Przedstawiamy protokół produkcji organicznej diody elektroluminescencyjnej (OLED) do ochrony oczu i wydzielania melatoniny, wolnej od niebieskich zagrożeń świec
.Artykuł metodologiczny
Przedstawiamy protokół produkcji organicznej diody elektroluminescencyjnej (OLED) do ochrony oczu i wydzielania melatoniny, wolnej od niebieskich zagrożeń świec
.Organiczna dioda elektroluminescencyjna (OLED) w stylu świec jest przyjaznym dla człowieka rodzajem oświetlenia, ponieważ jest wolna od niebieskiego zagrożenia i ma niską skorelowaną temperaturę barwową (CCT) oświetlenia. Słabe oświetlenie CCT jest pozbawione wysokoenergetycznego promieniowania niebieskiego i może być używane przez dłuższy czas, zanim spowoduje uszkodzenie siatkówki. W niniejszej pracy przedstawiono kompleksowe protokoły wytwarzania diod OLED ze świecami bez niebieskiego światła. Widmo emisyjne OLED charakteryzowało się maksymalnym limitem czasu ekspozycji siatkówki oraz wrażliwością na supresję melatoniny. Urządzenia mogą być wytwarzane w procesach suchych i mokrych. Przetworzony na sucho OLED osiągnął CCT na poziomie 1,940 K i wykazał maksymalny limit ekspozycji siatkówki wynoszący 1,287 s przy jasności 500 luksów. Wykazał 2,61% czułość tłumienia melatoniny w stosunku do światła niebieskiego 480 nm. Przetwarzany na mokro OLED, w którym powłoka wirowa jest używana do osadzania otworów, transportu otworów i warstw emisyjnych, dzięki czemu produkcja jest szybka i ekonomiczna, wytworzył CCT na poziomie 1,922 K i wykazał maksymalny limit ekspozycji siatkówki wynoszący 7,092 przy jasności 500 lx. Osiągnięta względna czułość tłumienia melatoniny wynosząca 1,05% jest o 86% i 96% mniejsza niż odpowiednio w przypadku diody elektroluminescencyjnej (LED) i kompaktowej lampy fluorescencyjnej (CFL). Niebieskie, wolne od zagrożeń światło świec OLED wykazało się wydajnością energetyczną 30 lm/W, czyli 2 razy większą niż żarówka i 300 razy większą niż świeca.
Obecnie źródła światła, takie jak LED i CFL, są często wykorzystywane do oświetlenia wewnątrz i na zewnątrz, częściowo ze względów energooszczędnych. Jednak te światła są bogate w emisję niebieskiego, wykazując większą tendencję do powodowania niebieskich zagrożeń. Diody LED i świetlówki kompaktowe emitują widmo wzbogacone o niebieskie światło, co prowadzi do nieodwracalnego uszkodzenia komórek siatkówki1,2,3,4. Niebieskie światło lub intensywne białe światło o wysokim CCT hamuje wydzielanie melatoniny, hormonu onkostatycznego, który może zaburzać rytm okołodobowy5,6 i sleep behavior7,8. Melatonina, hormon niezbędny do rytmu okołodobowego, jest syntetyzowana w szyszynce9. Wysoki poziom melatoniny obserwuje się w okresie ciemności podczas 24-godzinnego cyklu światło-ciemność10. Jednak intensywne światło w nocy hamuje jego syntezę i zaburza rytm okołodobowy11. Supresja melatoniny spowodowana nadmierną ekspozycją na jasne światło w nocy może być czynnikiem ryzyka raka piersi u kobiet12,13,14. Oprócz tych zagrożeń, niebieskie światło przerywa aktywność nocnych i może zagrażać ochronie środowiska. Doniesiono również, że oświetlenie LED w muzeach odbarwia rzeczywiste kolory obrazów olejnych namalowanych przez Van Gogha i Cézanne'a15,16.
Tak więc, organiczna dioda LED (OLED) o niskiej emisji CCT może być dobrym substytutem LED i CFL. Świece emitują niebieskie oświetlenie o niskiej temperaturze CCT (1 914 K), a także wysokiej jakości widmo emisyjne (wysoki współczynnik oddawania barw, CRI). Jednak większość urządzeń oświetleniowych napędzanych energią elektryczną emituje intensywne niebieskie światło o stosunkowo wysokim CCT. Na przykład najniższe CCT wynosi około 2 300 K dla żarówek, natomiast dla ciepłych lub zimnych białych świetlówek i opraw LED wynosi 3 000 lub 5 000 K. Do tej pory diody OLED o niskim CCT, prawie wolne od emisji niebieskiego, zostały wyprodukowane z myślą o oświetleniu przyjaznym dla człowieka. W 2012 roku grupa Jou zgłosiła fizjologicznie przyjazny, przetwarzany na sucho, pojedynczą warstwę emisyjną OLED o CCT 1,773 K i wydajności energetycznej 11,9 lm/W17. Urządzenie charakteryzowało się znacznie niższym współczynnikiem CCT w porównaniu z żarówką (2 300 K), a jego sprawność energetyczna była nie do zaakceptowania z punktu widzenia oszczędności energii. Zgłosili kolejną przetworzoną na sucho diodę OLED w stylu światła świec przy użyciu podwójnych warstw emisyjnych wraz z warstwą modulacji nośnej18. Charakteryzował się niskim CCT wynoszącym 1 970 K i wydajnością energetyczną 24 lm/W. Później zgłoszono przetworzony na sucho OLED składający się z trzech warstw emisyjnych wraz z warstwą modulacji nośnej19. Jego wydajność energetyczna wynosiła od 21 do 3 lm/W i zmieniała się w zależności od CCT, który wahał się od 2 500 K do 1 900 K. W 2014 roku Hu i in. opisali hybrydowy OLED przetwarzany na sucho z podwójnymi warstwami emisyjnymi oddzielonymi warstwą pośrednią, który wykazał wysoką wydajność energetyczną 54,6 lm/W i niskie CCT 1,910 K20. Niedawno grupa Jou wyprodukowała wysokowydajny wyświetlacz OLED w stylu światła świec, stosując podwójne warstwy emisyjne21. Wykazał się wysoką wydajnością energetyczną na poziomie 85,4 lm/W przy CCT na poziomie 2 279 K. Do tej pory dołożono wszelkich starań, aby opracować wysokowydajne urządzenia OLED w stylu świec o niskim CCT, wykorzystując suche procesy i skomplikowane architektury urządzeń17,18,19,20,21,22. Opracowanie diody OLED ze świecami wykonalnej w procesie mokrym, a jednocześnie o niskim CCT, wysokiej wydajności energetycznej i wysokiej jakości światła, jest wyzwaniem. Nie opracowano żadnego badania opisującego czułość widma emisyjnego danego źródła światła w odniesieniu do światła niebieskiego. Jakość światła w nocy można określić/poprawić, aby zminimalizować tłumienie wydzielania melatoniny.
Istnieją pewne raportowane modele, które obliczają ilość tłumienia. Po pierwsze, Brainard i wsp.23 oraz Thapan et al.24 zgłosił czułość spektralną przy użyciu światła monochromatycznego. Później opisano wpływ światła polichromatycznego na supresję melatoniny25,26. To ostatnie rozwiązanie zostało przyjęte w niniejszym badaniu, ponieważ większość dostępnych na rynku opraw oświetleniowych lub nowatorskich źródeł światła jest polichromatyczna i rozciąga się w całym zakresie widzialnym (tj. od głębokiej czerwieni do fioletu).
W tej pracy prezentujemy kompleksowe protokoły wytwarzania diod OLED bez niebieskiego światła świec za pomocą procesów suchych i mokrych. W obu procesach architektura urządzenia jest uproszczona poprzez zastosowanie pojedynczej warstwy emisyjnej bez żadnych warstw modulacji nośnej. Widmo elektroluminescencyjne (EL) wyprodukowanego OLED jest analizowane pod kątem limitu ekspozycji siatkówki i poziomu supresji wydzielania melatoniny. Maksymalny limit ekspozycji emitowanego światła na siatkówkę jest obliczany przy użyciu aspektu teoretycznego, który został zgłoszony przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną (IEC) 62471 standard27,28. Maksymalny limit ekspozycji "t" jest obliczany na podstawie widma emisji każdego OLED przy jasności 100 i 500 luksów, wystarczającej odpowiednio do oświetlenia domu i biura. Wszystkie powiązane kroki obliczeń są kolejno podane w sekcji protokołu. Ponadto wpływ oświetlenia na czułość tłumienia melatoniny oblicza się, postępując zgodnie z równaniami spektrum działania tłumienia melatoniny29. Obliczenia wykonuje się, postępując zgodnie z krokami podanymi w sekcji protokołu. Obliczone wartości maksymalnej wartości granicznej ekspozycji "t" i czułości tłumienia melatoniny (%) w odniesieniu do CCT podano w tabeli 3.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Wszystkie użyte materiały są nierakotwórcze, niepalne i nietoksyczne.
1. Produkcja OLED ze świecami bez niebieskiego światła świec
..... (1)
..... (2)
×100 % ............. (5)
×100% = 2,61%. Tak więc dany OLED ze świecami wykazuje czułość tłumienia melatoniny wynoszącą 2,61% w stosunku do światła niebieskiego o długości 480 nm.Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Charakterystyka prądu, napięcia i luminancji powstałych diod OLED przy świecach jest mierzona za pomocą elektrometru razem z miernikiem luminancji 100 A. Obszary emisji wynoszą 9mm2 dla wszystkich powstałych urządzeń poddanych obróbce na sucho i wynoszą 25mm2 dla urządzeń poddanych obróbce na mokro. W tym przypadku jako anody zastosowaliśmy podłoże szklane powlekane ITO o długości fali 125 nm i rezystancji blachy 15 Ω/kw. Ma przezroczystość większą niż 84% (t...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Najbardziej krytycznymi etapami wytwarzania urządzeń OLED są: 1) czyszczenie szklanego podłoża, 2) wybór odpowiedniego rozpuszczalnika, 3) rozpuszczanie materiałów organicznych, 4) równomierne formowanie filmu poprzez powlekanie wirowe w procesie mokrym oraz 5) kontrolowanie szybkości osadzania i grubości warstwy organicznej podczas parowania termicznego. Początkowo czyszczenie podłoża pokrytego anodą ITO jest kluczowym krokiem do osiągnięcia wysokiej wydajności. Szklane podłoże czyści się roztworem mydła w celu usunięci...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nie mamy nic do ujawnienia.
Autorzy chcieliby podziękować za wsparcie częściowo ze strony Ministerstwa Spraw Gospodarczych oraz Ministerstwa Nauki i Technologii Tajwanu, poprzez Granty MEA 104-EC-17-A-07-S3-012, MOST 104-2119-M-007-012 i MOST 103-2923-E-007-003-MY3.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Szkło ITO | Lumtech | 84% przezroczystości | |
| poli(3,4-etylenodioksytiofen) - poli(styrenosulfonian) (PEDOT/PSS) | UniRegion Bio-Tech | Przechowywany w temperaturze 4 & stopni; C, HOMO (eV) = -4,9, LUMO (eV) = -3,3 | |
| 4,4,4-tris(N-karbazolyl)trifenyloamina (TCTA) | E-Ray Optoelectronics Technology co., Ltd | Nietoksyczny, HOMO (eV) = -5,7, LUMO (eV) = -2,3 | |
| tris(2-fenylo-pirydyna) (Ir(ppy)3) | E-Ray Optoelectronics Technology co., Ltd | Nietoksyczny, HOMO (eV) = -5,6, LUMO (eV) = -3,9 | |
| 1,3,5-tris(N-fenylobenzimidazol-2-ylo)benzen (TPBi) | Technologia luminescencji corp. | Nietoksyczny, HOMO (eV) = -6,2, LUMO (eV) = -2,7 | |
| iryd(III) bis(4-fenylothien[3,2-c]pirydynat-N,C 2')acetyloacetonian (PO-01) | Luminescence Technology corp. | Nietoksyczny, HOMO (eV) = -5,1, LUMO (eV) = -2,7 | |
| tris(2-fenylochinolino)iryd(III) (Ir(2-phq)3) | E-Ray Optoelectronics | Nietoksyczny, HOMO (eV) = -5,1, LUMO (eV) = -2,8 | |
| LiF | Echo chemicals | 99,98% | |
| Sztabka aluminium (Al) | Guv team International pvt. ltd | 100.00% | |
| Aceton | Chemikalia | 99,90% | |
| 2-Propanol | Echo chemicals | 99,90% | |
| Materiał do wstrzykiwania otworów, WHI-001 | WAN HSIANG precision machinery co., Ltd | nietoksyczny, HOMO (eV) = -9,8, LUMO (eV) = -5,6 | |
| Materiał do transportu otworów, WHI-215 | WAN HSIANG precision machinery co., Ltd | nietoksyczny, HOMO (eV) = -5,4, LUMO (eV) = -2,5 | |
| materiał hosta, WPH-401 | WAN HSIANG precision machinery co., Ltd | nietoksyczny, HOMO (eV) = -5,8, LUMO (eV) = -2,7 | |
| Materiał do wtrysku elektronów, WIT-651 | WAN HSIANG precision machinery co., Ltd | nietoksyczny, HOMO (eV) = -5,8, LUMO (eV) = -3,1 | |
| Materiał transpotu elektronów, WET-603 | WAN HSIANG precision machinery co., Ltd | nietoksyczny, HOMO (eV) = -5,9, LUMO (eV) = -2,6 | |
| Zielony barwnik, WPGD-832 | WAN HSIANG precision machinery co., Ltd | nietoksyczny, HOMO (eV) = -5,8, LUMO (eV) = -3,1 | |
| Ciemnoczerwony barwnik, PER 53 | E-Ray Optoelectronics Technology co., Ltd | nietoksyczny, HOMO (eV) = -5,1, LUMO (eV) = -2,4 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie