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OLED 照明技术


2020-06-08


想像一下未来的灯可以薄得像一张纸,将灯片弯曲后,可随意张贴在墙壁或室内的任何一个角落而成为一张发光壁纸。这样的技术正在快速发展中,称为有机发光二极体 (Organic Light Emitting diode, OLED) 照明技术。

OLED 发光源一般是面光源形式,製作成灯具时并不需要会损耗光线的反射机构而具有节能特性,亦具有高演色性 (Color rendering index, CRI)、无眩光、透明、轻薄、可弯曲等众多优点,因此吸引国际大厂竞相投资发展。OLED 照明兼具环保与低耗能的优势,在庞大资源的挹注下使得发光效率进步得相当快,未来将更普遍应用于室内节能照明并节省大量照明用电。

从消费者使用体验的观点来看,OLED 照明有别于传统的点光源或线光源,其发光分布于更大的面积,而柔和的光线对于使用者而言是更为舒适的照明体验。此外,OLED 所发出的光线属于连续光谱,其光谱特性与自然光类似。诸多相关研究指出自然光对于健康维持是不可或缺的因素。在照明领域中,大多只考虑室内光线是否足够明亮,然而合乎身心需求的 OLED 健康照明势必在未来的照明中扮演重要角色。

以下将针对 OLED 照明的基本原理、特色与各种市场应用进行介绍:

OLED 基本结构与发光原理

OLED 的基本结构如(图一 (a))所示,是以高导电性与高透光性的铟锡氧化物 (Indium Tin Oxide, ITO) 作为阳极,再将有机材料层蒸镀于 ITO 上,最后蒸镀高反射性的金属作为阴极。有机材料层一般包含电洞注入层、电洞传输层、发光层、电子传输层、电子注入层。其薄膜厚度相当薄,一般仅数百奈米厚。

OLED 的发光原理如(图一 (b))所示,当 OLED 元件外加一正向偏压后,在电场的作用下,电子和电洞分别从阴极及阳极注入传输层并朝向中间的发光层移动,最后电子与电洞在发光层结合产生激子 (exciton),此激发态呈现不稳定状态,当电子与电洞产生再结合后 (recombination),能量透过辐射方式回到基态,并产生光子放出光能。

OLED 照明技术

图一、(a) OLED元件结构。(b) OLED 发光原理。(来源:本文作者江昌霖绘图)

OLED 具高演色性、连续光谱特性

光源对物体颜色呈现的程度称为演色性 (CRI),也就是颜色逼真的程度,其数值的範围是 0~100。演色性高的光源对颜色的表现较好,所看到的颜色也较接近自然原色。一般室内使用的照明光源大多为演色性 70-80 之光源,以三基色萤光灯源为例,其光谱为非连续光谱,而自然光则为连续光谱,两者照射于相同的物品后会呈现完全不同的色彩表现,如(图二)所示。物品在一般室内照明的照射下所呈现的颜色较为暗沉,而相较于自然光照射下所呈现的则是饱和且鲜豔的颜色。OLED 照明的光谱更为接近自然光谱,演色性相当高 (CRI > 95),应用于室内后将可使生活空间有如沐浴在自然光的情境中,令人感到相当舒适。

OLED 照明技术

图二、(a) 萤光灯与 (b) 自然光之光谱与物体呈现之色彩图(来源:本文作者江昌霖拍摄)

OLED 为健康光源

一般人在一天的生活中,有极长的时间是暴露在室内人工光源的照射下,对于生理可能会产生相当大的影响。举例来说,人体在照射自然光时会刺激体内多巴胺 (Dopamine) 的分泌,而多巴胺就是用来维持眼球球径的分泌物质 [1,2],多巴胺分泌不足容易产生近视。因此长时间待在室内看电视或看书的人自然会减少照射阳光的机会,也因此增加罹患近视的可能性。

光谱的特性也会影响心理健康,长时间居住在日照时间短的高纬度国家人们,较容易罹患季节性忧郁症 (Seasonal Affective Disorder) [3,4],此为缺乏自然光所造成的病态,可藉由照射充裕的自然光或人工的连续光谱而完全治癒。由此可知具有连续光谱特质的 OLED 照明对于人体健康是有益的,未来 OLED 将以连续光谱之优势切入健康光源的利基市场。

OLED 应用于装饰照明

OLED 最新的发展趋势,是将原本单调的发光面板改为可发出灰阶图案的图案化照明技术。如(图三)所示,为 OLED 灰阶影像光源之呈现,可清楚地看到独具特色之灰阶火车发光图案。未来结合 OLED 灯具可挠曲之特性后,将使得传统上仅能提供照明用途的灯具,在室内也能摇身一变成为具有艺术感的发光装饰品。想像一下将户外的天空移到室内天花板的感觉,可让单调的封闭空间转化为辽阔空间与自然之感受。图案化 OLED 照明将可颠覆照明的传统定义,同时满足照明与视觉感受之需求。

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图三、图案化 OLED 灰阶照明技术与未来的 OLED 照明情境想像图(来源:本文作者江昌霖拍摄及绘图)


参考文献



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