Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Blue-fare-fri Candlelight OLED

Published: March 19, 2017 doi: 10.3791/54644

Summary

Vi presenterer en protokoll for fabrikasjon av en blå-fare-fri stearinlys organic light emitting diode (OLED) for øyebeskyttelse og melatonin sekresjon.

Introduction

I dag er belysning kilder som LED og CFL rikelig brukes for innendørs og utendørs belysning, dels for energisparende grunner. Men disse lampene er rike på blå emisjon, og viser en høyere tendens til å forårsake blue-farer. LED og CFL avgir et spektrum anriket med blått lys, noe som fører til uopprettelig skade på netthinneceller 1, 2, 3, 4. Blått lys eller intenst hvitt lys med høy CCT undertrykker utskillelsen av melatonin, et oncostatic hormon, som kan forstyrre døgnrytmen 5, 6 og sove oppførsel 7, 8. Melatonin, et viktig hormon for døgnrytmen, er syntetisert i pinealkjertelen 9. Et høyt nivå av melatonin er observert i løpet av mørketiden i løpet av 24-timers lys-mørk cycle 10. Men intensiv lys om natten undertrykker sin syntese og forstyrrer døgnrytmen 11. Melatonin undertrykkelse på grunn av overeksponering for skarpt lys om natten kan være en risikofaktor for brystkreft hos kvinner 12, 13, 14. I tillegg til disse farene, avbryter blått lys aktivitetene til nattlige amfibier og kan være truende til økologisk beskyttelse. Det har også blitt rapportert at LED-belysning i museer er misfarge de faktiske fargene på oljemalerier malt av Van Gogh og Cézanne 15, 16.

Dermed kan en blå-utslipp og lav CCT lysestaker som organisk LED (OLED) være en god erstatning for LED og CFL. Stearinlys avgir en blå-fare-fri og lav CCT (1914 K) belysning, samt en høy kvalitet (høy fargegjengivelse, CRI) emissjonsspekteret. HoWever, de fleste av strømdrevet belysning enheter avgir intenst blått lys med en forholdsvis høy CCT. For eksempel er det laveste CCT om 2300 K for glødepærer, mens det er 3000 eller 5000 K for varme eller kalde hvite lysrør og LED-armaturer. Så langt har lave CCT OLED nesten gratis av det blå utslipp blitt fabrikkert for menneskevennlig belysning. I 2012 Jou gruppe rapporterte en fysiologisk vennlig, tørr-behandlet, enkelt emissive lag OLED med en CCT fra 1773 K og en strømeffektivitet på 11,9 lm / W 17. Anordningen oppviser en mye lavere CCT i forhold til glødelampe (2300 K), mens dens strømeffektivitet ikke var akseptabelt fra et energisparende synspunkt. De rapporterte en annen tørr-behandlet stearinlys-stil OLED ved å bruke doble emissive lag sammen med en bærefrekvensmodulasjon lag 18. Det viste en lav CCT fra 1970 K og en strømeffektivitet på 24 lm / W. Senere, en tørr-behandlet OLED bestående of tre emissive lag sammen med et bære modulasjon lag ble rapportert 19. Dens strømeffektivitet var 21-3 lm / W og variert med CCT, som varierte fra 2500 K til 1900 K. I 2014, Hu et al. rapporterte en tørr-behandlet hybrid OLED med doble emissive lag adskilt av et mellomlag, som viste en høy virkningsgrad på 54,6 lm / W og en lav CCT fra 1910 K 20. Nylig har Jou gruppe fabrikkert en høy effektivitet stearinlys-stil OLED ved å bruke doble emissive lag 21. Det viste en høy virkningsgrad på 85,4 lm / W med en CCT fra 2279 K. Inntil nå har alle forsøk er gjort for å utvikle høy effektivitet, lav CCT levende lys stil OLED-enheter ved å bruke tørre prosesser og kompliserte enhets arkitekturer 17, 18, 19, 20, 21, 22. Utarbeide et stearinlys OLED med våt-prosessen mulighets samtidig å ha en lav CCT, en høy energieffektivitet, og en høy lyskvalitet er en utfordring. Ingen studier har blitt utviklet for å beskrive den emisjonsspekteret følsomheten for en gitt lyskilde med hensyn til blått lys. Kvaliteten av lys om natten, kan bli bestemt / forbedret for å minimalisere undertrykkelse av melatonin sekresjon.

Det er noen rapportert modeller som beregner hvor mye undertrykkelse. For det første, Brainard et al. 23 og Thapan et al. 24 rapporterte den spektrale følsomhet ved hjelp av monokromatisk lys. Senere blir effekten av polykromatisk lys på melatonin undertrykkelse ble beskrevet 25, 26. Sistnevnte er vedtatt i denne studien, siden de fleste av de kommersielt tilgjengelige armaturer eller nye lyskilder er polykromatisk og spanover hele det synlige området (dvs. fra dyp rød til fiolett).

I dette arbeidet vil vi presentere omfattende protokoller for fabrikasjon av blå-farefritt stearinlys OLED via tørre og våte prosesser. I begge fremgangsmåter, er anordningen arkitekturen forenkles ved å anvende en enkelt emitterende lag uten bærermodulerte lag. Den elektrofluor (EL) spektrum på fabrikkerte OLED blir analysert for retinal fastsatt grenseverdi, og for nivået av melatonin sekresjon undertrykkelse. En maksimal eksponering grense på utsendt lys på netthinnen er beregnet ved hjelp av teoretiske aspektet som ble rapportert av International Electrotechnical Commission (IEC) 62471 standard 27, 28. Den maksimale eksponeringsgrensen "t" er beregnet ved hjelp av utslipps spekteret av hver OLED på lysstyrke på 100 og 500 lx, tilstrekkelig for hjem og kontor belysning, henholdsvis. Alt relatert beregning steps sekvensielt gitt i protokollen delen. Videre er effekten av belysning på melatonin undertrykkelse følsomhet beregnet ved å følge likninger av virkningsspektrum av melatonin undertrykkelse 29. Beregningen er gjort ved å følge trinnene som er gitt i protokollen delen. De beregnede verdier av den maksimale eksponeringsgrenser "t" og melatonin undertrykkelse følsomhet (%) med hensyn på CCT er gitt i tabell 3.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

MERK: Alle materialene som brukes er ikke-kreftfremkallende, ikke-brennbart, og ikke-giftig.

1. Fabrikasjon av Blue-fare-fri Candlelight OLED

  1. tørr prosess
    1. Ta en glassplate som et substrat som skal belegges med et 125 nm indiumtinnoksid (ITO) anodelaget. Vaske substratet med 200 ml (50 ml flytende vaskemiddel og 150 ml avionisert vann) i såpeoppløsning. Skyll substratet med deionisert vann. Tørk underlaget med en nitrogenspyler.
    2. Sett underlaget på en glassplate holder og dyppe lysbildeholderen i aceton løsning i et beger. Sett begeret i et ultralydbad. Sonikere substratet ved 50 ° C i 10 min.
    3. Overfør lysbildeholderen med substratet for å isopropanol oppløsning i et begerglass og igjen sonikere ved 60 ° C i 10 min.
    4. Ta ut underlaget fra begeret og legg den i UV / ozon-spor i 10 min til tørk. Rengjør overflaten helt.
    5. Bryt vacuum av den termiske fordamperen kammeret ved å lukke ventilen på høyt vakuum og åpne ventilen av nitrogengass til kammeret.
    6. Laste rensede substratet i kammeret på den roterende substratholderen. For hvert lag som skal avsettes, belastning 100 mg av hvert påkrevde organisk materiale, 3 mg av litiumfluorid (LiF), og en 224 mg aluminium (Al) støpeblokk i digelen inne i kammeret.
    7. Lukk døren av kammeret og vente på et høyt vakuum av 5 × 10 -6 Torr. Når høyt vakuum er nådd inne i kammeret, starter avsetning av de organiske lag på underlaget med ITO.
      1. Gjør et innskudd på 5 nm hull injeksjon lag om avsetningshastighet på 0,8-1 A / S.
      2. Gjør et innskudd på 25 nm transport lag om avsetningshastighet på 1-1,5 A / S.
      3. Sette inn et 30 nm emitterende lag (8 vekt.% Grønt fargestoff og 0,85 vekt.% Dyp-røde fargestoff dopet i 20 mg av en angitt vert) ved en avsetningshastighet på 1-1,5 A / S.
      4. Gjør et innskudd på 30 nm elektrontransport lag om avsetningshastighet på 1-1,5 A / S.
      5. Gjør et innskudd på 20 nm lag av elektrontransport co-fordampe med elektron injeksjon materialet ved en avsetningshastighet på 1-1,5 A / S.
      6. Gjør et innskudd på en-nm elektron injeksjon lag av LiF ved en avsetningshastighet på 0,3-0,4 A / S.
      7. Gjør et innskudd på 100 nm katode lag av Al ved en avsetningshastighet på 10-15 A / S.
    8. Slå av strømstyringen og vente 10 min under høyt vakuum. Lukke ventilen for høyt vakuum og åpne ventilen for nitrogengass til kammeret for å bryte høyvakuum.
    9. Flytt fabrikkert OLED-enheten fra kammeret til atmosfæren, og deretter overføre den til en hanskeboks med en innkapsling maskinen under en nitrogenatmosfære.
    10. Kapsle fabrikkerte OLED-enhet med en toppdeksel laget av glass ved hjelp av lim og deretter tørke limet ved å sette enheten i UV-stråling boks for 110 s.
    11. Eject ut den innkapslede OLED-enheten frahanskerommet og overføre den til mørkerommet for målinger.
  2. våt prosess
    1. Rengjør ITO-belagte substrat ved hjelp av nevnte rengjøringsprosedyrer fra trinn 1.1.2 til 1.1.4.
    2. Ta en vandig oppløsning av PEDOT: PSS (lagret ved 4 ° C) for å avsette hullet injeksjonslaget. Filtrer oppløsningen i en ampulle ved hjelp av en filterdiameter på 25 mm som består av et nylonstoff med en porestørrelse på 0,45 um.
    3. I en ampulle, forberede hull transportlaget løsning av 3,6-bis (4-vinylfenyl) -9-etylkarbazol (VPEC) 30 oppløst i klorbenzen løsningsmiddel i et forhold på 3 mg: 1,000 ul. Sonikere løsningen i 30 minutter i ultralydbad og filtrere sonikert oppløsningen i en ampulle med en filterdiameter 15 mm som består av et nylonstoff med en porestørrelse på 0,45 um.
    4. Forbered en løsning for emissive laget.
      1. Ta 5 mg av den angitte verten materiale og oppløse den in tetrahydrofuran (THF) i et forhold på 10 mg: 1,000 ul. Sonikere vert-oppløsning ved 50 ° C i 30 min.
      2. Ta 1 mg av hver av de nødvendige gjestematerialer og oppløse dem i THF i et forhold på 1 mg: 1,000 ul. Sonikere gjest-oppløsning ved 50 ° C i 30 min.
      3. Filtrer hver løsning separat i hetteglass med et filter diameter på 15 mm som består av et nylonstoff med en porestørrelse på 0,45 um.
      4. Bland gjest-løsningen inn i verts-løsning i henhold til den gitte vektprosent (3 vekt.% Av gult fargestoff, 6 vekt.% Av orange-fargestoff, og 12,5 vekt.% Av grønt fargestoff), doping for det emitterende lag.
    5. Overfør ampuller med PEDOT: PSS, VPEC og emisjons lags løsninger sammen med pre-renset underlaget og pipetter dem i hanskerommet.
    6. Starte belegning av lagene på substratet med ITO i følgende rekkefølge under en nitrogenatmosfære: hullet injeksjonslaget, hulltransportlaget, og emitterende lag.
      1. Avsette et 35 nm hull injeksjon lag av spin-belegging av en 750 ul løsning av PEDOT: PSS ved 4000 omdreininger per minutt (rpm) i 20 s.
      2. Tørk PEDOT: PSS lag ved 120 ° C i 40 min for å fjerne gjenværende oppløsningsmiddel.
      3. Avsette en 10-nm hull transport lag av spin-belegging av en 400 ul løsning av VPEC ved 3000 rpm i 20 s.
      4. Bake laget ved 120 ° C i 20 min for å fjerne gjenværende oppløsningsmiddel.
      5. Oppvarme sjiktet ved 230 ° C i 40 min for en tverrbindingsreaksjon å finne sted før avsetning av det emitterende lag 30.
      6. Avsette en 20 nm emitterende lag av spin-belegging av en 400-mL løsning ved 2500 rpm i 20 min.
    7. Eject ut spin-belagt substrat fra hanskerommet til atmosfæren og overføre den til den termiske fordamperen kammer for videre deponering av lag. Bryte vakuumet av den termiske fordamperen kammeret ved å lukke ventilen på høyt vakuum og åpne ventilen av nitrogengass ​​til kammeret.
    8. Last substratet i kammeret på den roterende substratholderen. Installering av 45 mg av TPBi, 3 mg av LiF, og en 224 mg Al støpeblokk inn i digelen på innsiden av kammeret for lagene som skal deponeres. Avsette lag på underlaget med det emitterende lag i følgende rekkefølge.
      1. Gjør et innskudd på 32 nm elektrontransport lag av TPBi ved en avsetningshastighet på 1-1,5 A / S.
      2. Gjør et innskudd på en nm elektron injeksjon lag av LiF ved en avsetningshastighet på 0,3-0,4 A / S.
      3. Gjør et innskudd på 100 nm katode lag av Al ved en avsetningshastighet på 10-15 A / S.
    9. Slå av strømstyringen og vente 10 min under høyt vakuum. Følg de nevnte prosedyrene fra trinn 1.1.8 til 1.1.11 for å fullføre den innkapslede OLED-enhet.
  3. Beregning av netthinnen-tillatte eksponeringsgrensen "t":
    1. Mål EL spektrum av belysningsenhet ved hjelp av en spectroradiometer. Den resulterende EL spektrum er vist i Figur 1a.
    2. Mål EL spektrum data (intensitet i forhold til bølgelengde) på en CCT.
    3. Konverter EL spektrum data til spektral utstråling E λ (normalisert intensitet i forhold til bølgelengde). Endre spekteret til det format som er vist i figur 1b.
    4. Bruk spektrale data fra det blå lys-vektet funksjon for måling av retinal fare fra belysningskilden (dvs. trekke blått lys fare funksjon B (λ) i forhold til bølgelengden) 28. Den resulterende plott er vist i figur 1c.
    5. Beregne verdien av utstrålingen (E B) av en gitt lyskilde ved hjelp av den spektrale stråleglans E λ og blå-fare funksjon B (λ) tilsvarer hver bølgelengde.
    6. Sette verdiene av E λ og B (λ) fra ovennevnte plott inn i følgende formel:
    7. Få den numeriske verdien av E B i W m -2.
    8. Sett verdien av E B i maksimalt tillatt retinal eksponeringsgrense "t" formel:
      ligning 2 ..... (2)
    9. Skaff eksponeringsgrense "t" med hensyn til CCT av en gitt lyskilde.
  4. Beregning for melatonin undertrykkelse følsomhet:
    1. Mål EL spekteret av en gitt belysning enhet ved hjelp spektroradiometer. Det resulterende spektrum er vist i figur 2a.
    2. Få melatonin undertrykkelse kraft per quantum, S PQ, fra de programmerte data 29. For en gitt monokromatisk lys λ, uttrykke S PQ som følger:
      S PQ (λ) = 10 (λr-λ) / C ............. (3)
      Verdiene av S PQ (λ) med hensyn på bølgelengden er gitt i tabell 1, og de respektive diagram som er vist i figur 2b.
    3. Bruk photopic lyshet funksjon V (λ) for å omdanne S PQ (λ) i melatonin undertrykkelse effekt per lux, S LC (λ), for å gi det en praktisk betydning. Verdiene for V (λ) i forhold til bølgelengden er gitt i tabell 2, og de respektive diagram som er vist i figur 2c.
    4. Uttrykk korrelert melatonin undertrykkelse kraft, S LC (λ), for en polykromatisk lys, som følger: 29
      S LC (λ) = ∫λS PQ (λ) S I (λ) dλ / ∫ V (λ) S I (λ) dλ ............... .. (4)
    5. Sette verdiene av intensiteten S I (λ) fra EL-spektrum av engitt lyskilde sammen med verdiene av S PQ (λ) og V (λ) i forhold til bølgelengden i den ovenfor angitte formel og beregne S LC (λ) som følger:
      S LC (λ) =
      ligning 3
    6. Hente en numerisk verdi av S LC (λ) i lx -1 fra beregningen ovenfor. For eksempel, ved å sette S-I (λ) fra EL-spekteret av den gitte stearinlys OLED med et CCT fra 1940 K, er det melatonin undertrykkelse effekt:
      S LC (λ) = 90 lx -1
    7. Velge en referanse lys for å beregne den relative melatonin undertrykkelse følsomheten for en gitt lyskilde. Referanse lys kan være en bølgelengde på 460 eller 480 nm. Her velger vi et blått lys på 480 nm som referanse lys.
    8. Beregn S LC (λ) for referanse blått lys (480 nm) ved hjelp av den ovenfor angitte formel.
      LC (480 nm) = 3445 lx -1
    9. Fordel S LC (λ) fra en gitt lyskilde ved S LC (480 nm) og multiplisere kvotienten med 100 for å få den melatonin undertrykkelse følsomhet prosent (%) av et gitt lys i forhold til referanse blått lys.
      Relativ melatonin undertrykkelse følsomhet = ligning 4 × 100% ......... .... (5)
      MERK: For eksempel, i forhold melatonin undertrykkelse følsomhet = ligning 5 × 100% = 2,61%. Således viser den gitte stearinlys OLED en melatonin undertrykkelse sensitivitet på 2,61% i forhold til den for 480 nm-blått lys.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Den strøm-spenning-luminans-karakteristika for de resulterende levende lys OLED blir målt ved hjelp av et elektrometer sammen med en 100 A luminansmeter. Utslipps områdene er 9 mm 2 for alle av de resulterende tørre-behandlet enheter, og er 25 mm 2 for våt-behandlet enheter. Her brukte vi en 125 nm ITO-belagt glass underlaget med et ark motstand på 15 Ω / kvm som en anode. Den har en åpenhet som er større enn 84% (Tabell 4). Alle OLED-enheter som består av en Al katode er målt med luminans i retning forover. EL spekteret og Commission International de l'Eclairge (CIE) fargekoordinater oppnås ved hjelp av en spektroradiometer 31. Den resulterende EL-spekteret blir brukt til å beregne hinnen fastsatt grenseverdi "t" og melatonin undertrykkelse kraft. Alle beregningstrinn blir sekvensielt gitt i protokollen delen.

ontent. "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Tillatt retinal eksponering er beregnet ut fra en utstråling av den gitte lyskilde som er rettet mot det menneskelige øyet Den maksimale eksponering varighet for blått lys kan være lik eller lavere enn 100 s om det menneskelige øye blir rettet mot en lys strålingskilde E B = 1 Wm -2. når utstrålingen er mindre enn 1 Wm -2, blir fastsatt grenseverdi overskride 100 s 27. den beregnede maksimale eksponeringsgrensen " t "kan brukes til å klassifisere gitt lyskilde inn i en av de fire risikogrupper (dvs. risikogruppen 0 (RG0), Risk Gruppe 1 (RG1), Risk Gruppe 2 (RG2), og risiko~~POS=TRUNC 3 (RG 3) hvis "t" er større enn 10.000 s, mellom 10.000 og 100 s, mellom 100 og 0,25 s, eller mindre enn 0,25 r, henholdsvis). Figur 3a og 3b viser effekten av CCT 100 lx og 500 lx på retinal eksponering grense på de blå-farefritt stearinlys OLED gjort via tørr og wET prosesser. Vanligvis ville det tillatte eksponeringsgrensen øker med avtagende CCT. Viktigst, har søkt belysnings en ekstremt dyp effekt på retinal maksimalt tillatte grenseverdien. Ved å redusere den påførte lysstyrke 500-100 lx, skyver hele eksponeringsgrensen inn i RG0 sone, de fleste som ellers ville bli plassert i RG1 sonen. Disse belysning enheter som viser en CCT lavere enn 1922 K særlig skifte sine normer til RG0, som vist i figur 3a. Tar stråling på 500 lx, for eksempel, kan netthinnen tåler 1020 s ved 2700 K (Enhet 1-i), 1.226 s ved 2100 K (Enhet 1-ii), og 6,284 s på 1864 K (Enhet 2-i) . Med andre ord, er lys i 1864 K 5 og 6,2 ganger tryggere enn lys på 2100 K og 2700 K, henholdsvis. Som vist i figur 3b, alle de undersøkte OLED-enheter viser normer med en risikogruppe RG1 500 lx. Ved å redusere belysningen til 100 lx, vil eksponeringsgrensen increase med 5 ganger over hele CCT studert. Med andre ord, vil det være 5 ganger tryggere å innta en belysningsstyrke på 100 lx i stedet for 500 lx. Som vist i figur 3a, i 100 lx, er innretningene (2-i, ii, iii) med en CCT fra 1922 K til 1864 K viser en fastsatt grenseverdi med en RG0 klassifikasjon. Det bør bemerkes at eventuelle enheter med den RG0 klassifiseringen er fremdeles skadelig på netthinnen, som eksponeringstiden overskrider 100.000 sek. Derfor viser til og med den lave CCT OLED en tillatt eksponeringstid grense som retinal skade kan oppstå.

Den melatonin undertrykkelse følsomhet er beregnet ved hjelp av EL spekteret av levende lys OLED, melatonin undertrykkelse kraft per lux, og lysstyrken funksjon. Melatonin undertrykkelse effekt per quantum, S PQ, ved forskjellige bølgelengder er gitt i tabell 1. Undertrykkelsen effekt pr foton omdannes deretter per lux ved hjelp av lyshet function V (λ). De gjennomsnittlige intensitetene av lys ved forskjellige bølgelengder er gitt i Tabell 2. Referanse blått lys på 480 nm blir brukt til å beregne den relative melatonin undertrykkelse følsomheten for levende lys OLED. Hele Beregningen er gjort ved hjelp av protokollen trinn 1.4.1 til 1.4.9.

Som vist i figur 4, er alle de fabrikkerte blå-farefritt levende lys OLED-enheter som viser en melatonin undertrykkelse følsomhet under 4%. Enhet 1-i med en CCT fra 2700 K undertrykker utskillelsen av melatonin til 3,19%, Device 1-ii med en CCT fra 2100 K undertrykker den til 2,74%, og Device 1-iii med en CCT fra 1940 K undertrykker den til 2,61 %. Med andre ord, undertrykker Anordning 1-iii 18% og 14% mindre enn melatonin sekresjon Devices 1-i henholdsvis en og-ii,. Videre Device to-iii, med en CCT fra 1922 K, viser minimum melatonin undertrykkelse følsomhet, 1,05%, blant alle de rapporterte OLED-enheter. Derfor,Enhet 2-iii er 67% bedre enn Enhet 1-i (2700 K). Videre varmhvite LED (CCT: 2632 K, melatonin undertrykkelse følsomhet: 8%) og kaldt hvitt CFL (CCT: 5921 K, melatonin undertrykkelse følsomhet: 29%) er 662% og 2662% mer farlig for melatonin sekresjon enn OLED-enhet 2-iii motstykke. Derfor blå-farefritt stearinlys OLED som viser en svært lav undertrykkelse effekt på utskillelsen av melatonin og kan brukes om natten uten stor grad forstyrre utskillelsen av melatonin.

Videre er en kvalitet som en kritisk parameter i alle belysningskilden. Den fargegjengivelse (CRI) ble en gang ansett som den mest pålitelige tallene for å kvantifisere lys kvaliteten på en gitt lyskilde. Men noen svakheter lagt merke til i CRI verdier. For å forbedre den, et nytt lys kvalitetsindeks, spektrum likhet indeks (SRI), er rapportert. Det er definert som den prosentvise likhet mellom et gitt lys silde og dens tilsvarende sortlegemestråling basert på det samme CCT 32, 33. For å skape en kvalitet lys, er en lav CCT eller blå utslippsfrie belysningsanordning med en høy SRI nødvendig. Likevel gjør de tilgjengelige belysning enheter ikke demonstrere disse kvalitetene. Her er det rapportert blå-fare-fri stearinlys OLED-enheter utstillingen en SRI spenner 75-84, med en lav CCT fra 1864 K til 2700 K. For eksempel, OLED-enheter med CCT verdier av 1922 K og 1940 K vise SRI verdier fra 76 og 81, henholdsvis (tabell 3). De utsendte lys av et stearinlys og blå-fare-fri stearinlys OLED er vist i figur 5.

Fra en energibesparende perspektiv, lys anses energi-sløse (0,1-0,3 lm / W). Den rapporterte blå-fare-fri stearinlys OLED viser en virkningsgrad på 30 lm / W, noe som er det dobbelte av en lyspære og tre 00 ganger så stor som et stearinlys. Ytelsen for hver enhet er gitt i tabell 3. I tillegg gir dette stearinlys OLED et fysisk kul, men sensasjonelt varm glød. Det er energisparende, ikke-påtrengende, og uten flimring, gjenskinn, og UV-stråling. Den blå-fare-fri stearinlys OLED er trygt å bruke i stedet for lys eller andre aktuelle hvite lys.

Figur 1
Figur 1: (a) Prøve EL-spektrum av den gitte stearinlys OLED, (b) normalisert EL-spektrum av fabrikkerte levende lys kilde, og (c) blått-lys fare funksjon med hensyn på bølgelengden og virkningsspektrum av det blå lys fare med en krystallinske linsen i øyet 28 (gjengitt fra ICNIRP 2013).blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2: (a) Prøve EL-spektrum av fabrikkerte stearinlys OLED, (b) melatonin undertrykkelse effekt per quantum, S PQ, mot bølgelengden 29, og (c) luminositet funksjon V (λ) (normalisert intensitet av forskjellige lys versus bølgelengden ). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3: Effekt av CCT av de blå-fare-fri levende lys OLED på retinal maksimalt tillatte eksponeringsgrensen på (en (b) 500 lx. Ved en høy lysstyrke, kan selv en lav CCT OLED utgjøre en trussel mot netthinnen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4
Figur 4: Effekt av CCT på melatonin undertrykkelse følsomhet (%) av de blå-farefritt stearinlys OLED, gjort via tørre og våte prosesser, og varmhvite LED. Den blå-fare-fri stearinlys OLED viser en svært lav undertrykkelse effekt på utskillelsen av melatonin. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5
Figure 5: Fotografier av cloud papirer med regnbuer og hvite farger opplyst av stearinlys (til venstre) og en blå-fare-fri stearinlys OLED (til høyre) ved 10 lx 34. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

<td> 3.02E-04
bølgelengde (nm) S PQ bølgelengde (nm) S PQ bølgelengde (nm) S PQ bølgelengde (nm) S PQ
380 21,54435 484 0,88444 588 0,03631 692 0,00149
384 19,05461 488 0,78223 592 0,03211 696 0,00132
388 16,85259 492 0,69183 596 0,0284 700 0,00117
392 14,90505 496 0,61188 600 0,02512 704 0,00103
396 13,18257 500 0,54117 604 0,02222 708 9.12E-04
400 11,65914 504 0,47863 608 0,01965 712 8.07E-04
404 10,31177 508 0,42332 612 0,01738 716 7.13E-04
408 9,12011 512 0,3744 616 0,01537 720 6.31E-04
412 8,06616 516 0,33113 620 0,01359 724 5.58E-04
416 7,134 520 0,29286 624 0,01202 728 4.94E-04
420 6,30957 524 0,25902 628 0,01063 732 4.37E-04
424 5,58042 528 0,22909 632 0,0094 736 3.86E-04
428 4,93552 532 0,20261 636 0,00832 740 3.41E-04
432 4,36516 536 0,1792 640 0,00736 744
436 3,86071 540 0,15849 644 0,00651 748 2.67E-04
440 3,41455 544 0,14017 648 0,00575 752 2.36E-04
444 3,01995 548 0,12397 652 0,00509 756 2.09E-04
448 2,67096 552 0,10965 656 0,0045 760 1.85E-04
452 2,36229 556 0,09698 660 0,00398 764 1.63E-04
456 2,0893 560 0,08577 664 0,00352 768 1.45E-04
460 1,84785 564 0,07586 668 0,00311 772 1.28E-04
464 1,63431 568 0,06709 672 0,00275 776 1.13E-04
468 1,44544 572 0,05934 676 0,00244 780 1.00E-04
472 1,2784 576 0,05248 680 0,00215
476 1,13066 580 0,04642 684 0,00191
480 1 584 0,04105 688 0,00169

Tabell 1: 29, S PQ.

<td> 0,70784
Bølgelengde (nm) Intensitet Bølgelengde (nm) Intensitet Bølgelengde (nm) Intensitet Bølgelengde (nm) Intensitet
380 4.00E-05 484 0,16366 588 0,78061 692 0,00714
384 5.83E-05 488 0,19197 592 0,73206 696 0,00544
388 9.15E-05 492 0,22777 596 0,68174 700 0,00414
392 1.58E-04 496 0,27123 600 0,63095 704 0,00315
396 2.51E-04 500 0,32467 604 0,57982 708 0,00242
400 4.03E-04 504 0,39087 608 0,52858 712 0,00184
404 6.33E-04 508 0,46488 612 0,47824 716 0,0014
408 9.45E-04 512 0,54392 616 0,4292 720 0,00106
412 0,00159 516 0,6281 620 0,38107 724 7.97E-04
416 0,00253 520 624 0,33365 728 6.05E-04
420 0,00405 524 0,77659 628 0,28762 732 4.50E-04
424 0,00656 528 0,83515 632 0,24551 736 3.38E-04
428 0,00979 532 0,88379 636 0,2086 740 2.51E-04
432 0,01361 536 0,92268 640 0,17539 744 1.87E-04
436 0,01803 540 0,95299 644 0,14556 748 1.40e-04
440 0,02303 544 0,97501 648 0.11924 752 1.04E-04
444 0,0285 548 0,98946 652 0,09655 756 7.94E-05
448 0,03461 552 0,99751 656 0,07745 760 6.02E-05
452 0,0419 556 0,99921 660 0,0613 764 4.55E-05
456 0,05033 560 0,99408 664 0,04778 768 3.47E-05
460 0,06012 564 0,9819 668 0,03686 772 2.59E-05
464 0,07118 568 0,96302 672 0,02833 776 1.96E-05
468 0,08388 572 0,9377 676 0,02212 780 1.50E-05
472 0,09942 576 0,9062 680 0,0171
476 0,11778 580 0,86915 684 0,0129
480 0,13932 584 0,82678 688 0,00963

Tabell 2: Intensitet av forskjellige lys i det synlige området.

Tabell 3
Tabell 3 :. Driftsspenning (OV), energieffektivitet (PE), CCT, lyskvalitet spectrum likhet indeks (SRI), eksponeringsgrense "t", melatonin undertrykkelse følsomhet (%), og maksimal lysstyrke av de studerte blå-farefritt stearinlys OLED-enheter som er laget via tørre og våte prosesser. Klikk her for å se en større versjon av denne tabellen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De mest kritiske trinn i fabrikasjonen av OLED-enheter er: 1) rensing av glassubstratet, 2) utvelgelse av passende løsningsmiddel, 3) å oppløse organiske materialer, 4) jevnt fremstilling av filmen via spin-coating i den våte prosess, og 5 ) som styrer avsetningshastigheten og tykkelsen av det organiske sjikt under den termiske fordampning. I utgangspunktet rengjøring av ITO anode belagt substrat er et viktig skritt for å oppnå høy effektivitet. Glassubstratet er renset med såpeoppløsning for å fjerne flekker fettete eller lag. Deretter, er det ultra-sonikert i aceton, etterfulgt av isopropanol, for å fjerne smusspartikler fra anodelaget. UV / ozonbehandling er gitt til substratet før avsetning av et lag av ITO. UV / ozonbehandling ikke bare tørker underlaget, men det øker også overflate oksygen og således forbedrer arbeidsfunksjon av ITO 35. Det kan redusere hullet injeksjon barriere for å legge til rette for flere hull transport.

jove_content "> Deretter blir organiske sjikt avsettes på ITO anoden ved to separate fremgangsmåter, nemlig tørrprosessen og våtprosessen. For den levende lys OLED fremstilt med tørrprosessen, er alle organiske molekyler inndampet under høyvakuum og avsatt i rekkefølge på ITO lag. i denne prosess blir temperaturen gradvis steg for steg, og de organiske materialer som er avsatt på en viss temperatur. den hindrer ikke-uniformitet av den tynne film og gir mulighet for nøyaktig tykkelse. Tørr behandlet med levende lys OLED-enheter er ultra -rene og fri for eventuelle ikke emisjons-stedene. ikke desto mindre er denne fremgangsmåte begrenset til fremstilling av store-området filmer og er kostnads ​​ineffektiv på grunn av et stort forbruk av organiske materialer. på den annen side, den våte prosessen omfatter spin-coating, blekkutskrifter, og skjermen utskrift av polymer og organisk materiale, en kostnadseffektiv, store-området, og masse-produksjon prosedyre for etablering av OLED-enheter 36 - 38.

For våt-behandlet stearinlys OLED, hull injeksjon, hull transport og emissive lag er spin-belagt på et angitt turtall og varighet. Det er en rask avsetningsteknikk, som gir mulighet for kontinuerlig produksjon. Store utfordringer i våtprosessen er valget av oppløsningsmiddel og forebygging av uønsket blanding av senere belagte organiske lag. Enkelte organiske materialer ikke oppløses ordentlig i det organiske løsningsmiddel på grunn av en polaritet mismatch. Organiske løsningsmidler også oppløse prefabrikerte organiske sjikt, noe som resulterer i morfologiske og sammensetningsfeil 39, 40. For å unngå slike problemer, bakt vi hullet injeksjon lag av en ledende polymer, PEDOT: PSS, for å lage en mer hydrofil overflate før belegging hullet transportlaget. Etter det, er et hull transport lag av VPEC spinnbelagt og igjen bakt ved 120 ° C i 20 minutter for å lage det termisk sbord og for å unngå nærværet av gjenværende løsningsmiddel. Videre er VPEC sjiktet varmet til 230 ° C for tverrbinding av 30 hullet transporterende lag. Følgelig er det emitterende lag spinn-belagt på hullet transporterende lag for å omgå eventuelle morfologiske defekter. Elektrontransportlaget og katodelaget avsettes via termisk fordampning under høyvakuum.

Tidligere anmeldte levende lys stil OLED-enheter ble fabrikkert av en tørr prosess 18, 21. Disse enhetene var sammensatt av en kompleks arkitektur, slik som doble emissive lag, og et ytterligere bæremodule lag 18, 21, 22. I denne studien, har vi modifisert OLED anordning arkitektur og unngås kompleksiteten ved hjelp av en enkelt emitterende lag. De rapporterte blå-farefritt stearinlys OLED er også fabrikkert utenbruke noen blå eller himmelblå emittere. EL spektrum av OLED-enhetene kan bli vilkårlig dannes. Tørr- og våt-behandlet OLED-enheter utstilt annerledes formet emisjonsspekter med lave CCT verdier. Disse spektrene viste forskjellige effekter fra perspektivet til maksimal eksponering grensen og melatonin undertrykkelse følsomhet (tabell 3).

Den tørre prosessen gjør det pådampning av små molekyler og oligomerer i det flerlags arkitektur. I tillegg utvikler de tørrprosess ulike måter å oppnå høy effektivitet. Dessuten gjør det mulig for flere lagdelt arkitektur nedre bære-injeksjon barriere, balansert carrier-injeksjon til emissive laget, og effektiv rekombinasjon sone for å lette flere operatører å rekombinere 40. Imidlertid har den tørrprosess noen problemer, slik som den begrensede termiske stabilitet av de organiske molekyler med lav gjennomstrømning på grunn av behovet for en høy-vakuum fabrikasjon tilstand, og den material svinn på grunn av den lave materialet utnyttelsesgraden i avsetning, etc.

I motsetning til dette, er den våte prosess mer gunstig for å redusere produksjonskostnadene og for å oppnå høy effektivitet. Lavpris polymere materialer er lovende for flere lag, vått-behandlet OLED. Deres effektivitet er relativt lavere enn vakuum-avsatt, lavmolekylære organiske materialer. I den våte prosess, kan effektiviteten forbedres ved å benytte en kombinasjon av suksessive polymer og små molekyl lag. Generelt er anvendelse av et polymert hull transportsjikt med høy lett energi i stand til å stabilisere den forutgående spinn-belagt hull injeksjon film, og også for å begrense de excitons som genereres i den emitterende lag. Small-molekyl organiske materialer med høy glassovergangstemperaturer er ikke krystallisert under spin-coating og opprettholde filmen integritet. I tillegg kan høyt triplett energi små molekyler brukes som et effektivt vertsmateriale for å lette en vert-til-guest energioverføringsmekanisme. Wet-prosess fabrikasjon av OLED har også noen begrensninger på grunn av løselighet spørsmålet om sine materialer. Dag, for å stabilisere flerlagsarkitektur i den våte prosess, har mange fremgangsmåter blitt utviklet som opprett oppløseligheten fra polare til ikke-polare løsningsmidler 42, 43, 44. Den våte prosessen gjør enhetene som skal fabrikkeres i store områder og rull-til-rull med høy gjennomstrømming. Den våte prosessen gir mer fleksibilitet for forstyrrende egenskaper, slik som fleksibilitet, åpenhet, og ultra-tynne. Den våte prosessen kan være en lovende teknologi for OLED belysning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Melton, R. Ultraviolet and blue light. Rev opt. 2, 151 (2014).
  2. Singerman, L. J., Miller, D. G. Pharmacological Treatments for AMD. Rev Ophthalmol. 10, 88-90 (2003).
  3. International Energy Agency final report on potential health issues on SSL. , (2014).
  4. Reilly, R. , http://www.dailymail.co.uk/health/article-2324325/Do-environmentally-friendly-LED-lights-cause-BLINDNESS.html (2016).
  5. Pauley, S. M. Lighting for the human circadian clock: Recent research indicates that lighting has become a public health issue. Med. Hypotheses. 63, 588-596 (2004).
  6. Mills, P. R., Tomkins, S. C., Schlangen, L. J. M. The effect of high correlated colour temperature office lighting on employee wellbeing and work performance. J. Circadian Rhythm. 5, 1-9 (2007).
  7. Sato, M., Sakaguchi, T., Morita, T. The effects of exposure in the morning to light of different color temperatures on the behavior of core temperature and melatonin secretion in humans. Biol. Rhythm. Res. 36, 287-292 (2005).
  8. Arendt, J. Melatonin, circadian rhythms, and sleep. New Engl. J. Med. 343 (15), 1114-1116 (2000).
  9. Wiechmann, A. F. Melatonin: parallels in pineal gland and retina. Exp Eye Res. 42 (6), 507-527 (1986).
  10. Brown, G. M. Light, melatonin, sleep-wake cycle. J. pshychiatry. Neurosci. 19 (5), 345-356 (1994).
  11. Lewy, A. J., Wehr, T. A., Goodwin, F. K., Newsome, D. A., Markey, S. P. Light suppresses melatonin secretion in humans. Science. 210 (4475), 1267-1269 (1980).
  12. Stevens, R. G., Brainard, G. C., Blask, D. E., Lockley, S. W., Motta, M. E. Breast cancer and circadian disruption from electric lighting in the modern world. CA Cancer J. Clin. 64 (3), 207-218 (2014).
  13. Davis, S., Mirick, D. K., Stevens, R. G. Night-shift work, light at night, and risk of breast cancer. J. Natl. Cancer Inst. 93, 1557-1562 (2001).
  14. Kloog, I., Haim, A., Stevens, R. G., Barchanade, M., Portnov, B. A. Light at Night Co Distributes with Incident Breast but Not Lung Cancer in the Female Population of Israel. Chronobiology Intl. 25, 65-81 (2008).
  15. , http://www.vangogh.ua.ac.be (2016).
  16. Monico, L. Degradation Process of Lead Chromate in Paintings by Vincent van Gogh Studied by Means of Spectromicroscopic Methods 3. Synthesis, Characterization, and Detection of Different Crystal Forms of the Chrome Yellow . S. Anal. Chem. 85 (2), 851-859 (2013).
  17. Jou, J. H. Organic light-emitting diode-based plausibly physiologically-friendly low color-temperature night light. Org. Electron. 13 (8), 1349-1355 (2012).
  18. Jou, J. H. Candlelight-style organic light-emitting diodes. Adv. Funct. Mater. 23 (21), 2750-2757 (2013).
  19. Jou, J. H. OLEDs with chromaticity tunable between dusk-hue and candle-light. Org. Electron. 14 (1), 47-54 (2013).
  20. Hu, Y., Zhang, T., Chen, J., Ma, D., Cheng, C. H. Hybrid organic light-emitting diodes with low color temperature and high efficiency for physiologically-friendly night illumination. Isr. J. Chem. 54, 979-985 (2014).
  21. Jou, J. H. Enabling a blue-hazard free general lighting based on candlelight-style OLED. Optics Express. 23 (11), A576-A581 (2015).
  22. Jou, J. H. High efficiency low color-temperature organic light emitting diodes with a blend interlayer. J. Mater. Chem. 21, 17850-17854 (2011).
  23. Brainard, G. G. Action spectrum for melatonin regulation in humans: Evidence for a novel circadian photoreceptor. J Neurosci. 21 (16), 6405-6412 (2001).
  24. Thapan, K., Arendt, J., Skene, D. J. An action spectrum for melatonin suppression: evidence for a novel non-rod, non-cone photoreceptor system in humans. J Physiol. 535 (Pt 1), 261-267 (2001).
  25. Bullough, J. D., Bierman, A., Figueiro, M. G., Rea, M. S. Letter On Melatonin Suppression from Polychromatic and Narrowband Light Lighting Research. Chronobiol. Int. 25 (4), 653-656 (2008).
  26. Rea, M. S., Figueiro, M. G., Bullough, J. D., Bierman, A. A model of phototransduction by the human circadian system. Brain Res Brain Res Rev. 50, 213-228 (2005).
  27. International Electrotechnical Commission. Photobiological safety of lamps and lamp systems. IEC 62471: 2006. , IEC. Geneva. (2006).
  28. ICNIRP. ICNIRP guidelines on limits of exposure to incoherent visible and infrared radiation. Health Physics. 105 (1), (2013).
  29. Melatonin suppression extent measuring device. Patent. Jou, J. H. , S20120303282 A1 (2012).
  30. Jou, J. H. Enabling high-efficiency organic light-emitting diodes with a cross-linkable electron confining hole transporting material. Org. Electron. 24, 254-262 (2015).
  31. Commission International de l’Éclairage. Method of measuring and specifying colour rendering of light sources. , 3rd, Vienna (Austria). CIE. Publication No. 13.3 16 (1995).
  32. Jou, J. H. A universal, easy-to-apply light-quality index based on natural light spectrum resemblance. Appl. Phys. Lett. 104, 203304-203309 (2014).
  33. Jou, J. H. Pseudo-natural light for displays and lighting. Adv. Optical mater. 3, 95-102 (2015).
  34. Jou, J. H. Wetprocess feasible candlelight OLED. J. Mater. Cem. C. , (2016).
  35. Kim, B. S. UV-ozone surface treatment of indium-tin-oxide in organic light emitting diodes. J. Korean Phys. Soc. 50, 1858-1861 (2007).
  36. Lee, T. W. Characteristics of solution-processed small-molecule organic films and light-emitting diodes compared with their vacuum-deposited counterparts. Adv. Mater. 19 (10), 1625-1630 (2009).
  37. Duan, L. Solution processable small molecules for organic light-emitting diodes. J. Mater. Chem. 20, 6392-6407 (2010).
  38. Kim, S. K. Low-power flexible organic light-emitting diode display device. Adv. Mater. 23, 3511-3516 (2011).
  39. Kaake, L. G., Barbara, P. F., Zhu, X. Y. Intrinsic charge trapping in organic and polymeric semiconductors: a physical chemistry perspective. J. Phys. Chem. Lett. 1 (3), 628-635 (2010).
  40. Yersin, H., Rausch, A. F., Czerwieniec, R., Hofbeck, T., Fischer, T. The triplet state of organo-transition metal compounds. Triplet harvesting and singlet harvesting for efficient OLEDs. Coord. Chem. Rev. 255, 2622-2652 (2011).
  41. Jou, J. H., Kumar, S., Agarwal, A., Lia, T. H., Sahoo, S. Approaches for fabricating high efficiency organic light emitting diodes. J. Mater. Chem. C. 3, 2974-3002 (2015).
  42. Volz, D. Auto-catalysed crosslinking for next-generation OLED-design. J. Mater. Chem. 22, 20786-20790 (2012).
  43. Furuta, P. T., Deng, L., Garon, S., Thompson, M. E., Frechet, J. M. J. Platinum functionalized random copolymers for use in solution-processible, efficient, near-white organic light-emitting diodes. J. Am. Chem. Soc. 126 (47), 15388-15389 (2004).
  44. Biwu, M. New thermally cross-linkable polymer and its application as a hole-transporting layer for solution processed multilayer organic light emitting diodes. Chem. Mater. 19, 4827-4832 (2007).

Tags

Engineering Blue-fare stearinlys OLED våt-behandlet OLED tørr-behandlet OLED lav fargetemperatur øyebeskyttelse melatonin sekresjon
Blue-fare-fri Candlelight OLED
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Jou, J. H., Singh, M., Su, Y. T.,More

Jou, J. H., Singh, M., Su, Y. T., Liu, S. H., He, Z. K. Blue-hazard-free Candlelight OLED. J. Vis. Exp. (121), e54644, doi:10.3791/54644 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter