节能健康两大保证 OLED问鼎最佳照明光源

　　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1　OLED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3　OLED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5　OLED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日光而发生严重忧郁，甚至自杀的现象，或可因此照明而改善。 

　　就技术面而言，OLED照明目前所面对的挑战，有寿命、效率与成本问题，而制造成本为决胜的关键。OLED具有其他光源无法提供的功能，如温和、自然、色温可调、透明与可挠等，这些特质是OLED的致胜关键。OLED技术在近年的快速进展，给了人们节能且健康的新照明选择。