OLED 照明技術

OLED 照明技術 (The Organic Light Emitting Diode Lighting Technology)
工業技術研究院—綠能與環境研究所研究員 江昌霖

想像一下未來的燈可以薄得像一張紙，將燈片彎曲後，可隨意張貼在牆壁或室內的任何一個角落而成為一張發光壁紙。這樣的技術正在快速發展中，稱為有機發光二極體 (Organic Light Emitting diode, OLED) 照明技術。

OLED 發光源一般是面光源形式，製作成燈具時並不需要會損耗光線的反射機構而具有節能特性，亦具有高演色性 (Color rendering index, CRI)、無眩光、透明、輕薄、可彎曲等眾多優點，因此吸引國際大廠競相投資發展。OLED 照明兼具環保與低耗能的優勢，在龐大資源的挹注下使得發光效率進步得相當快，未來將更普遍應用於室內節能照明並節省大量照明用電。

從消費者使用體驗的觀點來看，OLED 照明有別於傳統的點光源或線光源，其發光分佈於更大的面積，而柔和的光線對於使用者而言是更為舒適的照明體驗。此外，OLED 所發出的光線屬於連續光譜，其光譜特性與自然光類似。諸多相關研究指出自然光對於健康維持是不可或缺的因素。在照明領域中，大多只考慮室內光線是否足夠明亮，然而合乎身心需求的 OLED 健康照明勢必在未來的照明中扮演重要角色。

以下將針對 OLED 照明的基本原理、特色與各種市場應用進行介紹：

OLED 基本結構與發光原理

OLED 的基本結構如（圖一 (a)）所示，是以高導電性與高透光性的銦錫氧化物 (Indium Tin Oxide, ITO) 作為陽極，再將有機材料層蒸鍍於 ITO 上，最後蒸鍍高反射性的金屬作為陰極。有機材料層一般包含電洞注入層、電洞傳輸層、發光層、電子傳輸層、電子注入層。其薄膜厚度相當薄，一般僅數百奈米厚。

OLED 的發光原理如（圖一 (b)）所示，當 OLED 元件外加一正向偏壓後，在電場的作用下，電子和電洞分別從陰極及陽極注入傳輸層並朝向中間的發光層移動，最後電子與電洞在發光層結合產生激子 (exciton)，此激發態呈現不穩定狀態，當電子與電洞產生再結合後 (recombination)，能量透過輻射方式回到基態，並產生光子放出光能。

圖一、(a) OLED元件結構。(b) OLED 發光原理。（來源:本文作者江昌霖繪圖）

OLED 具高演色性、連續光譜特性

光源對物體顏色呈現的程度稱為演色性 (CRI)，也就是顏色逼真的程度，其數值的範圍是 0~100。演色性高的光源對顏色的表現較好，所看到的顏色也較接近自然原色。一般室內使用的照明光源大多為演色性 70-80 之光源，以三基色螢光燈源為例，其光譜為非連續光譜，而自然光則為連續光譜，兩者照射於相同的物品後會呈現完全不同的色彩表現，如（圖二）所示。物品在一般室內照明的照射下所呈現的顏色較為暗沉，而相較於自然光照射下所呈現的則是飽和且鮮豔的顏色。OLED 照明的光譜更為接近自然光譜，演色性相當高 (CRI > 95)，應用於室內後將可使生活空間有如沐浴在自然光的情境中，令人感到相當舒適。

圖二、(a) 螢光燈與 (b) 自然光之光譜與物體呈現之色彩圖（來源:本文作者江昌霖拍攝）

OLED 為健康光源

一般人在一天的生活中，有極長的時間是暴露在室內人工光源的照射下，對於生理可能會產生相當大的影響。舉例來說，人體在照射自然光時會刺激體內多巴胺 (Dopamine) 的分泌，而多巴胺就是用來維持眼球球徑的分泌物質 [1,2]，多巴胺分泌不足容易產生近視。因此長時間待在室內看電視或看書的人自然會減少照射陽光的機會，也因此增加罹患近視的可能性。

光譜的特性也會影響心理健康，長時間居住在日照時間短的高緯度國家人們，較容易罹患季節性憂鬱症 (Seasonal Affective Disorder) [3,4]，此為缺乏自然光所造成的病態，可藉由照射充裕的自然光或人工的連續光譜而完全治癒。由此可知具有連續光譜特質的 OLED 照明對於人體健康是有益的，未來 OLED 將以連續光譜之優勢切入健康光源的利基市場。

OLED 應用於裝飾照明

OLED 最新的發展趨勢，是將原本單調的發光面板改為可發出灰階圖案的圖案化照明技術。如（圖三）所示，為 OLED 灰階影像光源之呈現，可清楚地看到獨具特色之灰階火車發光圖案。未來結合 OLED 燈具可撓曲之特性後，將使得傳統上僅能提供照明用途的燈具，在室內也能搖身一變成為具有藝術感的發光裝飾品。想像一下將戶外的天空移到室內天花板的感覺，可讓單調的封閉空間轉化為遼闊空間與自然之感受。圖案化 OLED 照明將可顛覆照明的傳統定義，同時滿足照明與視覺感受之需求。

圖三、圖案化 OLED 灰階照明技術與未來的 OLED 照明情境想像圖（來源:本文作者江昌霖拍攝及繪圖）

參考文獻

1. Jou, J. H., Shen, S. M., Wu, M. H., Peng, S. H., & Wang, H. C. (2011). Sunlight-style organic light-emitting diodes. Journal of Photonics for Energy, 1(1), 011021-011021.
2. Ashby, R., Ohlendorf, A., & Schaeffel, F. (2009). The effect of ambient illuminance on the development of deprivation myopia in chicks. Investigative ophthalmology & visual science, 50(11), 5348-5354.
3. Ashby, R. S., & Schaeffel, F. (2010). The effect of bright light on lens compensation in chicks. Investigative ophthalmology & visual science, 51(10), 5247-5253.
4. 包家駒，全光譜光源對身心健康的重要性｜長庚生物科技。https://www.cgb.com.tw/j2j0/cus/cus1/hel/hel1/10001.jsp