在一個數字屏幕已經成爲我們日常生活中不可或缺工具的時代，從智能手機到平板電腦再到越來越受歡迎的智能手表，瑞典林雪平大學的研究人員正在開創一項突破，可以重新定義我們與這些設備的互動。發表在《自然電子》上，他們的最新創新——使用金屬鹵化物鈣钛礦發光二極管（PeLED）的多功能顯示器——不僅僅是一個顯示器；它是將多種技術集成到單個界面的巨大飛躍。

顯示技術的範式轉變

今天的數字顯示器，如LCD和OLED，基本上僅限于視覺輸出。觸摸識別、環境光感應和生物識 別掃描等其他功能需要多層傳感器，使設計和制造複雜化，同時使設備變厚。但瑞典團隊的這項研究可以將所有這些功能簡化爲像素本身。

這些新的PeLED屏幕由一種名爲鈣钛礦的晶體材料制成，以其卓越的光吸收和發射性能而聞名。這種進步不僅僅是漸進的；它是一個基本的轉變，在沒有額外傳感器的情況下，將觸摸靈敏度、光感應甚至生物識別功能直接集成到屏幕上。

研究人員使用三維鈣钛礦作爲LED的活性層，因爲它們的激子結合能低，這促進了高效的電荷分離，並提高了光電的轉換效率。 同時，他們優化了電子和洞穴傳輸材料（electron and hole transport materials），以確保有效的電荷注入和收集，這對發光和檢測的雙重功能至關重要。

核心的多功能性

想象一下，一個智能手機屏幕不僅顯示充滿活力的圖像，還能吸收光線爲自己充電，感應指紋以確保安全，甚至通過讀取脈搏來監控您的健康——所有這些都沒有多余的組件。這不是科幻電影中的場景；這是林雪平大學光電學團隊研究人員精心制作的現實。

“我們的PeLED被設計成本質上是多功能的，”研究人員解釋道。“通過使用鈣钛礦，我們可以使屏幕起到太陽能電池、光傳感器甚至圖像傳感器的作用。這可以大幅降低移動設備的功耗，並顯著延長電池壽命。”

從概念到現實：技術突破

該團隊的成功在于他們創新地使用鈣钛礦LED，能夠發射和檢測光。通過優化這些LED的結構和組成，它們實現了高色彩純度和效率，這對顯示質量和傳感器功能都至關重要。

研究顯示，這些PeLED的電致發光性能顯示出有希望的結果。已經證明，這些設備可以發射明亮的光進行顯示，同時爲圖像傳感應用檢測光線。

實際上，顯示器使用三種原色（紅色、綠色和藍色）來覆蓋整個可見光譜，每個像素都能獨立作爲光發射器或傳感器發揮作用。這種雙重功能允許設備執行複雜的任務，例如掃描指紋，甚至創建放置在屏幕上的物體的圖像。

克服挑戰

盡管具有突破性的潛力，但這項技術並非沒有挑戰。主要障礙是鈣钛礦材料的壽命，目前在操作幾個小時後會降解。然而，研究團隊對在未來解決這些問題持樂觀態度。

研究人員表示，鈣钛礦LED的使用壽命需要大幅提高才能在商業上可行。但是團隊相信，通過持續的研究和開發，可以克服這一挑戰和其他挑戰。

對消費電子産品的影響

這項技術對消費電子産品的影響是巨大的。隨著對多層和傳感器的需求被消除，設備可能會變得更薄、更輕。集成的儲能能力可能導致設備需要更少的充電頻率，這可能會徹底改變我們使用小工具的方式。

此外，將這種多功能性集成到單個組件中的能力可以降低制造成本和設備複雜性，使高科技設備更容易被更廣泛的受衆獲得。