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Engineering

Blue-risque sans Candlelight OLED

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

Summary

Nous présentons un protocole pour la fabrication d'une diode de chandelles bleu danger lumière électroluminescente organique (OLED) pour la protection des yeux et de la sécrétion de mélatonine.

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

De nos jours, les sources d'éclairage LED comme CFL et sont abondamment utilisés pour l'éclairage intérieur et extérieur, en partie pour des raisons d'économie d'énergie. Cependant, ces lumières sont riches en émission bleu, montrant une plus forte tendance à provoquer des bleus risques. LED et CFL émettent un spectre enrichi avec la lumière bleue, conduisant à des dommages irréversibles aux cellules rétiniennes 1, 2, 3, 4. La lumière bleue ou une lumière blanche intense avec une grande CCT supprime la sécrétion de la mélatonine, une hormone oncostatique, ce qui peut perturber le rythme circadien 5, 6 et le comportement de couchage 7, 8. La mélatonine, une hormone essentielle pour le rythme circadien, est synthétisée dans la glande pinéale 9. Un niveau élevé de mélatonine est observée au cours de la période sombre au cours de la 24-h de lumière-obscurité cycle 10. Cependant, la lumière intense la nuit supprime sa synthèse et perturbe le rythme circadien 11. Mélatonine suppression due à une surexposition à la lumière vive pendant la nuit peut être un facteur de risque pour le cancer du sein chez les femmes 12, 13, 14. Outre ces risques, la lumière bleue interrompt les activités d'amphibiens nocturnes et peut être une menace pour la protection écologique. Il a également été signalé que l' éclairage LED dans les musées est décolorer les couleurs réelles des peintures à l'huile peints par Van Gogh et Cézanne 15, 16.

Ainsi, une CCT libre et une faible bougie comme LED organique bleu-émission (OLED) peut être un bon substitut pour les LED et CFL. Bougies émettent une CCT bleu-risque-libre et faible (1,914 K) illumination, ainsi qu'une haute qualité (haute couleur indice de rendu, CRI) spectre d'émission. However, la plupart des dispositifs d'éclairage entraîné électricité émettent de la lumière bleue intense avec un relativement élevé CCT. Par exemple, la CCT le plus bas est environ 2.300 K pour les ampoules à incandescence, alors qu'il est de 3000 ou 5000 K pour les tubes fluorescents blancs chauds ou froids et luminaires à LED. Jusqu'à présent, peu OLEDs du TDC presque libres de l'émission bleue ont été fabriqués pour l'éclairage de l'homme-friendly. En 2012, le groupe de Jou a rapporté un physiologiquement amical, sèche-traitée, seule OLED couche émissive avec une CCT de 1773 K et un rendement énergétique de 11,9 lm / W 17. Le dispositif présentait une CCT beaucoup plus faible par rapport à l'ampoule à incandescence (2.300 K), tandis que son efficacité énergétique était pas acceptable d'un point de vue d'économie d'énergie. Ils ont rapporté une autre chandelle style sec traitée OLED en utilisant des doubles couches émissives le long d'une couche de modulation de porteuse 18. Il présente une faible CCT de 1.970 K et une efficacité de puissance de 24 lm / W. Plus tard, une OLED sèche-traitée consistant of trois couches émissives le long d'une couche porteuse de modulation a été signalé 19. Son efficacité énergétique était 21-3 lm / W et varié avec le CCT, qui allait de 2500 K à 1.900 K. En 2014, Hu et al. fait état d' une OLED hybride sèche-traitée avec des doubles couches émissives séparées par une couche intermédiaire, qui a montré une efficacité de puissance élevée de 54,6 lm / W et une faible CCT de 1.910 K 20. Récemment, le groupe de Jou a fabriqué une haute efficacité chandelles style OLED en utilisant des couches émissives doubles 21. Il présente une haute efficacité de puissance de 85,4 lm / W avec une CCT de 2279 K. Jusqu'à présent, tous les efforts ont été faits pour développer une grande efficacité, dispositifs OLED chandelles style bas TDC en utilisant des procédés à sec et architectures de dispositifs compliqués 17, 18, 19, 20, 2122. Concevoir une OLED aux chandelles avec procédé par voie humide faisabilité tout en ayant simultanément une CCT faible, un rendement énergétique élevé et une qualité élevée de la lumière est un défi. Aucune étude n'a été mis au point pour décrire la sensibilité du spectre d'émission d'une source lumineuse donnée par rapport à la lumière bleue. La qualité de la lumière la nuit peut être décidée / améliorée pour réduire au minimum la suppression de la sécrétion de mélatonine.

Il y a quelques modèles rapportés qui calculent la quantité de suppression. Tout d' abord, Brainard et al. 23 et Thapan et al. 24 ont rapporté la sensibilité spectrale en utilisant une lumière monochromatique. Plus tard, l'effet de la lumière polychromatique sur la suppression de la mélatonine a été décrit 25, 26. Ce dernier est adopté dans cette étude, puisque la plupart des luminaires disponibles dans le commerce ou de nouvelles sources d'éclairage sont polychromes et duréesur toute la plage visible (ie, du rouge au violet profond).

Dans ce travail, nous présentons des protocoles détaillés pour la fabrication d'OLEDs chandelles libre bleu danger-par des procédés secs et humides. Dans les deux procédés, l'architecture du dispositif est simplifiée en utilisant une seule couche émissive sans aucune couche de modulation de porteuses. Le spectre électroluminescent (EL) de l'OLED fabriqué est analysé pour la limite d'exposition de la rétine et pour le niveau de suppression de la sécrétion de la mélatonine. Une limite d'exposition maximale de la lumière émise à la rétine est calculée en utilisant l'aspect théorique qui a été signalé par la Commission électrotechnique internationale (CEI) 62471 norme 27, 28. La limite d'exposition maximale "t" est calculé en utilisant le spectre d'émission de chaque OLED à la luminosité de 100 et 500 lx, suffisante pour la maison et l'éclairage de bureau, respectivement. Tout ste de calcul liésps sont séquentiellement donnée dans la section de protocole. En outre, l'effet de l' éclairage sur la sensibilité à la suppression de la mélatonine est calculée en suivant les équations du spectre de suppression de la mélatonine 29 d'action. Le calcul se fait en suivant les étapes indiquées dans la section de protocole. Les valeurs calculées de la limite maximale d'exposition "t" et la sensibilité à la suppression de la mélatonine (en%) par rapport au CCT sont donnés dans le tableau 3.

Protocol

REMARQUE: Tous les matériaux utilisés sont non-cancérigène, non inflammable et non toxique. 1. Fabrication de chandelles bleu-risque sans OLED procédé sec Prendre une lame de verre en tant que substrat destiné à être revêtu d'un 125 nm d'oxyde d'indium et d'étain (ITO), la couche d'anode. Laver le substrat avec 200 ml (50 ml de détergent liquide et 150 ml d'eau déminéralisée) de solution de savon. Rincez le substrat avec de l'eau dé…

Representative Results

Les caractéristiques courant-tension-luminance des DELO aux chandelles résultantes sont mesurées à l'aide d'un électromètre 100 conjointement avec un Appareil de mesure de la luminance. Les zones d'émission sont de 9 mm 2 pour tous les dispositifs à sec et transformés résultants sont 25 mm 2 pour les dispositifs traités par voie humide. Ici, nous avons utilisé un substrat en verre revêtu d'ITO de 125 nm avec une résistance de couc…

Discussion

Les étapes les plus critiques dans la fabrication de dispositifs OLED sont: 1) le nettoyage du substrat de verre, 2) sélectionner le solvant approprié, 3) à dissoudre les matières organiques, 4) formant uniformément le film via spin-coating dans le procédé par voie humide, et 5 ) contrôlant la vitesse de dépôt et l'épaisseur de la couche organique au cours de l'évaporation thermique. Dans un premier temps, le nettoyage du substrat revêtu ITO anode est une étape cruciale pour atteindre un ren…

Disclosures

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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References

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