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Engenharia

ブルーハザードフリーキャンドルライトのOLED

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

Summary

私たちは、目の保護とメラトニン分泌のためのブルーハザードフリーろうそく有機発光ダイオード（OLED）の製造のためのプロトコルを提示します。

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

今日では、LED及びCFLのような照明源が豊富に部分的に省エネの理由のため、屋内および屋外の照明のために使用されます。しかし、これらのライトはブルーハザードを引き起こす高い傾向を示し、青色発光が豊富です。 LED及びCFLは、網膜細胞1、2、3、4に不可逆的な損傷につながる、青色光に富むスペクトルを発します。青色光または高CCTと強烈な白色光は、概日リズム5、6および睡眠行動7、8が中断される可能性があり、メラトニンの分泌、oncostaticホルモンを抑制する。メラトニン、概日リズムに不可欠なホルモンは、松果体9で合成されます。メラトニンの高いレベルは、24時間の明暗Cの間、暗期の間に観察され、ycle 10。しかし、夜に強い光は、その合成を抑制し、概日リズム11を破壊します。夜に明るい光に露出オーバーによるメラトニン抑制は、女性12、13、14における乳癌の危険因子であることができます。これらの危険に加えて、青色光は、夜間両生類の活動を中断し、生態系の保護を脅かすことができます。また、博物館でのLED照明は、ゴッホやセザンヌ15、16が描いた油彩画の実際の色に変色することが報告されています。

このように、青色発光自由と低CCTキャンドルのような有機LED（OLED）は、LEDとCFLのための良い代替することができます。キャンドルはブルーハザードフリーと低CCT（1914 K）照明だけでなく、高品質（高演色指数、CRI）の発光スペクトルを発します。ホーwever、電気駆動型の照明装置のほとんどは、比較的高いCCTで強い青色光を発します。それは暖かいか冷たい白色蛍光管とLED照明器具のための3000または5000 Kであるが、例えば、最低のCCTは、白熱電球約2300 Kです。これまでのところ、青色発光のほぼ自由低CCTのOLEDは、人に優しい照明用に製造されています。 2012年に、嬢のグループは1773 KのCCTとの生理学的に優しい、ドライ加工し、単一の発光層OLEDと17 W 11.9ルーメン/の電力効率を報告しました。その電力効率は、ビューの省エネ観点から受け入れられない一方で、デバイスは、白熱電球（2300 K）に比べてはるかに低いCCTを示しました。彼らは、キャリア変調層18と一緒に二重発光層を使用して、別のドライ加工ろうそくスタイルのOLEDを報告しました。これは、1970 Kの低CCTおよび24ルーメン/ Wの電力効率を示しました。その後、乾燥処理されたOLEDは、Oからなりますキャリア変調層に沿って3発光層fが19を報告しました。その電力効率は21から2014年に1900 Kに2500 Kの範囲であったCCT、胡主席らとのW多様3 LM /にありました。 54.6ルーメン/ Wと1910 K 20の低CCTの高い電力効率を示した中間層によって分離二重発光層との乾燥処理ハイブリッドOLEDを報告しました。最近、嬢のグループは、二重発光層21を採用することにより、高効率ろうそくスタイルのOLEDを作製しました。それは85.4 LMの高い電力効率を示した/今まで、すべての努力がドライプロセスや複雑なデバイス構造17,18を利用することにより、高効率、低CCTキャンドルスタイルのOLEDデバイスを開発するためになされた2,279 KのCCTで、W 19、20、21、22。同時に低CCT、高電力効率、および高い光品質を有しながら湿式実現可能性を持つろうそくのOLEDを工夫することが課題です。いいえ研究は、青色光に対する所与の光源の発光スペクトル感度を記述するために開発されていません。夜間の光の質は、メラトニン分泌の抑制を最小限にするために/改善されたことを決定することができます。

抑圧量を算出し、いくつかの報告のモデルがあります。まず、ブレイナードら。 23とThapan ら。 図24は、単色光を用いて分光感度を報告しました。その後、メラトニン抑制の多色光の効果は、25、26に記載されました。市販の照明器具又は新規の光源のほとんどが多色とスパンであるため、後者は、本研究で採用されています可視光全域（ すなわち、深い赤から紫まで）。

本研究では、ドライとウェットプロセスを経て青ハザードフリーろうそくのOLEDの製造のための総合的なプロトコルを提示します。両方のプロセスでは、デバイス・アーキテクチャは、任意のキャリア変調層なしに単一の発光層を使用することによって簡略化されます。製造されたOLEDのエレクトロルミネッセンス（EL）スペクトルは、網膜の曝露限界のためにと、メラトニン分泌抑制のレベルについて分析されます。網膜へ放射される光の最大曝露限界は、国際電気標準会議（IEC）62471規格27、28によって報告された理論的な態様を用いて算出されます。最大暴露限界「トン」は、それぞれ、家庭やオフィスの照明のために十分な、100と500ルクスの明るさで、各OLEDの発光スペクトルを用いて算出されます。関連するすべての計算STEPSは順次プロトコルセクションに記載されています。また、メラトニン抑制の感度の照明の効果は、メラトニン抑制29の作用スペクトルの方程式に従って計算されます。計算は、プロトコルセクションに記載された手順に従って行われます。 CCTに対する最大露光限度の計算値「T」とメラトニン抑制の感度（％）を表3に示します。

Protocol

注：使用されるすべての材料は、非発癌性、非可燃性、及び非毒性です。 ブルーハザードフリーキャンドルライトのOLEDの1製作 乾式工程 125nmのインジウムスズ酸化物（ITO）陽極層で被覆される基板として、スライドガラスを取ります。石鹸溶液200mL（液体洗剤、脱イオン水150mLの50 mL）で基板を洗浄します。脱イオン水で基板を洗浄します。窒素ジェットスプ?…

Representative Results

得られたキャンドルOLEDの電流 – 電圧 – 輝度特性は、100輝度計と共に電位を用いて測定されます。発光領域が得られた乾燥処理されたすべてのデバイスに9ミリメートル2であり、湿式処理型デバイスのための25ミリメートル2です。ここでは、陽極として15Ω/□のシート抵抗と125 nmのITO被覆ガラス基板を用いました。これは、84％（ 表4）?…

Discussion

OLEDデバイスの製造において最も重要なステップは、1）ガラス基板を洗浄する、2）適切な溶媒を選択すること、3）有機材料を溶解し、4）均一湿式スピンコーティングにより膜を形成し、5 ）熱蒸着時の成膜速度と、有機層の厚さを制御します。最初に、ITO陽極コーティングされた基板を洗浄することにより、高効率を達成するための重要なステップです。ガラス基板は、脂ぎったスポ?…

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
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Referências

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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).
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