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Ingegneria

Blau-gefährdungsfreie Candlelight OLED

Published: March 19, 2017
doi:
10.3791/54644
, , , ,
1Department of Materials Science and Engineering,National Tsing Hua University

Summary

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

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

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.

Protocol

HINWEIS: Alle verwendeten Materialien sind nicht krebserregend, nicht brennbar und ungiftig. 1. Herstellung von Blue-gefährdungsfreie Candlelight OLED Chemische Verfahren 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 e…

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 Transp…

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 Glassu…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors would like to acknowledge the support in part from the Ministry of Economic Affairs and the Ministry of Science and Technology, Taiwan, via Grants MEA 104-EC-17-A-07-S3-012, MOST 104-2119-M-007-012, and MOST 103-2923-E-007-003-MY3.

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
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Riferimenti

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Jou, J., Singh, M., Su, Y., Liu, S., He, Z. Blue-hazard-free Candlelight OLED. J. Vis. Exp. (121), e54644, doi:10.3791/54644 (2017).
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