

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