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节能健康两大保证OLED问鼎最佳照明光源

发布时间:2020-07-21 17:55:56 阅读: 来源:生态木厂家

在不伤害眼睛与身体的前提之下,节能照明为必要的选择,但适合白天工作使用的照明,不一定同样适合用于夜晚休息。近来的医学发现,夜间点灯对眼睛不一定好,尤其是近30年,夜晚大量使用电子照明设备以来,特别是照射强白光或蓝光,对人体健康方面,造成快速攀升的乳癌和结肠癌等现象,已引起先进国家注意。因此,有机发光二极管(OLED)将为节能及人眼与生理安全的最佳照明方案,OLED照明技术具十几项优异特质,为人类史上最好的照明光源。在欧盟带领下,许多国家已明文列出逐年禁用白炽灯泡的时间表,由于白炽灯泡每瓦能源仅产生15流明的亮度,将逐渐进入历史;白炽灯泡问世至今 130年,相对于蜡烛,算是相当短的一段时间。而60年前诞生的荧光灯管,其能量效率如今虽可达每瓦60~90流明亮度,但除节省能源外,其他诸多缺点及可能衍生的问题亦值得关注。不过,在白炽灯泡被政策性强迫淘汰前,仍未看到更完善的灯源技术产生。白炽灯泡照明技术虽然较耗电、会产生高热,却也有光谱连续较温和、不闪烁且护眼的优点。而现阶段荧光灯虽然省电,但因含汞、含紫外线、光谱断续尖起与闪烁等问题,而即将被淘汰。现在因不良照明而产生的问题逐一浮现,如何加速健康且节能的照明技术与产品实用研发的脚步,是科学家面临的挑战。以下将比较现有电子照明技术,并简述OLED照明兼顾节能、健康和优质的特性。具可调色温/高演色性OLED优势明显根据日本山形大学理工学研究所教授城户淳二的推估,使用OLED照明,到2020年,预计可减少670万吨,约2.3%的二氧化碳排放量。OLED的能量效率超过传统白炽灯泡且接近荧光灯管,并因其节能潜力,早在2000年美国能源部即每年投入3,000万美元进行研发。全球三大照明厂飞利浦 (Philips)、欧司朗(Osram)及奇异(GE)亦参与OLED照明应用的研究,2010年日本Lumiotech也接续推出试卖品。

在人体健康方面,不同于省电灯泡,OLED不含汞,且无紫外线,而荧光灯利用汞蒸气形成紫外线,再以紫外线激发荧光体发光,发光二极管(LED)也有部分是用紫外线激发出可见光,再形成白光,紫外线若有外露,将对人眼产生伤害。且OLED只需几颗小型电池,或是一颗9伏特方型电池,就可驱动发光,因其电压低,可安全随身携带。2009年,台湾清大发表类太阳光OLED,其色温从2,000~8,000K,涵盖3,000K的早晨、5,500K的中午阳光及2,500K的落日阳光 (图1)。太阳在日出、日落与白天所发出的不同光色与色温,除给予人不同的氛围感受之外,更能调节人类与生物的生理时钟与节奏(图2)。低亮度和色温的光线,并不妨碍能抑制肿瘤的退黑激素分泌。

图1OLED所涵盖的色温变化

图2太阳在日出、日落与白天所发出的不同光色与色温,对于生理时钟与节奏的影响。

无论是LED、白炽灯泡或荧光灯管,都有眩光问题,其中以LED最严重,而OLED为自然平面光源,无光线集中刺眼的问题,适用于室内或车内之照明,且不会闪烁,亦可作为护眼灯具。另一方面,LED或荧光灯管,都有尖起的光色问题,当中以荧光灯最明显,但是OLED光色柔缓,较接近自然光(图3)。此外,白炽灯泡将95%的电用来产生热与红外光,因此为热光,相对的,因OLED光谱可调控,几乎不放射红外光,故又称为冷光。同时,点型光源的LED有严重高热问题,会导致组件发光效率下降、封装胶材劣化与使用寿命减短等,而OLED为薄片状,较容易散热。

图3OLED光源和白炽灯泡、荧光灯管与LED光源的比较

由于OLED的演色性可高达95%以上,适合摄影、美术馆或博物馆之使用,加上冷光特质,特别适用于外科手术照明。根据美国能源部统计,超高演色性照明产品的市场产值,高过其他照明,可为发展重点。除可发出各种不同色温的类太阳光色外,藉由发光体的选择或参配,还能发出各种不同色光。在设计植物工厂的成长灯时尤为方便,并能按照不同植物吸收不同波长的需求,进行产品客制化。

荧光灯管无法调整亮度,但OLED灯具可以任意调整,无论日夜、居家或办公使用均适宜。此外,利用两种透明电极,OLED照明可做成透明状,关灯时可直接透视,有借光借景以扩展视野的效果;开灯时则可用于照明,并经由遮断视线达到隐私效果,这是其他灯具没有的功能。过去白炽灯泡、日光灯管或LED灯具皆不可折迭或弯曲,直到软性OLED技术(图4)出现,可挠曲且拥有不易破裂的特性,将使照明产品与应用技术推陈出新,并超出现有的想象。最后,LED虽然很小一颗,但经过封装及装置散热机制之后就不再轻巧,OLED则相对轻薄,因此适用于有高度节省油耗需求的飞机等照明及人体的显示佩带(图5)。

图4具可挠曲特性的OLED照明组件

图5OLED头带与OLED显示球鞋可让夜间慢跑更安全

寿命/效率/成本挑战待克服

就技术面而言,OLED照明现阶段所面对的挑战有寿命、效率与成本三项。OLED组件的使用寿命和使用亮度的平方成反比,也就是说,当使用亮度变成两倍时,其使用寿命将变成原来的四分之一。由于OLED组件寿命与其效率高低有关,拜高效率组件之赐,特别是组件内部发光与外部发光结构的设计改良,白光 OLED能量效率跃增100%,其原有寿命亦从10万小时推进到20万小时,如此一来,就仅剩该项技术量产效益的问题。

OLED的效率近年来有极大的进步,以白光OLED为例,其能量效率已达每瓦100流明,和省电荧光灯的每瓦60~90流明表现相近。此效率即便只有LED的一半,也可与之竞争,因为LED在晶粒封装与光线分散后,加上高温致使效率下滑因素,其能量效率几乎减半。

事实上,OLED照明的制造成本才是决胜关键,其首要决定性关键为专利,其次是设备,再来才是模块与材料。台湾对国外设备将近百分之百的依赖度,将是最大的隐忧。目前国内如工研院机械所,正努力提案研发新制造设备并开发自有制造技术,将可大量提高材料使用率,并加快生产速率,直接降低生产成本,有效提升全球竞争能力。

色温对人的生理时钟及健康的重要影响,应是照明光源首要功能指针。低色温光线,像是落日余晖,较不会妨碍退黑激素的产生,进而抑制肿瘤,并帮助人体放松、有益睡眠。而高色温的光线,可以刺激清醒激素的产生,给人好精神。白天和夜晚,工作或休息,应使用不同色温的照明。超高演色性照明可提高居家或商场摆设的质量,而OLED的色温及演色性,均可容易设计调整。

类太阳光OLED把如户外自然的太阳光源带到室内,从此人们可享受像在户外有日落、日出与晴天的太阳光色情境。色温可调类太阳光OLED对于照明、摄影、装潢、心理、医学及农业等领域发展,均将有所帮助,冬日或长期无阳光照射的地区,如芬兰因长期照射不到

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