從LED到OLED——人類照明技術的未來

張唯誠

2014年，3位科學家因發明藍色發光二極管（LED）而獲得諾貝爾物理學獎。LED是一種半導體固體發光器件。只要稍加留意，你就會發現，LED其實已經出現在我們生活中的各個地方：電視屏、電腦顯示器、紅綠燈、廣告燈、車燈、手電筒，甚至閃光的膠底運動鞋中。那么在LED之后還會有什么更新的照明技術呢？

夢幻光源

設想一下有一種新型的電燈，它的形狀千變萬化，你可以彎曲、折疊它;你臥室中的臺燈是一座美麗的雕像;你客廳中的窗子在白天透進陽光，到了晚上則發出柔美的光線為室內照明;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光源技術的“兄弟”——有機發光二極管（OLED），它將讓上述夢幻般的情景變成現實。OLED并不僅僅在設計上顯示了無窮的潛力，它還有更高效、更耐用、更環保的優點。在未來照明領域，OLED將攜手LED共同照亮我們的生活。

OLED之所以被稱為有機發光二極管，是因為其中間層的半導體包含有碳，而碳是所有生命體含有的元素，碳基材料又被稱為有機材料。在OLED中，有機材料通常是高分子聚合物。OLED 和LED的不同還表現在制造過程中，這使得OLED具有更大的柔軟表面。和LED明亮的點光源相比，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“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，以便人們看得見它發出的光。“夾心面包”的中間夾著有機半導體，電流只有在特定的狀態下才能通過半導體。當電源接通了OLED，外層中多出來的電子便進入到中間的半導體有機層，它們會落入其中的“空穴”中，而這時，另一端外層又會把這些電子拉出來。

自由電子擁有很高的能量水平，所以它們進入半導體有機層時，處于高能量的狀態，而一旦到了半導體有機層，它們便落入到低能量的“空穴”中，這就好比你玩了一通耗費體力的游戲后，一下子坐在了舒適的沙發上，于是，那多余的能量就要釋放出來，這釋放出的能量就是OLED發出的光。人們將這個過程稱為“電致發光”。在OLED中，這個過程一直持續，所以OLED就能持續發光。

調色“游戲”

OLED能發紅光、藍光和綠光，但在實際運用中，OLED發出什么顏色的光取決于半導體中間層中除碳之外還包含著什么物質。控制這3種顏色，例如分別點亮這些顏色，或者將它們加以組合，就能使OLED發出任何顏色的光，而將這3種顏色疊加起來，OLED就能發出白光。

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

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

未來因OLED而不同

OLED發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。傳統的電視屏和電腦屏從側面看常有影像變形的情況，使用OLED則會效果很好。

和LED相比，OLED在生產的時候并不需要非常高的溫度，人們可以在近乎室溫的環境中加工和處理。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，甚至用噴墨打印機就可以打印上去。這樣一來，OLED在設計領域里就有了無限的可能。設想一下你有了一臺可以卷成圓筒的電視機，或者一部可繞在手腕上的手機，你屋里的電燈是彎曲成拱形的天花板，窗簾就是一個能照明的光源……

這樣的想法現在已經不是夢想了。人們已經制造出了柔軟的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，它們對環境都有害，處理起來并不輕松，但OLED不存在這種問題，它對環境是“友好”的。科學家們推測，在未來的5～6年里，OLED的發光效率將得到大幅提升，在能量不變的情況下，OLED的亮度將達到熒光燈的兩倍。

就目前的情況看，OLED還面臨成本太高，市場化尚不成熟之類的問題。例如，OLED顯示屏雖然已經運用于智能手機和臺式電腦上，但價格還是太高。在應用方面，目前的LED技術更先進、更成熟。科學家們推測，即使在未來，OLED也不會完全取代LED，這是因為LED在較小光源上表現得更好，OLED則是大面積、漫射性的光源，它們各有所長。

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

【責任編輯】龐 ?云