JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Tadução automática
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engenharia

Blauw-hazard-vrij Kaarslicht OLED

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

Summary

We presenteren een protocol voor de fabricage van een blauw-hazard-vrij kaarslicht organic light emitting diode (OLED) voor de bescherming van de ogen en melatonine secretie.

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

Tegenwoordig worden lichtbronnen zoals LED en CFL overvloedig gebruikt voor binnen en buiten verlichting, deels voor energiebesparende redenen. Echter, deze lampen zijn rijk aan blauwe emissie, met een hogere neiging tot blauw-gevaren veroorzaken. LED en CFL stralen een spectrum verrijkt met blauw licht, wat leidt tot onomkeerbare schade aan retinale cellen 1, 2, 3, 4. Blauw licht of intens wit licht met een hoge CCT onderdrukt de afscheiding van melatonine, een hormoon oncostatische, die het circadiane ritme 5, 6 en slaapgedrag 7, 8 kan verstoren. Melatonine, een hormoon essentieel voor het circadiane ritme, wordt gesynthetiseerd in de pijnappelklier 9. Een hoog niveau van melatonine wordt waargenomen tijdens de donkere periode in de 24-uur licht-donker cycle 10. Echter, intensieve licht 's nachts onderdrukt de synthese en verstoort de circadiane ritme 11. Melatonine onderdrukking als gevolg van overmatige blootstelling aan fel licht 's nachts kan een risicofactor voor borstkanker bij vrouwen 12, 13, 14 zijn. Naast deze gevaren, blauw licht onderbreekt de activiteiten van nachtelijke amfibieën en kan worden dreigen met ecologische bescherming. Het is ook gemeld dat de LED-verlichting in musea wordt verkleuren de werkelijke kleuren van olieverfschilderijen geschilderd door Van Gogh en Cézanne 15, 16.

Zo kan een blauw-emissie-vrij en lage CCT kaars-achtige organische LED (OLED) een goede vervanging voor LED en CFL zijn. Kaarsen stralen een blauw-hazard-vrij en lage CCT (1914 K) verlichting, evenals een hoge kwaliteit (hoge kleurweergave-index, CRI) emissie-spectrum. However, het grootste deel van de elektriciteit aangedreven verlichting apparaten zenden intens blauw licht met een relatief hoge CCT. Bijvoorbeeld, de laagste CCT is ongeveer 2300 K voor gloeilampen, terwijl het 3.000 of 5.000 K voor warm of koud wit tl-buizen en LED-armaturen. Tot nu toe hebben lage CCT OLED's bijna vrij van de blauwe emissie gefabriceerd voor menselijke-vriendelijke verlichting. In 2012, Jou de groep rapporteerde een fysiologisch vriendelijke, droge-verwerkt, één emitterende laag OLED met een kleurtemperatuur van 1773 K en een energie-efficiëntie van 11,9 lm / W 17. De inrichting vertoonde een veel lagere CCT vergelijking met de gloeilamp (2300 K), terwijl de energie-efficiëntie aanvaardbaar energiebesparend oogpunt niet. Zij rapporteerden een andere dry-verwerkte candlelight-stijl OLED met behulp van dubbele emitterende lagen, samen met een drager modulatie laag 18. Het vertoonde een lage kleurtemperatuur van 1970 K en een energie-efficiëntie van 24 lm / Watt. Later, een droge-verwerkt OLED bestaat of drie emitterende lagen samen met een drager modulatie laag werd gemeld 19. De energie-efficiëntie was 21-3 lm / W en gevarieerd met de CCT, die varieerden van 2500 K tot 1900 K. In 2014, Hu et al. rapporteerde een droge verwerkt hybride OLED met dubbele emitterende lagen gescheiden door een tussenlaag, die een hoge energie-efficiëntie vertoonde van 54,6 lm / W en een lage kleurtemperatuur van 1910 K 20. Onlangs heeft Jou de groep een high-efficiency candlelight-stijl OLED door het gebruik van dubbele emitterende lagen 21 vervaardigd. Het vertoonde een hoge energie-efficiëntie van 85,4 lm / W met een kleurtemperatuur van 2279 K. Tot nu toe zijn alle pogingen gedaan om hoge efficiency, lage CCT candlelight-stijl OLED-apparaten door gebruik te maken van droge processen en ingewikkeld apparaat architecturen 17, 18 te ontwikkelen, 19, 20, 21, 22. Het bedenken van een kaarslicht OLED met natte proces haalbaarheid en tegelijkertijd met een lage CCT, een hoge energie-efficiëntie en een hoge lichtkwaliteit is een uitdaging. Geen onderzoek is ontwikkeld om het emissiespectrum gevoeligheid van een bepaalde lichtbron beschreven met betrekking tot het blauwe licht. De kwaliteit van het licht 's nachts kan worden beslist / verbeterd de onderdrukking van melatonine secretie te minimaliseren.

Er zijn een aantal modellen gemeld dat de hoeveelheid onderdrukking berekenen. Allereerst Brainard et al. 23 en Thapan et al. 24 meldde de spectrale gevoeligheid met behulp van monochromatisch licht. Later werd het effect van polychromatische licht op melatonine suppressie beschreven 25, 26. De laatste is in deze studie vastgesteld, omdat de meeste van de commercieel verkrijgbare armaturen of nieuwe verlichtingsbronnen zijn polychromatische en overspanningover het gehele zichtbare gebied (dat wil zeggen, van diep rood tot violet).

In dit werk presenteren we uitgebreide protocollen voor de fabricage van blue-hazard-vrij kaarslicht OLEDs via droge en natte processen. In beide werkwijzen wordt het apparaatarchitectuur vereenvoudigd door toepassing van een enkele emitterende laag zonder draaggolfmodulatie lagen. De elektroluminescente (EL) spectrum van de gefabriceerde OLED wordt geanalyseerd op het netvlies blootstellingslimiet en voor het niveau van melatonine onderdrukking. Een maximum blootstelling van uitgezonden licht van het netvlies wordt berekend met behulp van de theoretische aspect dat werd gemeld door de International Electrotechnical Commission (IEC) 62471 norm 27, 28. De maximum exposure "t" wordt berekend op basis van het emissiespectrum van elke OLED aan de helderheid van 100 en 500 lx, voldoende voor thuis en op kantoor verlichting, respectievelijk. Alle verwante berekening steps worden achtereenvolgens in het hoofdstuk protocol. Verder is het effect van verlichting op de melatonine onderdrukking gevoeligheid berekend door de vergelijkingen van het werkingsspectrum van melatonine onderdrukking 29. De berekening wordt uitgevoerd door de stappen in het hoofdstuk protocol. De berekende waarden van de maximum exposure "t" en de melatonine onderdrukking gevoeligheid (%) ten opzichte van CCT worden in tabel 3.

Protocol

Opmerking: Alle gebruikte materialen zijn niet carcinogeen, niet brandbaar, en niet giftig. 1. Fabricage van Blue-hazard-vrij Kaarslicht OLED droog proces Neem een ​​glasplaatje als substraat te bekleden met een 125 nm indiumtinoxide (ITO) anodelaag. Was het substraat 200 ml (50 ml vloeibaar wasmiddel en 150 ml gedeïoniseerd water) zeepoplossing. Spoel het substraat met gedemineraliseerd water. Droog het substraat met een stikstof waterstraal. Zet het substraat…

Representative Results

De stroom-spanning-luminantie karakteristieken van de resulterende kaarsen OLEDs worden gemeten met behulp van een elektrometer met een 100 A luminantiemeter. De emissie gebieden 9 mm 2 voor elk van de verkregen droge bewerkte apparaten en zijn 25 mm 2 voor natte-verwerkte apparaten. Hier gebruikten we een 125 nm ITO bekleed glassubstraat met een laagweerstand van 15 Ω / vierkant als anode. Het heeft een transparantie van meer dan 84% (Tabel 4).</stro…

Discussion

De meest kritische stappen bij de vervaardiging van OLED inrichtingen zijn: 1) het reinigen van het glazen substraat, 2) het selecteren van het geschikte oplosmiddel, 3) het oplossen van de organische materialen, 4) gelijkmatig vormen van de film via spin-coating in het natproces en 5 ) die de depositiesnelheid en de dikte van de organische laag tijdens de thermische verdamping. Aanvankelijk reinigen van de ITO anode beklede substraat een cruciale stap bij hoge efficiëntie. Het glazen substraat wordt gereinigd me…

Declarações

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. Melton, R. Ultraviolet and blue light. Rev opt. 2, 151 (2014).
  2. Singerman, L. J., Miller, D. G. Pharmacological Treatments for AMD. Rev Ophthalmol. 10, 88-90 (2003).
  3. . . International Energy Agency final report on potential health issues on SSL. , (2014).
  4. Pauley, S. M. Lighting for the human circadian clock: Recent research indicates that lighting has become a public health issue. Med. Hypotheses. 63, 588-596 (2004).
  5. Mills, P. R., Tomkins, S. C., Schlangen, L. J. M. The effect of high correlated colour temperature office lighting on employee wellbeing and work performance. J. Circadian Rhythm. 5, 1-9 (2007).
  6. Sato, M., Sakaguchi, T., Morita, T. The effects of exposure in the morning to light of different color temperatures on the behavior of core temperature and melatonin secretion in humans. Biol. Rhythm. Res. 36, 287-292 (2005).
  7. Arendt, J. Melatonin, circadian rhythms, and sleep. New Engl. J. Med. 343 (15), 1114-1116 (2000).
  8. Wiechmann, A. F. Melatonin: parallels in pineal gland and retina. Exp Eye Res. 42 (6), 507-527 (1986).
  9. Brown, G. M. Light, melatonin, sleep-wake cycle. J. pshychiatry. Neurosci. 19 (5), 345-356 (1994).
  10. Lewy, A. J., Wehr, T. A., Goodwin, F. K., Newsome, D. A., Markey, S. P. Light suppresses melatonin secretion in humans. Science. 210 (4475), 1267-1269 (1980).
  11. Stevens, R. G., Brainard, G. C., Blask, D. E., Lockley, S. W., Motta, M. E. Breast cancer and circadian disruption from electric lighting in the modern world. CA Cancer J. Clin. 64 (3), 207-218 (2014).
  12. Davis, S., Mirick, D. K., Stevens, R. G. Night-shift work, light at night, and risk of breast cancer. J. Natl. Cancer Inst. 93, 1557-1562 (2001).
  13. Kloog, I., Haim, A., Stevens, R. G., Barchanade, M., Portnov, B. A. Light at Night Co Distributes with Incident Breast but Not Lung Cancer in the Female Population of Israel. Chronobiology Intl. 25, 65-81 (2008).
  14. Monico, L. . S. Anal. Chem. 85 (2), 851-859 (2013).
  15. Jou, J. H. Organic light-emitting diode-based plausibly physiologically-friendly low color-temperature night light. Org. Electron. 13 (8), 1349-1355 (2012).
  16. Jou, J. H. Candlelight-style organic light-emitting diodes. Adv. Funct. Mater. 23 (21), 2750-2757 (2013).
  17. Jou, J. H. OLEDs with chromaticity tunable between dusk-hue and candle-light. Org. Electron. 14 (1), 47-54 (2013).
  18. Hu, Y., Zhang, T., Chen, J., Ma, D., Cheng, C. H. Hybrid organic light-emitting diodes with low color temperature and high efficiency for physiologically-friendly night illumination. Isr. J. Chem. 54, 979-985 (2014).
  19. Jou, J. H. Enabling a blue-hazard free general lighting based on candlelight-style OLED. Optics Express. 23 (11), A576-A581 (2015).
  20. Jou, J. H. High efficiency low color-temperature organic light emitting diodes with a blend interlayer. J. Mater. Chem. 21, 17850-17854 (2011).
  21. Brainard, G. G. Action spectrum for melatonin regulation in humans: Evidence for a novel circadian photoreceptor. J Neurosci. 21 (16), 6405-6412 (2001).
  22. Thapan, K., Arendt, J., Skene, D. J. An action spectrum for melatonin suppression: evidence for a novel non-rod, non-cone photoreceptor system in humans. J Physiol. 535 (Pt 1), 261-267 (2001).
  23. Bullough, J. D., Bierman, A., Figueiro, M. G., Rea, M. S. Letter On Melatonin Suppression from Polychromatic and Narrowband Light Lighting Research. Chronobiol. Int. 25 (4), 653-656 (2008).
  24. Rea, M. S., Figueiro, M. G., Bullough, J. D., Bierman, A. A model of phototransduction by the human circadian system. Brain Res Brain Res Rev. 50, 213-228 (2005).
  25. International Electrotechnical Commission. Photobiological safety of lamps and lamp systems. IEC 62471: 2006. , (2006).
  26. ICNIRP. ICNIRP guidelines on limits of exposure to incoherent visible and infrared radiation. Health Physics. 105 (1), (2013).
  27. Jou, J. H. Melatonin suppression extent measuring device. Patent. , (2012).
  28. Jou, J. H. Enabling high-efficiency organic light-emitting diodes with a cross-linkable electron confining hole transporting material. Org. Electron. 24, 254-262 (2015).
  29. Commission International de l’Éclairage. . Method of measuring and specifying colour rendering of light sources. , 16 (1995).
  30. Jou, J. H. A universal, easy-to-apply light-quality index based on natural light spectrum resemblance. Appl. Phys. Lett. 104, 203304-203309 (2014).
  31. Jou, J. H. Pseudo-natural light for displays and lighting. Adv. Optical mater. 3, 95-102 (2015).
  32. Jou, J. H. Wetprocess feasible candlelight OLED. J. Mater. Cem. C. , (2016).
  33. Kim, B. S. UV-ozone surface treatment of indium-tin-oxide in organic light emitting diodes. J. Korean Phys. Soc. 50, 1858-1861 (2007).
  34. Lee, T. W. Characteristics of solution-processed small-molecule organic films and light-emitting diodes compared with their vacuum-deposited counterparts. Adv. Mater. 19 (10), 1625-1630 (2009).
  35. Duan, L. Solution processable small molecules for organic light-emitting diodes. J. Mater. Chem. 20, 6392-6407 (2010).
  36. Kim, S. K. Low-power flexible organic light-emitting diode display device. Adv. Mater. 23, 3511-3516 (2011).
  37. Kaake, L. G., Barbara, P. F., Zhu, X. Y. Intrinsic charge trapping in organic and polymeric semiconductors: a physical chemistry perspective. J. Phys. Chem. Lett. 1 (3), 628-635 (2010).
  38. Yersin, H., Rausch, A. F., Czerwieniec, R., Hofbeck, T., Fischer, T. The triplet state of organo-transition metal compounds. Triplet harvesting and singlet harvesting for efficient OLEDs. Coord. Chem. Rev. 255, 2622-2652 (2011).
  39. Jou, J. H., Kumar, S., Agarwal, A., Lia, T. H., Sahoo, S. Approaches for fabricating high efficiency organic light emitting diodes. J. Mater. Chem. C. 3, 2974-3002 (2015).
  40. Volz, D. Auto-catalysed crosslinking for next-generation OLED-design. J. Mater. Chem. 22, 20786-20790 (2012).
  41. Furuta, P. T., Deng, L., Garon, S., Thompson, M. E., Frechet, J. M. J. Platinum functionalized random copolymers for use in solution-processible, efficient, near-white organic light-emitting diodes. J. Am. Chem. Soc. 126 (47), 15388-15389 (2004).
  42. Biwu, M. New thermally cross-linkable polymer and its application as a hole-transporting layer for solution processed multilayer organic light emitting diodes. Chem. Mater. 19, 4827-4832 (2007).

Tags

Blue HazardCandlelight OLEDMelatonin SuppressionRetina ExposureDry FabricationITO AnodeThermal EvaporationOrganic LayersEncapsulation
check_url/pt/54644?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
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).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image