節(jié)能健康兩大保證　OLED問鼎最佳照明光源

　　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(diǎn)燈對(duì)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(qiáng)白光或藍(lán)光，對(duì)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(jìn)國家注意。

　　因此，有機(jī)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(xiàng)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(shí)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(jìn)入歷史；白熾燈泡問世至今 130年，相對(duì)于蠟燭，算是相當(dāng)短的一段時(shí)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(diǎn)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(qiáng)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(huì)產(chǎn)生高熱，卻也有光譜連續(xù)較溫和、不閃爍且護(hù)眼的優(yōu)點(diǎn)。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(shí)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(jiǎn)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OLED優(yōu)勢(shì)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(jì)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(jìn)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(duì)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(dòng)發(fā)光，因其電壓低，可安全隨身攜帶。

　　2009年，臺(tái)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(shí)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。

圖1　OLED所涵蓋的色溫變化

圖2　太陽在日出、日落與白天所發(fā)出的不同光色與色溫，對(duì)于生理時(shí)鐘與節(jié)奏的影響。

　　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(huì)閃爍，亦可作為護(hù)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(duì)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(shí)，點(diǎn)型光源的LED有嚴(yán)重高熱問題，會(huì)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。

圖3　OLED光源和白熾燈泡、熒光燈管與LED光源的比較

　　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(jì)，超高演色性照明產(chǎn)品的市場(chǎng)產(chǎn)值，高過其他照明，可為發(fā)展重點(diǎn)。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(jì)植物工廠的成長燈時(shí)尤為方便，并能按照不同植物吸收不同波長的需求，進(jìn)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(shí)可直接透視，有借光借景以擴(kuò)展視野的效果；開燈時(shí)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OLED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(jī)制之后就不再輕巧，OLED則相對(duì)輕薄，因此適用于有高度節(jié)省油耗需求的飛機(jī)等照明及人體的顯示佩帶(圖5)。

圖4　具可撓曲特性的OLED照明組件

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(duì)的挑戰(zhàn)有壽命、效率與成本三項(xiàng)。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(shí)，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(jì)改良，白光 OLED能量效率躍增100%，其原有壽命亦從10萬小時(shí)推進(jìn)到20萬小時(shí)，如此一來，就僅剩該項(xiàng)技術(shù)量產(chǎn)效益的問題。

　　OLED的效率近年來有極大的進(jìn)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(jìng)爭(zhēng)，因?yàn)長ED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(shí)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(tái)灣對(duì)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(jī)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(jìng)爭(zhēng)能力。

　　色溫對(duì)人的生理時(shí)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(huì)妨礙退黑激素的產(chǎn)生，進(jìn)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(chǎng)擺設(shè)的質(zhì)量，而OLED的色溫及演色性，均可容易設(shè)計(jì)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(duì)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