无蓝光危害的烛光OLED

摘要

我们提出一种用于眼保护和褪黑激素分泌的无蓝光危害烛光有机发光二极管（OLED）的制备方案。

摘要

烛光风格的有机发光二极管（OLED）是一种对人类友好的照明方式，因其无蓝光危害且具有低相关色温（CCT）照明。低CCT照明缺乏高能蓝光辐射，可在引起视网膜损伤前长时间使用。本文提供了制备无蓝光危害烛光OLED的完整实验方案。OLED的发射光谱通过视网膜最大暴露时间限值和褪黑激素抑制敏感性进行表征。该器件可通过干法和湿法工艺制备。干法制备的OLED相关色温为1,940 K，在500 lx亮度下表现出1,287秒的最大视网膜暴露限值，其相对于480 nm蓝光的褪黑激素抑制敏感性为2.61%。湿法制备的OLED采用旋涂法沉积空穴注入层、空穴传输层和发光层，使制备过程更快速且经济，所得器件相关色温为1,922 K，在500 lx亮度下最大视网膜暴露限值达7,092秒。其实现的相对褪黑激素抑制敏感性为1.05%，分别比发光二极管（LED）和紧凑型荧光灯（CFL）低86%和96%。湿法制备的无蓝光危害烛光OLED实现了30 lm/W的功率效率，是白炽灯的2倍，蜡烛的300倍。

引言

如今，发光二极管（LED）和紧凑型荧光灯（CFL）等照明光源被广泛用于室内外照明，部分原因是其具有节能优势。然而，这些光源富含蓝光辐射，更容易引发蓝光危害。LED和CFL发出的光谱中蓝光成分较高，可导致视网膜细胞发生不可逆损伤^1,2,3,4。蓝光或高色温（CCT）的强白光会抑制具有抗癌作用的激素——褪黑素的分泌，从而可能扰乱昼夜节律^5,6和睡眠行为^7,8。褪黑素是维持昼夜节律的关键激素，由松果体合成⁹。在24小时明暗循环的黑暗阶段，褪黑素水平显著升高¹⁰。然而，夜间强光照射会抑制其合成，进而破坏昼夜节律¹¹。夜间过度暴露于强光导致的褪黑素抑制，可能是女性乳腺癌的潜在风险因素^12,13

方案

注意：所使用的所有材料均非致癌、非易燃且无毒。

1. 无蓝光危害烛光 OLED 的制备

1. 干法工艺
   1. 取一片玻璃载玻片作为基底，其上将涂覆125 nm厚的氧化铟锡（ITO）阳极层。用200 mL洗涤剂溶液（含50 mL液体洗涤剂和150 mL去离子水）清洗基底。用去离子水冲洗基底。用氮气喷射流干燥基底。
   2. 将基底置于玻璃载片架上，把载片架浸入盛有丙酮溶液的烧杯中。将烧杯放入超声波清洗仪中，在以下条件下对基底进行超声处理： 50 °C 10 分钟
   3. 将带有基底的载玻片架转移至烧杯中的异丙醇溶液，并再次超声处理 60 °C 10分钟
   4. 从烧杯中取出基底，放入紫外/臭氧清洗机中干燥10分钟，彻底清洁表面。
   5. 关闭高真空阀门，打开氮气阀门向热蒸发仪腔室通入氮气，以解除腔室真空状态。
   6. 将清洗后的基底装载到腔室内的旋转基底支架上。对于每一层将要沉积的薄膜，分别将100 mg所需有机材料、3 mg氟化锂（LiF）以及一块224 mg的铝（Al）锭装入腔室内的坩埚中。
   7. 关闭腔室门，等待达到5×10⁻³ Pa的高真空。^-6 托。一旦腔室内达到高真空，便开始在带有 ITO 的基底上沉积有机层。
      1. 以0.8–1 Å/s的沉积速率沉积一层5 nm的空穴注入层。
      2. 以1–1.....

结果

采用电流计结合100 A亮度计测量所得烛光OLED的电流-电压-亮度特性。所有干法加工器件的发光面积为9 mm²，湿法加工器件的发光面积为25 mm²。本实验中使用厚度为125 nm、方阻为15 Ω/sq的ITO镀膜玻璃基板作为阳极，其透光率高于84%（表4）。所有以Al作为阴极的OLED器件均测量其正向发光亮度。电致发光（EL）光谱及国际照明委员会（CIE）色坐标通过光谱辐射计测得³¹。所得EL光谱用于计算视网膜暴露限值“t”以及褪黑激素抑制能力。所有计算步骤均在实验方案部分依次给出。

允许的视网膜暴露量由照射到人眼的给定光源的辐射亮度计算得出。当人眼直视辐射度为 E 的光源时，蓝光的最大暴露时间可能等于或低于 100 秒。_B = 1 Wm^-2. 如果辐射度小于 1 Wm^-.......

讨论

OLED器件制备过程中最关键的步骤包括：1）清洁玻璃基底，2）选择合适的溶剂，3）溶解有机材料，4）通过湿法旋涂均匀成膜，以及5）在热蒸镀过程中控制有机层的沉积速率和厚度。首先，清洁涂有ITO阳极的基底是实现高效率的关键步骤。玻璃基底需用肥皂液清洗，以去除油渍或油性残留物。随后，在丙酮中超声处理，再用异丙醇超声，以彻底清除阳极表面的颗粒污染物。在ITO上沉积任何功能层之前，需对基底进行紫外/臭氧（UV/ozone）处理。该处理不仅能使基底充分干燥，还能增加其表面氧含量，从而提高ITO的功函数³⁵。这有助于降低空穴注入势垒，促进更多的空穴传输。

随后，通过两种不同的方法——干法和湿法，将有机层沉积到ITO阳极上。对于采用干法制备的烛光OLED，所有有机分子在高真空条件下蒸发，并依次沉积到ITO层上。在此过程中，温度逐步逐渐升高，有机材料在特定温度下进行沉积。这种方法可防止薄膜不均匀，并实现精确的层厚控制。干法制备的烛光OLED器件极为洁净，无任何非发光区域。然而，该方法在制备大面积薄膜方面存在局限性，且由于有机材料消耗量大，成本较高。另.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
ITO玻璃	Lumtech		84%透明度
聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐) (PEDOT/PSS)	UniRegion Bio-Tech		4 °C下储存，HOMO (eV) = -4.9，LUMO (eV) = -3.3
4,4,4-三(咔唑基)三苯胺 (TCTA)	E-Ray Optoelectronics Technology co., Ltd		无毒，HOMO (eV) = -5.7，LUMO (eV) = -2.3
三(2-苯基吡啶)合铱 (Ir(ppy)3)	E-Ray Optoelectronics Technology co., Ltd		无毒，HOMO (eV) = -5.6，LUMO (eV) = -3.9
1,3,5-三(N-苯基苯并咪唑-2-基)苯 (TPBi)	Luminescence Technology corp.		无毒，HOMO (eV) = -6.2，LUMO (eV) = -2.7
铱(III)双(4-苯基噻吩[3,2-c]吡啶-N,C 2’)乙酰丙酮 (PO-01)	Luminescence Technology corp.		无毒，HOMO (eV) = -5.1，LUMO (eV) = -2.7
三(2-苯基喹啉)合铱(III) (Ir(2-phq)3)	E-Ray Optoelectronics		无毒，HOMO (eV) = -5.1，LUMO (eV) = -2.8
氟化锂 (LiF)	Echo chemicals		99.98%
铝锭 (Al)	Guv team International pvt. ltd		100.00%
丙酮	Echo chemicals		99.90%
2-丙醇	Echo chemicals		99.90%
空穴注入材料，WHI-001	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		无毒，HOMO (eV) = -9.8，LUMO (eV) = -5.6
空穴传输材料，WHI-215	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		无毒，HOMO (eV) = -5.4，LUMO (eV) = -2.5
主体材料，WPH-401	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		无毒，HOMO (eV) = -5.8，LUMO (eV) = -2.7
电子注入材料，WIT-651	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		无毒，HOMO (eV) = -5.8，LUMO (eV) = -3.1
电子传输材料，WET-603	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		无毒，HOMO (eV) = -5.9，LUMO (eV) = -2.6
绿色染料，WPGD-832	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		无毒，HOMO (eV) = -5.8，LUMO (eV) = -3.1
深红色染料，PER 53	E-Ray Optoelectronics Technology co., Ltd		无毒，HOMO (eV) = -5.1，LUMO (eV) = -2.4