工研院綠能與環境研究所 OLED照明發展與應用情境


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文、圖⊙林依萍、李中裕、陳世溥


國際市調機構長期看好 OLED 照明市場的成長,因為其具備顛覆性技術的關鍵特性,IDTechEx估計 2025 年 OLED 面板市場將達到 18 億美元以上。Yole Development 亦預測 2021 年達 15 億美元。


國際許多大廠正積極投入OLED照明相關應用,勢必大幅降低 OLED 產業的生產成本,顯示目前是OLED照明產業發展的關鍵時期,由韓國樂金顯示器(LG)、中國固安羿光 、OLEDWorks等公司現階段之發展中發現,除了節能照明市場外,車用照明也將是照明市場發展的重點之一。


由於LG已開始利用五代線進行量產,其產能大幅成長將帶動成本下降,後續OLED 照明的發展已成定局,國內固態照明產業需提早預作準備,以因應此一重大的國際發展趨勢。OLED照明的發展,若能將OLED既有的優勢 ,結合創意與生活等概念,使OLED照明更具競爭潛力 ,不再侷限於一般節能照明的範疇裡,將更進一步拓展 OLED照明使用的廣泛性。 


IDTechEx predicts OLED lighting optimistically, because of its key features with disruptive technologies. It is estimated that OLED panel market in 2025 will reach 1.8 billion US dollars. Yole Development also predicts US $ 1.5 billion by 2021. Many international manufacturers are actively involved in OLED lighting-related applications. Significantly, the cost of OLED production will be reduced and currently OLED lighting industry is in a critical period of development. By LG Display, Yeolight, OLEDWorks development application, energy-efficient lighting market and car lighting market will be the key trends. Taiwan’s OLED Industry needs to be prepared in advance, in response to this major international development trend. Combining OLED concepts such as creativity and living to make OLED lighting more competitive is what we need to do more.


壹、前言

由於LCD面板產業相當成熟 ,在顯示器市場一直具有相當高的競爭優勢,OLED產業的發展 較晚,在市場上一直處於相對弱勢。


因此當美國蘋果公司2017 年推出的iPhone X開始採用 AMOLED (Active Matrix OLED) 作為手機顯示器,在可預期的龐大需求下,此舉對於OLED產業來說無疑地打入一針強心劑,相信其後續的發展將相當快速。


目前OLED 營收主要還是來自於顯示器應用,但是OLED 除了發展顯示器外,高演色性 (color rendering index; CRI) 、低眩光、低藍害、透明、輕薄、 可撓性、低耗電之平面照明光源等特性,使其具有跨足照明領域的爆發市場。


國際市調機構長期看好 OLED 照明,因為其具備顛覆性技術的關鍵特性。如圖一所示,UBI Research 最新估計 2021 年 OLED 面板市場將達到 19 億美元,2025 年達 58 億美元。LG 五代線今年量產 OLED 照明面板,中國大陸也將 OLED 照明列入十三五的發展藍圖中,勢必大幅降低 OLED 產業的生產成本,OLED 照明的發展儼然已成定局。相信不久的未來,OLED 產品將出現在生活周遭每一個角落。


貳、OLED照明的應用藝術

UBI 估計 OLED 照明市場將快速成長,其中車用及室內照明為兩個主要商機。車用市場將於2019 年超過室內照明產值。

而OLED照明將優先應用於健康、醫療、建築等利基市場。參考飛利浦、住友化學、Konica Minolta等公司之發展策略,可發現除了節能照明市場,裝飾性照明也是照明市場的發展重點。

由目前OLED照明應用市場可發現,若能將OLED照明結合創意與生活,不再侷限於一般節能照明的範疇,將使OLED照明更具商業競爭力。以下歸納出幾個OLED照明重要的市場應用特點:


一、車用市場:

OLED應用於車用的最大優勢是其高分割性(segmentation),傳統車尾燈需要利用光學外罩設計達到指向性並增加segmentation,但OLED將無此問題,2018年奧迪 A8採用了OLED尾燈。奧迪還未透露OLED燈片規格,但已發佈如圖二顯示的結構與車燈照片。


目前2016款奧迪TT採用歐司朗生產的OLED照明面板,歐司朗很可能也會生產A8中使用的OLED 面板。LG公司亦開始與汽車廠商展開合作,希望讓其OLED照明面板能夠帶入汽車市場,而中國固安羿光科技將於2018導入車用量產,目前已於網頁開始販售OLED車尾燈如圖三。


目前的OLED車用尾燈還在發展初期,主要是應用於高階汽車市場,其設計是以多片面板的方式呈現色彩亮度與外形的變化,車尾外形可因此產生具現代感的科技風格,使其與現有車款的傳統造型建立產品區隔。工研院研發出一種低成本的灰階圖案化OLED照明技術如圖四,可在同一片可撓面板上建立上述之外觀效果,同時圖案更為多變,將有機會成為重要的產業技術 。


目前已整合現有的軟性技術,成功驗證單色7吋軟性圖案化照明燈 片,其規格為軟性 OLED 發光面板,彎摺曲率半徑<50 mm,面板厚度<0.1mm(不含電源驅動模組),色階(Color level)>200,單色圖案化解析度>100ppi。將此技術結合特殊的灰階圖案發光,應用於車尾燈將可進一步與現有OLED車燈建立產品區隔。


此外,若善用其可撓特性,將OLED光源整合至車輛的室內或外殼的曲面構造,將可創造出非傳統的發光應用方式如圖五。 OLED照明技術的應用,正成為汽車行業競爭格局中的一項非常重要的差異化因素。因此如何選擇簡單、低成本方式達成技術整合,將是各廠商尋找的最佳解。


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圖一、 UBI Research OLED lighting 預測 [1]


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圖二、奧迪A8 OLED車尾燈[2]


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圖三、中國固安羿光科技 OLED車尾燈[3]


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圖四、工研院研發單色7吋軟性圖案化照明燈片


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圖五、車用照明情境示意圖


二、室內照明與裝飾藝術市場:

國際有機材料大廠 UDC 提出在2020 年後,將由 LED 提供室內基本照明,OLED 照明則可貼近使用者提供近距離照明,對於降低能耗有最大功效,如圖六所示。美國能源部 (DOE) 亦提出類似的概念,預測在 2020 年後由低耗能的 OLED 光源做為近距離照明,由其他燈源輔助提供室內照明,可降低能耗1.63億Btu(焦耳熱量單位)及每年節省成本$17億美元。


隨著OLED性能的不斷提升,各大廠除了推出近距離的照明檯燈產品外,LG預計從今年起,針對消費性市場推出可撓性OLED燈具。位於韓國首爾的公司於Baskin Robins Brown商店應用了LG最新的柔性和剛性OLED燈具,於2017年9月開始營業。其設計是由一組剛性OLED燈開始,並以相同尺寸的方形扭曲和轉動可撓的OLED燈,這樣的設計讓其有似乎浮起來的裝飾意味,如圖七所示。可撓光源的靈活應用使原本單調的天花板活了起來,變成了具俏皮特色的商店,有傳播喜悅的意象。


以簡約設計為主的宜家IKEA在歐洲也悄悄的於2017年11月上架首款OLED燈具產品VITSAND如圖八,讓對OLED照明有興趣的消費者更容易入手。此款吊燈是採用7 塊OLED面板,可在2700K的色溫下提供700流明的亮度。 


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圖七、Baskin Robins Brown商店OLED燈具情境應用[5]


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圖六、UDC與DOE對OLED室內照明使用模式情境設定[4]


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圖八、IKEA首款OLED燈具產品VITSAND[6]


三、健康照明市場:

在健康相關的應用方面,OLEDWorks於2017年推出新款琥珀色OLED照明面板「Brite Amber OLED panel」如圖九左,其特色為無藍色波長,與晝夜睡眠節律相容,不會影響夜間褪黑激素的分泌,可在不擾亂睡眠節律下提供健康照護、住宅市場的功能性照明。


同時日本TAKAHATA則研發OLED 看護燈如圖九右,對於看護師來說,夜間查房一直是疲累不堪的業務。在夜間巡房醫院配發的手電筒往往因為亮度過高而難以使用。山形縣日本照明企業TAKAHATA 電子有鑑於此,推出利用OLED組件的看護燈,方便夜間巡房。因此TAKAHATA電子自2016年5 月推出看護燈產品,並持續改良。利用 OLED看護燈,可以在不干擾病患睡眠的情況下,正確顯現顏色。且能正確的照應紅色和肌膚顏色,減輕看護師誤判的心理壓力。


國內產業的資源有限,在國際各大公司不斷推出OLED室內照明產品的當下,更需要發想OLED照明的利基市場,例如融合於室內環境的照明情境,將戶外的天空移到室內,產生擬自然態的室內情境如圖十。發光圖案除了提供室內照明外,也可融入環境成為室內裝飾的一部分。可在不增加太多成本的前提下提供相當大的室內創作空間,將顛覆傳統的照明設計思維圖案化發光,融入環境,成為環境的一部分。


超薄可撓的發光圖案具有相當優美的裝飾功能,不需龐大的燈箱與燈具裝置,可使發光圖案或商標成為商業空間的視覺焦點,相當適合應用於商業空間與裝飾照明應用,如圖十一。此外,也可與故宮或博物館合作,將著名的國畫或藝術作品製作成可張貼的發光紀念品或禮品,或類似點點印製作個人化的相簿的網路商業模式,建立高單價的文創應用市場。


要達成上述情境,可利用工研院開發之低成本灰階圖案化發光技術,不需要一般OLED顯示器所需要的高成本TFT 驅動控制線路,只要略為調整原有 OLED照明面板製程,便可利用一般的DC電源驅動,使傳統的OLED 光源轉為灰階全彩之靜態發光畫面。可提供消費者低成本且具有裝飾藝術之光源,並可依其個人需求呈現客制化之全彩圖樣光源。


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圖九、OLEDWorks 與TAKAHAMA推出的健康OLED燈具產品


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圖十、室內照明情境示意圖


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圖十一、商業空間與裝飾照明情境示意圖


參、結論

OLED照明技術將是成長非常迅速的市場。已吸引照明大廠與各國政府投下鉅額投資進行研發。一般認為應先切入對於效率需求較低的裝飾照明或車用等高值化應用市場。


由於目前OLED節能照明技術 開發仍以國際大廠為主,未來節能照明市場也將受這些國際大廠所主導,而裝飾照明由於結合設計、區域性、文化、創意、藝術等不同特色,因此不會有單一規格的問題,也不易受單一廠商所主導,國際大廠也都推出了各種不同室內裝飾照明之雛型產品。


工研院綠能所於能專補助計畫支持所發展具獨特性的OLED圖案化照明技術,可讓原本單調的發光面板產生如靜態顯示器畫面的灰階圖案,可在不增加太多成本的前提下提供相當大的室內創作空間,可使一般傳統的燈具融入環境中轉變為室內發光圖案,將顛覆傳統的照明設計思維,增加OLED 照明的產品價值,並藉此擴大市場的產品出海口。圖案化技術與可撓功能結合後,將可進一步研究應用於車用灰階圖案的尾燈技術的市場機會。 


參考資料

[1]  2017 OLED Lighting Annual Report 

[2]  https://www.oled-info.com/ audi-details-oled-lightingpanels-used-2019-a8

[3]  http://leibofang.oledw.com/

[4]  Status and Opportunities for Phosphorescent OLED Lighting, SID 2017 

[5]  https://www.slashgear.com/ lgs-flexible-oled-lamps-aimto-make-lightbulbs-obsolete25501565/ 

[6]  https://www.oled-info.com/ ikea-vitsand-oled


原文出處:台灣照明雜誌2018春季版