Azul-peligro-libre luz de las velas OLED

Resumen

Se presenta un protocolo para la fabricación de un diodo azul libre de peligros luz de las velas emisores de luz orgánicos (OLED) para proteger los ojos y la secreción de melatonina.

Resumen

Un diodo emisor de luz orgánico (OLED) estilo vela es un tipo de iluminación amigable para el ser humano porque no presenta riesgos azules y tiene una iluminación de baja temperatura de color correlacionada (CCT). La iluminación de bajo CCT se ve privada de radiación azul de alta energía y se puede utilizar durante más tiempo antes de causar daños en la retina. Este trabajo presenta los protocolos integrales para la fabricación de OLED de luz de vela sin peligros azules. El espectro de emisión del OLED se caracterizó por el límite máximo de tiempo de exposición de la retina y la sensibilidad de supresión de melatonina. Los dispositivos se pueden fabricar mediante procesos secos y húmedos. El OLED procesado en seco dio como resultado un CCT de 1.940 K y exhibió un límite máximo de exposición a la retina de 1.287 s con un brillo de 500 lx. Mostró una sensibilidad de supresión de melatonina del 2,61% en relación con la luz azul de 480 nm. El OLED procesado en húmedo, donde el recubrimiento de rotación se utiliza para depositar la inyección de orificios, el transporte de orificios y las capas emisivas, lo que hace que la fabricación sea rápida y económica, produjo un CCT de 1.922 K y mostró un límite máximo de exposición a la retina de 7.092 a un brillo de 500 lx. La sensibilidad relativa de supresión de melatonina lograda del 1,05% es un 86% y un 96% menor que la del diodo emisor de luz (LED) y la lámpara fluorescente compacta (CFL), respectivamente. La luz de vela OLED OLED procesada en húmedo y sin peligros mostró una eficiencia energética de 30 lm / W, que es 2 veces mayor que la de la bombilla incandescente y 300 veces mayor que la de la vela.

Introducción

Hoy en día, las fuentes de luz LED y CFL como se utilizan en abundancia para la iluminación interior y exterior, en parte por razones de ahorro de energía. Sin embargo, estas luces son ricos en emisión azul, que muestra una mayor tendencia a causar blue-peligros. LED y CFL emiten un espectro enriquecido con luz azul, lo que lleva a un daño irreversible a las células de la retina ^{1, 2, 3, 4.} La luz azul o luz blanca intensa con alta CCT suprime la secreción de melatonina, una hormona oncostatic, que pueden perturbar el ritmo circadiano ^{5, 6} y trastorno del sueño ^{7, 8.} La melatonina, una hormona esencial para el ritmo circadiano, se sintetiza en la glándula pineal ^9. Un alto nivel de melatonina se observa durante el periodo de oscuridad durante la 24 h luz-oscuridad cycle ^10. Sin embargo, la luz intensa durante la noche suprime su síntesis y se altera el ritmo circadiano ^11. La melatonina supresión debido a la sobreexposición a la luz brillante en la noche puede ser un factor de riesgo para el cáncer de mama en mujeres de ^{12, 13, 14.} Además de estos peligros, la luz azul interrumpe las actividades de anfibios nocturnos y puede ser una amenaza para la protección ecológica. También se ha informado de que la iluminación LED en los museos se decolora con los colores reales de pinturas al óleo pintados por Van Gogh y Cézanne ^{15, 16.}

Por lo tanto, una libre y bajo CCT LED orgánica vela-como-emisión azul (OLED) puede ser un buen sustituto para el LED y CFL. Velas emiten un color azul-CCT libres de peligros y baja (1.914 K) de iluminación, así como un espectro de emisión de alta calidad (alto índice de reproducción cromática, CRI). HoWever, la mayoría de los dispositivos de iluminación de electricidad impulsada emiten luz azul intenso con un relativamente alto CCT. Por ejemplo, el CCT más bajo es de aproximadamente 2.300 K para las bombillas incandescentes, si bien es 3.000 o 5.000 K para tubos fluorescentes blancos fríos o calientes y luminarias LED. Hasta el momento, los OLEDs bajas CCT casi libres de la emisión de color azul se han fabricado para la iluminación-humana de usar. En 2012, el grupo de Jou informó un solo OLED fisiológicamente amable, procesado en seco, con una capa emisiva CCT de 1773 K y una eficiencia energética de 11,9 lm / W ^17. El dispositivo exhibe una CCT mucho más baja en comparación con la bombilla incandescente (2.300 K), mientras que su eficiencia de energía no era aceptable desde un punto de vista de ahorro de energía. Se informó de otro estilo velas procesado en seco OLED mediante el uso de capas dobles emisivos junto con una capa de modulación de portadora ^18. Se exhibió una baja CCT de 1970 K y una eficiencia energética de 24 lm / W. Más tarde, un OLED procesado en seco que consiste en Of tres capas a lo largo de emisores con una capa de modulación de la portadora se informó ^19. Su eficiencia de energía era de 21 de 3 a lm / W y variada, con el CCT, que oscilaba entre 2.500 K a 1.900 K. En 2014, Hu et al. informó de un OLED híbrida procesada en seco con capas emisivos dobles separadas por una capa intermedia, que mostró una alta eficiencia de potencia de 54,6 lm / W y una baja CCT de 1910 K ^20. Recientemente, el grupo de Jou ha fabricado una alta eficiencia OLED de estilo luz de las velas mediante el empleo de capas dobles ²¹ emisivos. Se exhibió una alta eficiencia energética de 85,4 lm / W con un CCT de 2.279 K. Hasta ahora, se han hecho todos los esfuerzos para desarrollar una alta eficiencia, los dispositivos OLED de estilo luz de las velas bajo TMC mediante la utilización de procedimientos en seco y arquitecturas de dispositivos complicados ^{17, 18, 19, 20, 21}, ^22. La elaboración de un OLED luz de las velas con la viabilidad de procedimiento en húmedo, mientras que simultáneamente tiene un CCT baja, una alta eficiencia energética y una calidad de luz de alta es un reto. Ningún estudio ha sido desarrollado para describir la sensibilidad espectro de emisión de una fuente de luz dada con respecto a la luz azul. La calidad de la luz en la noche puede ser decidido / mejorada para reducir al mínimo la supresión de la secreción de melatonina.

Hay algunos modelos reportados que calculan la cantidad de supresión. En primer lugar, Brainard et al. ²³ y Thapan et al. ²⁴ informaron de la sensibilidad espectral mediante el uso de luz monocromática. Más tarde, el efecto de la luz policromática sobre la supresión de melatonina fue descrita ^{25, 26.} Este último se adopta en este estudio, ya que la mayoría de las luminarias disponibles en el mercado o nuevas fuentes de iluminación son policromática y vueltaen todo el rango visible (es decir, de color rojo oscuro a violeta).

En este trabajo, se presentan los protocolos integrales para la fabricación de velas OLED azul libre de riesgo a través de procesos secos y húmedos. En ambos procesos, la arquitectura del dispositivo se simplifica mediante el empleo de una sola capa emisiva sin cualquiera de las capas de modulación portadora. El espectro electroluminiscente (EL) de la OLED fabricada se analiza para el límite de exposición de la retina y para el nivel de supresión de la secreción de melatonina. Un límite máximo de exposición de la luz emitida a la retina se calcula utilizando el aspecto teórico que fue reportado por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) 62471 estándar de ^{27, 28.} El límite máximo de la exposición "t" se calcula utilizando el espectro de emisión de cada OLED en el brillo de 100 y 500 lx, suficiente para el hogar y la iluminación de oficinas, respectivamente. Todo ste cálculo relacionadosps se dan de forma secuencial en la sección de protocolo. Además, el efecto de la iluminación de la sensibilidad supresión de la melatonina se calcula siguiendo las ecuaciones del espectro de acción de supresión de la melatonina ^29. El cálculo se realiza siguiendo los pasos que se indican en la sección de protocolo. Los valores calculados de la máxima límite de exposición "t" y la sensibilidad supresión de la melatonina (%) con respecto a CCT se dan en la Tabla 3.

Protocolo

NOTA: Todos los materiales utilizados son no carcinogénico, no inflamable y no tóxico.

1. La fabricación de las velas OLED azul-peligro-libre

1. proceso en seco
   1. Tomar un portaobjetos de vidrio como un sustrato a recubrir con una capa de ánodo de óxido de indio y estaño 125 nm (ITO). Lavar el sustrato con 200 ml (50 ml de detergente líquido y 150 ml de agua desionizada) de solución de jabón. Enjuague la superficie con agua desionizada. Se seca el sustrato con un chorro de nitrógeno.
   2. Poner el sustrato en un soporte de portaobjetos de vidrio y se sumerge el soporte de diapositivas en la solución de acetona en un vaso de precipitados. Colocar el vaso en un baño ultrasónico. Sonicar el sustrato a 50 ° C durante 10 min.
   3. Transferir el portaobjetos con el sustrato a la solución de isopropanol en un vaso de precipitados y otra vez sonicar a 60 ° C durante 10 min.
   4. Sacar el sustrato del vaso y lo puso en la ranura UV / ozono durante 10 minutos para que se sequen. Limpiar la superficie completamente.
   5. Romper el vacuum de la cámara de evaporador térmica mediante el cierre de la válvula de la alto vacío y abriendo la válvula de gas nitrógeno a la cámara.
   6. Cargar el sustrato limpiado en la cámara en el soporte de sustrato rotativo. Para cada capa que se deposita, la carga de 100 mg de cada material orgánico requerida, 3 mg de fluoruro de litio (LIF), y un lingote de 224 mg de aluminio (Al) en el crisol dentro de la cámara.
   7. Cierre la puerta de la cámara y esperar a que un alto vacío de 5 x 10 ^-6 Torr. Una vez que el alto vacío se ha alcanzado dentro de la cámara, iniciar la deposición de las capas orgánicas sobre el sustrato con ITO.
      1. Depositar una capa de inyección de huecos 5 nm a una velocidad de depósito de 0,8-1 A / s.
      2. Depositar una capa de transporte de 25 nm a una velocidad de depósito de 1-1.5 Å / s.
      3. Depositar una capa emisiva 30 nm (colorante verde 8 en peso.% En peso y 0,85.% De colorante rojo intenso dopado en 20 mg de un host especificado) a una velocidad de depósito de 1-1.5 Å / s.
      4. Depositar un 30 nm capa de transporte de electrones a una velocidad de depósito de 1-1.5 Å / s.
      5. Depositar una capa de 20 nm de transporte de electrones co-evapora con el material de inyección de electrones a una velocidad de depósito de 1 a 1,5 Å / s.
      6. Depositar una capa de 1 nm de inyección de electrones de LiF a una velocidad de depósito de 0.3-0.4 Å / s.
      7. Depositar una capa de cátodo 100-nm de Al a una velocidad de depósito de 10-15 Å / s.
   8. Apagar el regulador de corriente y espere 10 minutos bajo alto vacío. Cerrar la válvula de alto vacío y abrir la válvula de gas nitrógeno a la cámara para romper el alto vacío.
   9. Mueva el dispositivo OLED fabricado a partir de la cámara a la atmósfera, y luego transferirlo a una caja de guantes con una máquina de encapsulación en una atmósfera de nitrógeno.
   10. Encapsular el dispositivo OLED fabricado con una cubierta superior de vidrio mediante el uso de pegamento y luego seque el pegamento al poner el dispositivo en el cuadro de la radiación UV durante 110 s.
   11. Expulse el dispositivo OLED encapsulado dela guantera y transferirla al cuarto oscuro para las mediciones.
2. proceso húmedo
   1. Limpiar el sustrato recubierto con ITO mediante el uso de los procedimientos de limpieza de los pasos antes mencionados 1.1.2 a 1.1.4.
   2. Tome una solución acuosa de PEDOT: PSS (almacenada a 4 ° C) para depositar la capa de inyección de huecos. Filtrar la solución en un vial mediante el uso de un filtro de 25 mm de diámetro que consiste en una tela de nylon con un tamaño de poro de 0,45 micras.
   3. En un vial, preparar la solución de la capa de transporte de huecos de 3,6-bis (4-vinilfenil) -9-etilcarbazol (VPEC) ³⁰ disuelto en disolvente clorobenceno en la proporción de 3 mg: 1.000 l. Sonicar la solución durante 30 min en el baño ultrasónico y filtrar la solución se sometió a ultrasonidos en un vial con un filtro de diámetro 15 mm que consiste en una tela de nylon con un tamaño de poro de 0,45 micras.
   4. Se prepara una solución para la capa de emisión.
      1. Tome 5 mg del material host especificado y se disuelven in tetrahidrofurano (THF) en una relación de 10 mg: 1.000 l. Sonicar la solución anfitrión 50 ° C durante 30 min.
      2. Tome 1 mg de cada uno de los materiales de los huéspedes requeridos y disolverlas en THF en una proporción de 1 mg: 1.000 l. Sonicar el invitado solución a 50 ° C durante 30 min.
      3. Filtro de cada solución por separado en viales con un filtro de diámetro 15 mm que consiste en una tela de nylon con un tamaño de poro de 0,45 micras.
      4. Mezclar el huésped-solución en la solución de huésped de acuerdo con el porcentaje en peso dado (3 wt.% De colorante amarillo, 6 wt.% De naranja-dye, y 12,5 en peso.% De tinte verde), el dopaje de la capa emisiva.
   5. La transferencia de los viales de PEDOT: PSS, VPEC, y soluciones de capa emisiva junto con el sustrato previamente limpiadas y pipeta de ellos en la guantera.
   6. Iniciar el revestimiento de las capas sobre el sustrato con ITO en la secuencia siguiente en atmósfera de nitrógeno: la capa de inyección de huecos, capa de transporte de huecos, y la capa de emisión.
      1. Depositar una capa de inyección de huecos de 35 nm mediante recubrimiento por rotación una solución de 750 l de PEDOT: PSS a 4.000 revoluciones por minuto (rpm) durante 20 s.
      2. Se seca la capa de PEDOT: PSS a 120 ° C durante 40 min para eliminar el disolvente residual.
      3. Depositar una capa de transporte de huecos de 10 nm mediante recubrimiento por rotación una solución de 400 l de VPEC a 3.000 rpm durante 20 s.
      4. Hornear la capa a 120 ° C durante 20 min para eliminar el disolvente residual.
      5. Se calienta la capa a 230 ° C durante 40 min para una reacción de reticulación se produzca antes de depositar la capa emisiva ^30.
      6. Depositar una capa emisiva 20 nm por spin-recubrimiento de una solución 400-l a 2.500 rpm durante 20 min.
   7. Expulsar el sustrato mediante revestimiento por centrifugación de la caja de guantes a la atmósfera y la transfiere a la cámara de evaporador térmico para la ulterior deposición de capas. Romper el vacío de la cámara de evaporador térmica mediante el cierre de la válvula de la alto vacío y abrir la válvula del nitrógenogas a la cámara.
   8. Cargar el sustrato en la cámara en el soporte de sustrato rotativo. Cargar el 45 mg de TPBI, 3 mg de de LiF, y una 224 mg de Al lingote en el crisol dentro de la cámara para las capas que se depositan. Depositar las capas sobre el sustrato con la capa de emisión en la siguiente secuencia.
      1. Depositar una capa de 32 nm de transporte de electrones de TPBI a una velocidad de depósito de 1-1.5 Å / s.
      2. Depositar una capa de 1 nm de inyección de electrones de LiF a una velocidad de depósito de 0.3-0.4 Å / s.
      3. Depositar una capa de cátodo 100-nm de Al a una velocidad de depósito de 10-15 Å / s.
   9. Apagar el regulador de corriente y esperar 10 minutos bajo el alto vacío. Seguir los procedimientos antes mencionados de los pasos 1.1.8 a 1.1.11 para completar el dispositivo OLED encapsulado.
3. Cálculo del límite de exposición permisible retina "t":
   1. Medir el espectro EL del dispositivo de iluminación mediante el uso de un spectroradiometer. El espectro EL resultante se muestra en la Figura 1a.
   2. Medir los datos del espectro EL (intensidad en función de la longitud de onda) a un CCT.
   3. Convertir los datos del espectro de EL para _λ radiancia espectral E (intensidad normalizada frente a longitud de onda). Cambiar el espectro para el formato mostrado en la Figura 1b.
   4. Utilizar los datos espectrales de la función de luz azul ponderados para medir el peligro de la retina de la fuente de iluminación (es decir, señalar a la función de riesgo luz azul B (λ) con respecto a la longitud de onda) ^28. La trama resultante se muestra en la Figura 1c.
   5. Calcular el valor de la luminosidad (E _B) de una fuente de luz dada por el uso de la radiación espectral E _λ y azul-peligro la función B (λ) correspondiente a cada longitud de onda.
   6. Poner los valores de E _λ y B (λ) de las parcelas antes citados en la fórmula siguiente:
      
   7. Obtener el valor numérico de _EB en W ^m-2.
   8. Ponga el valor de E _B en el máximo límite de exposición de la retina "t" admisible fórmula:
      ..... (2)
   9. Adquirir el límite de exposición "t" con respecto al CCT de una fuente de luz dada.
4. Cálculo de la sensibilidad supresión de la melatonina:
   1. Medir el espectro de EL de un dispositivo de iluminación dada usando espectrorradiómetro. El espectro resultante se muestra en la Figura 2a.
   2. Obtener el poder supresión de la melatonina por cuántica, S _PQ, a partir de los datos programados ^29. Para un λ dado luz monocromática, expresar el _PQ S de la siguiente manera:
      S _PQ (λ) = 10 ^{(λr-λ) / C} ............. (3)
      Los valores de S _PQ (λ) con respecto a la longitud de onda se dan en la Tabla 1, y el gráfico correspondiente se muestra en la Figura 2b.
   3. Utilice la función de luminosidad fotópica V (λ) para convertir S _PQ (λ) en la fuente de melatonina represión por lux, S _LC (λ), con el fin de darle un sentido práctico. Los valores de V (λ) con respecto a la longitud de onda se dan en la Tabla 2, y el gráfico correspondiente se muestra en la Figura 2c.
   4. Expresar la potencia de la supresión de melatonina correlacionados, S _LC (λ), para una luz policromática, de la siguiente manera: ²⁹
      = ∫λS _PQ (λ) S S _LC (λ) _I (λ) dλ / ∫ V (λ) S _I (λ) dλ ............... .. (4)
   5. Poner los valores de la intensidad S _I (λ) a partir del espectro de un ELdado fuente de luz junto con los valores de S _PQ (λ) y V (λ) con respecto a la longitud de onda en la fórmula anterior y calcular el S _LC (λ) como sigue:
      S _LC (λ) =
      
   6. Recuperar un valor numérico de S _LC (λ) en lx ^{-1 a} partir del cálculo anterior. Por ejemplo, poniendo el S _I (λ) a partir del espectro EL de la luz de una vela OLED dado con un CCT de 1940 K, el poder de supresión de la melatonina es:
      S _LC (λ) = 90 lx ^-1
   7. Elija una luz de referencia para calcular la sensibilidad relativa de la supresión de melatonina una fuente de luz dada. La luz de referencia puede ser una longitud de onda de 460 o 480 nm. Aquí, elegimos una luz azul de 480 nm como luz de referencia.
   8. Calcular el S _LC (λ) para la luz azul de referencia (480 nm) utilizando la fórmula antes mencionada.
      LC (480 nm) = 3.445 lx ^-1
   9. Divida el S _LC (λ) de una fuente de luz propuesta por el S _LC (480 nm) y multiplicar el cociente por 100 para obtener el porcentaje de sensibilidad supresión de la melatonina (%) de un pariente luz dada a la luz azul de referencia.
      Sensibilidad relativa = supresión de la melatonina × 100% ......... .... (5)
      NOTA: Por ejemplo, en relación sensibilidad supresión de la melatonina = × 100% = 2,61%. Por lo tanto, la luz de una vela OLED dado muestra una sensibilidad supresión de la melatonina de 2,61% respecto a la de la luz azul 480-nm.

Resultados

Las características de voltaje-luminancia actual de los OLEDs con velas resultantes se midieron utilizando un electrómetro junto con un 100 Un medidor de luminancia. Las áreas de emisión son 9 mm ² para todos los dispositivos de procesado en seco resultantes y son 25 mm ² para los dispositivos procesados en húmedo. Aquí, se utilizó un sustrato de vidrio recubierto de ITO 125 nm con una resistencia laminar de 15 Ω / m² como un ánodo. Tiene una transparencia mayor que...

Discusión

Los pasos más críticos en la fabricación de dispositivos OLED son: 1) de limpieza del sustrato de vidrio, 2) seleccionar el disolvente apropiado, 3) disolución de los materiales orgánicos, 4) que forma uniformemente la película a través de recubrimiento por rotación en el proceso húmedo, y 5 ) que controla la velocidad de deposición y el espesor de la capa orgánica durante la evaporación térmica. Inicialmente, la limpieza del substrato recubierto ITO ánodo es un paso crucial para lograr una alta eficiencia. El sus...

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Vidrio ITO	Lumtech		84% transparencia
poli(3,4-etilendioxitiofeno) - poli(estirenosulfonato) (PEDOT/PSS)	UniRegion Bio-Tech		Almacenado a 4 & grados; C, HOMO (eV) = -4.9, LUMO (eV) = -3.3
4,4,4-tris(N-carbazolil)trifenilamina (TCTA)	E-Ray Optoelectronics Technology co., Ltd		No tóxico, HOMO (eV) = -5.7, LUMO (eV) = -2.3
tris(2-fenil-piridina) (Ir(ppy)3)	E-Ray Optoelectronics Technology co., Ltd		No tóxico, HOMO (eV) = -5.6, LUMO (eV) = -3.9
1,3,5-tris(N-fenilbenzimidazol-2-il)benceno (TPBi)	Tecnología de luminiscencia corp.		No tóxico, HOMO (eV) = -6,2, LUMO (eV) = -2,7
iridio (III) bis(4-feniltieno[3,2-c]pirididinato-N,C 2')acetilacetonato (PO-01)	Luminescence Technology corp.		No tóxico, HOMO (eV) = -5.1, LUMO (eV) = -2.7
tris(2-fenilquinolina)iridio(III) (Ir(2-phq)3)	E-Ray Optoelectrónica		No tóxico, HOMO (eV) = -5.1, LUMO (eV) = -2.8
LiF	Productos químicos		99.98%
Lingote de aluminio (Al)	Guv team International pvt. ltd		100.00%
Acetona	Eco Productos químicos		99.90%
2-Propanol	Echo chemicals		99.90%
Material de inyección de orificio, WHI-001	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		no tóxico, HOMO (eV) = -9.8, LUMO (eV) = -5.6
Material de transporte de orificios, WHI-215	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		no tóxico, HOMO (eV) = -5.4, LUMO (eV) = -2.5
material anfitrión, WPH-401	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		no tóxico, HOMO (eV) = -5.8, LUMO (eV) = -2.7
Material de inyección de electrones, WIT-651	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		no tóxico, HOMO (eV) = -5.8, LUMO (eV) = -3.1
Material electrón-transpot, WET-603	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		no tóxico, HOMO (eV) = -5.9, LUMO (eV) = -2.6
Tinte verde, WPGD-832	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		no tóxico, HOMO (eV) = -5.8, LUMO (eV) = -3.1
Tinte rojo intenso, PER 53	E-Ray Optoelectronics Technology co., Ltd		no tóxico, HOMO (eV) = -5.1, LUMO (eV) = -2.4