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Engineering

Blau-gefährdungsfreie Candlelight OLED

Published: March 19, 2017 doi: 10.3791/54644

Summary

Wir präsentieren ein Protokoll für die Herstellung einer blau-gefahrlose Candle-Light-organische Leuchtdiode (OLED) zum Schutz der Augen und Melatonin-Sekretion.

Introduction

Heute sind Lichtquellen wie LED und CFL reichlich für die Innen- und Außenbeleuchtung verwendet, zum Teil für Energiespargründen. Allerdings sind diese Lichter reich an blauen Emission, eine höhere Tendenz zeigt, blau-Gefahren zu verursachen. LED und CFL ein Spektrum angereichert mit blauem Licht, was zu einer irreversiblen Schädigung der Netzhaut - Zellen 1, 2, 3, 4 emittieren. Blaues Licht oder intensives weißes Licht mit hoher CCT unterdrückt die Sekretion von Melatonin, ein onkostatischen Hormon, das den zirkadianen Rhythmus 5, 6 und Schlafverhalten 7, 8 kann stören. Melatonin, ein wesentlicher Hormon für den zirkadianen Rhythmus, wird in der Zirbeldrüse 9 synthetisiert. Ein hohes Maß an Melatonin wird während der dunklen Periode während der 24-h-Hell-Dunkel-c beobachtetCycle 10. Doch in der Nacht intensive Licht unterdrückt seine Synthese und stört den zirkadianen Rhythmus 11. Melatonin - Unterdrückung aufgrund übermäßigem helle Lichter in der Nacht kann bei Frauen 12, 13, 14 ein Risikofaktor für Brustkrebs. Neben diesen Gefahren, unterbricht blaues Licht, die Aktivitäten der nächtlichen Amphibien und kann zu ökologischen Schutz bedrohlich sein. Es wurde auch berichtet, dass LED - Beleuchtung in Museen, um die tatsächlichen Farben der Ölgemälde gemalt von Van Gogh und Cézanne 15, 16 verfärben.

Somit ist eine blau-emissionsfrei und niedrige CCT kerzenartigen organischen LED (OLED) kann ein guter Ersatz für LED und CFL sein. Kerzen strahlen ein blau-gefährdungsfrei und CCT (1.914 K) Beleuchtung sowie ein hoher Qualität (hohe Farbwiedergabeindex CRI) Emissionsspektrum. HoWever, die meisten der Elektrizität angetriebenen Beleuchtungseinrichtungen emittieren intensiv blaues Licht mit einem vergleichsweise hohen CCT. Zum Beispiel ist die niedrigste CCT etwa 2300 K für Glühlampen, während es 3000 oder 5000 K für warme oder kalte weiße Leuchtstoffröhren und LED-Leuchten ist. Bisher geringe CCT OLEDs nahezu frei von der blauen Emission wurden für menschenfreundliche Beleuchtung hergestellt. Im Jahr 2012 berichtete Jou Gruppe ein physiologisch freundlich, trocken verarbeitet werden , einzelne emittierende Schicht OLED mit einem CCT von 1773 K und einem Wirkungsgrad von 11,9 lm / W 17. Die Vorrichtung zeigte eine viel geringere CCT im Vergleich zur Glühbirne (2.300 K), während die Leistungseffizienz nicht akzeptabel aus einem energiesparenden Sicht war. Sie berichteten , eine andere trocken verarbeitete Candle - Light-Stil OLED durch die Verwendung von zwei emittierenden Schichten zusammen mit einer Trägermodulation Schicht 18. Es zeigte eine geringe CCT von 1.970 K und eine Energieeffizienz von 24 lm / W. Später, ein trocken verarbeitet OLED bestehend of drei emittierende Schichten zusammen mit einem Trägermodulationsschicht wurde 19 gemeldet. Seine Energieeffizienz war 21-3 lm / W und variiert mit der CCT, die 2014 Hu et al von 2.500 K bis 1.900 K. reichte. einen trocknungsbearbeitete Hybrid OLED mit Doppel emissive Schichten berichtet durch eine Zwischenschicht getrennt sind , die einen hohen Leistungswirkungsgrad von 54,6 lm / W und eine niedrige CCT von 1.910 K 20 gezeigt. Vor kurzem hat Jou der Gruppe durch den Einsatz von Doppel emittierenden Schichten 21 einen hocheffizienten Candle - Light-Stil OLED hergestellt. Es zeigte eine hohe Leistungseffizienz von 85,4 lm / W mit einem CCT von 2279 K. Bisher haben alle Bemühungen hohe Effizienz, niedriger CCT Candle - Light-Stil OLED - Geräte zu entwickeln , hergestellt durch Trockenverfahren und komplizierte Gerätearchitekturen unter Verwendung von 17, 18, 19, 20, 21, 22. ein Candle-Light-OLED mit Nassverfahren Machbarkeit Erarbeitung und gleichzeitig einen niedrigen CCT, eine hohe Energieeffizienz und eine hohe Lichtqualität aufweist, ist eine Herausforderung. Keine Studie wurde das Emissionsspektrum Empfindlichkeit einer gegebenen Lichtquelle in Bezug auf das blaue Licht zu beschreiben entwickelt. Die Qualität des Lichts in der Nacht kann / verbessert werden beschlossen, die Unterdrückung der Melatonin-Sekretion zu minimieren.

Es gibt einige berichtete Modelle, die die Menge an Unterdrückungs berechnen. Erstens Brainard et al. 23 und Thapan et al. 24 berichtet , die spektrale Empfindlichkeit durch monochromatisches Licht. Später wurde die Wirkung von polychromatischem Licht auf die Melatonin - Unterdrückung 25 beschrieben, 26. Letzteres wird in dieser Studie angenommen, da die meisten der im Handel erhältlichen Leuchten oder neuartige Lichtquellen sind polychrome und Spanneüber den gesamten sichtbaren Bereich (dh von tiefrot nach violett).

In dieser Arbeit stellen wir umfassende Protokolle für die Herstellung von blaugefahrlose Kerzenlicht OLEDs über trockene und nasse Verfahren. In beiden Verfahren wird die Gerätearchitektur durch den Einsatz einer einzigen emittierenden Schicht ohne Trägermodulationsschichten vereinfacht. Die Elektrolumineszenz (EL) Spektrum der hergestellten OLED für die retinale Expositionsgrenzwerte und der für die Höhe der Melatonin-Sekretion Unterdrückung analysiert. Eine maximale Expositionsgrenzwert von emittiertem Licht auf die Netzhaut wird durch Verwendung des theoretischen Aspekt berechnet, die von der International Electrotechnical Commission (IEC) 62471 Standard 27, 28 berichtet wurde. Die maximale Belichtungsgrenze "t" wird durch die Verwendung des Emissionsspektrums eines jeden OLED bei der Helligkeit von 100 und 500 lx, ausreichend für Heim und Büro Beleuchtung jeweils berechnet. Alle im Zusammenhang mit Berechnung steps werden sequentiell in dem Protokollabschnitt angezeigt. Ferner wird die Wirkung der Beleuchtung auf der Melatoninsuppression Empfindlichkeit durch folgende Gleichungen des Wirkungsspektrums der Melatoninsuppression 29 berechnet. Die Berechnung erfolgt anhand der Schritte im Abschnitt Protokoll gegeben getan. Die berechneten Werte der maximalen Grenzwert "t" und der Melatonin - Unterdrückung Empfindlichkeit (%) in Bezug auf CCT sind in Tabelle 3 angegeben.

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Protocol

HINWEIS: Alle verwendeten Materialien sind nicht krebserregend, nicht brennbar und ungiftig.

1. Herstellung von Blue-gefährdungsfreie Candlelight OLED

  1. Chemische Verfahren
    1. Nehmen einen Glasobjektträger als Substrat mit einer 125 nm Indiumzinnoxid (ITO) Anodenschicht beschichtet werden. Waschen des Substrats mit 200 ml (50 ml flüssigem Waschmittel und 150 ml entionisiertes Wasser) von Seifenlösung. Spülen Sie das Substrat mit entsalztem Wasser. Trocknen des Substrats mit einem Stickstoff-Jet-Spray.
    2. Legen Sie das Substrat auf einem Glasträger Halter und tauchen Sie den Diahalter in Acetonlösung in einem Becher. Das Becherglas in einem Ultraschallbad. Beschallen das Substrat bei 50 ° C für 10 min.
    3. Die Objektträger-Halter mit dem Substrat zu Isopropanol-Lösung in einem Becherglas gegeben und wieder beschallen bei 60 ° C für 10 min.
    4. Nehmen Sie das Substrat aus dem Becher heraus und steckte es in den UV / Ozon-Slot für 10 Minuten trocknen lassen. Reinigen Sie die Oberfläche vollständig.
    5. Brechen Sie die VACUUm der thermischen Verdampferkammer durch das Ventil des Hochvakuum zu schließen und das Ventil des Stickstoffgases in die Kammer öffnen.
    6. Legen Sie das gereinigte Substrat in der Kammer auf dem rotierenden Substrathalter. Für jede Schicht, die in der Kammer abgeschieden, Last 100 mg jeder erforderlichen organischen Materials, 3 mg Lithiumfluorid (LiF) und eine 224 mg Aluminium (Al) Barrens in den Tiegel wird.
    7. Schließen Sie die Tür der Kammer und warten auf ein Hochvakuum von 5 × 10 -6 Torr. Sobald das Hochvakuum in der Kammer erreicht ist, um die Abscheidung der organischen Schichten auf das Substrat mit ITO starten.
      1. Kaution eine 5 nm Lochinjektionsschicht mit einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 0,8 bis 1 Å / s.
      2. Ablagern einer 25 nm-Transportschicht mit einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 1-1,5 Å / s.
      3. Kaution eine 30 nm emittierende Schicht (8 Gew.% Grünen Farbstoff und 0,85 Gew.% Tiefroten Farbstoff in 20 mg eines bestimmten Host dotiert) mit einer Ablagerungsrate von 1-1,5 Å / s.
      4. Kaution 30 nm Elektronentransportschicht mit einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 1-1,5 Å / s.
      5. Abzuscheiden eine 20 nm Schicht aus Elektronentransport co-verdunsten mit Elektroneninjektionsmaterial mit einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 1-1,5 Å / s.
      6. Abzuscheiden eine 1 nm Elektroneninjektionsschicht von LiF bei einer Abscheidungsrate von 0,3-0,4 Å / s.
      7. Ablagern einer 100-nm Kathodenschicht aus Al mit einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 10-15 Å / s.
    8. Schalten Sie den Stromregler aus und warten Sie 10 Minuten im Hochvakuum. Schließen Sie das Ventil für Hochvakuum und öffnen Sie das Ventil für Stickstoffgas in die Kammer das Hochvakuum zu brechen.
    9. Bewegen, um die hergestellte OLED-Vorrichtung aus der Kammer in die Atmosphäre, und dann überträgt es auf einem Handschuhkasten mit einer Verkapselung Maschine unter einer Stickstoffatmosphäre.
    10. Kapseln die hergestellten OLED-Vorrichtung mit einer oberen Abdeckung aus Glas durch die Verwendung von Leim und dann den Leim trocknen, indem das Gerät in UV-Strahlung Box für 110 s setzen.
    11. Auswerfen aus den verkapselten OLED-Vorrichtung ausdas Handschuhfach und übertragen sie für Messungen in die Dunkelkammer.
  2. Nassverfahren
    1. Reinigen des ITO-beschichtete Substrat durch die vorstehend erwähnten Reinigungsverfahren aus den Schritten 1.1.2 bis 1.1.4 werden.
    2. Nehmen eine wässrige Lösung von PEDOT: PSS (bei 4 ° C gelagert) die Lochinjektionsschicht abzuscheiden. Filtern Sie die Lösung in ein Glasfläschchen unter Verwendung eines 25-mm-Durchmesser-Filter, bestehend aus einem Nylongewebe mit einer Porengröße von 0,45 um.
    3. In einem Fläschchen, bereiten Sie die Lochtransportschicht - Lösung von 3,6-Bis (4-vinylphenyl) -9-ethylcarbazol (VPEC) 30 in Chlorbenzol Lösungsmittel im Verhältnis von 3 mg gelöst: 1000 ul. Beschallen die Lösung für 30 min im Ultraschallbad beschallt und Filtern der Lösung in einer Ampulle mit einem Durchmesser Filter 15 mm aus einem Nylongewebe besteht, die mit einer Porengröße von 0,45 um.
    4. Bereiten einer Lösung für die emittierende Schicht.
      1. Nehmen Sie 5 mg des angegebenen Wirtsmaterial und lösen es in Tetrahydrofuran (THF) in einem Verhältnis von 10 mg: 1,000 & mgr; l. Beschallen den Host-Lösung bei 50 ° C für 30 min.
      2. Nehmen 1 mg von jedem der erforderlichen Gastmaterialien und lösen sie in THF in einem Verhältnis von 1 mg: 1,000 & mgr; l. Beschallen den Gast-Lösung bei 50 ° C für 30 min.
      3. Filter jede Lösung getrennt in Glasfläschchen mit 15 mm Durchmesser-Filter, bestehend aus einem Nylongewebe mit einer Porengröße von 0,45 um.
      4. Mischen Sie die Gast-Lösung in den Wirt-Lösung nach der angegebenen Gewichtsprozent (3 Gew.% Des gelben Farbstoffs, 6 Gew.% Orange Farbstoff und 12,5 Gew.% Der grünen Farbstoff), Dotieren für die emittierende Schicht.
    5. Übertragen Sie die Fläschchen mit PEDOT: PSS, VPEC und emittierende Schicht-Lösungen zusammen mit vorgereinigte Substrat und pipettieren sie in das Handschuhfach.
    6. Starten Sie die Beschichtung der Schichten auf das Substrat mit ITO in der folgenden Reihenfolge unter einer Stickstoffatmosphäre: die Lochinjektionsschicht, Lochtransportschicht und emittierende Schicht.
      1. Ablagern einer 35 nm Lochinjektionsschicht durch Spin-Beschichtung eines 750 & mgr; l Lösung von PEDOT: PSS bei 4000 Umdrehungen pro min (UpM) für 20 s.
      2. Trocknen Sie die PEDOT: PSS-Schicht bei 120 ° C für 40 min das restliche Lösungsmittel zu entfernen.
      3. Kaution eine 10-nm-Lochtransportschicht durch Spin-Beschichtung einer 400 & mgr; l Lösung von VPEC bei 3000 Umdrehungen pro Minute für 20 s.
      4. Bake die Schicht bei 120 ° C für 20 min das restliche Lösungsmittel zu entfernen.
      5. Erwärmen , um die Schicht bei 230 ° C für 40 min für eine Vernetzungsreaktion auftritt , bevor die Emissionsschicht 30 abgeschieden wird .
      6. Ablagern einer 20 nm emittierenden Schicht durch Spin-Beschichtung einer 400-ul-Lösung bei 2.500 Upm für 20 min.
    7. Auswerfen aus dem Spin-beschichtete Substrat aus der Glovebox in die Atmosphäre und überträgt es auf die thermische Verdampferkammer für die weitere Abscheidung von Schichten. Brechen Sie das Vakuum der thermischen Verdampferkammer durch das Ventil des Hochvakuum zu schließen und öffnen Sie das Ventil der StickstoffGas in die Kammer.
    8. Legen Sie das Substrat in der Kammer auf dem rotierenden Substrathalter. Legen Sie die 45 mg TPBi, 3 mg LiF, und eine 224 mg Al Barren in den Tiegel im Inneren der Kammer für die Schichten, die abgeschieden werden. Anzahlung, um die Schichten auf das Substrat mit der emittierenden Schicht in der folgenden Reihenfolge.
      1. Kaution eine 32 nm Elektronentransportschicht von TPBi bei einer Abscheidungsrate von 1 bis 1,5 Å / s.
      2. Ablagern einer 1 nm Elektroneninjektionsschicht von LiF bei einer Abscheidungsrate von 0,3-0,4 Å / s.
      3. Ablagern einer 100-nm Kathodenschicht aus Al mit einer Abscheidungsgeschwindigkeit von 10-15 Å / s.
    9. Schalten Sie den Stromregler ausgeschaltet und 10 min unter Hochvakuum warten. Folgen Sie den oben genannten Verfahren aus den Schritten 1.1.8 bis 1.1.11 das verkapselte OLED-Vorrichtung zu vervollständigen.
  3. Die Berechnung der Netzhaut-zulässigen Grenzwert "t":
    1. Messung der EL-Spektrum der Beleuchtungseinrichtung durch eine spectroradiometer. Das sich ergebende EL - Spektrum ist in 1a gezeigt.
    2. Messen Sie die EL-Spektrum-Daten (Intensität gegen die Wellenlänge) bei einem CCT.
    3. Konvertieren Sie die EL - Spektrum Daten spektrale Strahlung E λ (normalisierte Intensität gegenüber der Wellenlänge). Ändern des Spektrums in das Format in 1b gezeigt.
    4. Verwenden Sie die spektralen Daten aus dem blauen Licht gewichteten Funktion für die Netzhautgefährdung von Lichtquelle Messung (dh zeichnen das blaue Licht Gefahrenfunktion B (λ) in Bezug auf die Wellenlänge) 28. Das resultierende Diagramm ist in Abbildung 1c gezeigt.
    5. Berechnen Sie den Wert der Ausstrahlung (E B) einer Lichtquelle gegeben , indem die spektrale Strahlung E λ und blau-Hazard - Funktion B mit (λ) zu jeder Wellenlänge entspricht.
    6. Stellen die Werte von E λ und B (λ) aus den genannten Parzellen in die folgende Formel:
    7. Holen Sie sich den Zahlenwert von E B in W m -2.
    8. Setzen Sie den Wert von E B in der maximal zulässigen retinalen Grenzwert "t" Formel:
      Gleichung 2 ..... (2)
    9. Erwerben Sie die Belichtungsgrenze "t" in Bezug auf die CCT einer Lichtquelle gegeben.
  4. Berechnung für die Melatoninunterdrückung Empfindlichkeit:
    1. Messen Sie die EL-Spektrum einer gegebenen Beleuchtungseinrichtung durch Spektroradiometer verwendet. Das resultierende Spektrum ist in Abbildung 2a dargestellt.
    2. Holen Sie sich das Melatonin - Unterdrückungsleistung pro Quanten, S PQ, von den programmierten Daten 29. Für eine gegebene monochromatisches Licht λ drücken die PQ S wie folgt:
      S PQ (λ) = 10 (& lambda; r-λ) / C ............. (3)
      Die Werte von S PQ (λ) in bezug auf die Wellenlänge sind in Tabelle 1 und die entsprechenden Graph ist in 2b gezeigt , gegeben.
    3. Verwenden Sie die photopic Leuchtkraftfunktion V (λ) S PQ (λ) in der Melatonin - Unterdrückungsleistung pro Lux, S LC (λ), zu konvertieren , um eine praktische Bedeutung zu geben. Die Werte von V (λ) in bezug auf die Wellenlänge sind in der Tabelle 2 und der entsprechenden Graph ist in Figur 2c gezeigt gegeben.
    4. Express die korrelierte Melatoninsuppression Leistung, S LC (λ), für ein polychromatisches Licht, wie folgt: 29
      S LC (λ) = ∫λS PQ (λ) S I (λ) d & lgr; / ∫ V (λ) S I (λ) d & lgr; ............... .. (4)
    5. Stellen die Werte der Intensität S I (λ) von der EL - Spektrum von aLichtquelle zusammen mit den Werten von S PQ (λ) und V (λ) in Bezug auf die Wellenlänge in der obigen Formel und den S LC (λ) wie folgt berechnen:
      S LC (λ) =
      Gleichung 3
    6. Rufen Sie einen numerischen Wert von S LC (λ) in lx -1 aus der obigen Berechnung. Beispielsweise durch den S I (λ) von der EL - Spektrum der gegebenen Kerzenlicht OLED mit einer CCT von 1.940 K setzen, ist die Melatoninsuppression Leistung:
      S LC (λ) = 90 lx -1
    7. Wählen Sie ein Referenzlicht die relative Melatoninsuppression Empfindlichkeit einer gegebenen Lichtquelle zu berechnen. Das Referenzlicht kann eine Wellenlänge von 460 oder 480 nm betragen. Hier wählen wir ein blaues Licht von 480 nm als Referenzlicht.
    8. Berechnen Sie die S LC (λ) für die Referenz blaues Licht (480 nm) durch die oben angegebene Formel.
      LC (480 nm) = 3.445 lx -1
    9. Teilen Sie die S LC (λ) einer gegebenen Lichtquelle durch die S LC (480 nm) und multiplizieren Sie den Quotienten mit 100 die Melatoninunterdrückung Empfindlichkeit Prozent (%) eines gegebenen Licht in Bezug auf die Referenz blaues Licht zu bekommen.
      Relative Melatoninunterdrückung Empfindlichkeit = Gleichung 4 × 100% ......... .... (5)
      HINWEIS: Zum Beispiel relativ Melatoninunterdrückung Empfindlichkeit = Gleichung 5 × 100% = 2,61%. So zeigt die gegebene Kerzenlicht OLED eine Melatonin-Unterdrückung Empfindlichkeit von 2,61%, bezogen auf die des 480-nm blaues Licht.

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Representative Results

Die Strom-Spannungs-Luminanz-Kennlinien der resultierenden Kerzenlicht OLEDs werden unter Verwendung eines Elektrometers zusammen mit einem 100 A Luminanz-Meßgeräts gemessen. Die Emissionsbereiche sind 9 mm 2 für alle resultierenden trocknungsbearbeitete Vorrichtungen und sind 25 mm 2 für die nassbearbeitete Vorrichtungen. Hier verwendeten wir ein 125 nm ITO-beschichtetes Glassubstrat mit einem Schichtwiderstand von 15 Ω / sq als Anode. Es hat eine Transparenz größer als 84% (Tabelle 4). Alle OLED-Vorrichtungen, bestehend aus einer Al-Kathode mit Luminanz in Vorwärtsrichtung gemessen. Das EL - Spektrum und Commission International de l'Eclairge (CIE) Farbkoordinaten werden unter Verwendung eines Spektroradiometer 31 erhalten. Das resultierende EL-Spektrum wird verwendet, um die Netzhaut Expositionsgrenzwert "t" und die Melatoninunterdrückung Leistung zu berechnen. Alle Berechnungsschritte werden sequentiell in dem Protokollabschnitt angezeigt.

ontent. "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Die zulässige retinalen Belichtung wird von der Ausstrahlung der gegebenen Lichtquelle berechnet, die für das menschliche Auge gerichtet ist, die maximale Expositionsdauer für blaues Licht gleich sein könnte oder von weniger als 100 s , wenn das menschliche Auge mit einer Lichtquelle von Strahlung E B = 1 Wm gerichtet ist -2. wenn die Strahlung weniger als 1 Wm -2 ist, wird der Grenzwert 27 s 100 nicht überschreiten. die maximale Expositionsgrenzwert berechnet " t "kann verwendet werden , um die gegebenen Lichtquelle in einer der vier Risikogruppen (dh Risikogruppe 0 (RG0) Risikogruppe 1 (RG1), Risikogruppe 2 (RG2) und Risikogruppe 3 (RG 3) zu klassifizieren wenn "t" größer als 10.000 s, zwischen 10000 und 100 s, 100 bis 0,25 s oder weniger als 0,25 s, jeweils). 3a und 3b zeigt die Wirkung von CCT bei 100 lx bis 500 lx auf der Netzhaut Belichtungs Grenze der blau-gefahrlose Kerzenlicht OLEDs über trocken und w gemachtet Prozesse. Generell würde die zulässige Grenzwert mit abnehmendem CCT erhöhen. Am wichtigsten ist, hat die aufgebrachte Beleuchtungs einen extrem großen Einfluss auf die Netzhaut maximal zulässigen Grenzwert. Durch die Reduzierung verschiebt die angewandte Helligkeit von 500 bis 100 lx, die gesamte Belichtungsgrenze in die RG0 Zone, von denen die meisten sonst in der RG1 Zone befinden. Diese Beleuchtungseinrichtungen , die eine CCT niedriger als 1.922 K besonders verlagern ihre Belastungsgrenzen zu RG0 zeigen, wie in 3a gezeigt. Wobei die Strahlung bei 500 lx, kann beispielsweise die Netzhaut 1.020 s bei 2.700 K (Device 1-i), 1226 s, 2100 K (Gerät 1-ii) und 6.284 s bei 1.864 K (Device 2-i) tolerieren . Mit anderen Worten, Licht bei 1.864 K 5 und 6,2 mal sicherer als das Licht bei 2100 K und 2700 K, respectively. Wie in 3b gezeigt, sind alle studierten OLED - Geräte zeigen Grenzwerte für die Exposition mit einem RG1 Risikogruppe bei 500 lx. Durch die Beleuchtung auf 100 lx zu reduzieren, wird der Grenzwert increase von 5-mal über die gesamte CCT untersucht. Mit anderen Worten, es wird 5-mal sicherer sein, eine Beleuchtungsstärke von 100 lx in lieu von 500 lx zu übernehmen. Wie in 3a gezeigt, bei 100 lx, die Geräte (2-i, ii, iii) mit einem CCT von 1.922 K bis 1.864 K einen Grenzwert mit einer RG0 Klassifizierung zeigen. Es sollte beachtet werden, dass alle Geräte mit der RG0 Klassifizierung der Netzhaut noch schädlich sind, da die Belichtungszeit 100.000 s überschreitet. Daher auch die Low-CCT OLED zeigt eine zulässige Belichtungszeit Grenze, ab dem Netzhautschäden auftreten.

Die Melatonin-Unterdrückung Empfindlichkeit wird unter Verwendung der EL-Spektrum von Candle-Light-OLED, die Melatoninunterdrückung Leistung pro Lux und der Leuchtkraftfunktion berechnet. Die Melatonin - Unterdrückung Leistung pro Quanten, S PQ, bei unterschiedlichen Wellenlängen ist in Tabelle 1 angegeben. Die Unterdrückung Leistung pro Photon wird dann in unter Verwendung der Leuchtkraft functio pro Lux umgewandeltn V (λ). Die mittleren Intensitäten des Lichts bei verschiedenen Wellenlängen sind in Tabelle 2 angegeben. Der Referenz blaues Licht von 480 nm wird verwendet, um die relative Melatoninsuppression Empfindlichkeit des Candle-Light-OLED zu berechnen. Die gesamte Berechnung unter Verwendung des Protokolls durchgeführt wird Schritte 1.4.1 bis 1.4.9.

Wie in 4 gezeigt ist , werden alle OLED - Geräte Candle - Light - Blue-gefährdungsfrei hergestellt zeigen eine Sensitivität Melatoninunterdrückung unter 4%. Die Vorrichtung 1-i mit einem CCT von 2700 K, um die Sekretion von Melatonin zu 3,19% unterdrückt, Gerät 1-ii mit einem CCT von 2100 K unterdrückt es auf 2,74% und Gerät 1-iii mit einem CCT von 1.940 K unterdrückt es auf 2,61 %. Mit anderen Worten: Die Vorrichtung 1-iii unterdrückt 18% und 14% weniger als Melatoninsekretion Devices 1-i und 1-ii, respectively. Außerdem Gerät 2-iii mit einem CCT von 1.922 K, zeigt die minimale Melatoninsuppression Empfindlichkeit, 1,05%, unter allen gemeldeten OLED-Geräte. Deswegen,Gerät 2-iii beträgt 67% besser als Gerät 1-i (2.700 K). Darüber hinaus ist die warmweißen LED (CCT: 2632 K, Melatoninsuppression Empfindlichkeit: 8%) und kaltweiß CFL (CCT: 5921 K, Melatoninsuppression Empfindlichkeit: 29%) sind 662% und 2662% mehr gefährlich für die Melatonin-Sekretion als OLED-Vorrichtung, 2-iii-Pendant. Daher sind die blau-gefahrlose Kerzenlicht OLEDs, die eine sehr geringe Unterdrückung Effekt auf die Sekretion von Melatonin auf und können ohne stark zu stören, die Sekretion von Melatonin in der Nacht verwendet werden.

Darüber hinaus ist die Lichtqualität ein kritischer Parameter jeder Beleuchtungsquelle. Der Farbwiedergabeindex (CRI) wurde einmal die zuverlässigste Metrik betrachtet die Lichtqualität einer bestimmten Lichtquelle zu quantifizieren. Allerdings sind einige Mängel in CRI-Werte bemerkt. Zur Verbesserung darauf, ein neues Licht Qualitätsindex, Spektrum Ähnlichkeit Index (SRI), wird berichtet. Es wird als Prozentsatz Ähnlichkeit zwischen einem gegebenen Licht s definiertource und seine Strahlung entsprechenden Schwarzkörper auf der Basis der gleichen CCT 32, 33. Um ein qualitativ hochwertiges Licht, eine niedrige CCT oder blau emissionsfreie Beleuchtungseinrichtung mit einem hohen SRI zu schaffen benötigt. Dennoch zeigen die verfügbaren Beleuchtungseinrichtungen nicht über diese Qualitäten. Hier wird die berichtet blau-gefahrlose Candle-Light-OLED-Geräte weisen eine SRI zwischen 75 und 84, mit einem niedrigen CCT von 1.864 K bis 2.700 K. Zum Beispiel sind die OLED-Geräte mit CCT-Werte von 1.922 K und 1.940 K zeigen SRI-Werte von 76 bzw. 81 (Tabelle 3). Die emittierten Lichter einer Kerze und blau-gefahrlose Candle - Light - OLED sind in Abbildung 5 dargestellt.

Aus energetischer Sicht betrachtet, Kerzen energieverschwendende (0,1-0,3 lm / W) betrachtet. Der gemeldete blau-gefahrlose Candle-Light-OLED weist eine Energieeffizienz von 30 lm / W, die doppelt so einer Glühlampe ist und 3 00 mal höher als bei einer Kerze. Die Leistung jedes Gerät ist in Tabelle 3 angegeben. Darüber hinaus bietet das Candle-Light-OLED, die eine körperlich kühl, aber sensationell warmen Schein. Es ist energiesparend, unaufdringliche und frei von Flimmern, Blendung und UV-Strahlung. Die blau-gefahrlose Candle-Light-OLED ist sicher anstelle von Kerzen zu verwenden oder den anderen aktuellen weiße Lichter.

Abbildung 1
Abbildung 1: (a) Probe EL - Spektrum der gegebenen Kerzenlicht OLED, (b) normalisiert EL - Spektrum der hergestellten Kerzenlicht Quelle und (c) Blaulichtgefahrfunktion in Bezug auf die Wellenlänge und Wirkungsspektrum der Blaulicht hazard mit einer kristallinen Linse in dem Auge 28 (von ICNIRP 2013 wiedergegeben).blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 2
Abbildung 2: (a) Proben EL - Spektrum der hergestellten Candle - Light - OLED, (b) Leistung Melatoninunterdrückung pro Quanten, S PQ, gegenüber der Wellenlänge 29, und (c) Leuchtkraftfunktion V (λ) (normalisierte Intensität verschiedener Lichter Abhängigkeit von der Wellenlänge ). Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Figur 3
Abbildung 3: Auswirkung des CCT der blau-gefahrlose Kerzenlicht OLEDs auf dem Retina - Maximum bei zulässigen Grenzwert (a (b) 500 lx. Bei einer hohen Helligkeit, auch eine niedrige CCT OLED eine Bedrohung für die Netzhaut darstellen können. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 4
Abbildung 4: Wirkung von CCT auf der Melatonin - Unterdrückung Empfindlichkeit (%) der blaugefahrlose Kerzenlicht OLEDs, über Trocken- und Nassverfahren hergestellt und warmweißen LED. Die blau-gefahrlose Candle-Light-OLED weist eine sehr geringe Unterdrückungseffekt auf die Sekretion von Melatonin. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 5
figure 5: Fotografien von Cloud - Papiere mit Regenbogen und weiß durch Kerzen beleuchtet Farben (links) und einem blau-gefahrlose Candle - Light - OLED (rechts) bei 10 lx 34. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

<td> 3.02E-04
Wellenlänge (nm) S PQ Wellenlänge (nm) S PQ Wellenlänge (nm) S PQ Wellenlänge (nm) S PQ
380 21,54435 484 0,88444 588 0,03631 692 0,00149
384 19,05461 488 0,78223 592 0,03211 696 0,00132
388 16,85259 492 0,69183 596 0,0284 700 0,00117
392 14,90505 496 0,61188 600 0,02512 704 0,00103
396 13,18257 500 0,54117 604 0,02222 708 9.12E-04
400 11,65914 504 0,47863 608 0,01965 712 8.07E-04
404 10,31177 508 0,42332 612 0,01738 716 7.13E-04
408 9,12011 512 0,3744 616 0,01537 720 6.31E-04
412 8,06616 516 0,33113 620 0,01359 724 5.58E-04
416 7,134 520 0,29286 624 0,01202 728 4.94E-04
420 6,30957 524 0,25902 628 0,01063 732 4.37E-04
424 5,58042 528 0,22909 632 0,0094 736 3.86E-04
428 4,93552 532 0,20261 636 0,00832 740 3.41E-04
432 4,36516 536 0,1792 640 0,00736 744
436 3,86071 540 0,15849 644 0,00651 748 2.67E-04
440 3,41455 544 0,14017 648 0,00575 752 2.36E-04
444 3,01995 548 0,12397 652 0,00509 756 2.09E-04
448 2,67096 552 0,10965 656 0,0045 760 1.85E-04
452 2,36229 556 0,09698 660 0,00398 764 1.63E-04
456 2,0893 560 0,08577 664 0,00352 768 1.45E-04
460 1,84785 564 0,07586 668 0,00311 772 1.28E-04
464 1,63431 568 0,06709 672 0,00275 776 1.13E-04
468 1,44544 572 0,05934 676 0,00244 780 1,00E-04
472 1,2784 576 0,05248 680 0,00215
476 1,13066 580 0,04642 684 0,00191
480 1 584 0,04105 688 0,00169

Tabelle 1: 29, S PQ.

<td> 0,70784
Wellenlänge (nm) Intensität Wellenlänge (nm) Intensität Wellenlänge (nm) Intensität Wellenlänge (nm) Intensität
380 4.00E-05 484 0,16366 588 0,78061 692 0,00714
384 5.83E-05 488 0,19197 592 0,73206 696 0,00544
388 9.15E-05 492 0,22777 596 0,68174 700 0,00414
392 1.58E-04 496 0,27123 600 0,63095 704 0,00315
396 2.51E-04 500 0,32467 604 0,57982 708 0,00242
400 4.03E-04 504 0,39087 608 0,52858 712 0,00184
404 6.33E-04 508 0,46488 612 0,47824 716 0,0014
408 9.45E-04 512 0,54392 616 0,4292 720 0,00106
412 0.00159 516 0,6281 620 0,38107 724 7.97E-04
416 0,00253 520 624 0,33365 728 6.05E-04
420 0,00405 524 0,77659 628 0,28762 732 4.50E-04
424 0,00656 528 0,83515 632 0,24551 736 3.38E-04
428 0,00979 532 0,88379 636 0,2086 740 2.51E-04
432 0,01361 536 0,92268 640 0,17539 744 1.87E-04
436 0,01803 540 0,95299 644 0,14556 748 1.40E-04
440 0,02303 544 0,97501 648 0.11924 752 1.04E-04
444 0,0285 548 0,98946 652 0,09655 756 7.94E-05
448 0,03461 552 0,99751 656 0,07745 760 6.02E-05
452 0,0419 556 0,99921 660 0,0613 764 4.55E-05
456 0,05033 560 0,99408 664 0,04778 768 3.47E-05
460 0,06012 564 0,9819 668 0,03686 772 2.59E-05
464 0,07118 568 0,96302 672 0,02833 776 1.96E-05
468 0,08388 572 0,9377 676 0,02212 780 1.50E-05
472 0,09942 576 0,9062 680 0,0171
476 0,11778 580 0,86915 684 0,0129
480 0,13932 584 0,82678 688 0,00963

Tabelle 2: Die Intensität der verschiedenen Leuchten im sichtbaren Bereich.

Tisch 3
Tisch 3:. Betriebsspannung (OV), Energieeffizienz (PE), CCT, Lichtqualität spectrum Ähnlichkeit Index (SRI), Expositionsgrenzwert "t", Empfindlichkeit Melatoninunterdrückung (%) und die maximale Leuchtdichte der untersuchten blaugefahrlose Geräte Candle-Light-OLED über Trocken- und Nassverfahren hergestellt. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Tabelle anzuzeigen.

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Discussion

Die kritischsten Schritte bei der Herstellung von OLED-Vorrichtungen sind: 1) Reinigen des Glassubstrats, 2) das entsprechende Lösungsmittel auszuwählen, 3) Lösen des organischen Materials, 4) gleichmäßig um den Film durch Spin-coating im Naßverfahren gebildet wird, und 5 ) während der thermischen Verdampfung der Abscheidungsrate und der Dicke der organischen Schicht zu steuern. Zunächst wird die ITO-Anode beschichtete Substratreinigung ist ein entscheidender Schritt hohe Effizienz zu erreichen. Das Glassubstrat wird mit Seifenlösung gereinigt Fettflecken oder Schichten zu entfernen. Dann ist es extrem beschallt in Aceton, gefolgt von Isopropanol, Schmutzpartikel von der Anodenschicht zu beseitigen. UV / Ozon-Behandlung wird auf das Substrat gegeben, bevor sie eine Schicht auf dem ITO abgeschieden wird. UV / Ozonbehandlung trocknet nicht nur das Substrat, sondern es erhöht auch die Oberflächensauerstoff und damit erhöht die Austrittsarbeit von ITO 35. Es kann die Lochinjektionsbarriere zu reduzieren, um mehr Lochtransport erleichtern.

jove_content "> Anschließend organischen Schichten werden auf der ITO-Anode, die durch zwei getrennte Verfahren abgeschieden, und zwar das Trockenverfahren und das Naßverfahren. Für die Kerzenlicht OLED mit dem Trockenverfahren hergestellt, alle organischen Moleküle unter Hochvakuum verdampft werden und nacheinander auf die abgelagerte ITO-Schicht. In diesem Verfahren wird die Temperatur allmählich Schritt für Schritt erhöht, und die organischen Materialien werden bei einer bestimmten Temperatur abgeschieden. Es verhindert Ungleichförmigkeit des Dünnfilms und ermöglicht eine präzise Schichtdicke. trocknungsbearbeitete Kerzenlicht OLED-Vorrichtungen sind ultra -clean und frei von jeglichen nicht emittierenden Flecken. Dennoch ist dieses Verfahren zur Herstellung von großflächigen Filmen beschränkt und ist kostengünstig ineffektiv aufgrund einer großen Verbrauch an organischen Materialien dar. Andererseits seits~~POS=HEADCOMP wird das Naßverfahren spin-coating umfasst, Tintenstrahldruck und Siebdruck aus Polymer und organischen Materialien, eine kostengünstige, großflächige und Massenherstellungsverfahren zur Erzeugung von OLED - Vorrichtungen 36 - 38.

Für naßverarbeitete Kerzenlicht OLEDs, Lochinjektion, Lochtransport und emittierenden Schichten sind durch Schleuderbeschichtung bei einer bestimmten Drehzahl und Dauer. Es ist eine schnelle Abscheidungstechnik, die für die kontinuierliche Produktion ermöglicht. Große Herausforderungen im Nassverfahren sind die Auswahl des Lösungsmittels und die Verhinderung von unerwünschten Vermischung von anschließend beschichteten organischen Schichten. Einige organische Materialien lösen sich nicht richtig in dem organischen Lösungsmittel durch eine Polaritätskonflikt. Organische Lösungsmittel lösen auch Fertig organischen Schichten, was zu einer morphologischen und kompositorische Mängel 39, 40. Um solche Schwierigkeiten zu vermeiden, gebacken wir die Lochinjektionsschicht aus einem leitenden Polymer, PEDOT: PSS, eine hydrophile Oberfläche zu machen, bevor die Lochtransportschicht beschichtet wird. Danach wird eine Lochtransportschicht aus VPEC spin-beschichtet und erneut bei 120 ° C gebacken für 20 min zu machen thermisch sTabelle und die Gegenwart von restlichem Lösungsmittel zu vermeiden. Weiterhin wird die VPEC Schicht 30 transportierende Schicht das Loch Vernetzungs auf 230 ° C erhitzt. Dementsprechend wird die Emissionsschicht auf der Lochtransportschicht spinaufgeschichtet keine morphologischen Defekte zu umgehen. Die Elektronentransportschicht und der Kathodenschicht werden durch thermische Verdampfung unter Hochvakuum abgeschieden.

Zuvor berichteten Candle - Light - Stil OLED - Geräte wurden durch ein Trockenverfahren 21 18, hergestellt. Diese Geräte wurden von einer komplexen Architektur zusammengesetzt, wie Doppel emittierenden Schichten und einer zusätzlichen Trägermodulationsschicht 18, 21, 22. In dieser Studie haben wir die OLED Vorrichtungsarchitektur modifiziert und Komplexität vermieden, indem eine einzelne Emissionsschicht verwendet wird. Die berichteten blau-gefahrlose Kerzenlicht OLEDs werden auch hergestellt, ohneunter Verwendung irgendwelcher blau oder himmelblaue Emitter. Das EL-Spektrum von OLED-Vorrichtungen können beliebig ausgebildet sein. Trocken- und Nass verarbeitet OLED-Geräte unterschiedlich geformte Emissionsspektren mit niedriger CCT-Werte aufwiesen. Diese Spektren zeigten unterschiedliche Effekte aus der Sicht der maximalen Expositionsgrenzwerte und der Melatonin - Unterdrückung Empfindlichkeit (Tabelle 3).

Das Trockenverfahren kann der Dampfabscheidung von kleinen Molekülen und Oligomeren in der Mehrschichtarchitektur. Außerdem entwickelt das Trockenverfahren verschiedene Weise einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Auch kann die mehrschichtige Architektur ermöglicht die unteren Trägerinjektionsbarriere, ausgeglichen Trägerinjektion zu emissive Schicht und wirksame Rekombinationszone zu mehreren Trägern erleichtern bis 40 rekombinieren. Allerdings hat das Trockenverfahren einige Probleme, wie die begrenzte thermische Stabilität der organischen Moleküle, die geringen Durchsatz aufgrund der Notwendigkeit einer Hochvakuum-Herstellungsanlage, und der Material Verschwendung aufgrund der geringen Materialnutzungsrate in Ablagerung usw.

Im Gegensatz dazu ist das Naßverfahren günstiger, die Herstellungskosten zu reduzieren und einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Low-Cost-polymere Materialien sind vielversprechend für Mehrschicht, naßverarbeitete OLEDs. Ihre Effizienz ist vergleichsweise geringer als aufgedampften kleinen Molekülen organischen Materialien. Im Naßverfahren können, die Effizienz durch die Verwendung einer Kombination von aufeinanderfolgenden Polymer und kleinen Molekülschichten verbessert werden. Im allgemeinen ist die Verwendung eines polymeren Lochtransportschicht mit hoher Triplettenergie der Lage, den Stand der spinnbeschichteten Löcher-Injektionsfilm zu stabilisieren und auch die Exzitonen in der Emissionsschicht erzeugt beschränken. Klein-Molekül organischen Materialien mit hoher Glasübergangstemperaturen werden während Spin-Coating kristallisierte und die Filmintegrität zu wahren. Zusätzlich kann eine hohe Triplett-Energie kleiner Moleküle als wirksame Wirtsmaterial verwendet werden, um eine Host-to-gue zu erleichternst Energietransfermechanismus. Wet-Verfahren die Herstellung von OLEDs hat auch einige Einschränkungen aufgrund der Löslichkeit Ausgabe der Materialien. Heutzutage ist die Mehrschicht - Architektur im Naßverfahren zu stabilisieren, wurden zahlreiche Ansätze entwickelt, die die Löslichkeit von polaren zu unpolaren Lösungsmitteln 42, 43, 44 aufrechtzuerhalten. Das Nassverfahren ermöglicht, daß die Geräte in großen Flächen und Rolle-zu-Rolle mit hohem Durchsatz hergestellt werden. Das Nassverfahren bietet mehr Gestaltungsfreiheit für störende Eigenschaften wie Flexibilität, Transparenz und extrem geringen Dicke. Das Nassverfahren kann eine vielversprechende Technologie für die OLED-Beleuchtung sein.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
ITO glass Lumtech 84% transparency
poly(3,4-ethylenedioxythiophene) - poly(styrenesulfonate) (PEDOT/PSS) UniRegion Bio-Tech Stored at 4 °C, HOMO (eV) = -4.9, LUMO (eV) = -3.3
4,4,4-tris(N-carbazolyl)triphenylamine (TCTA) E-Ray Optoelectronics Technology co., Ltd Non-toxic, HOMO (eV) = -5.7, LUMO (eV) = -2.3
tris(2-phenyl-pyridine) (Ir(ppy)3) E-Ray Optoelectronics Technology co., Ltd Non-toxic, HOMO (eV) = -5.6, LUMO (eV) = -3.9
1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene (TPBi) Luminescence Technology corp. Non-toxic, HOMO (eV) = -6.2, LUMO (eV) = -2.7
iridium(III) bis(4-phenylthieno[3,2-c]pyridinato-N,C 2’)acetylacetonate (PO-01) Luminescence Technology corp. Non-toxic, HOMO (eV) = -5.1, LUMO (eV) = -2.7
tris(2-phenylquinoline)iridium(III) (Ir(2-phq)3) E-Ray Optoelectronics Non-toxic, HOMO (eV) = -5.1, LUMO (eV) = -2.8
LiF Echo chemicals 99.98%
Aluminium ingot (Al) Guv team International pvt. ltd 100.00%
Acetone Echo chemicals 99.90%
2-Propanol Echo chemicals 99.90%
Hole-injection material, WHI-001 WAN HSIANG precision machinery co., Ltd non-toxic, HOMO (eV) = -9.8, LUMO (eV) = -5.6
Hole-transport material, WHI-215 WAN HSIANG precision machinery co., Ltd non-toxic, HOMO (eV) = -5.4, LUMO (eV) = -2.5
host material, WPH-401 WAN HSIANG precision machinery co., Ltd non-toxic, HOMO (eV) = -5.8, LUMO (eV) = -2.7
Electron-injection material, WIT-651 WAN HSIANG precision machinery co., Ltd non-toxic, HOMO (eV) = -5.8, LUMO (eV) = -3.1
Electron-transpot material, WET-603 WAN HSIANG precision machinery co., Ltd non-toxic, HOMO (eV) = -5.9, LUMO (eV) = -2.6
Green dye, WPGD-832 WAN HSIANG precision machinery co., Ltd non-toxic, HOMO (eV) = -5.8, LUMO (eV) = -3.1
Deep-red dye, PER 53 E-Ray Optoelectronics Technology co., Ltd non toxic, HOMO (eV) = -5.1, LUMO (eV) = -2.4

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Technik Heft 121 Blau-Gefahr Candle-Light-OLED naßverarbeitete OLED trocken verarbeitete OLED niedrige Farbtemperatur Augenschutz Melatonin-Sekretion
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