iPhone X手机另外一个亮点就是OLED全面屏。
OLED学名是“有机发光二极管”(Organic Light-Emitting Diode),是一种有机自发光材料,相比LCD等其他液晶屏最大的特点在于“自发光”,不需要背光模组!
没有背光模组,就意味着可以超薄、省电、广色域、可弯曲、广视角!
然而LCD液晶屏已经霸屏的十几年,它的成像原理是这样的。
对比可以看出LCD利用了液晶能够成像的原理,而OLED利用了“有机物”能够成像的原理,然而目前对OLED中的有机物发光所述甚少,实际这是一个伟大的课题!
有机物是什么?有机物不是碳氢化合物吗?没错,就是构成生物的基础物质,今天我们就来探讨一下生命有机物和发光之间的有趣关系!
OLED使用的有机发光材料,一是以染料及颜料为材料的小分子器件系统,另一则以共轭性高分子为材料的高分子器件系统。
当前投入量产的OLED组件,全是使用小分子有机发光材料,即有机染料,也可称为细胞色素。
那么为什么OLED中的有机染料能够发光呢?
这就需要用到量子力学中2个重要的概念,一个是“波尔原子模型”,另一个是“泡利不相容原理”。
1913年,波尔在其老师卢瑟福的“葡萄干原子模型”基础上,提出电子在一些特定的可能轨道上绕核作圆周运动,离核愈远能量愈高,电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量,即“波尔原子模型”;
1925年,波尔的学生泡利为了解释反常塞曼效应,提出了“不相容原理”,原理给出在各个原子里电子的排布方法─每个新电子会占据最低能量空位。
所以,OLED中用阴极和阳极形成的电压后,阴极的电子流过有机染料分子,和分子内的电子发生碰撞,当高能电子跃向低能轨道,就会向外辐射荧光。
咦?如此说来,如果在OLED的阴极和阳极中间夹上其他物质,不是也可能出现电子的跃迁吗?
对,但是不同物质电子跃迁对波长有要求,而有机染料的C元素和H元素能够吸收可见光,所以,冥冥之中之中注定有机物和发光有关系!
1894年,法国化学家卢米埃尔兄弟利用马铃薯颗粒制作彩色相片开始,目前有机染料已经深入到了人类生活中的各个领域,比如光盘、液晶显示、电子相机、打印机、太阳能电池等等都大量利用了有机染料。
下面我们要聊的是应用有机染料的最炫一个科技领域:染料激光。
作为功能性色素在高科技中应用的染料,最早的应该就是激光染料,始于1966年。
1960年,世界上第一台激光器-红宝石激光器诞生,1966年则研制成功可调谐波长的激光器-染料激光器。
激光的原理依然是“波尔原子模型”和“泡利不相容原理”,如果分子在激发状态下,与能量相匹配的光量子相互作用,则可以诱发受激辐射,有机染料的分子处于受激辐射状态,高能电子跃迁到低能状态,向外辐射荧光,荧光经过谐振腔内多次反复传播,使光辐射被放大很多倍,从而形成一束强度很大、方向集中的光,这就是激光。
染料激光的突出优点是对于输出的激光波长可以连续可调,染料分子中参与光的吸收或激光辐射的电子处于分子的共轭双键中:
目前,已获得运转的激光染料达500多种,其中最常用的有以下四类:吐吨类染料、香豆素类染料、恶嗪染料、花青类染料。
1911年,人们竟首次用“双花青染料”这种有机物的方法证明了“人体辉光”是确实存在。
当时伦敦有位叫华尔德的医生,用双花青染料刷染过的玻璃屏,发现了环绕人体15毫米宽的发光边缘。这种发光边缘的形状和色彩,随人体的健康状况而改变。以下是体光仪(亦称Kirlian)拍摄的人体光晕。
那么,当激光穿过人体的DNA时会发生什么现象呢?那就是“DNA幻影效应”。
DNA幻影效应,最初是俄罗斯科学院使用激光光子相关光谱仪(laser photon correlation spectrometer, LPCS)测量溶液中DNA的振动模式时发现的。伽利耶夫(Peter Gariaev)和琶普宁(Vladimir Poponin)对此进行了分析和解释。
1995年,Poponin发表了关于此实验的研究论文,实验中用到的激光光子相关光谱仪装置原理如下。
DNA样本射入一束激光后,这束激光居然变成了“螺旋状”,好像穿过了水晶物质一样(折射角发生变化)。
更不可思议的是,当移出管中的DNA样本后,这束激光仍然保持“螺旋状”。
如今,激光技术已经进入人类的各种生活领域,如天文测距、光纤通信、激光光盘、大气污染检测、肿瘤切除、激光打印机、甚至是条码扫描器。
接下累我们来看看激光目前最炫目的一个应用,那就是:全息影像。
1947年,英国匈牙利裔物理学家丹尼斯·盖伯发明了全息投影术,他因此项工作获得了1971年的诺贝尔物理学奖。其实,这个发明是盖伯在英国BTH公司研究增强电子显微镜性能手段时的偶然发现,此后,这项技术也就一直应用于电子显微技术中,在这个领域中被称为电子全息投影技术。
1960年,激光的发明才使全息投影技术取得了实质性的进展。第一张实际记录了三维物体的光学全息投影照片是在1962年由苏联科学家尤里·丹尼苏克拍摄的。
全息投影技术本质就是实现三维图像的记录和再现。
第一步:记录,即拍摄过程:被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束;另一部分激光作为参考光束射到全息底片上,和物光束叠加产生干涉,把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度,从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后,便成为一张全息图,或称全息照片。
第二步:再现,即成象过程:全息图犹如一个复杂的光栅,在相干激光照射下,一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个象,即原始象(又称初始像)和共轭像。再现的图像立体感强,具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息,故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像,通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像,而且能互不干扰地分别显示出来。
等等,全息投影出了再现原始图像,还能产生“共轭图像”?
这里不得不停下来说下达芬奇。
对,大家都知道文艺复兴三杰之一的达芬奇总是喜欢用左手反写的方式写字,但为什么达芬奇的手稿中只有文字是反写,而图画都没有反写呢?难道他在告诉世人所看到的都是共轭图像吗?
古希腊数学家阿波罗尼奥斯发表了旷世巨著《圆锥曲线论》以后,圆锥几何技术犹如石沉大海,经过千年以后,才在文艺复兴时期由达芬奇将圆锥曲线论应用在“透视法”中,产生了《最后的晚餐》、《蒙娜丽莎》、《酒神》等著作,至今无人能及。
达芬奇的圆锥透视法包括空气、颜色、直线透视法三部分,很多人认为达芬奇的透视法只是在阿尔贝蒂的“直线透视法“基础上改进而成,叫“空气透视法”,实不完全准确。达芬奇的圆锥透视法包括三部分:直线透视、色彩透视、空气透视。
这么看来,全息影像就和哲学有关系了!
1982年,一件惊人的事发生了。
在巴黎大学的一个物理实验室里,科学家发现,在特定的情况下,如果我们把基本粒子—比如电子—同时向相反的方向发射,它们在运动的时候能够彼此互通信息!不管彼此之间的距离多么遥远,不管它们是相隔10厘米还是10亿公里远,它们似乎总是知道相对一方的同伴的运动方式,这体现在当一方受到干扰而改变运动方向时,其同伴也会同时改变方向。
这就是“量子纠缠”。
这个现象的古怪之处在于,它们之间的通讯联系几乎不需要时间间隔,这违反了爱因斯坦的理论:没有任何通讯速度能够超过光速,因为一旦超过了光速,就等于是能够打破时间的界限。被我们认为“无生命”的电子竟然也会在距离如此遥远时互通声气,一起运作,这实在像个令人难以置信的幻觉。
这个骇人的现象使很多物理学家着迷,他们都试图用复杂的方法来解释这个现象。但是饮誉当代的美国量子物理学家和科学思想家戴维·玻姆抛出了一个大胆却十分直接、简单的想法:此发现意味着客观现实并不存在,尽管宇宙看起来具体而坚实,但其实它只是一个幻象,是一张巨大而细节丰富的全息摄影相片!
这就是全息宇宙理论。
“一花一世界,一叶一如来”,DNA就像每个人的全息照相底片一样,记录了每个人的所有信息。
就像OLED里面的有机物一样,DNA动态的展示着每一个人的宇宙全息图像,如果真是这样,那么我们的世界还真的存在的吗?