מפגע-כחול-חינם OLED נרות
Summary
אנו מציגים פרוטוקול עבור הייצור של דיודה פולטת אור אורגן נרות כחולים-מפגע חינם (OLED) עבור הגנה וחקר עיני הפרשת המלטונין.
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
כיום, מקורות תאורה כמו LED ו CFL משמשים בשפע לתאורת פנים וחוץ, בין היתר מסיבות של חיסכון באנרגיה. עם זאת, אורות אלה עשירים פליטה כחולה, מראים נטייה גבוהה יותר כדי לגרום-סכנות כחולות. LED ו CFL פולטים ספקטרום מועשר אור כחול, הביאו לנזק בלתי הפיך לתאי הרשתית 1, 2, 3, 4. אור כחול או אור לבן אינטנסיבי עם גבוה CCT מדכא את ייצור המלטונין, הורמון oncostatic, אשר עלולים לשבש את קצב היממה 5, 6 ושינה התנהגות 7, 8. מלטונין, הורמון חיוני עבור מחזור היממה, הוא מסונתז בלוטת האצטרובל 9. רמה גבוהה של מלטונין הוא ציין במהלך התקופה האפלה במהלך ג אור כהה ל -24 שעותycle 10. עם זאת, האור נמרץ בלילה מדכא סינתזה שלה ומשבש את מחזור היממה 11. מלטונין דיכוי בשל חשיפת יתר אורות בוהקים בלילה יכול להיות גורם סיכון לסרטן השד בקרב נשים 12, 13, 14. מלבד המפגעים, אור כחול קוטע את הפעילות של דו-חיים ליליים יכול להיות מאיים הגנה אקולוגית. כמו כן דווח כי תאורת LED ב למוזיאונים שינוי בצבע הצבעים בפועל של ציורי שמן שצוירו על ידי ואן גוך וסזאן 15, 16.
לפיכך, LED אורגני CCT כחול-פליטה חופשית נמוכה כמו נר (OLED) יכול להיות תחליף טוב עבור LED ו CFL. נרות לפלוט CCT כחול-מפגע ללא ונמוך (1,914 K) תאורה, כמו גם (טיוח מדד צבע גבוה, CRI) באיכות גבוהה ספקטרום פליטה. הוwever, רוב התקני תאורה מונחה חשמל פולטי אור כחול עז עם CCT גבוהה יחסית. לדוגמא, CCT הנמוך ביותר הוא כ -2,300 K עבור נורות ליבון, בזמן שהוא 3,000 או 5,000 K עבור צינורות ניאון לבנים חמים או קרים מנורות LED. עד כה, OLEDs CCT הנמוך כמעט ללא פליטת הכחול היה מפוברק לתאורת אדם ידידותי. בשנת 2012, הקבוצה של Jou דיווחה על ידידותי, יבש-מעובד פיסיולוגי, OLED שכבת emissive יחיד עם CCT של 1,773 K ו נצילות הספק של 11.9 lm / W 17. המכשיר הציג CCT נמוך בהרבה לעומת נורת הליבון (2,300 K), תוך יעילות צריכת החשמל שלו לא הייתה מקובלת מבחינת חיסכון באנרגית מבט. הם דיווחו אחר בסגנון נרות יבש מעובד OLED באמצעות שכבות emissive כפולות יחד עם שכבת אפנון מובילה 18. זה הציג CCT נמוך של 1,970 K ו נצילות הספק של 24 lm / W. מאוחר יותר, OLED יבש מעובד מורכב of שלוש שכבות emissive יחד עם שכבת אפנון מוביל דווח 19. יעילות צריכת החשמל שלו הייתה מן 21 ל 3 lm / W והמגוון עם CCT, אשר נע בין 2,500 ל -1,900 K ק בשנת 2014, הו et al. דיווח על OLED ההיברידית יבשה מעובד עם שכבות emissive כפולות מופרדים על ידי interlayer, אשר הראה יעילות הספק גבוהות של 54.6 lm / W ו CCT נמוך של 1,910 K 20. לאחרונה, הקבוצה של Jou יש מפוברק OLED בסגנון נרות היעיל גבוהה על ידי שימוש בשכבות emissive כפולים 21. זה הציג יעילות הספק גבוה של 85.4 lm / W עם CCT של 2,279 ק עד כה, כל המאמצים נעשו כדי לפתח יעילות גבוהה, התקני OLED בסגנון נרות CCT נמוך על ידי ניצול תהליכים יבשים ארכיטקטורות מכשיר מסובכות 17, 18, 19, 20, 21, 22. בהכנת OLED נרות עם היתכנות רטוב-תהליך בזמן שיש CCT נמוך במקביל, כוח יעילות גבוהה, ואיכות אור גבוהה היא אתגר. אף מחקר פותח כדי לתאר את רגישות ספקטרום פליטה של מקור אור ניתן לגבי האור הכחול. איכות האור בלילה יכולה להיות מוכרעת / משופרת כדי למזער דיכוי הפרשת המלטונין.
יש כמה מודלים דיווחו כי לחשב את כמות דיכוי. ראשית, Brainard et al. 23 ו Thapan et al. 24 דיווחו על רגישות ספקטרלית באמצעות אור מונוכרומטי. בהמשך, את ההשפעה של אור הצבעוני על דיכוי מלטונין תוארה 25, 26. זו האחרונה היא אמצה במחקר זה, מכיוון שרוב הגופים הזמינים המסחרי או מקורות תאורה ברומן הם צבעוני ומוטהפני הטווח הגלוי כולו (כלומר, מאדום עמוק סגול).
בעבודה זו, אנו מציגים פרוטוקולים מקיפים עבור הייצור של OLEDs נרות כחול-מפגע-חינם באמצעות תהליכים יבשים ורטובים. בשני התהליכים, הארכיטקטורה המכשירה היא פשוטה על ידי העסקת שכבת emissive יחידה ללא כל שכבות אפנון מוביל. Electroluminescent (EL) הספקטרום של OLED המפוברק מנותח מגבלת החשיפה הרשתית ועבור מידת דיכוי הפרשת המלטונין. מגבלת חשיפה מקסימלית של אור נפלט אל הרשתית מחושבת באמצעות ההיבט התיאורטי כי נמסר על ידי הנציבות הבין-הלאומי לחשמל (IEC) 62,471 27 רגילים, 28. מגבלת חשיפה מקסימלית "t" מחושב באמצעות ספקטרום הפליטה של כל OLED בבית הבהירות של 100 ו -500 LX, מספיק לשימוש ביתי ולמטרות תאורה למשרד, בהתאמה. כל STE החישוב הקשורותps ניתן ברצף בקטע הפרוטוקול. יתר על כן, את ההשפעה של תאורה על רגישות דיכוי המלטונין מחושבת על ידי ביצוע המשוואות של רצף הפעולה של מלטונין דיכוי 29. החישוב נעשה על ידי ביצוע השלבים המוגדר בסעיף בפרוטוקול. הערכים המחושבים של היקף חשיפה המרבי "t" ואת רגישות דיכוי מלטונין (%) ביחס CCT מובאים בטבלה 3.
Protocol
Representative Results
Discussion
השלבים הקריטיים ביותר הייצור של מכשירי OLED הם: 1) ניקוי מצע הזכוכית, 2) בחירת הממס המתאים, 3) המסת חומרים האורגניים, 4) באופן אחיד ויוצרי סרט באמצעות ציפוי ספין בתהליך הרטוב, ו -5 ) שליטה על קצב ועובי בתצהיר של השכבה האורגנית במהלך אידוי תרמית. בתחילה, ניקוי המצע איטו האנו?…
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 |
Referências
- Melton, R. Ultraviolet and blue light. Rev opt. 2, 151 (2014).
- Singerman, L. J., Miller, D. G. Pharmacological Treatments for AMD. Rev Ophthalmol. 10, 88-90 (2003).
- . . International Energy Agency final report on potential health issues on SSL. , (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- Arendt, J. Melatonin, circadian rhythms, and sleep. New Engl. J. Med. 343 (15), 1114-1116 (2000).
- Wiechmann, A. F. Melatonin: parallels in pineal gland and retina. Exp Eye Res. 42 (6), 507-527 (1986).
- Brown, G. M. Light, melatonin, sleep-wake cycle. J. pshychiatry. Neurosci. 19 (5), 345-356 (1994).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Monico, L. . S. Anal. Chem. 85 (2), 851-859 (2013).
- Jou, J. H. Organic light-emitting diode-based plausibly physiologically-friendly low color-temperature night light. Org. Electron. 13 (8), 1349-1355 (2012).
- Jou, J. H. Candlelight-style organic light-emitting diodes. Adv. Funct. Mater. 23 (21), 2750-2757 (2013).
- Jou, J. H. OLEDs with chromaticity tunable between dusk-hue and candle-light. Org. Electron. 14 (1), 47-54 (2013).
- 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).
- Jou, J. H. Enabling a blue-hazard free general lighting based on candlelight-style OLED. Optics Express. 23 (11), A576-A581 (2015).
- Jou, J. H. High efficiency low color-temperature organic light emitting diodes with a blend interlayer. J. Mater. Chem. 21, 17850-17854 (2011).
- Brainard, G. G. Action spectrum for melatonin regulation in humans: Evidence for a novel circadian photoreceptor. J Neurosci. 21 (16), 6405-6412 (2001).
- 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).
- 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).
- 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).
- International Electrotechnical Commission. Photobiological safety of lamps and lamp systems. IEC 62471: 2006. , (2006).
- ICNIRP. ICNIRP guidelines on limits of exposure to incoherent visible and infrared radiation. Health Physics. 105 (1), (2013).
- Jou, J. H. Melatonin suppression extent measuring device. Patent. , (2012).
- 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).
- Commission International de l’Éclairage. . Method of measuring and specifying colour rendering of light sources. , 16 (1995).
- Jou, J. H. A universal, easy-to-apply light-quality index based on natural light spectrum resemblance. Appl. Phys. Lett. 104, 203304-203309 (2014).
- Jou, J. H. Pseudo-natural light for displays and lighting. Adv. Optical mater. 3, 95-102 (2015).
- Jou, J. H. Wetprocess feasible candlelight OLED. J. Mater. Cem. C. , (2016).
- Kim, B. S. UV-ozone surface treatment of indium-tin-oxide in organic light emitting diodes. J. Korean Phys. Soc. 50, 1858-1861 (2007).
- 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).
- Duan, L. Solution processable small molecules for organic light-emitting diodes. J. Mater. Chem. 20, 6392-6407 (2010).
- Kim, S. K. Low-power flexible organic light-emitting diode display device. Adv. Mater. 23, 3511-3516 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- Volz, D. Auto-catalysed crosslinking for next-generation OLED-design. J. Mater. Chem. 22, 20786-20790 (2012).
- 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).
- 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).
