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光源萤光色温OLED具照明优势 发光效率与成本问题待突破

OLED(Organic light-emitting diode)堪称众多次世代环保光源中,最具备照明优势的一种技术形式,而OLED不含汞,产生的光无紫外线问题,且驱动电力低,但目前OLED照明相关技术仍局限在元件的光衰寿命问题,发光效率与单位成本仍须进一步设法改善...

针对日常照明应用,要求的不应只有发光效率、光形等问题,由于照明设备几乎是每个人经常接触的生活应用,其是否合乎安全、健康原则,应是照明设备受到关注的重点。

照明设备必须在不伤害眼睛与人体的前提下使用,但从目前的应用形式观察,多数适用于日间照明的光源,并不见得适用于夜间照明时段。例如,每瓦可产生60~90流明的萤光灯具,虽具备节省能源优势,但有更多攸关健康的重大问题,目前已被民众密切关注。

OLED发光元件可以利用不同结构或偏压产生各种发光形式,色温表现具连续性与柔和性。

照明应用攸关健康光源技术超越效率需求

近来医学研究发现,人体的反应会依环境的照明波长而有对应的变化,夜间使用的大量照明设备,可能破坏人体感受环境波长变化进入休息状态的生理反应,此现象尤其在近数十年夜间大量应用电子照明设备(尤其是强白光)的情况下,对人体产生莫大的影响。

目前已面临淘汰的白炽灯泡,虽然发光效能不彰,但其照明产生的色温表现与波长较连续、温和,同时也有不闪烁的优点,相较目前为了节能大量使用的萤光灯具、省电灯泡,后者的发光效率虽较具优势,但生产过程免不了添加会毒害环境的「汞」,光源会发出部分紫外线、光谱表现断续等问题,使用上看似无明显差异,但实际上正分分秒秒影响着用户的健康。

即便是目前发展最热门的LED固态光源照明技术,碍于发光形式为透过半导体PN接面偏压产生的电转换为光的特性,也存在着紫外线与光谱断续问题,即便透过物理透镜或是添加萤光粉改善输出,能做到的光品质改善仍相当有限。反观目前持续发展中的有机发光二极体(OLED),则具备光谱表现较和缓、拥有面光源的照明特性,有机会成为相对安全、健康的光源选择。

OLED具可调色温优势无紫外线问题

照明光源较常见的问题就是「紫外线」,因为紫外线对人体最直接的伤害就是造成皮肤癌或是其他皮肤病变!

不同于萤光灯管、省电灯泡,OLED发光原理不需利用汞蒸汽施加电压形成紫外线来激发灯管内的萤光粉进行发光。大量使用此种技术的萤光灯管、省电灯泡,即便于灯具玻璃上追加阻隔紫外线的设计,但实际上仍可能产生阻隔效益漏失,造成照明的诸多安全隐忧,相反地,OLED则完全没有紫外线问题。LED发光二极体这类固态光源,多数也是利用紫外线激发呈现可见光,再透过处理形成白光或其他色光,若元件在紫外线处理方面出现外露,也会对人眼产生伤害。

目前开发的类太阳光OLED元件,色温表现从2,000~8,000K,色温可涵盖3,000K(早晨日光)、5,500K(午间阳光)及2,500~3,000K(傍晚阳光)效果,若用于制作灯具,可使产品提供如同日出、日落的不同光色、色温,极宽的色温表现,可产生多元的照明氛围变化,亦可利用照明调节使用者的人体生理时钟节奏。

类太阳光OLED可广泛应用于白天与夜间照明情境,OLED具超高演色性的照明设计,其色温表现与演色性还可透过不同制程或是电压改变灯具照明的表现特征。

OLED具可挠曲特性搭配透明电极提供多元应用

白炽灯泡最常见的应用即调光功能,而调光功能始终是萤光灯管、省电灯泡这类灯具的罩门,因为无法调整亮度,也失去多数环境气氛、情境灯具的应用市场。但OLED技术制作的照明灯具,可以提供任意调光的功能,甚至还可利用两种透明电极来开发兼具隐私或照明应用的特殊设计。

例如,OLED照明可开发成透明状大面积板材,在关闭照明(即关灯)时,可以产生直接透视的视觉效果,提供扩展视野的应用,而当使用者开灯时,同一块大面积光源板材即处于「照明」应用形式,同时具备照明效果与遮断视线的隐私效果,这是以往的灯具技术所无法提供的。

此外,在LED固态光源积极发展后,过去白炽灯泡、萤光灯管或省电灯泡无法想像的摺叠、挠曲应用,在软性OLED技术问世后,早已不是纯粹幻想的未来科技。软性OLED元件具备材质可挠、不易破裂的特性,这种材质特性将会让照明灯具与相关周边应用出现划时代的想像空间,而OLED材质元件相对轻薄,更适用于飞航器或穿戴式照明等创新应用场合。

OLED寿命、效率、成本挑战待克服

LED固态光源、白炽灯泡、萤光灯管或省电灯泡都具有眩光问题,而OLED的照明元件为较自然的平面光源,产品体积亦可做得更薄,同时OLED发光时无光线过度集中、刺眼问题,可适用于车内、室内照明,同时也具备光形稳定的优点。

白炽灯泡会将95%的电能用来加热钨丝产生热与红外光,因此白炽灯为一种发热光源,而OLED光源元件的光谱为可调控,几乎不会放射红外光,因此又有冷光说法。一般的LED固态光源为求高亮度表现,往往会有散热问题,OLED元件为薄片设计,相较LED更具散热优势。

实务上,OLED发光元件的使用寿命与亮度的平方成反比,即亮度提升两倍、寿命将减为原来的4分之1。不过,OLED发光元件利用材料技术与发光结构多重改善,目前发光效率已有倍数的提升,其元件寿命经改善后,可自10万小时增至20万小时,惟量产技术与成本效益仍需持续改进。

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