OLED已經開始應用于智能手機和數碼相機的顯示器。它能提供具有高對比度的明亮影像,但卻有一個致命缺點:OLED應用產品消耗的電能事實上只有四分之一轉換成了光。這個比率可以通過添加微量的重金屬元素鉑或銥來得到提高,但這些元素很稀有也非常昂貴。因此,OLED的成本一直居高不下。
然而,來自波恩、雷根斯堡和美國的科學家已經展示了一種新型有機LED,無需添加貴金屬就能提高轉換率。相信OLED顯示器的成本很快就能降下來。
OLED(有機發光二極管)不是真的“有機”
OLED被稱為有機發光二極管是因為,在理想情況下,它們是由僅含碳和氫的有機分子制成。OLED的工作原理非常簡單:分子的薄膜與電池的兩極相連,因此電流可以流通。電流是由正電荷和負電荷組成的,當正負電荷相接觸,它們就相互抵消,發出閃光。
由于正負電荷相互吸引,由電流中產生光線理應是非常簡單的。問題在于電荷具有復雜的量子力學本質,也具有磁矩——科學家們稱之為“自旋”。不同電荷進行相同的自旋就會像兩個條形磁鐵的北極一樣相互排斥。這種斥力大于正負電荷之間的引力,從而進行相同自旋的電荷就不能產生光,相反,它們將電能轉化為熱能。
在傳統的OLED中這種能量損失經常發生:四分之三的電荷進行相同的自旋。OLED制造商已經想出聰明的點子來提高出光效率:他們利用強力磁鐵改變電荷自旋方向,使電荷產生光。但是這樣做就需要添加重金屬鉑或銥,增加了OLED的成本,而且嚴格來講,這樣的OLED并不是真正的有機化合物,而是金屬有機化合物。
有用的自旋觸發器
“我們可以使用不同的機制來提高出光效率”,雷根斯堡大學的物理學教授JohnLupton博士解釋說。“電荷可以自發地翻轉它們的自旋方向——你只需要等待足夠長的時間。”然而,在傳統的OLED中,沒有足夠的時間來做到這一點,因為電能存儲在分子結構中的時間不夠長。于是,分子就會直接將能量轉化為熱能。
“在我們的新型有機LED中,分子結構儲存電能的時間明顯比傳統OLED時間要長”,波恩大學的化學教授SigurdH?ger指出。“因此,我們的分子可以利用自旋方向的自發跳躍來產生光。”因此,不必添加任何貴金屬,這些新型化合物很有可能最小化有機LED中熱量的產生,從而將電能非常有效地轉換成光。