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[導(dǎo)讀]在不傷害眼睛與身體的前提之下,節(jié)能照明為必要的選擇,但適合白天工作使用的照明,不一定同樣適合用于夜晚休息。近來的醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn),夜間點燈對眼睛不一定好,尤其是近30年,夜晚大量使用電子照明設(shè)備以來,特別是照射

在不傷害眼睛與身體的前提之下,節(jié)能照明為必要的選擇,但適合白天工作使用的照明,不一定同樣適合用于夜晚休息。近來的醫(yī)學(xué)發(fā)現(xiàn),夜間點燈對眼睛不一定好,尤其是近30年,夜晚大量使用電子照明設(shè)備以來,特別是照射強白光或藍(lán)光,對人體健康方面,造成快速攀升的乳癌和結(jié)腸癌等現(xiàn)象,已引起先進國家注意。

因此,有機發(fā)光二極管(OLED)將為節(jié)能及人眼與生理安全的最佳照明方案,OLED照明技術(shù)具十幾項優(yōu)異特質(zhì),為人類史上最好的照明光源。

在歐盟帶領(lǐng)下,許多國家已明文列出逐年禁用白熾燈泡的時間表,由于白熾燈泡每瓦能源僅產(chǎn)生15流明的亮度,將逐漸進入歷史;白熾燈泡問世至今 130年,相對于蠟燭,算是相當(dāng)短的一段時間。而60年前誕生的熒光燈管,其能量效率如今雖可達(dá)每瓦60~90流明亮度,但除節(jié)省能源外,其他諸多缺點及可能衍生的問題亦值得關(guān)注。

不過,在白熾燈泡被政策性強迫淘汰前,仍未看到更完善的燈源技術(shù)產(chǎn)生。白熾燈泡照明技術(shù)雖然較耗電、會產(chǎn)生高熱,卻也有光譜連續(xù)較溫和、不閃爍且護眼的優(yōu)點。而現(xiàn)階段熒光燈雖然省電,但因含汞、含紫外線、光譜斷續(xù)尖起與閃爍等問題,而即將被淘汰。

現(xiàn)在因不良照明而產(chǎn)生的問題逐一浮現(xiàn),如何加速健康且節(jié)能的照明技術(shù)與產(chǎn)品實用研發(fā)的腳步,是科學(xué)家面臨的挑戰(zhàn)。以下將比較現(xiàn)有電子照明技術(shù),并簡述OLED照明兼顧節(jié)能、健康和優(yōu)質(zhì)的特性。

具可調(diào)色溫/高演色性O(shè)LED優(yōu)勢明顯

根據(jù)日本山形大學(xué)理工學(xué)研究所教授城戶淳二的推估,使用OLED照明,到2020年,預(yù)計可減少670萬噸,約2.3%的二氧化碳排放量。OLED的能量效率超過傳統(tǒng)白熾燈泡且接近熒光燈管,并因其節(jié)能潛力,早在2000年美國能源部即每年投入3,000萬美元進行研發(fā)。全球三大照明廠飛利浦 (Philips)、歐司朗(Osram)及奇異(GE)亦參與OLED照明應(yīng)用的研究,2010年日本Lumiotech也接續(xù)推出試賣品。

在人體健康方面,不同于省電燈泡,OLED不含汞,且無紫外線,而熒光燈利用汞蒸氣形成紫外線,再以紫外線激發(fā)熒光體發(fā)光,發(fā)光二極管(LED)也有部分是用紫外線激發(fā)出可見光,再形成白光,紫外線若有外露,將對人眼產(chǎn)生傷害。且OLED只需幾顆小型電池,或是一顆9伏特方型電池,就可驅(qū)動發(fā)光,因其電壓低,可安全隨身攜帶。

2009年,臺灣清大發(fā)表類太陽光OLED,其色溫從2,000~8,000K,涵蓋3,000K的早晨、5,500K的中午陽光及2,500K的落日陽光 (圖1)。太陽在日出、日落與白天所發(fā)出的不同光色與色溫,除給予人不同的氛圍感受之外,更能調(diào)節(jié)人類與生物的生理時鐘與節(jié)奏(圖2)。低亮度和色溫的光線,并不妨礙能抑制腫瘤的退黑激素分泌。

無論是LED、白熾燈泡或熒光燈管,都有眩光問題,其中以LED最嚴(yán)重,而OLED為自然平面光源,無光線集中刺眼的問題,適用于室內(nèi)或車內(nèi)之照明,且不會閃爍,亦可作為護眼燈具。另一方面,LED或熒光燈管,都有尖起的光色問題,當(dāng)中以熒光燈最明顯,但是OLED光色柔緩,較接近自然光(圖3)。此外,白熾燈泡將95%的電用來產(chǎn)生熱與紅外光,因此為熱光,相對的,因OLED光譜可調(diào)控,幾乎不放射紅外光,故又稱為冷光。同時,點型光源的LED有嚴(yán)重高熱問題,會導(dǎo)致組件發(fā)光效率下降、封裝膠材劣化與使用壽命減短等,而OLED為薄片狀,較容易散熱。

由于OLED的演色性可高達(dá)95%以上,適合攝影、美術(shù)館或博物館之使用,加上冷光特質(zhì),特別適用于外科手術(shù)照明。根據(jù)美國能源部統(tǒng)計,超高演色性照明產(chǎn)品的市場產(chǎn)值,高過其他照明,可為發(fā)展重點。除可發(fā)出各種不同色溫的類太陽光色外,藉由發(fā)光體的選擇或參配,還能發(fā)出各種不同色光。在設(shè)計植物工廠的成長燈時尤為方便,并能按照不同植物吸收不同波長的需求,進行產(chǎn)品客制化。

熒光燈管無法調(diào)整亮度,但OLED燈具可以任意調(diào)整,無論日夜、居家或辦公使用均適宜。此外,利用兩種透明電極,OLED照明可做成透明狀,關(guān)燈時可直接透視,有借光借景以擴展視野的效果;開燈時則可用于照明,并經(jīng)由遮斷視線達(dá)到隱私效果,這是其他燈具沒有的功能。過去白熾燈泡、日光燈管或LED燈具皆不可折迭或彎曲,直到軟性O(shè)LED技術(shù)(圖4)出現(xiàn),可撓曲且擁有不易破裂的特性,將使照明產(chǎn)品與應(yīng)用技術(shù)推陳出新,并超出現(xiàn)有的想象。最后,LED雖然很小一顆,但經(jīng)過封裝及裝置散熱機制之后就不再輕巧,OLED則相對輕薄,因此適用于有高度節(jié)省油耗需求的飛機等照明及人體的顯示佩帶(圖5)。


圖5 OLED頭帶與OLED顯示球鞋可讓夜間慢跑更安全

壽命/效率/成本挑戰(zhàn)待克服

就技術(shù)面而言,OLED照明現(xiàn)階段所面對的挑戰(zhàn)有壽命、效率與成本三項。OLED組件的使用壽命和使用亮度的平方成反比,也就是說,當(dāng)使用亮度變成兩倍時,其使用壽命將變成原來的四分之一。由于OLED組件壽命與其效率高低有關(guān),拜高效率組件之賜,特別是組件內(nèi)部發(fā)光與外部發(fā)光結(jié)構(gòu)的設(shè)計改良,白光 OLED能量效率躍增100%,其原有壽命亦從10萬小時推進到20萬小時,如此一來,就僅剩該項技術(shù)量產(chǎn)效益的問題。

OLED的效率近年來有極大的進步,以白光OLED為例,其能量效率已達(dá)每瓦100流明,和省電熒光燈的每瓦60~90流明表現(xiàn)相近。此效率即便只有LED的一半,也可與之競爭,因為LED在晶粒封裝與光線分散后,加上高溫致使效率下滑因素,其能量效率幾乎減半。

事實上,OLED照明的制造成本才是決勝關(guān)鍵,其首要決定性關(guān)鍵為專利,其次是設(shè)備,再來才是模塊與材料。臺灣對國外設(shè)備將近百分之百的依賴度,將是最大的隱憂。目前國內(nèi)如工研院機械所,正努力提案研發(fā)新制造設(shè)備并開發(fā)自有制造技術(shù),將可大量提高材料使用率,并加快生產(chǎn)速率,直接降低生產(chǎn)成本,有效提升全球競爭能力。

色溫對人的生理時鐘及健康的重要影響,應(yīng)是照明光源首要功能指針。低色溫光線,像是落日余暉,較不會妨礙退黑激素的產(chǎn)生,進而抑制腫瘤,并幫助人體放松、有益睡眠。而高色溫的光線,可以刺激清醒激素的產(chǎn)生,給人好精神。白天和夜晚,工作或休息,應(yīng)使用不同色溫的照明。超高演色性照明可提高居家或商場擺設(shè)的質(zhì)量,而OLED的色溫及演色性,均可容易設(shè)計調(diào)整。

類太陽光OLED把如戶外自然的太陽光源帶到室內(nèi),從此人們可享受像在戶外有日落、日出與晴天的太陽光色情境。色溫可調(diào)類太陽光OLED對于照明、攝影、裝潢、心理、醫(yī)學(xué)及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域發(fā)展,均將有所幫助,冬日或長期無陽光照射的地區(qū),如芬蘭因長期照射不到日光而發(fā)生嚴(yán)重憂郁,甚至自殺的現(xiàn)象,或可因此照明而改善。

就技術(shù)面而言,OLED照明目前所面對的挑戰(zhàn),有壽命、效率與成本問題,而制造成本為決勝的關(guān)鍵。OLED具有其他光源無法提供的功能,如溫和、自然、色溫可調(diào)、透明與可撓等,這些特質(zhì)是OLED的致勝關(guān)鍵。OLED技術(shù)在近年的快速進展,給了人們節(jié)能且健康的新照明選擇。

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