Blue-fare-fri Candlelight OLED

Summary

Vi presenterer en protokoll for fabrikasjon av en blå-fare-fri stearinlys organic light emitting diode (OLED) for øyebeskyttelse og melatonin sekresjon.

Abstract

A candlelight-style organic light emitting diode (OLED) is a human-friendly type of lighting because it is blue-hazard-free and has a low correlated color temperature (CCT) illumination. The low CCT lighting is deprived of high-energy blue radiation, and it can be used for a longer duration before causing retinal damage. This work presents the comprehensive protocols for the fabrication of blue-hazard-free candlelight OLEDs. The emission spectrum of the OLED was characterized by the maximum exposure time limit of the retina and the melatonin suppression sensitivity. The devices can be fabricated using dry and wet processes. The dry-processed OLED resulted in a CCT of 1,940 K and exhibited a maximum retinal exposure limit of 1,287 s at a brightness of 500 lx. It showed 2.61% melatonin suppression sensitivity relative to 480 nm blue light. The wet-processed OLED, where the spin coating is used to deposit hole injection, hole transport, and emissive layers, making fabrication fast and economical, produced a CCT of 1,922 K and showed a maximum retinal exposure limit of 7,092 at a brightness of 500 lx. The achieved relative melatonin suppression sensitivity of 1.05% is 86% and 96% less than that of the light emitting diode (LED) and compact fluorescent lamp (CFL), respectively. Wet-processed blue-hazard-free candlelight OLED exhibited a power efficiency of 30 lm/W, which is 2 times that of the incandescent bulb and 300 times that of the candle.

Introduction

I dag er belysning kilder som LED og CFL rikelig brukes for innendørs og utendørs belysning, dels for energisparende grunner. Men disse lampene er rike på blå emisjon, og viser en høyere tendens til å forårsake blue-farer. LED og CFL avgir et spektrum anriket med blått lys, noe som fører til uopprettelig skade på netthinneceller ^{1, 2, 3, 4.} Blått lys eller intenst hvitt lys med høy CCT undertrykker utskillelsen av melatonin, et oncostatic hormon, som kan forstyrre døgnrytmen ^{5, 6} og sove oppførsel ^{7, 8.} Melatonin, et viktig hormon for døgnrytmen, er syntetisert i pinealkjertelen ^9. Et høyt nivå av melatonin er observert i løpet av mørketiden i løpet av 24-timers lys-mørk cycle ^10. Men intensiv lys om natten undertrykker sin syntese og forstyrrer døgnrytmen ^11. Melatonin undertrykkelse på grunn av overeksponering for skarpt lys om natten kan være en risikofaktor for brystkreft hos kvinner ^{12, 13, 14.} I tillegg til disse farene, avbryter blått lys aktivitetene til nattlige amfibier og kan være truende til økologisk beskyttelse. Det har også blitt rapportert at LED-belysning i museer er misfarge de faktiske fargene på oljemalerier malt av Van Gogh og Cézanne ^{15, 16.}

Dermed kan en blå-utslipp og lav CCT lysestaker som organisk LED (OLED) være en god erstatning for LED og CFL. Stearinlys avgir en blå-fare-fri og lav CCT (1914 K) belysning, samt en høy kvalitet (høy fargegjengivelse, CRI) emissjonsspekteret. HoWever, de fleste av strømdrevet belysning enheter avgir intenst blått lys med en forholdsvis høy CCT. For eksempel er det laveste CCT om 2300 K for glødepærer, mens det er 3000 eller 5000 K for varme eller kalde hvite lysrør og LED-armaturer. Så langt har lave CCT OLED nesten gratis av det blå utslipp blitt fabrikkert for menneskevennlig belysning. I 2012 Jou gruppe rapporterte en fysiologisk vennlig, tørr-behandlet, enkelt emissive lag OLED med en CCT fra 1773 K og en strømeffektivitet på 11,9 lm / W ^17. Anordningen oppviser en mye lavere CCT i forhold til glødelampe (2300 K), mens dens strømeffektivitet ikke var akseptabelt fra et energisparende synspunkt. De rapporterte en annen tørr-behandlet stearinlys-stil OLED ved å bruke doble emissive lag sammen med en bærefrekvensmodulasjon lag ^18. Det viste en lav CCT fra 1970 K og en strømeffektivitet på 24 lm / W. Senere, en tørr-behandlet OLED bestående of tre emissive lag sammen med et bære modulasjon lag ble rapportert ^19. Dens strømeffektivitet var 21-3 lm / W og variert med CCT, som varierte fra 2500 K til 1900 K. I 2014, Hu et al. rapporterte en tørr-behandlet hybrid OLED med doble emissive lag adskilt av et mellomlag, som viste en høy virkningsgrad på 54,6 lm / W og en lav CCT fra 1910 K ^20. Nylig har Jou gruppe fabrikkert en høy effektivitet stearinlys-stil OLED ved å bruke doble emissive lag ^21. Det viste en høy virkningsgrad på 85,4 lm / W med en CCT fra 2279 K. Inntil nå har alle forsøk er gjort for å utvikle høy effektivitet, lav CCT levende lys stil OLED-enheter ved å bruke tørre prosesser og kompliserte enhets arkitekturer ^{17, 18, 19, 20, 21}, ^22. Utarbeide et stearinlys OLED med våt-prosessen mulighets samtidig å ha en lav CCT, en høy energieffektivitet, og en høy lyskvalitet er en utfordring. Ingen studier har blitt utviklet for å beskrive den emisjonsspekteret følsomheten for en gitt lyskilde med hensyn til blått lys. Kvaliteten av lys om natten, kan bli bestemt / forbedret for å minimalisere undertrykkelse av melatonin sekresjon.

Det er noen rapportert modeller som beregner hvor mye undertrykkelse. For det første, Brainard et al. ²³ og Thapan et al. ²⁴ rapporterte den spektrale følsomhet ved hjelp av monokromatisk lys. Senere blir effekten av polykromatisk lys på melatonin undertrykkelse ble beskrevet ^{25, 26.} Sistnevnte er vedtatt i denne studien, siden de fleste av de kommersielt tilgjengelige armaturer eller nye lyskilder er polykromatisk og spanover hele det synlige området (dvs. fra dyp rød til fiolett).

I dette arbeidet vil vi presentere omfattende protokoller for fabrikasjon av blå-farefritt stearinlys OLED via tørre og våte prosesser. I begge fremgangsmåter, er anordningen arkitekturen forenkles ved å anvende en enkelt emitterende lag uten bærermodulerte lag. Den elektrofluor (EL) spektrum på fabrikkerte OLED blir analysert for retinal fastsatt grenseverdi, og for nivået av melatonin sekresjon undertrykkelse. En maksimal eksponering grense på utsendt lys på netthinnen er beregnet ved hjelp av teoretiske aspektet som ble rapportert av International Electrotechnical Commission (IEC) 62471 standard ^{27, 28.} Den maksimale eksponeringsgrensen "t" er beregnet ved hjelp av utslipps spekteret av hver OLED på lysstyrke på 100 og 500 lx, tilstrekkelig for hjem og kontor belysning, henholdsvis. Alt relatert beregning steps sekvensielt gitt i protokollen delen. Videre er effekten av belysning på melatonin undertrykkelse følsomhet beregnet ved å følge likninger av virkningsspektrum av melatonin undertrykkelse ^29. Beregningen er gjort ved å følge trinnene som er gitt i protokollen delen. De beregnede verdier av den maksimale eksponeringsgrenser "t" og melatonin undertrykkelse følsomhet (%) med hensyn på CCT er gitt i tabell 3.

Protocol

MERK: Alle materialene som brukes er ikke-kreftfremkallende, ikke-brennbart, og ikke-giftig. 1. Fabrikasjon av Blue-fare-fri Candlelight OLED tørr prosess Ta en glassplate som et substrat som skal belegges med et 125 nm indiumtinnoksid (ITO) anodelaget. Vaske substratet med 200 ml (50 ml flytende vaskemiddel og 150 ml avionisert vann) i såpeoppløsning. Skyll substratet med deionisert vann. Tørk underlaget med en nitrogenspyler. Sett underlaget på en glassplate …

Representative Results

Den strøm-spenning-luminans-karakteristika for de resulterende levende lys OLED blir målt ved hjelp av et elektrometer sammen med en 100 A luminansmeter. Utslipps områdene er 9 mm 2 for alle av de resulterende tørre-behandlet enheter, og er 25 mm 2 for våt-behandlet enheter. Her brukte vi en 125 nm ITO-belagt glass underlaget med et ark motstand på 15 Ω / kvm som en anode. Den har en åpenhet som er større enn 84% (Tabell 4). Alle OLED…

Discussion

De mest kritiske trinn i fabrikasjonen av OLED-enheter er: 1) rensing av glassubstratet, 2) utvelgelse av passende løsningsmiddel, 3) å oppløse organiske materialer, 4) jevnt fremstilling av filmen via spin-coating i den våte prosess, og 5 ) som styrer avsetningshastigheten og tykkelsen av det organiske sjikt under den termiske fordampning. I utgangspunktet rengjøring av ITO anode belagt substrat er et viktig skritt for å oppnå høy effektivitet. Glassubstratet er renset med såpeoppløsning for å fjerne f…

Materials

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