紫光(UV) LED與Li-Fi技術正如火如荼發展。Soraa紫光LED晶片已進入量產,而Li-Fi也有嶄新的突破,包含PureLi-Fi、VLNComm與Velmenni等廠商相繼祭出商用化商品。

此市場現況,凸顯LED照明朝向健康與智慧的生活環境又更邁進了一步。

被譽為「藍光之父」的諾貝爾物理學獎得主與中研院名譽院士中村修二,不久前受邀來台演講表示,將來照明設備將成為物聯網架構的一分子,透過聯網與光線控制技術,提升生活品質。

此後,紫光LED與光通訊Li-Fi技術的革新,將帶領人類邁向另外一個層次的發光二極體(LED)應用境界。 


照亮健康生活 紫光LED引領先鋒 

健康議題發酵推升紫光LED發展嶄露頭角。根據許多研究指出,光對人體睡眠模式與健康影響甚大,即使是在晚上人體暴露於一般的藍光LED燈底下,也可能對睡眠與長期健康產生負面影響。一改藍光LED所造成的影響,紫光LED具備複製自然光時間與可見光光譜,根據日出和日落時間自動適應環境,調整使用者習慣,打造全新的健康生活環境。 

諾貝爾物理獎得主中村修二(圖1)表示,照明影響人很多健康問題,藍光會抑制腦內釋放褪黑激素,阻擋睡意,只要周圍有足夠的藍光刺激到眼睛,就有機會停止釋放褪黑激素,產生睡眠品質與近視問題,而這些缺點都是早期採用自然光源時沒有的問題。 


中村修二指出,現今已有越來越多醫學專家開始注意到照明不同波長對人體健康的影響,期望得知LED的哪一個波長或顏色是對健康有影響的,進一步控制LED在不同的波長內,控制或避免掉藍光對人體造成的傷害。 

台灣大學光電所暨電機系所長林恭如補充,為有效隔絕藍光對人體的危害,中村修二透過紫光LED取代藍光LED,在紫光LED上添加螢光粉後,做出接近太陽光的色溫,同時也可透過此技術將對人眼的傷害降到最低。由於藍光LED波長正好會傷害人眼,因此現在有很多照明光源規範上面設定一些標準,用來限制照明光源裡藍光成分殘餘的功率值;而紫光LED技術正好可完全避開對人眼有傷害的藍光波段。 

中村修二談到,Soraa目前已開始量產紫光LED,應用於家庭智慧照明領域,可自動調節轉換藍光與紫光,例如早上採用藍光叫醒人們,當日落西下,透過Soraa的專利BlueFree LED技術徹底清除了藍光,同時保留了美麗柔和的白色。 


一般的智慧燈泡可以在白天和晚上改變顏色,但是由於它們都是採用標準LED製成的,所以它們會發出多達20倍的藍光。相反,透過紫光LED可以在不會影響色彩的情況下照亮四周。除了Soraa之外,在日本也已有廠商開始採用紫光LED量產於車燈製造,而台灣LED大廠也已悄悄展開一系列的布局。 

中村修二透露,紫光LED基本上可廣泛用在日常生活中每個角落,不過目前受限於價格考量,尚未大量普及於市場之中。他表示,紫光LED裡面需要用到氮化鎵(GaN)基板來提升LED的品質與效能,但GaN基板本身造價昂貴,因此紫光LED產量與價格目前還是偏高。不過,現階段隨著產量的增加,在供應上應會日益普及,並進一步降低整體價格。 

除了紫光LED之外,另一個備受矚目的LED技術不外乎就是可傳輸數據資料的光通訊Li-Fi技術了。 

LED/LD元件新突破 Li-Fi光通訊商用邁大步 

2017年發光二極體與雷射二極體(Laser Diode, LD)元件技術都有新進展。LED的尺寸縮小化成為Micro LED後,使其響應速度變快、調變頻寬變大,LD的突破則在不同指向基板的元件同調(Coherence),使得雷射輸出線寬變窄,直調頻寬擴大。隨著LED與LD技術取得重大突破,Li-Fi已開始嶄露頭角並即將進入商用階段。 

林恭如表示,Li-Fi是一種能與Wi-Fi以及被動光纖網路(PON)彼此互補的技術,未來無論在大型賣場倉儲與集會展演空間,或是機船載具客艙及醫療院所等須避免電磁干擾的環境,甚至是水下照明感測探勘等特殊用途都有可能是Li-Fi照明通訊的潛力應用場域。 

Li-Fi兼具照明與通訊整合的雙重用途,將成為未來智慧家庭生活不可或缺的革命性技術。在國外有許多公司已經有前瞻的商業化產品問世,例如PureLi-Fi已生產一款可與筆電連接使用的輕便式產品;VLNComm推出Li-Fi頭燈原型模組(Overhead-light Prototype)以及Velmenni發展專門給Li-Fi收發器模組使用的卡式路由器(Router)硬體與軟體模組。不僅如此,飛利浦照明(Philips Lighting)更收購了Luciom準備大肆發展Li-Fi和智慧照明(Smart Lighting)技術與產品。 

林恭如分析,Li-Fi邁向商用時,主要面臨一些關卡須一一克服,首先,Li-Fi技術的傳輸目前還是以單向定位與傳輸的局限性功能,雖然PureLi-Fi已可提供雙向傳輸技術,但標準尚未達成一致,各種相關設備數量還有限,商業企劃案還缺乏明確投資報酬率,實為一大挑戰;再者,在硬體方面,Li-Fi技術需要兼顧照明需求與LED頻寬,同時,還要保證螢光粉體螢光活期縮短問題。 

最後,目前的商業化系統因為使用較低頻寬利用率的數位訊號格式(OOK),所以無法在相同的LED或LD有限頻寬內再提升其位元率。未來重要的突破是必須將目前在實驗室發展中,且在無線網路中廣泛使用的高頻寬使用率位元格式訊號(QAM-OFDM)收發電路與模組技術,實際應用到Li-Fi商用模組,才能更進一步促進Li-Fi與既有無線通訊技術有效結合。 

以台灣LED產業來說,目前則多處於觀望的階段,其考量的疑慮在於頻寬上的突破,以及Li-Fi天生具備指向性傳輸的限制(指有在光照到的地方才能傳輸資料)。不過,林恭如認為,這些問題都可透過元件技術和材料上的優化獲得改善。 

整體而言,林恭如認為,白光照明Li-Fi產品具備足夠下傳位元率初步普及化的關鍵條件。若是使用藍光雷射二極體取代發光二極體配合螢光粉體形成的白光光源,在頻寬方面毫無問題,不過還須考慮如何提升流明效率、調控演色度與控制殘餘藍光強度以免危害人眼等問題。 

誠如上文中村教授所述,在藍光危害部分可以使用紫外波長雷射二極體搭配螢光粉體的技術,如此一來可以避開人眼敏感的藍光區殘餘光量,二來可以拓寬波長轉換後黃綠光區頻寬,對演色度的調整更有助益。 

據了解,Li-Fi除了LED與LD技術上有所斬獲之外,在轉移波長螢光材料研發上也有重要的進展,可以商業化量產的螢光活期短數奈秒的材料已經問世,這些高速元件與材料將有機會使白光Li-Fi的傳輸速度獲得指數級的提升。 

林恭如透露,台大光電所在不管是藍光雷射塗敷螢光粉轉白光或是紅藍綠三色雷射混成白光的陸上與水下自由空間可見光通訊(VLC)實驗上,都實現了短距離超過10Gbit/s總體位元率的傳輸能力。 

事實上,目前除了工業技術研究院電光所與台大光電所,透過學術研究合作非常積極投入Li-Fi技術研發之外,工研院也已經在照明通訊產業聯盟以及實體Li-Fi網路布建方面有所進展,例如工研院在教學醫院建置LED照明與通訊網路,初步已經成功實現單向Li-Fi定位與傳輸能力。

Source:新通訊

創作者介紹

S Trend 未來趨勢科技產業研究中心

S Trend 社長 發表在 痞客邦 PIXNET 留言(0) 人氣()