|
Giai đoạn dùng các diot phát sáng (LED-Light Emited Diot) thay thế cho các bóng đèn tròn và đèn ống, để thắp sáng, đang tiến đến gần. Một nghiên cứu đăng trên tạp chí Tự nhiên (Anh) mô tả một loại thế hệ LED rẻ tiền có hiệu suất năng lượng cao gấp 4 lần những thế hệ trước. Điều này làm cho chúng càng trở nên hấp dẫn hơn về mặt thương mại.
Chiếc bóng đèn của Edison là một phát minh tuyệt diệu vào thời điểm đó-nhưng thời điểm đó đã qua. ý tưởng tạo ra ánh sáng bằng cách đốt nóng một sợi dây xoắn cho đến khi nó phát ra ánh sáng nóng trắng bắt đầu bị cho là lỗi thời. Các bóng đèn thông thường không có tuổi thọ cao-bình thường khoảng 1500 giờ. Và phần lớn điện năng bị lãng phí vào đốt nóng chứ không phải là phát sáng.
Đối với các diôt phát sáng, điện năng được chuyển hoá thẳng thành ánh sáng. Điều đó có nghĩa là chúng có thể tạo ra ánh sáng như một bóng đèn thường chỉ với một phần ít năng lượng dùng cho bóng thường. Hiện LED đang được sử dụng vào các đèn hiệu giao thông với tuổi thọ cao hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn nhiều đèn thường. Nếu có thể được chế tạo đủ rẻ, LED sẽ trở thành nguồn chiếu sáng chính trong thế kỷ 21.
Các LED thương mại sử dụng các vật liệu bán dẫn vô cơ phát sáng khi có dòng điện chạy qua. Mãi đến gần đây, những vật liệu được biết đó có đủ độ sáng và tuổi thọ để dùng trong các thiết bị thương mại chỉ phát ra được ánh sáng đỏ và vàng. Năm 1993, chiếc LED ánh sáng xanh được giới thiệu làm cho nó có thể tạo ra được toàn bộ phổ ánh sáng nhìn thấy được-tức là kết hợp chúng vào các LED phát ánh sáng trắng cho phù hợp với việc chiếu sáng trong nhà.
Như vậy, nguồn sáng của tương lai có thể không được tạo ra từ các vật liệu cứng, giòn mà bằng chất dẻo hay các hỗn hợp hữu cơ khác. Chất dẻo dẫn điện và phát sáng được tìm ra đầu thập kỷ 90 từ nghiên cứu về đa phân tử (polyme) có tính chất giống kim loại. LED đầu tiên bằng polyme phát ra ánh sáng vàng yếu ớt.
Hiện nay các LED polyme tạo được đủ sắc cầu vồng, sáng và có tuổi thọ đủ gần cho ứng dụng thương mại. Một công ty của Anh là Cambridge Display Technologies, nơi tạo ra LED polyme đầu tiên, đang hợp tác với Sciko-Epson để chế tạo một TV đủ màu hoàn toàn bằng chất dẻo đầu tiên trên thế giới. Stephen Forrest ở Đại học Primeton đã nghiên cứu loại LED hữu cơ khác, dựa trên các phân tử hữu cơ nhỏ chứ không dùng các chuỗi polyme kéo dài của các vật liệu được dùng trong các thiết bị chất dẻo. Nhưng ông cho rằng, gần như tất cả các vật liệu hữu cơ được dùng làm LED cho đến nay lãng phí khoảng 3/4 năng lượng để kích thích vật liệu đó đến trạng thái phát sáng.
LED hoạt động bằng cách bắn các điện tử vào, hay kéo chúng ra, một bán dẫn phát sáng. Các điện tích được đưa vào đẩy các phần tử vào các “trạng thái kích thích”, để sau đó làm mất năng lượng vượt quá của chúng bằng cách phát ra các photon ánh sáng. Tuy nhiên, chỉ một trong 4 trạng thái kích thích bị “làm nguội” thông qua việc phát ra ánh sáng, 3 trạng thái còn lại không thể giải phóng năng lượng của chúng được dễ dàng mà chúng từ từ phung phí ở các dạng khác, chủ yếu là nhiệt.
Cho nên, Forrest giới thiệu cách thu hồi luồng năng lượng đó, điều này có nghĩa tăng hiệu suất chuyển hoá năng lượng lên 4 lần. ý tưởng ở đây là “nắn” tất cả năng lượng kích thích vào một trong 4 trạng thái phát sáng tạo ra các photon có hiệu quả. Forrest đã làm được điều này bằng cách trộn lẫn 3 thành phần phân tử trong vật liệu LED của mình. Thứ nhất là vật liệu hữu cơ dẫn điện tạo ra một ma trận “chủ” cho 2 vật liệu kia, và được kích thích bởi dòng điện, nằm tản mát trong vật liệu chủ này là một loại thuốc nhuộm hữu cơ phát ra ánh sáng đỏ. Năng lượng được đưa từ vật liệu chủ kích thích sang thuốc nhuộm thông qua một phân tử “cảm quang”, được lựa chọn nhờ khả năng của nó để đưa năng lượng từ 4 trạng thái vào chỉ một trạng thái duy nhất của thuốc nhuộm. Thuốc nhuộm và các phần tử cảm quang được đặt trên các màng mỏng tách biệt của vật liệu chủ bởi nếu quá gần nhau thì chất cảm quang sẽ dễ dàng truyền năng lượng cho các trạng thái “lãng phí” của thuốc nhuộm. Forrest nói rằng hướng tiếp cận này có thể được dùng để nâng cao hiệu suất của mọi loại LED hữu cơ, cho dù nó được làm từ các polyme hay các phân tử nhỏ.
|
