Azul-perigo livre OLED Candlelight

Resumo

Nós apresentamos um protocolo para a fabricação de um diodo azul-livre de perigos à luz de velas orgânico emissor de luz (OLED) para proteção dos olhos e secreção de melatonina.

Resumo

Um diodo emissor de luz orgânico (OLED) à luz de velas é um tipo de iluminação amigável ao ser humano porque é livre de riscos azuis e tem uma iluminação de baixa temperatura de cor correlacionada (CCT). A baixa iluminação CCT é privada de radiação azul de alta energia e pode ser usada por um período mais longo antes de causar danos à retina. Este trabalho apresenta os protocolos abrangentes para a fabricação de OLEDs à luz de velas sem riscos azuis. O espectro de emissão do OLED foi caracterizado pelo limite máximo de tempo de exposição da retina e pela sensibilidade à supressão da melatonina. Os dispositivos podem ser fabricados usando processos secos e úmidos. O OLED processado a seco resultou em um CCT de 1.940 K e exibiu um limite máximo de exposição retiniana de 1.287 s com um brilho de 500 lx. Mostrou sensibilidade de supressão de melatonina de 2,61% em relação à luz azul de 480 nm. O OLED processado úmido, onde o revestimento giratório é usado para depositar injeção de furos, transporte de furos e camadas emissivas, tornando a fabricação rápida e econômica, produziu um CCT de 1.922 K e mostrou um limite máximo de exposição retiniana de 7.092 com um brilho de 500 lx. A sensibilidade relativa de supressão de melatonina alcançada de 1,05% é 86% e 96% menor do que a do diodo emissor de luz (LED) e da lâmpada fluorescente compacta (CFL), respectivamente. O OLED de velas azul sem riscos processado a úmido exibiu uma eficiência de energia de 30 lm / W, que é 2 vezes maior que a da lâmpada incandescente e 300 vezes a da vela.

Introdução

Hoje em dia, as fontes de luz como LED e CFL são abundantemente utilizados para a iluminação interior e exterior, em parte por razões de economia de energia. No entanto, estas luzes são ricos em emissão de azul, mostrando uma maior tendência para causar azul-perigos. LED e CFL emitem um espectro enriquecido com luz azul, levando a danos irreversíveis às células da retina ^{1, 2, 3, 4.} A luz azul ou luz branca intensa, com alta CCT suprime a secreção de melatonina, um hormônio oncostática, o que pode perturbar o ritmo circadiano ^{5, 6} e comportamento de dormir ^{7, 8.} A melatonina, uma hormona essencial para o ritmo circadiano, é sintetizado na glândula pineal ^9. Um elevado nível de melatonina é observada durante o período de escuridão durante o 24 h de luz-escuro cycle ^10. No entanto, a luz intensa durante a noite suprime a sua síntese e perturba o ritmo circadiano ^11. Supressão de melatonina devido à exposição excessiva ao luzes brilhantes durante a noite pode ser um fator de risco para câncer de mama em mulheres ^{de 12, 13, 14.} Para além destes riscos, luz azul interrompe as atividades dos anfíbios noturnos e pode ser uma ameaça para a proteção ecológica. Também foi relatado que a iluminação LED em museus é descolorir as cores reais de pinturas a óleo pintados por Van Gogh e Cézanne ^{15, 16.}

Assim, um azul-emissão CCT gratuitos e de baixo LED orgânico vela-like (OLED) pode ser um bom substituto para o LED e CFL. Velas emitir um CCT azul-perigo-livre e de baixo (1.914 K) iluminação, bem como um espectro de emissão de alta qualidade (high color índice de reprodução, CRI). HoWever, a maioria dos dispositivos de iluminação-driven electricidade emitem luz azul intenso, com um relativamente elevado CCT. Por exemplo, o menor CCT é de cerca de 2.300 K para lâmpadas incandescentes, embora seja de 3.000 ou 5.000 K para tubos fluorescentes brancas quentes ou frios e luminárias LED. Até agora, os OLEDs baixos CCT quase livre da emissão azul foram fabricadas para a iluminação ideal para humano. Em 2012, o grupo de Jou relatou um, único OLED camada fisiologicamente amigável dry-processados emissivo com um CCT de 1773 K e uma eficiência de energia de 11,9 lm / W ^17. O dispositivo exibiu uma CCT muito mais baixa em comparação com a lâmpada incandescente (2300 K), embora a sua eficiência de energia não é aceitável de um ponto de economia de energia de vista. Eles relataram uma outra luz de velas em estilo dry-processados OLED usando camadas emissiva duplas, juntamente com uma camada de modulação da portadora ^18. Ele apresentou um baixo CCT de 1970 K e uma eficiência energética de 24 lm / W. Mais tarde, um OLED dry-processados ​​consistindo of três camadas emissiva, juntamente com uma camada de modulação da portadora foi relatada ^19. Sua eficiência de energia foi 21-3 lm / W e variada com o CCT, que variou de 2.500 K a 1900 K. Em 2014, Hu et al. relatou um OLED híbrido dry-processadas com camadas emissiva duplas separadas por uma camada intermédia, que mostrou uma alta eficiência de energia de 54,6 lm / W e um baixo CCT de 1910 K ^20. Recentemente, o grupo de Jou fabricou uma alta eficiência de OLED de estilo velas empregando camadas emissiva duplos ^21. Ele exibiu uma alta eficiência de energia de 85,4 lm / W com um CCT de 2279 K. Até agora, todos os esforços foram feitos para desenvolver alta eficiência, dispositivos de estilo velas OLED baixo CCT, utilizando processos secos e arquiteturas de dispositivos complicados ^{17, 18, 19, 20, 21}, ^22. Elaboração de um OLED luz de velas com viabilidade wet-processo, ao mesmo tempo ter um CCT baixo, uma eficiência de alta potência, e uma alta qualidade de luz é um desafio. Nenhum estudo tem sido desenvolvido para descrever a sensibilidade espectro de emissão de uma determinada fonte de luz no que diz respeito à luz azul. A qualidade da luz durante a noite pode ser decidido / melhorado para minimizar a supressão da secreção de melatonina.

Existem alguns modelos relataram que calculam a quantidade de supressão. Em primeiro lugar, Brainard et ai. ²³ e Thapan et ai. ²⁴ relataram a sensibilidade espectral usando luz monocromática. Mais tarde, o efeito da luz policromática sobre a supressão da melatonina foi descrita ^{25, 26.} Este último é adotada neste estudo, já que a maioria das luminárias disponíveis no mercado ou novas fontes de iluminação são policromática e spanao longo de toda a gama do visível (isto é, a partir de vermelho escuro a violeta).

Neste trabalho, apresentamos protocolos abrangentes para a fabricação de OLEDs luz de velas azul-livre de perigo através de processos secos e molhados. Em ambos os processos, a arquitectura de dispositivo é simplificada pelo emprego de uma única camada emissiva sem quaisquer camadas de modulação da portadora. O espectro electroluminescente (EL) do OLED fabricada é analisado para o limite de exposição da retina e para o nível de supressão de secreção de melatonina. Um limite máximo de exposição de luz emitida para a retina é calculado usando o aspecto teórico que foi relatado pela International Electrotechnical Commission (IEC) 62471 padrão ^{27, 28.} O limite máximo de exposição "t" é calculada usando o espectro de emissão de cada OLED com o brilho de 100 e 500 lx, suficiente para casa e escritório iluminação, respectivamente. Todos ste cálculo relacionadops são sequencialmente dada na seção de protocolo. Além disso, o efeito da iluminação sobre a sensibilidade de supressão de melatonina é calculado pela seguinte das equações de o espectro de acção de supressão de melatonina ^29. O cálculo é feito seguindo os passos indicados na seção de protocolo. Os valores calculados de exposição o limite máximo de "t" e a sensibilidade de supressão de melatonina (%) com respeito à CCT são dadas na Tabela 3.

Protocolo

NOTA: Todos os materiais utilizados são não-cancerígenas, não inflamável e não tóxico.

1. Fabricação de OLED Candlelight azul-perigo-livre

1. processo seco
   1. Aqui uma lâmina de vidro como um substrato a ser revestido com uma camada de óxido de índio-estanho do ânodo 125 nm (ITO). Lavar o substrato com 200 ml (50 ml de detergente líquido e 150 ml de água desionizada) de solução de sabão. Lavar o substrato com água deionizada. Seca-se o substrato com um pulverizador de jacto de azoto.
   2. Coloque o substrato sobre um suporte de lâmina de vidro e mergulhe o porta-lâminas em solução de acetona em uma taça. Coloque o copo num banho de ultra-sons. Sonicar o substrato a 50 ° C durante 10 min.
   3. Transferir o porta-lâmina com o substrato à solução de isopropanol num recipiente e novamente sonicar a 60 ° C durante 10 min.
   4. Retire o substrato do copo e colocá-lo no slot de UV / ozono durante 10 minutos para secar. Limpar a superfície completamente.
   5. Quebrar o vacuum da câmara de evaporação térmica, fechando a válvula de vácuo elevado e abrindo a válvula de gás de nitrogénio para a câmara.
   6. Carregar o substrato limpos na câmara de suporte do substrato rotativo. Para cada camada que vai ser depositada, de carga de 100 mg de cada material orgânico necessário, 3 mg de fluoreto de lítio (LiF), e um lingote de 224 mg de alumínio (Al) para o cadinho no interior da câmara.
   7. Fechar a porta da câmara, e esperar por um alto vácuo de 5 x 10 ^-6 Torr. Uma vez que o vácuo elevado foi atingido no interior da câmara, iniciar a deposição das camadas orgânicas sobre o substrato com ITO.
      1. Depositar uma camada de injeção buraco 5 nm a uma taxa de deposição de 0,8-1 A / S.
      2. Depositar uma camada de transporte de 25 nm a uma taxa de deposição de 1-1,5 a / s.
      3. Depositar uma camada de 30 nm emissiva (8 wt.% De corante verde e 0,85 wt.% De corante vermelho escuro dopado em 20 mg de um hospedeiro especificado) a uma velocidade de deposição de 1-1,5 a / s.
      4. Deposite um 30 ncamada de transporte de elétrons m, a uma velocidade de deposição de 1-1,5 a / s.
      5. Depositar uma camada de 20 nm de transporte de elétrons co-evaporar com material de injeção de elétrons em uma velocidade de deposição de 1-1,5 a / s.
      6. Depositar uma camada de injeção eletrônica de 1 nm de LiF a uma taxa de deposição de 0,3-0,4 A / S.
      7. Depositar uma camada de cátodo de 100 nm de Al a uma taxa de deposição de 10-15 A / S.
   8. Desligue o controlador de corrente e aguarde 10 min sob alto vácuo. Fechar a válvula de vácuo elevado e abrir a válvula para o gás de azoto para a câmara para quebrar o vácuo elevado.
   9. Mover o dispositivo de OLED fabricado a partir da câmara para a atmosfera, e, em seguida, transferi-lo para uma caixa de luvas com uma máquina de encapsulamento sob uma atmosfera de azoto.
   10. Encapsular o dispositivo OLED fabricada com uma tampa superior de vidro usando cola e, em seguida, secar a cola, colocando o dispositivo na caixa de radiação UV para 110 s.
   11. Ejetar o dispositivo OLED encapsulados deo porta-luvas e transferi-lo para a câmara escura para as medições.
2. processo por via húmida
   1. Limpar o substrato de ITO revestido usando os procedimentos de limpeza acima mencionados a partir de passos 1.1.2 a 1.1.4.
   2. Aqui uma solução aquosa de PEDOT: PSS (armazenada a 4 ° C) para depositar a camada de injecção furo. Filtra-se a solução num frasco, utilizando um filtro de diâmetro de 25 mm constituídos por uma tela de nylon com um tamanho de poro de 0,45 um.
   3. Num frasco, preparar a solução da camada de transporte buraco de 3,6-bis (4-vinilfenil) -9-etilcarbazole (VPEC) ³⁰ dissolvidos em clorobenzeno solvente na proporção de 3 mg: 1,000 mL. Sonicar a solução durante 30 min no banho de ultra-sons e filtrar a solução sonicada num frasco com um filtro de diâmetro de 15 mm constituídos por uma tela de nylon com um tamanho de poro de 0,45 um.
   4. Prepara-se uma solução para a camada emissora.
      1. Take 5 mg do material hospedeiro especificado e dissolvê-lo in tetra-hidrofurano (THF) numa proporção de 10 mg: 1000 uL. Sonicar a solução-hospedeiro, a 50 ° C durante 30 min.
      2. Tomar 1 mg de cada um dos materiais necessários hóspedes e dissolvê-los em THF numa proporção de 1 mg: 1,000 mL. Sonicar a-solução hóspede a 50 ° C durante 30 min.
      3. Filtrar cada solução separadamente em frascos com um filtro de diâmetro de 15 milímetros que consiste em um tecido de nylon com um tamanho de poro de 0,45 um.
      4. Misture a-solução convidado para a solução-hospedeiro de acordo com o determinado por cento em peso (3 wt.% De corante amarelo, 6 wt.% De laranja-dye, e 12,5 wt.% De corante verde), doping para a camada emissiva.
   5. Transfira os frascos de PEDOT: PSS, VPEC e soluções camada emissiva juntamente com substrato de pré-limpeza e pipeta-los na caixa de luva.
   6. Inicie o revestimento das camadas sobre o substrato com ITO na seguinte sequência sob uma atmosfera de azoto: a camada de injecção orifício, buraco da camada de transporte, e a camada emissora.
      1. Depositar uma camada de injeção buraco 35 nm por spin-coating uma solução 750 mL de PEDOT: PSS de 4000 rotações por minuto (rpm) durante 20 s.
      2. Seca-se a PEDOT: PSS camada a 120 ° C durante 40 min para remover o solvente residual.
      3. Depositar uma camada de transporte furo 10 nm por spin-coating uma solução de 400 mL de VPEC a 3.000 rpm durante 20 s.
      4. Cozer a camada a 120 ° C durante 20 min para remover o solvente residual.
      5. Aquece-se a camada a 230 ° C durante 40 min para uma reacção de reticulação ocorra antes de depositar a camada emissora ^30.
      6. Depositar uma camada emissora 20 nm por spin-coating uma solução de 400 mL a 2500 rpm durante 20 min.
   7. Ejecta-se o substrato revestido por rotação da caixa de luvas para a atmosfera e transferi-lo para a câmara de evaporação térmica para a nova deposição de camadas. Eliminar o vácuo da câmara de evaporação térmica, fechando a válvula de vácuo elevado e abrir a válvula do azotogás para a câmara.
   8. Carregar o substrato na câmara de suporte do substrato rotativo. Carregar a 45 mg de TPBi, 3 mg de LiF, e um 224 mg de Al lingote para o cadinho no interior da câmara para as camadas que vai ser depositado. Depositar as camadas sobre o substrato com a camada emissora na seguinte sequência.
      1. Depositar uma camada de transporte de elétrons de 32 nm de TPBi a uma taxa de deposição de 1-1,5 a / s.
      2. Depositar uma camada de injeção eletrônica de 1 nm de LiF a uma taxa de deposição de 0,3-0,4 A / S.
      3. Depositar uma camada de cátodo de 100 nm de Al a uma taxa de deposição de 10-15 A / S.
   9. Desligue o controlador de corrente e esperar 10 min sob a alto vácuo. Siga os procedimentos acima mencionados de passos 1.1.8 a 1.1.11 para completar o dispositivo OLED encapsulado.
3. Cálculo do limite de exposição retina-permitida "t":
   1. Medir o espectro EL do dispositivo de iluminação, utilizando um SPectroradiometer. O espectro EL resultante é mostrada na Figura 1a.
   2. Medir os dados do espectro de EL (intensidade contra o comprimento de onda) em um CCT.
   3. Converter os dados de espectro EL para espectral _λ radiância E (intensidade normalizada contra o comprimento de onda). Mudar o espectro para o formato mostrado na Figura 1b.
   4. Usar os dados espectrais da função ponderada em luz azul para medir o perigo da retina a partir da fonte de iluminação (ou seja, a função de chamar a luz de perigo azul B (λ) com respeito ao comprimento de onda) ^28. O gráfico resultante é apresentado na Figura 1C.
   5. Calcule o valor da radiância (E _B) de uma determinada fonte de luz usando a função espectral radiância E _λ e azul-perigo B (λ) correspondente a cada comprimento de onda.
   6. Colocar os valores de E e B _λ (λ) a partir dos gráficos supracitados no seguinte fórmula:
      
   7. Obter o valor numérico de E _B em W m ^-2.
   8. Coloque o valor de E _B no máximo limite de exposição da retina "t" permitido fórmula:
      ..... (2)
   9. Adquirir o limite de exposição "t" em relação à CCT de uma determinada fonte de luz.
4. Cálculo para a sensibilidade de supressão de melatonina:
   1. Medir o espectro EL de um determinado dispositivo de iluminação usando spectroradiometer. O espectro resultante é mostrada na Figura 2a.
   2. Obter o poder de supressão de melatonina por quantum, S _PQ, a partir dos dados programados ^29. Para um dado λ luz monocromática, expressar a _PQ S como se segue:
      S _PQ (λ) = 10 ^{(λr-λ) / C} ............. (3)
      Os valores de S _PQ (λ) com respeito ao comprimento de onda são dadas na Tabela 1, e o respectivo gráfico é mostrado na Figura 2b.
   3. Use a função de luminosidade fotópica V (λ) para converter S _PQ (λ) para o poder melatonina supressão por lux, S _LC (λ), a fim de dar-lhe um significado prático. Os valores de V (λ) com respeito ao comprimento de onda são dadas na Tabela 2, e o respectivo gráfico é mostrado na Figura 2c.
   4. Expressar o poder de supressão de melatonina correlacionados, S _LC (λ), para uma luz policromática, como segue: ²⁹
      S _LC (λ) = ∫λS _PQ (λ) S _I (λ) dλ / ∫ V (λ) S _I (λ) dλ ............... .. (4)
   5. Colocar os valores da intensidade S _I (λ) a partir do espectro de um ELdada fonte de luz, juntamente com os valores de S _PQ (λ) e V (λ) com respeito ao comprimento de onda na fórmula acima e calcular o _CL S (λ) como se segue:
      _LC S (λ) =
      
   6. Recuperar um valor numérico de _LC S (λ) em lx ^-1 do cálculo acima. Por exemplo, ao colocar o S _I (λ) a partir do espectro da EL dada OLED velas com um CCT de 1940 K, o poder de supressão de melatonina é:
      S _LC (λ) = 90 lx ^-1
   7. Escolha uma luz de referência para calcular a sensibilidade de supressão de melatonina relativo de uma dada fonte de luz. A luz de referência pode ser um comprimento de onda de 460 ou 480 nm. Aqui, nós escolhemos uma luz azul de 480 nm como a luz de referência.
   8. Calcula-se a _LC S (λ) para a luz azul de referência (480 nm) usando a fórmula acima referida.
      LC (480 nm) = 3.445 lx ^-1
   9. Dividir o _CL S (λ) de uma dada fonte de luz por _LC S (480 nm) e multiplicando o quociente por 100 para obter a percentagem de supressão sensibilidade melatonina (%) de uma determinada luz em relação à luz azul de referência.
      Relativa sensibilidade supressão de melatonina = × 100% ......... .... (5)
      NOTA: Por exemplo, em relação sensibilidade supressão melatonina = × 100% = 2,61%. Assim, o dado de OLED velas mostra uma sensibilidade de supressão de melatonina de 2,61% em relação à da luz azul de 480 nm.

Resultados

As características tensão-luminância atual dos OLEDs luz de velas resultantes são medidos usando um electrometer juntamente com um 100 Um medidor de luminância. As zonas de emissão são 9 ^mm2 para todos os dispositivos a seco resultantes processadas e são de 25 ^mm2 para dispositivos processado em húmido. Aqui, utilizou-se um substrato de vidro revestido de ITO-125 nm, com uma resistência de folha de 15 Ω / sq como um ânodo. Ele tem uma transparência maior do que 84% ...

Discussão

Os passos mais críticos na fabricação de dispositivos de OLED são: 1) a limpeza do substrato de vidro, 2) selecção do solvente adequado, 3) dissolvendo os materiais orgânicos, 4) uniformemente formar a película através de spin-coating no processo por via húmida, e 5 ) que controla a velocidade de deposição e a espessura da camada orgânica durante a evaporação térmica. Inicialmente, a limpeza do substrato ITO ânodo revestido é um passo crucial para atingir alta eficiência. O substrato de vidro é limpo com uma soluç...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Vidro ITO	Lumtech		84% transparência
poli(3,4-etilenodioxitiofeno) - poli(estirenossulfonato) (PEDOT/PSS)	UniRegion Bio-Tech		Armazenado a 4 &graus; C, HOMO (eV) = -4,9, LUMO (eV) = -3,3
4,4,4-tris(N-carbazolil)trifenilamina (TCTA)	E-Ray Optoelectronics Technology co., Ltd		Não tóxico, HOMO (eV) = -5,7, LUMO (eV) = -2,3
tris(2-fenil-piridina) (Ir(ppy)3)	E-Ray Optoelectronics Technology co., Ltd		Não tóxico, HOMO (eV) = -5,6, LUMO (eV) = -3,9
1,3,5-tris(N-fenilbenzimidazol-2-il)benzeno (TPBi)	Tecnologia de Luminescência Corp.		Não tóxico, HOMO (eV) = -6,2, LUMO (eV) = -2,7
irídio (III) bis (4-feniltieno[3,2-c]piridinato-N,C 2')acetilacetonato (PO-01)	Luminescence Technology corp.		Não tóxico, HOMO (eV) = -5,1, LUMO (eV) = -2,7
tris (2-fenilquinolina) irídio (III) (Ir (2-phq) < sub> 3< / sub>)	E-Ray Optoeletrônica		Não tóxico, HOMO (eV) = -5,1, LUMO (eV) = -2,8
LiF	Produtos químicos		99,98%
Lingote de alumínio (Al)	Guv team International pvt. ltd		100,00%
químicos		de acetona	99,90%
2-Propanol	Echo produtos químicos		99,90%
Material de injeção de furo, WHI-001	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		não tóxico, HOMO (eV) = -9,8, LUMO (eV) = -5,6
Material de transporte de furos, WHI-215	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		não tóxico, HOMO (eV) = -5,4, LUMO (eV) = -2,5
material hospedeiro, WPH-401	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		não tóxico, HOMO (eV) = -5,8, LUMO (eV) = -2,7
Material de injeção de elétrons, WIT-651	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		não tóxico, HOMO (eV) = -5,8, LUMO (eV) = -3,1
Material de transpotação de elétrons, WET-603	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		não tóxico, HOMO (eV) = -5,9, LUMO (eV) = -2,6
Corante verde, WPGD-832	WAN HSIANG precision machinery co., Ltd		não tóxico, HOMO (eV) = -5,8, LUMO (eV) = -3,1
Corante vermelho escuro, PER 53	E-Ray Optoelectronics Technology co., Ltd		não tóxico, HOMO (eV) = -5,1, LUMO (eV) = -2,4