LIGHTING JAPAN 2016 特別報導系列三

刊登日期:2016/1/18
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廖鎔榆、曾峰柏、陳品誠、吳禹函、林志浩、曾寶貞
 
照明相關材料與技術 
住友化學
在LIGHTING JAPAN展場,另一家大廠住友化學展出其使用高分子有機發光元件技術所製作的裝飾用照明燈片,採用噴墨塗佈製程,可以列印各種顏色,再搭配輔助電極使面板整體發光均勻。發光面板亮度約 100~300 nits,並不太亮,且觸手略有微溫,可能紅/藍光效率略差,致使產生餘熱(圖一、二)。
 

圖一、單色(綠)裝飾用光片
 
圖二、各式單色、多色裝飾用光片
 
Konica-Minolta
在技術研討會方面,「OLED量產化技術與各公司的事業戰略」主題安排在最後一天壓軸上場。首先是Konica-Minolta公司的Toshihiko IWASAKI,主要介紹其軟性R2R OLED製程技術。目前該公司與其他競爭對手最大的差異化,是選擇利用塑膠基板加上R2R生產方式來製造OLED,其中最關鍵的因素為成功開發出極佳的阻氣膜技術。
 
阻氣層僅使用無機/有機/無機三層構造,即可達成WVTR<10-6 g/m2 day阻水能力。其白光可調光元件,採用複雜的Tandem方式,但與傳統的Tandem元件不同的是,並不是用Charge Generation Layer串接,而是使用透明度極高的中間電極聯接,使得各層可以各別點亮,整體元件可說是十分複雜,工藝極高。目前看來,此軟性可調光元件的成本應更高於一般玻璃基板的照明元件。講者也表示,希望軟性照明的應用,可以讓消費者感覺不是"有也很好",而是"非常想要"(圖三、四)。
 
此外,講者也特別提到Flexible OLED另一關鍵要點就是封裝技術,必須能兼顧阻氣性及連續製程的可行性,而該公司仍在持續改善此關鍵技術。
 
圖三、無機/有機/無機三層阻氣層結構
 
       圖四、三元件堆疊式可調光白光元件
 
Pioneer OLED Lighting公司
接著由Pioneer OLED Lighting公司的Shigehiro Umetsu介紹「塗佈型OLED照明的實用化」。Pioneer OLED Lighting與生產被動矩陣面板的東北Pioneer同為Pioneer的子公司。該公司以致力於照明應用為主,並與三菱化學合作,開發溶液製程照明燈片,並合作販賣。同時也製作可調光式白光燈片,做法與Konica-Minolta不同,使用的是三色條狀水平排列,塗佈製程則不願意證實為噴墨或狹縫塗佈製程,也沒有報導元件效率、色溫壽命等規格。目前該公司產品有應用在醫療健康、車用、學習、運動、美容及餐廳照明上。其中較為特別的是美容應用,由於OLED與自然光最接近,可確保膚色的再現性,已與資生堂公司合作,導入其門市。另外,還有護士夜間巡房用胸章式照明,可以夾在上衣胸前口袋,當作深夜黑暗走廊以及不打擾病人睡眠的輕巧型隨身照明。在車用照明上,也介紹一款第三煞車燈的應用,該燈片為一透明但單向發光燈片,該煞車燈從車尾看,為一單純的煞車燈;但從駕駛處看,則可透過燈片,看清後方來車,不論是否點亮(圖五、六)。
 
圖五、Nurse Light護士夜間巡房用胸章式照明
 
  圖六、單向發光透明第三煞車燈
 
Lumiotec
最後一場演講則由Lumiotec的技術部長田首篤介紹OLED照明的現況與今後技術開發動向。Lumiotec公司致力於玻璃基板蒸鍍式照明燈片的開發,並使用全磷光材料,Tandem元件製程,確保元件壽命;線型蒸鍍源確保高的材料使用率。其暖色系3000K色溫燈片效率已經接近60 lm/W。其相關規格如圖七、八所示。
 

圖七、技術進展Roadmap
 
 
圖八、現有產品規格
 
Car Electronics相關材料技術 
日本合成化工株式會社
在汽車電子展中,日本合成化工株式會社(Nihon Gosei Kako)針對汽車不同部位元件封裝需求,提出相對應材料。在車用LED燈封裝材料上,發表高散熱性環氧樹脂封裝材料,該材料具有高熱傳導係數(K=1.6~3.4 W/m*K) 及低熱膨脹係數(15~25 ppm/℃)之特性,使用後可使溫度降低24℃,如圖九所示。而且,有些車用元件通常須長期在高溫下運作,因此該元件使用封裝材料必須通過高溫長期試驗,汽車元件經該公司材料封裝,如圖十所示,封裝後該元件經過150℃/1000hrs試驗後,材料硬度及體積電阻幾乎沒有變化,經過85℃/85 RH%/1000hrs環境測試後,體積電阻也是沒有變差。
 
圖九使用Nihon Gosei Kako公司封裝材料LED燈降溫24℃(99℃左vs. 75℃右)
 
圖十Nihon Gosei Kako公司高溫環境測試用封裝汽車元件
 
CMK公司
CMK公司在各種車用需求(高信賴、高密度、高散熱、高頻….)對應電路板材料開發上,非常著名。針對高頻應用,該公司具有不同等級Low Dk/Df電路板材料,如圖十一所示,開發中的PTFE電路板材料具有Dk<3.0@10 GHz,Df<0.002@10 GHz的特性。在散熱應對方面,該公司製作之CMK-COMP電路板材料,如圖十二所示,具有優良散熱效果。傳統FR-4電路板,在通入2.5W電力情況下,板材及Transistor測量溫度約85~90℃,當通入17W電力情況下,板材及Transistor已無法測量溫度,材料元件可能已經失去運作能力。相對地,使用CMK-COMP電路板材料,在通入2.5W電力情況下,板材及Transistor測量溫度約為30~35℃,當通入17W電力情況下,板材及Transistor溫度未超過80℃。
 
圖十一CMK不同等級高頻對應電路板材料
 
圖十二 CMK製作CMK-COMP電路板材料
 
DenKa
Denka也針對各式各樣產品提出全方位的散熱材料方案,包含散熱片(K:1.4~5W/m*K)、散熱金屬板(K:2~8W/m*K)、散熱陶瓷板(K:90W/m*K for SN與 K:150~180W/m*K for AN)及散熱複合板(K:200~500W/m*K)。其中Al-Diamond-MMC複合散熱材料如圖十三所示。
 
圖十三DenKa公司Al-Diamond-MMC複合散熱材料
 
Sekisui
Sekisui展出一種正在開發的自發光膜,係將發光材料包覆在PVB膜內,再利用投影機發射特殊波長的雷射光,此發光膜就能顯示圖像到各個角度,使得駕駛員,甚至其他乘客都可看到訊息。這種HUD系統可以顯示訊息在整片擋風玻璃上,像速度和車輛車道信息等,可提高安全駕駛。此外,其他如太陽能控制、隔音、遮陽等功能,未來也可同時加入此自發光膜,以增加膜的功能及價值(圖十四)。
 
圖十四Sekisui的車載顯示用自發光中間膜
 
RENESAS
RENESAS提出將有機導電膜貼覆或以模內裝飾技術法(IMD)整合在車子的方向盤上,可用觸控模式來發動及控制車輛,此技術也可整合在木頭及鏡子上使用。其中,有機導電膜係用PEDOT材料(非ITO),主要原因是考量非平面的應用情境,因此導電膜需可撓曲不會有斷路問題(圖十五)。
 
圖十五RENESAS展示的觸控方向盤
 
PWB EXPO構裝相關材料
隨著IC半導體構裝技術發展趨向於高密度、堆疊式構裝(PoP)以及3D-IC構裝,元件運作時會產生大量熱源,因此,高散熱材料是構裝相關材料開發重點。
 
NAMIC公司 
NAMIC公司開發之高導熱接著材料,如圖十六所示,可用於功率模組(Power Module)、放熱基板(Radiation Board)及LED。該材料之導熱係數K=3W/m*K,與銅箔接著強度為7N/cm,破壞電壓為5kV。分別在不同環境:150℃/3000hrs、-50℃/30min~125℃/30min來回3000次、85℃/85 RH%/3000hrs條件下試驗,經過任何一種測試後,材料破壞電壓沒有下降。
 
圖十六NAMIC公司散熱材料及PWB放熱基板
 
RISHO公司
RISHO公司所開發的高導熱材料如圖十七所示,可用於Power Module、Inverter及High Power LED。該材料導熱係數K=5W/m*K,具有柔軟及容易加工特性。新開發的導熱材料具有高熱傳導率及高耐熱特性,導熱係數K=8W/m*K,Tg為260℃(DMA),CTE為9/22 ppm/℃(α1/α2)。
 
圖十七RISHO公司PWB散熱基板
 
Wearable EXPO 2016相關材料技術
UNION TOOL CO.,
UNION TOOL CO.,展示了最新開發的心率感測器(Wearable Heart Rate Sensor,myBeat),可以偵測心跳周期(RRI:R-R Interval)、波形、脈搏及體表溫度。一般穿戴式手錶在運動時較無法貼合於手腕,以致無法準確偵測與記錄心率,myBeat具備心率感測器的心跳帶,穿戴於胸腔較能準確記錄心率,但缺點是容易與身體摩擦造成不適,如圖十八。該公司隨後更進一步開發出心率感測貼片,特別之處在於能與肌膚貼合,如圖十九。可透過藍牙連結行動裝置,能記錄心率、呼吸率、步數等狀態,使用者藉由數據監控及記錄各種日常活動,無線貼片如圖廿。此項開發能擺脫手錶或心跳帶的不適感,又能準確偵測與記錄心率,更與日本紡織企業東洋紡(Toyobo)所開發的高導電性智慧衣結合,東洋紡主打智慧布料「心美」(Cocomi)的厚度只有0.3毫米的輕薄特性,輕柔舒適,可摺可洗,目標在取代現有穿戴式裝置,能提供醫院病患、建築工人等需求,使用方式其實非常簡單,只要將感測器裝置開啟,扣在專屬運動智慧衣上即可。 

 
圖十八UNION TOOL CO.,展示的心率感測器搭配心跳帶
 
圖十九心率感測貼片
 
圖廿UNION TOOL CO.,展示的無線貼片
 
另外,UNION TOOL公司還將感測器製作成眠氣通知器(Driver's Sleep Detector,DSD),是一種提醒駕駛行車安全之裝置,將此裝置配戴在駕駛者腰間,可藉由偵測駕駛的呼吸、心跳、脈搏等狀況,判定駕駛是否進入睡眠狀態,藉由蜂鳴聲提醒駕駛打起精神,非常符合日本人的發明精神!(圖廿一)
圖廿一駕駛配戴圖
 
 
LED構裝元件技術
今年LIGHTING JAPAN的展出內容,在LED構裝元件部分看到較多的是COB LED及Flip Chip LED等兩種較高端的LED構裝方式。
 
COB LED
Osram今年展出SOLERIQ S19系列的COB LED,其色溫度分布於2700~4000K之間,演色性Ra可達90,其中型號為GW KAHL2.DM的產品,演色性更為Brilliant Color,這款COB LED是採用Metal Core基板,基板上有高功率LED晶片所組成,具有優良的信賴性(圖廿二)。
 
圖廿二、Osram展出之 COB LED
 
LUMENS JAPAN也展出從7W~70W的COB LED產品,從實際展品可以看到,當LED瓦數增加時,構裝元件的體積也變得較大,可以放置的LED Chip數目也較多,光源光束(Lumens)從7W 的810 lm提高至70W時的7520 lm,這樣的構裝型式只需一顆小小的COB LED即可得到很高的亮度(圖廿三)。
 

圖廿三、LUMENS JAPAN的 COB LED展品
 
另外,台灣的昶旭能源股份有限公司在此次LIGHTING JAPAN 2016中所展出的30W、60W、120W及200W屋外投射燈,其光源就是採用COB LED,在色溫度為3000K的產品中光源光束分別為3260 lm、7440 lm、12400 lm及21500 lm。色溫度為5000K的產品光源光束則分別為3900 lm、8000 lm、13200 lm及23000 lm。由於採用這種新設計的LED模組,使得光束光量效率大幅改善,放熱效率提升,並且成功實現LED的長壽命及提升品質信賴性。屋外投射燈主要應用於倉庫、Shopping Mall、停車場和屋外看板等的照明。
 
Flip Chip LED
GeneLite+展出的LED構裝元件主要是以Flip Chip構裝方式為主,相較於傳統LED構裝方式,具有不需使用高價的金線將晶片與電極連結、容易達到高密度及小型化、具有更高的導熱性等特性,可通過LM80信賴性測試,Flip Chip LED構裝元件展品有CA18-3X,該產品是將LED晶片以覆晶方式封裝於陶瓷基板上,具高單位面積光束特性,光通量約在230~260 lm,CRI約70~80,可用於手電筒、廣告及一般照明等應用領域。其他還有WA系列及MA系列等多種Flip Chip LED產品也在現場展出。 
 
明年展會將新增ROBOT 與Smart Factory 參展預約請早
LIGHTING JAPAN 2016及其同期展會已於1/15日下午五點圓滿閉幕。根據主辦單位Reed 公司展會事務局長Yuhi Maezono表示,今年的展會比去年增加280家參展商數,總參展廠商達2,032家,寫下新高紀錄。展會之所以大幅成長是拜展會將電子業界發展中的相關技術都匯聚一堂,使LIGHTING JAPAN、NEPCON、Wearable EXPO與Car-Electronics等連成一氣,成為最具代表性的電子、照明盛會,因而吸引了海內外廠商踴躍參展。因應產業需求與發展,明年Reed公司將新推出ROBOT與Smart Factory等兩項展會專區與LIGHTING JAPAN一起同步展出。搭上工業4.0的全球性話題,屆時勢將吸引更多業者在此平台展示技術與成果,有意加入行列掌握商機的廠商,歡迎即早預約。
 

圖廿四、Reed 公司展會事務局長Yuhi Maezono(右)與海外市場部部長大道雪(左)
 
三天的現場報導先在此暫告一段落,三月號的工業材料雜誌與後續的材料世界網中將有更多與展會相關的技術走向探討與產品趨勢分析,敬請期待。

以上是材料世界網/工業材料雜誌編輯群:廖鎔榆、曾峰柏、陳品誠、吳禹函、林志浩、曾寶貞來自東京LIGHTING JAPAN 2016現場的Live 報導。

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