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

Blue-riskfri levande ljus OLED

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

Summary

Vi presenterar ett protokoll för tillverkning av en blå-riskfri levande ljus organic light emitting diode (OLED) för ögonskydd och utsöndring av melatonin.

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

Numera är ljuskällor som LED och CFL rikligt används för inom- och utomhusbelysning, dels för energibesparande skäl. Dessa lampor är rik på blå emission, som visar en högre benägenhet att orsaka blå-risker. LED och CFL avger ett spektrum berikad med blått ljus, vilket leder till irreversibel skada på näthinnans celler 1, 2, 3, 4. Blått ljus eller intensivt vitt ljus med hög CCT undertrycker utsöndringen av melatonin, ett onkostatiska hormon, som kan störa dygnsrytmen 5, 6 och sovande beteende 7, 8. Melatonin, en viktig hormon för dygnsrytmen, syntetiseras i tallkottkörteln 9. En hög nivå av melatonin observeras under den mörka perioden under 24-h ljus-mörker cycle 10. Men intensivt ljus på natten trycker dess syntes och stör dygnsrytmen 11. Melatoninundertryckning på grund av överexponering för starkt ljus på natten kan vara en riskfaktor för bröstcancer hos kvinnor 12, 13, 14. Förutom dessa risker, avbryter blått ljus verksamhet nattliga amfibier och kan hota att ekologiskt skydd. Det har också rapporterats att LED-belysning i museer är missfärgning de faktiska färgerna av oljemålningar målade av Van Gogh och Cézanne 15, 16.

Således kan en blå-utsläppsfri och låg CCT ljus liknande organisk lysdiod (OLED) vara ett bra substitut för LED och CFL. Ljus avger en blå-riskfri och låg CCT (1914 K) belysning, samt en hög kvalitet (hög färgåtergivningsindex, CRI) emissionsspektrum. hoWever, de flesta av de eldrivna belysningsanordningar avger intensivt blått ljus med en förhållandevis hög CCT. Till exempel är den lägsta CCT om 2300 K för glödlampor, medan det är 3000 eller 5000 K för varma eller kalla vita lysrör och LED-armaturer. Hittills har låga CCT OLED nästan fria från blå emission fabricerats för människovänlig belysning. Under 2012 Jou grupp rapporterade en fysiologiskt vänlig, torr bearbetas, enda emitterande lager OLED med en CCT av 1773 K och en energieffektivitet på 11,9 lm / W 17. Anordningen uppvisade en mycket lägre CCT jämfört med glödlampa (2300 K), medan dess energieffektivitet var inte acceptabelt ur ett energisparsynpunkt. De rapporterade en annan torr behandlas levande ljus stil OLED med dubbla emitterande skikt tillsammans med en bärare moduleskikt 18. Den uppvisade en låg CCT av 1970 K och en energieffektivitet på 24 lm / W. Senare, en torr bearbetade OLED bestående of tre emitterande skikt tillsammans med en bärare moduleskikt rapporterades 19. Dess energieffektivitet var 21-3 lm / W och varierade med CCT, som sträckte sig från 2500 K till 1900 K 2014, Hu et al. rapporterade en torr bearbetad hybrid OLED med dubbla emitterande skikt åtskilda av ett mellanskikt, som visade en hög effektverkningsgrad av 54,6 lm / W och en låg CCT av 1910 K 20. Nyligen har Jou grupp fabricerade ett högeffektivt levande ljus-stil OLED genom användning av dubbla emissiva skikten 21. Den uppvisade en hög effektverkningsgrad av 85,4 lm / W med en CCT av 2279 K. Fram till nu har alla ansträngningar gjorts för att utveckla hög effektivitet, låg CCT levande ljus-stil OLED-enheter genom att använda torra processer och komplicerade anordningsarkitekturer 17, 18, 19, 20, 2122. Utforma en levande ljus OLED med vått-process genomförbarhet och samtidigt har en låg CCT, en hög effektverkningsgrad, och en hög ljuskvalitet är en utmaning. Ingen studie har utvecklats för att beskriva emissionsspektrum känsligheten hos en given ljuskälla med avseende på den blått ljus. Kvaliteten på ljus på natten kan beslutas / förbättrad för att minimera undertryckandet av melatonin sekretion.

Det finns några rapporterade modeller som beräknar mängden av förtryck. För det första, Brainard et al. 23 och Thapan et al. 24 rapporterade den spektrala känslighet med monokromatiskt ljus. Senare, effekten av polykromatiskt ljus på melatoninundertryckning beskrevs 25, 26. Det senare antas i denna studie, eftersom de flesta av de kommersiellt tillgängliga armaturer eller nya ljuskällor är polykromatiskt och spanöver hela det synliga området (dvs., från djupt röd till violett).

I detta arbete presenterar vi omfattande protokoll för tillverkning av blå-riskfria levande ljus OLED via torra och våta processer. I båda processerna är anordningen arkitekturen förenklas genom att använda en enda emissiva skikt utan några bärare moduleringsskikten. Det elektroluminiscenta (EL) spektrum av den tillverkade OLED analyseras med avseende på den retinala exponeringsgränsen och för nivån av melatoninutsöndring undertryckning. En maximal exponering gränsen emitterat ljus på näthinnan beräknas med hjälp av teoretiska aspekt som rapporterades av International Electrotechnical Commission (IEC) 62471 standarden 27, 28. Maxgränsen exponering "t" beräknas med emissionsspektrumet för varje OLED på ljusstyrkan på 100 och 500 lux, tillräckligt för hem och kontor belysning, respektive. Alla relaterade beräknings steps sekventiellt ges i protokollet avsnitt. Vidare är effekten av belysning på melatoninundertryckning känslighet beräknas genom att följa ekvationerna för åtgärden spektrum av melatoninundertryckning 29. Beräkningen görs genom att följa stegen i protokollet avsnitt. De beräknade värdena för den maximala gränsvärden "t" och melatoninundertryckning känslighet (%) med avseende på GTT ges i tabell 3.

Protocol

OBS: Alla material som används är icke-cancerframkallande, icke brännbart och icke-toxisk. 1. Tillverkning av Blue-riskfri levande ljus OLED torr process Ta ett objektglas som ett substrat som skall beläggas med ett 125 nm indiumtennoxid (ITO) anodskiktet. Tvätta substratet med 200 ml (50 ml av flytande tvättmedel och 150 ml avjoniserat vatten) av tvållösning. Skölj substratet med avjoniserat vatten. Torka substratet med en kvävestråle spray. Sätta subst…

Representative Results

De ström-spänning-luminans egenskaperna hos de resulterande levande ljus OLED mäts genom användning av en elektrometer tillsammans med en 100 A luminansmeter. Områdena utsläpps är 9 mm 2 för alla de resulterande torra bearbetade enheter och är 25 mm 2 för våta bearbetade enheter. Här har vi använt en 125 nm ITO-belagt glassubstrat med en ytresistans av 15 Ω / sq som en anod. Den har en transparens som är större än 84% (tabell 4).</stro…

Discussion

De mest kritiska stegen i tillverkningen av OLED-enheter är: 1) rengöring av glassubstrat, 2) val av lämpligt lösningsmedel, 3) upplösning av organiskt material, 4) jämnt bildar filmen via spin-beläggning i den våta metoden, och 5 ) som styr avsättningshastigheten och tjockleken av det organiska skiktet under termisk förångning. Inledningsvis rengöring av ITO anod belagda substratet är ett viktigt steg för att uppnå hög effektivitet. Glassubstratet rengörs med tvållösning för att avlägsna feta…

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