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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

307期2017年05月號

出版日期:2017/05/15

正方形 Icon 封面故事

創新應用多元 OLED及LED邁向高值化

撰文/陳玉鳳 攝影/黃鼎翔

2017年臺灣國際照明科技展於日前展出,工研院打造「OLED照明主題館」、「高光品質照明館」和「LED智能照明館」三大主題館,展出多項LED與OLED創新技術與應用,期望能透過這些技術的研發及進一步商業化,協助臺灣照明業者擺脫殺價競爭的紅海,另闢高值化的新戰場。

此次工研院的展出中,OLED技術是很大的亮點,尤其是首度發表的Flexible OLED光引擎(Light Engine)技術,將OLED的玻璃基板換成軟性輕量的塑膠基板;硬質封裝改為軟性封裝,進而創新研發出「Flexible OLED(FOLED)」,重量僅八公克、厚度小於0.6毫米(mm),因結合可撓曲、輕薄等特性,使得OLED的應用可能性無限延伸,可望廣泛應用於商業、居家、車用等各種生活場域。

擺脫殺價泥沼 打造固態照明藍海

透過此次工研院的三大主題館展覽,可以窺見工研院在LED及OLED的投入已逐漸從技術累積進展至應用面的百花齊放。LED照明已邁入智能照明、人因照明、高品質照明等具有高附加價值的領域;FOLED在可撓、輕薄特性上的精益求精,則可望帶動更多設計人員願意投入採用,進一步促成市場商機發酵。

工研院在LED及OLED領域的努力,是臺灣固態照明業界所需的創新養分,在此一關鍵轉折時期,工研院照明技術的深耕及創新,可望創造多元化智慧照明價值,協助國內照明業者開拓新藍海,滿足市場需求。

此次工研院在OLED的展出中,以首度發表的Flexible OLED光引擎技術為最大亮點。
此次工研院在OLED的展出中,以首度發表的Flexible OLED光引擎技術為最大亮點。

OLED可塑性高 美妝應用具潛力

在經濟部技術處支持下,工研院在「OLED照明主題館」以「智慧生活居家照明」為主題,展出利用OLED光源打造而成的大型裝置藝術,充分體現OLED光源本身就是燈具的特色,極具可塑性。

為了讓燈具設計師或室內設計業者能更方便應用OLED,工研院除了著力於OLED的輕薄、可撓曲特性外,同時也致力於設計的便利性,這其中的努力包括簡化機構的連結。為達成此目的,工研院為OLED燈具配置了電子機構接口,搭配的方框設計也能保護FOLED的超薄結構,另外結合機電設計結構組成光引擎,只要接上電線就能使用,有效排除設計師進入OLED應用的障礙。

此外,現場展示的餐桌燈共由40片OLED所組成,工研院整合電源供應與訊號控制於鋼索線內,能夠同時驅動大量OLED,創造出美輪美奐的餐桌照明情境。再者,由OLED光源構成的方塊燈結合無線充電介面,則可隨意擺設創造出符合自己需求的OLED照明,適合應用於化妝鏡,尤其是OLED的類自然光特性,使其在美妝應用方面頗受期待。

由OLED光源構成的方塊燈結合無線充電介面,可隨意擺設創造出符合自己需求的OLED照明,這在化妝鏡應用上是很好的訴求。
由OLED光源構成的方塊燈結合無線充電介面,可隨意擺設創造出符合自己需求的OLED照明,這在化妝鏡應用上是很好的訴求。

OLED車燈 可撓特性易發揮

OLED在車燈方面的應用也越來越受到矚目。這是因為對於寸土寸金的汽車空間而言,OLED的薄型特性可節省不少空間,且可撓性讓設計更有彈性。此外,在車尾燈的應用上,相較於LED車燈為點狀光源,易造成眩光,OLED是面型光源,所以較不易產生眩光問題,因此這方面的應用已在發酵中,工研院也已與臺灣車燈製造商有所合作,共同開發OLED汽車尾燈。

OLED為面型光源,頻譜接近自然光,且具有低眩光及輕薄可撓等特性,因此被視為新世代照明技術,此次為工研院與照明公會連續第三年共同展出OLED,從第一年宣示進入OLED領域、第二年強調應用的的推廣,到第三年,2017年則是主打設計的多變,顯示OLED已從技術開發主軸逐漸邁入實際的市場應用,尤其室內設計領域。
推廣至今,工研院 FOLED光引擎計畫已接近量產階段,而由於OLED光源即燈具的特性,因此若以燈具價格來衡量,OLED進入新市場很有機會。OLED的應用可望從初期的美妝與汽車等高單價市場,逐漸打入大量使用的家用照明。

工研院 FOLED光引擎計畫已接近量產階段,OLED的應用可望從初期的美妝與汽車等高單價市場,逐漸打入大量使用的家用照明。
工研院 FOLED光引擎計畫已接近量產階段,OLED的應用可望從初期的美妝與汽車等高單價市場,逐漸打入大量使用的家用照明。

打造高品質LED光 開闢利基市場

在經濟部能源局支持下,「高光品質主題館」展出主題主要是圍繞著人因照明與LED智慧控制技術,工研院致力於讓LED照明擁有光譜可調、低色偏、高演色性、低眩光、無閃爍等特性,藉以打造高光品質照明環境。展出的一大亮點是首次亮相的「500W超高功率LED戶外燈具」,其核心技術是高性能散熱技術,可達到模組輕量化與薄型化目標,主要應用場域包括球場、展覽館等。

臺灣目前的大型運動設施照明大多是採用高強度氣體放電(High-intensity discharge;HID)光源為主,LED燈具在取代上有燈具重量限制的弱點,一般1,000瓦HID燈具重量大多低於16公斤,但若採用LED燈具,其重量多為25~35 公斤,將大幅增加安裝與維護風險。而工研院開發的超高功率LED燈具,500瓦LED燈具即可達到現有1,000瓦HID光源提供的照度,因此若能以此燈具汰換舊有運動場燈具,將能達到至少40%以上節電量。此外,燈具重量的減輕也能提高廠商採用意願。工研院研發的500瓦高功率LED戶外燈具,其重量由原本的18公斤降到9.8公斤,光通量重量比可達每公斤6.06 klm,可符合原燈桿的承重能力,能直接取代目前體育場、棒球場等場地慣用的HID燈,大幅降低更換成本 。

目前此燈具已於竹北體育場進行實際場域測試,總計裝設64盞,燈具效率達122 lm / W,照度可達140 lux,節能成效良好,相關燈具將於今年下半年由廠商正式量產。據悉歐美、日本等先進國家的球場、體育場已紛紛將HID燈更換為LED燈,臺灣的滲透率則不到5%,工研院的研發成果將有助廠商進入此極具成長性的市場。此外,工研院也協助政府推動LED路燈設置,並訂定LED路燈技術規範,不僅改善道路照明品質,更可節省七成的電力。

首次亮相的「500W高功率LED戶外燈具」,可達到模組輕量化與薄型化目標,主要應用場域包括球場、展覽館等。
首次亮相的「500W高功率LED戶外燈具」,可達到模組輕量化與薄型化目標,主要應用場域包括球場、展覽館等。

無閃爍特性 實現優質人因照明

「高效率無閃爍電源供應器」,可以消除LED燈產生的光閃爍現象,營造更健康及舒適的照明環境。由於閃爍會造成人眼容易感到疲勞,甚至受傷或影響精神狀態,因此無閃爍特性是人因照明的重要關鍵。


工研院此一創新電源供應器是採用類單級電源架構,能大幅縮小電源供應器的體積與功耗,除了具有優異的功率因素及轉換效率外,還具有低輸出電流漣波及無閃爍等特性,應用在室內燈具上可提供穩定的光輸出,藉此能營造出舒適及健康的光環境。工研院另有「超薄低閃爍電源供應器」,整體厚度小於6mm,可支援超薄型燈具應用,有利於外型設計變化及佈線便利。


此外,「LED可調控光譜技術」可於一般常用的白光照明相對色溫範圍於2700K~6500K,演色性平均可達Ra90以上,達到極佳的顯色效果,並可利用特定頻譜打造出的特殊照明,則能確保展覽中的展品不受傷害。此外,LED技術也能用於食安、醫療檢驗上,提高判別準確度。這些創新應用所需的LED燈具都屬利基型高價產品,工研院希望透過與國內業者合作,協助LED廠商進行轉型,擺脫殺價競爭泥沼。

LED智能照明 應用百花盛開

除了用於照明外,透過智能化技術的加持,LED其實能衍生出許多創新應用,工研院「LED智能照明館」展出的多項技術做了最佳演繹。例如,只要調整燈光就能讓櫥窗裡衣服的顏色看起來更加鮮豔明亮的「LED可調光譜照明模組」。

此模組的運作原理是透過多晶多色的調光燈具設計,將特定波長混合白光,提供物品照明,使其呈現高色彩度。此一模組也能應用於人體保健,透過調整出適合人體生理節奏的照明,達到降低疲勞、振奮精神等效果。基本上,對人眼來說,無論「LED可調光譜照明模組」調整的光譜為何,我們看到的依舊是白光,然而由於其中紅、藍、綠光的比例其實有所變化,因此自發性感光視網膜神經節細胞所接受的生理刺激程度也不同,「LED可調光譜照明模組」就是藉此發揮其對人類生理的影響。

LED結合盆栽 打造療癒智慧花園

另外,有著可愛名稱的「天使燈─智慧花園」也在會場吸引不少目光。「天使燈─智慧花園」結合LED燈及園藝盆栽,利用多色LED提供植物生長所需的特定光譜。「天使」之名是來自於此展品所採用的LED燈具為橢圓環形,猶如天使頭上光環。此一智慧花園能利用內建無線網路聯結至「雲端園藝管理系統」,透過資料庫實現栽種與維護的自動化,所以即使你不是所謂的「綠手指」,也能養出一方生機盎然的花園,頗具療癒作用。

「天使燈─智慧花園」結合LED燈及園藝盆栽,利用多色LED提供植物生長所需的特定光譜。
「天使燈─智慧花園」結合LED燈及園藝盆栽,利用多色LED提供植物生長所需的特定光譜。

LED光通訊 實現LED照明定位

「LED照明定位系統」則有望解決室內定位的問題。此系統是基於LED光通訊技術(Visible Light Communication System;VLC),也就是將光源當成發射訊號的發射器來傳送資料,並將之運用於室內定位系統,其基本原理是利用LED發出的明暗閃爍信號來實現信息傳輸,目前可見光通訊主要是採用白光LED傳輸,每秒傳輸速率最高達1 GB(Gigabyte)。

也就是說,燈具在提供照明功能的同時,也能提供定位功能,令人印象深刻的是,工研院此項定位技術的精度小於10公分,能大幅提高室內定位的精確度。此套系統整合模組化LED驅動電路,結合工研院的數據分析技術,可應用於商場、博物館、醫院等場域。事實上,工研院的LED室內定位技術已成功實際應用多家醫院,提供良好的儀器定位功能,進一步促成智慧醫院的誕生。

「LED可調光譜照明模組」透過多晶多色的調光燈具設計,讓櫥窗裡衣服的顏色看起來更加鮮豔明亮。
「LED可調光譜照明模組」透過多晶多色的調光燈具設計,讓櫥窗裡衣服的顏色看起來更加鮮豔明亮。

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