Summary
Vi præsenterer en protokol til fremstilling af en blå-fare-fri candlelight organisk lysdiode (OLED) for øjenbeskyttelse og melatonin-sekretion.
Introduction
I dag er belysning kilder som LED og CFL rigeligt brugt til indendørs og udendørs belysning, dels for energibesparende årsager. Men disse lys er rige på blå emission, der viser en højere tendens til at forårsage blå-farer. LED og CFL udsende et spektrum beriget med blåt lys, hvilket fører til irreversible skader på retinale celler 1, 2, 3, 4. Blåt lys eller intenst hvidt lys med høj CCT undertrykker udskillelsen af melatonin, en onkostatiske hormon, som kan forstyrre døgnrytmen 5, 6 og sove adfærd 7, 8. Melatonin, en essentiel hormon til døgnrytmen, syntetiseres i koglekirtlen 9. Et højt melatonin observeret under den mørke periode i løbet af 24-timers lys-mørke-cycle 10. Men intensiv lys om natten undertrykker sin syntese og forstyrrer døgnrytmen 11. Melatonin undertrykkelse på grund af overeksponering for klare lys natten kan være en risikofaktor for brystkræft hos kvinder 12, 13, 14. Ud over disse farer, blåt lys afbryder aktiviteter natlige padder og kan true med at økologiske beskyttelse. Det er også blevet rapporteret, at LED-belysning i museer er misfarve de faktiske farver af oliemalerier malet af Van Gogh og Cézanne 15, 16.
Således kan en candle-lignende organisk LED blå-emission fri og lav FTT (OLED) være en god erstatning for LED og CFL. Stearinlys udsender en blå-fare-fri og lav FTT (1914 K) belysning, samt en høj kvalitet (høj farvegengivelse indeks, CRI) emission spektrum. HoWever, de fleste af de el-drevne lygter udsender intens blå lys med en forholdsvis høj FTT. For eksempel er den laveste FTT er omkring 2.300 K for glødepærer, mens den er 3000 eller 5000 K til varme eller kolde hvide lysstofrør og LED-armaturer. Hidtil har lave FTT OLED næsten fri af det blå emission blevet fremstillet til menneske-venlige belysning. I 2012 Jou gruppe rapporterede en fysiologisk venlig, tør-behandlet, enkelt Emissive lag OLED med en FTT på 1773 K og en virkningsgrad på 11,9 lm / W 17. Enheden udviste en meget lavere FTT i forhold til glødepære (2300 K), mens dens magt effektivitet ikke var acceptabelt fra en energibesparende synspunkt. De rapporterede en anden tør-forarbejdede candlelight-stil OLED ved hjælp af dobbelte emissionsforårsagende lag sammen med en carrier modulation lag 18. Det udstillede en lav FTT af 1970 K og en virkningsgrad på 24 lm / W. Senere, en tør-forarbejdede OLED består of tre emitterende lag sammen med en bærer modulation lag blev rapporteret 19. Dens strømeffektivitet var 21-3 lm / W og varieret med FTT, som lå fra 2500 K til 1900 K. I 2014 Hu et al. rapporterede en tør-forarbejdet hybrid OLED med dobbelt emissionsforårsagende lag adskilt af et mellemlag, som viste en høj virkningsgrad på 54,6 lm / W og en lav FTT af 1910 K 20. For nylig har Jou gruppe fremstillet en højeffektiv candlelight-stil OLED ved anvendelse dobbelte emitterende lag 21. Det udstillede en høj effekt effektivitet 85,4 lm / W med en FTT på 2279 K. Indtil nu er der blevet gjort alle bestræbelser på at udvikle høj effektivitet, lav FTT candlelight-stil OLED-enheder ved at udnytte tørre processer og komplicerede enhed arkitekturer 17, 18, 19, 20, 21, 22. Udarbejdelse en candlelight OLED med våd-proces gennemførlighed samtidig har en lav FTT, en høj virkningsgrad, og en høj lyskvalitet er en udfordring. Ingen undersøgelse er blevet udviklet til at beskrive emissionsspektret følsomheden af en given lyskilde i forhold til det blå lys. Kvaliteten af lys om natten kan besluttes / forbedret for at minimere undertrykkelse af melatonin-sekretion.
Der er nogle rapporteret modeller, der beregner mængden af undertrykkelse. For det første Brainard et al. 23 og Thapan et al. 24 rapporterede den spektrale følsomhed ved hjælp monokromatisk lys. Senere blev effekten af polykromatisk lys på melatonin undertrykkelse beskrevet 25, 26. Sidstnævnte er vedtaget i denne undersøgelse, da de fleste af de kommercielt tilgængelige armaturer eller nye lyskilder er polykromatisk og spanover hele det synlige område (dvs. fra dyb rød til violet).
I dette arbejde præsenterer vi omfattende protokoller til fremstilling af blå-fare-fri candlelight OLED via tørre og våde processer. I begge processer, er enheden arkitektur forenklet ved at ansætte en enkelt emitterende lag uden carrier modulation lag. Den elektroluminiscens (EL) spektrum af fremstillede OLED analyseres for grænsen den retinale eksponering og for niveauet af melatonin sekretion undertrykkelse. En grænse på udsendte lys på nethinden maksimal eksponering beregnes ved hjælp af teoretiske aspekt, blev rapporteret af Den Internationale Elektrotekniske Kommission (IEC) 62471 standard 27, 28. Grænsen maksimal eksponering "t" er beregnet ved hjælp af emission spektrum af hver OLED på lysstyrken på 100 og 500 lux, tilstrækkelig til hjemmet og belysning kontor, hhv. Alle relaterede beregning steps er sekventielt givet i protokollen sektion. Endvidere er effekten af belysning på melatonin undertrykkelse følsomhed beregnes ved at følge ligninger af handling spektrum af melatonin undertrykkelse 29. Beregningen sker ved at følge trinene i protokollen sektion. De beregnede værdier for grænsen maksimal eksponering "t", og melatonin undertrykkelse sensitivitet (%) i forhold til FTT er givet i tabel 3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
BEMÆRK: Alle anvendte materialer er ikke-kræftfremkaldende, ikke-brændbar og ugiftig.
1. Fremstilling af Blue-fare-fri Candlelight OLED
- tør proces
- Tag et objektglas som et substrat, der skal belægges med en 125 nm indiumtinoxid (ITO) anodelag. Vask af substratet med 200 ml (50 ml flydende vaskemiddel og 150 ml deioniseret vand) af sæbeopløsning. Skyl substratet med deioniseret vand. Tør substratet med en nitrogen spredt stråle.
- Sæt underlaget på et objektglas holder og dyppe diasholderen i acetone løsning i et bæger. Sæt bægerglasset i et ultralydsbad. Sonikeres substratet ved 50 ° C i 10 min.
- Overfør objektholderen med substratet til isopropanolopløsning i et bæger og igen lydbehandling ved 60 ° C i 10 min.
- Tag underlaget fra bægeret og sætte det i UV / ozon slot til 10 min for at tørre. Rengør overfladen fuldstændigt.
- Bryd vacuum af den termiske fordamper kammeret ved at lukke ventilen i det højvakuum og åbne ventilen i nitrogengas til kammeret.
- Indlæse den rensede substrat i kammeret på substratet holderen rotere. For hvert lag, der vil blive deponeret, belastning 100 mg af hvert krævet organisk materiale, 3 mg lithium fluorid (LIF), og en 224 mg aluminium (Al) barre til digelen inde i kammeret.
- Luk døren af kammeret og vente på et højt vakuum på 5 × 10 -6 Torr. Når højt vakuum er nået inde i kammeret, starte deponering af de organiske lag på underlaget med ITO.
- Depositum en 5 nm indsprøjtning hul lag ad deposition hastighed på 0,8-1 A / S.
- Depositum en 25 nm transport lag ad deposition hastighed på 1-1,5 A / S.
- Depositum en 30 nm emitterende lag (8 vægt.% Grøn farvestof og 0,85 vægt.% Dyb-rød farve doteret i 20 mg af en bestemt vært) med en deposition på 1-1,5 A / S.
- Depositum en 30 nm elektrontransportkæden lag ad deposition hastighed på 1-1,5 A / S.
- Depositum en 20 nm lag af elektron transport co-fordampe med elektron injektion materiale ved en deposition på 1-1,5 A / S.
- Depositum en 1-nm elektron injektion lag af LIF på en deposition på 0,3-0,4 A / S.
- Indbetal et 100-nm katode lag af Al med en deposition på 10-15 A / S.
- Sluk den nuværende controller og vente 10 minutter under højt vakuum. Luk ventilen for højvakuum og åbne ventilen for nitrogengas til kammeret for at bryde den højvakuum.
- Flyt fabrikeret OLED enhed fra kammeret til atmosfæren, og derefter overføre det til en handskerummet med en indkapsling maskine under en nitrogen atmosfære.
- Indkapsle fremstillede OLED enhed med en topdæksel lavet af glas ved hjælp af lim og derefter tørre limen ved at sætte enheden i UV-stråling boks til 110 s.
- Skub ud den indkapslede OLED enhed frahandskerummet og overføre den til mørkekammeret for målinger.
- Våd proces
- Rengør ITO substrat ved at bruge de førnævnte rengøringsprocedurer fra trin 1.1.2 til 1.1.4.
- Tag en vandig opløsning af PEDOT: PSS (opbevaret ved 4 ° C) at deponere injektionen hul lag. Opløsningen filtreres i et hætteglas ved anvendelse af en diameter filter 25 mm bestående af en nylonstof med en porestørrelse på 0,45 um.
- I et hætteglas, forberede transport hul lag opløsning af 3,6-bis (4-vinylphenyl) -9-ethylcarbazol (VPEC) 30 opløst i chlorbenzen opløsningsmiddel i forholdet 3 mg: 1.000 pi. Sonikeres opløsningen i 30 minutter i ultralydsbad og foretage sonikeret opløsning i et hætteglas med et filter 15-mm diameter, der består af et nylonstof med en porestørrelse på 0,45 um.
- Der fremstilles en opløsning til det emitterende lag.
- Tage 5 mg af angivne vært materiale og opløse det in tetrahydrofuran (THF) i et forhold på 10 mg: 1.000 pi. Sonikeres vært-opløsning ved 50 ° C i 30 min.
- Tag 1 mg af hvert af de krævede gæst materialer og opløse dem i THF i et forhold på 1 mg: 1.000 pi. Sonikeres gæsten-opløsning ved 50 ° C i 30 min.
- Filter hver opløsning separat i hætteglas med et filter 15 mm i diameter bestående af et nylonstof med en porestørrelse på 0,45 um.
- Bland gæst-opløsning i værten-løsningen ifølge given vægtprocent (3 vægt.% Af gult farvestof, 6 vægt-.% Af orange-farvestof, og 12,5 vægt.% Af grønt farvestof), dotering for det emitterende lag.
- Overfør hætteglas med PEDOT: PSS, VPEC og emitterende lag løsninger sammen med præ-rengjort underlag og pipette dem i handskerummet.
- Start overtrækning lagene på substratet med ITO i følgende rækkefølge under en nitrogenatmosfære: injektionen hul lag, transport hul lag, og emitterende lag.
- Deponere en 35 nm injektion hul lag ved spin-coating af en 750 pi opløsning af PEDOT: PSS ved 4.000 omdrejninger pr min (rpm) i 20 s.
- Tør PEDOT: PSS lag ved 120 ° C i 40 minutter for at fjerne resterende opløsningsmiddel.
- Deponere 10 nm transport hul lag ved spin-coating af en 400 pi opløsning af VPEC ved 3.000 rpm i 20 s.
- Bage laget ved 120 ° C i 20 min for at fjerne resterende opløsningsmiddel.
- Opvarm lag ved 230 ° C i 40 min for en tværbindingsreaktion at finde sted, før afsætning af det emitterende lag 30.
- Deponere en 20 nm emitterende lag ved spin-coating af en 400-pi opløsning ved 2.500 rpm i 20 min.
- Skubbe ud spin-coatede substrat fra handskerummet til atmosfæren og overføre den til det termiske fordamper kammer til yderligere aflejring af lag. Vakuum brydes af den termiske fordamper kammeret ved at lukke ventilen i det højvakuum og åbne ventilen af nitrogengas til kammeret.
- Indlæse substratet i kammeret på substratet holderen rotere. Indlæse 45 mg TPBi, 3 mg af LIF, og en 224 mg Al barre til digelen inden i kammeret for de lag, vil blive deponeret. Deponere lagene på substratet med det emitterende lag i følgende rækkefølge.
- Depositum en 32 nm elektron transport lag af TPBi på en deposition på 1-1,5 A / S.
- Depositum en 1 nm elektron injektion lag af LIF på en deposition på 0,3-0,4 A / S.
- Indbetal et 100-nm katode lag af Al med en deposition på 10-15 A / S.
- Sluk den aktuelle controller og vent 10 minutter under højvakuum. Følg de førnævnte procedurer fra trin 1.1.8 til 1.1.11 for at fuldføre det indkapslede OLED enhed.
- Beregning af grænsen nethinden-tilladelig eksponering "t":
- Mål EL-spektret af belysningsanordningen ved hjælp af en spectroradiometer. Det resulterende EL-spektret er vist i figur 1a.
- Mål EL spektrum data (intensitet versus bølgelængde) på en FTT.
- Konverter EL spektrum data til spektral udstråling E λ (normaliseret intensitet versus bølgelængde). Skift spektret til det format er vist i figur 1b.
- Brug de spektrale data fra det blå lys-vægtede funktion til måling af retinal fare fra belysning kilde (dvs. trække det blå lys fare funktionen B (λ) med hensyn til bølgelængde) 28. Den resulterende plot er vist i figur 1c.
- Beregn værdien af udstrålingen (E B) af en given lyskilde ved hjælp af spektrale udstråling E λ og blå-hazard funktion B (λ) svarende til hver bølgelængde.
- Sæt af værdierne for E λ og B (λ) fra ovennævnte grunde i følgende formel:
- Få den numeriske værdi af E B i W m -2.
- Sæt værdien af E B i den maksimalt tilladte grænse retinal eksponering "t" formel:
..... (2) - Erhverve grænseværdien "t" med hensyn til FTT af en given lyskilde.
- Beregning for melatonin undertrykkelse følsomhed:
- Mål EL spektret af en given belysning enhed ved hjælp spektroradiometer. Det resulterende spektrum er vist i figur 2a.
- Få den melatonin undertrykkelse effekt pr kvante, S PQ, fra de programmerede data 29. For en given monokromatisk lys λ, udtrykke S PQ som følger:
S PQ (λ) = 10 (λr-λ) / C ............. (3)
Værdierne af S PQ (λ) i forhold til bølgelængde er angivet i tabel 1, og den respektive graf er vist i figur 2b. - Brug fotopiske lysstyrke funktion V (λ) til at konvertere S PQ (λ) i den melatonin suppression effekt per lux, S LC (λ), for at give det en praktisk betydning. Værdierne for V (λ) i forhold til bølgelængden er angivet i tabel 2, og den respektive graf er vist i figur 2c.
- Udtryk korreleret melatonin undertrykkelse magt, 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) - Sætte værdierne af intensiteten S I (λ) fra EL-spektret af engivet lyskilde sammen med værdierne af S PQ (λ) og V (λ) i forhold til bølgelængden i den ovennævnte formel og beregne S LC (λ) på følgende måde:
S LC (λ) =
- Hent en numerisk værdi på S LC (λ) i lx -1 fra ovennævnte beregning. For eksempel ved at sætte S I (λ) fra EL-spektret af den givne stearinlys OLED med en FTT af 1.940 K, melatonin suppression magt er:
S LC (λ) = 90 lx -1 - Vælg en reference lys til at beregne den relative melatonin suppression følsomheden i en given lyskilde. Henvisningen lys kan være en bølgelængde på 460 eller 480 nm. Her vælger vi et blåt lys på 480 nm som reference lys.
- Beregn S LC (λ) for referencen blå lys (480 nm) ved hjælp af ovennævnte formel.
LC (480 nm) = 3445 lx -1 - Opdele S LC (λ) i en given lyskilde ved S LC (480 nm) og gange kvotienten med 100 for at få melatonin suppression følsomhed procentdel (%) af et givet lys i forhold til reference blåt lys.
Relativ melatonin undertrykkelse følsomhed =
× 100% ......... .... (5)
BEMÆRK: For eksempel i forhold melatonin undertrykkelse følsomhed =
× 100% = 2,61%. , Den givne candlelight OLED viser således en melatonin suppression følsomhed på 2,61% i forhold til den for 480-nm blåt lys.
..... (2) 
× 100% ......... .... (5) 
× 100% = 2,61%. , Den givne candlelight OLED viser således en melatonin suppression følsomhed på 2,61% i forhold til den for 480-nm blåt lys. Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De nuværende spænding-luminans karakteristika for de resulterende candlelight OLED måles ved hjælp af et elektrometer sammen med en 100 A luminans meter. De emissionsniveauer områder er 9 mm 2 for alle de resulterende tørre-forarbejdede enheder og er 25 mm 2 til våde-forarbejdede enheder. Her anvendte vi et 125 nm ITO-overtrukket glassubstrat med en flademodstand på 15 Ω / sq som anode. Det har en transparens større end 84% (tabel 4). Alle OLED-enheder, der består af en Al katode måles med luminans i den fremadgående retning. EL spektrum og Commission International de l'Eclairge (CIE) farvekoordinater opnås ved hjælp af en spektroradiometer 31. Det resulterende EL spektret bruges til at beregne den grænse nethinden eksponering "t", og melatonin undertrykkelse magt. Alle beregningstrin sekventielt angivet i protokollen sektion.
Indholdsproduktion. "fo: holde-together.within-side =" 1 "> Det tilladelige retinal eksponering beregnes ud fra udstråling af den givne lyskilde, der er rettet mod det menneskelige øje Varigheden maksimal eksponering for blåt lys kunne være lig med eller lavere end 100 s, hvis det menneskelige øje er rettet mod en lyskilde af stråling E B = 1 Wm -2. Hvis udstråling er mindre end 1 Wm -2, vil grænseværdien overstige 100 s 27. den beregnede grænse maksimal eksponering " t "kan bruges til at klassificere den givne lyskilde i en af de fire risikogrupper (dvs. Risk Group 0 (RG0), Risk Group 1 (RG1), Risk gruppe 2 (RG2), og Risikogruppe 3 (RG 3) hvis "t" er større end 10.000 s, mellem 10.000 og 100 s, mellem 100 og 0,25 s, eller mindre end 0,25 s, henholdsvis). Figur 3a og 3b viser virkningen af FTT ved 100 lx og 500 lux på den retinale eksponering grænse for de blå-fare-fri candlelight OLED foretaget via tør og wET processer. Generelt vil begrænse det tilladte eksponering stige med en faldende FTT. Vigtigst, den anvendte belysningsstyrken har en yderst dybtgående indvirkning på grænsen tilladelig eksponering retinal maksimum. Ved at reducere den anvendte lysstyrke 500-100 lux, begrænse hele eksponering skifter ind i RG0 zone, hvoraf de fleste ellers ville være placeret i RG1 zone. Disse lygter, der udviser en FTT lavere end 1922 K specielt flytte deres grænseværdier til RG0, som vist i figur 3a. Idet strålingen ved 500 lx, for eksempel, kan nethinden tolerere 1.020 s ved 2700 K (Enhed 1-i), 1.226 s ved 2100 K (Enhed 1-ii), og 6.284 sekunder ved 1.864 K (Enhed 2-i) . Med andre ord, lys på 1864 K er 5 og 6,2 gange sikrere end lys på 2100 K og 2700 K, hhv. Som vist i figur 3b, alle de undersøgte OLED enheder viser grænseværdier med en risikogruppe RG1 ved 500 lx. Ved at reducere belysningen til 100 lux, grænseværdien vil jegncrease med 5 gange over hele CCT undersøgt. Med andre ord vil det være 5 gange mere sikkert at vedtage en illuminans på 100 lux i stedet for 500 lx. Som vist i figur 3a, på 100 lux, enhederne (2-i, ii, iii) med en FTT fra 1922 K til 1864 K viser en grænseværdi med en RG0 klassificering. Det skal bemærkes, at alle enheder med RG0 klassificering er stadig skadeligt for nethinden, som eksponeringstiden overstiger 100.000 s. Selv lav-CCT OLED viser en tilladelig eksponering frist for, hvornår retinal skader kan forekomme.Den melatonin undertrykkelse følsomhed beregnes ved hjælp af EL spektrum af levende lys OLED den melatonin undertrykkelse effekt pr lux, og lysstyrke funktion. Den melatonin suppression effekt pr quantum, S PQ, ved varierende bølgelængder er angivet i tabel 1. Undertrykkelsen effekt pr foton omdannes derefter pr lux ved hjælp af lysstyrke function V (λ). De gennemsnitlige intensiteter af lys ved forskellige bølgelængder er angivet i tabel 2. Referencen blåt lys på 480 nm anvendes til at beregne den relative melatonin suppression følsomhed af stearinlysets OLED. Hele beregning sker ved hjælp af protokollen trin 1.4.1 til 1.4.9.
Som vist i figur 4, alle de fabrikerede blå-fare-fri candlelight OLED-enheder viser en melatonin undertrykkelse følsomhed under 4%. Enhed 1-i med en FTT på 2700 K undertrykker udskillelsen af melatonin til 3,19%, Enhed 1-ii med en FTT på 2100 K undertrykker det til 2,74%, og Enhed 1-iii med en FTT på 1940 K undertrykker det til 2,61 %. Med andre ord, Enhed 1-iii undertrykker 18% og 14% mindre melatonin sekretion end Devices 1-i og 1-ii hhv. Desuden Enhed 2-iii, med en FTT på 1922 K, viser den mindste melatonin undertrykkelse følsomhed, 1,05%, blandt alle de rapporterede OLED-enheder. Derfor,Enhed 2-iii er 67% bedre end Enhed 1-i (2700 K). Desuden varm-hvid LED (FTT: 2632 K, melatonin undertrykkelse følsomhed: 8%) og kold-hvid CFL (FTT: 5921 K, melatonin undertrykkelse følsomhed: 29%) er 662% og 2662% mere farligt for melatonin-sekretion end OLED Device 2-iii modstykke. Derfor er de blå-fare-fri candlelight OLED, der udviser en meget lav undertrykkelse effekt på udskillelsen af melatonin og kan bruges om natten, uden høj grad at forstyrre udskillelsen af melatonin.
Desuden lys kvalitet er en kritisk parameter for en hvilken som helst belysningskilde. Farvegengivelsesindeks (CRI) var engang betragtes som den mest pålidelige parameter for at kvantificere lyskvaliteten af en given belysning kilde. Dog nogle mangler bemærket i CRI-værdier. For at forbedre på det, et nyt lys kvalitet indeks, spektrum lighed indeks (SRI), er rapporteret. Det er defineret som den procentvise lighed mellem en given lys source og dens tilsvarende sortlegemestråling baseret på den samme FTT 32, 33. For at skabe en kvalitet lys er der behov for en lav FTT eller blå emissionsfri belysning enhed med en høj SRI. Ikke desto mindre har de tilgængelige lygter ikke demonstrere disse kvaliteter. Her rapporterede blå-fare-fri candlelight OLED-enheder udviser en SRI spænder fra 75 til 84 med en lav FTT fra 1864 K til 2700 K. For eksempel OLED enheder med FTT værdier på 1922 K og 1940 K viser SRI værdier af 76 og 81 (tabel 3). De udsendte lys et lys og blå-fare-fri stearinlys OLED er vist i figur 5.
Fra et energibesparende perspektiv, er stearinlys betragtes energi-spilde (0,1-0,3 lm / W). Den rapporterede blå-fare-fri stearinlys OLED udviser en virkningsgrad på 30 lm / W, hvilket er det dobbelte af en glødepære og 3 00 gange så et stearinlys. Effektiviteten af hver enhed er givet i tabel 3. Desuden denne stearinlys OLED giver en fysisk cool, men sensationelt varm glød. Det er energibesparende, ikke-påtrængende, og fri for flimmer, blænding, og UV-stråling. Den blå-fare-fri levende lys OLED er sikkert at bruge i stedet for stearinlys eller de andre aktuelle hvide lys.
Figur 1: (a) Prøve EL spektrum af den givne candlelight OLED, (b) normaliseret EL-spektrum af fremstillede stearinlys kilden, og (c) blåt lys hazard funktion med hensyn til bølgelængden og handling spektrum af blåt lys fare med en krystallinsk linse i øjet 28 (gengivet fra ICNIRP 2013).blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: (a) Prøve EL-spektrum af fremstillede candlelight OLED, (b) melatonin suppression effekt pr quantum, S PQ, i forhold til bølgelængde 29, og (c) lysstyrke funktion V (λ) (normaliseret intensitet forskellige lys versus bølgelængden ). Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: Effekt af FTT af de blå-fare-fri stearinlys lys OLED på retinal maksimumsgrænse den tilladte eksponering ved (en (b) 500 lx. Ved en høj lysstyrke, kan selv en lav FTT OLED udgøre en trussel mod nethinden. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4: Effekt af FTT på melatonin undertrykkelse følsomhed (%) af de blå-fare-fri candlelight OLED, foretages via tørre og våde processer og varm-hvide LED. Den blå-fare-fri stearinlys OLED udviser en meget lav undertrykkelse effekt på udskillelsen af melatonin. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figure 5: Fotografier af cloud papirer med regnbuer og hvide farver oplyst af stearinlys (til venstre) og en blå-fare-fri candlelight OLED (højre) ved 10 lx 34. Klik her for at se en større version af dette tal.
| bølgelængde (nm) | S PQ | bølgelængde (nm) | S PQ | bølgelængde (nm) | S PQ | bølgelængde (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 | <td> 3.02E-04|
| 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 |
Tabel 1: 29, S PQ.
| Bølgelængde (nm) | Intensitet | Bølgelængde (nm) | Intensitet | Bølgelængde (nm) | Intensitet | Bølgelængde (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 | <td> 0,70784624 | 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 | 0.11.924 | 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 |
Tabel 2: Intensiteten af forskellige lys i det synlige område.
Tabel 3 :. Operation spænding (OV), strømeffektivitet (PE), FTT, lyskvalitet spectrum lighed indeks (SRI), grænseværdi "t", melatonin undertrykkelse følsomhed (%), og maksimal luminans af de undersøgte blå-fare-fri stearinlys OLED-enheder foretaget via tørre og våde processer. Klik her for at se en større version af denne tabel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De mest kritiske trin i fremstillingen af OLED-enheder er: 1) rengøring af glas substrat, 2) Valg af passende opløsningsmiddel, 3) opløsning af det organiske materialer, 4) ensartet danner filmen via spin-coating i den våde proces, og fem ) styring af udfældningshastigheden og tykkelsen af det organiske lag under termisk fordampning. I første omgang rengøring af ITO anode substrat er et afgørende skridt for at opnå høj effektivitet. Glassubstratet renses med sæbe løsning til at fjerne fedtede pletter eller lag. Derefter er det ultra-lydbehandlet i acetone, efterfulgt af isopropanol, at udrydde snavspartikler anodelaget. UV / ozon behandling er givet til substratet før indbetale lag på ITO. UV / ozon-behandling, ikke blot tørrer substratet, men det øger også overfladen oxygen og dermed forbedrer arbejdsfunktionen af ITO 35. Det kan reducere hullet injektion barriere for at lette mere hul transport.
jove_content "> Efterfølgende organiske lag anbragt på ITO anode ved to særskilte metoder, nemlig den tørre proces og den våde metode. For stearinlys OLED fremstillet med den tørre proces, er alle organiske molekyler inddampet under højvakuum og aflejres på først ITO lag. i denne proces, er temperaturen øges gradvist trin for trin, og de organiske materialer er deponeret ved en bestemt temperatur. det forhindrer uensartethed af den tynde film og muliggør præcis lagtykkelsen. Dry-forarbejdede stearinlys OLED enheder er ultra -ren og fri for enhver ikke-emitterende pletter. Alligevel denne proces er begrænset til fremstilling af store areal film og er omkostningseffektiv ineffektive på grund af et stort forbrug af organiske materialer. på den anden side, den våde proces omfatter spin-coating, inkjet print, og trykning af polymer og organiske materialer, en omkostningseffektiv og stor-område, og masse-produktion procedure for oprettelse af OLED-enheder 36 - 38.Til våde-forarbejdede stearinlys OLED, indsprøjtning hul, hultransporterende og emissionsforårsagende lag er spin-belagt ved en specificeret rpm og varighed. Det er en hurtig deposition teknik, som muliggør kontinuerlig produktion. Store udfordringer i den våde proces er valget af opløsningsmiddel og forebyggelse af uønsket blanding af efterfølgende belagt organiske lag. Nogle organiske materialer ikke opløses ordentligt i det organiske opløsningsmiddel på grund af en polaritet mismatch. Organiske opløsningsmidler også opløse præfabrikerede organiske lag, hvilket resulterer i morfologiske og kompositionelle fejl 39, 40. For at undgå sådanne problemer, vi bagte indsprøjtning hul lag af en ledende polymer, PEDOT: PSS, for at gøre en mere hydrofil overflade før belægning transport hul lag. Efter dette, en transport hul lag af VPEC er spin-coatede og igen bagt ved 120 ° C i 20 minutter for at gøre det termisk stabel og for at undgå tilstedeværelsen af resterende opløsningsmiddel. Endvidere er VPEC lag opvarmet til 230 ° C til tværbinding 30 det hultransporterende lag. Følgelig det emitterende lag er spin-coatet på hultransporterende lag til at omgå morfologiske defekter. Elektrontransportkæden lag og katodelag aflejres via termisk fordampning under højvakuum.
Tidligere-rapporteret candlelight-stil OLED-enheder blev fremstillet ved en tør proces 18, 21. Disse anordninger blev sammensat af en kompleks arkitektur, som dobbelt emitterende lag og et yderligere bærer modulation lag 18, 21, 22. I denne undersøgelse har vi modificeret OLED enhed arkitektur og undgået kompleksitet ved anvendelse af en enkelt emitterende lag. De rapporterede blå-fare-fri candlelight OLED også fremstillet udenbruger nogen blå eller himmelblå udledere. EL-spektret af OLED enheder kan vilkårligt dannet. Tør- og våd-forarbejdede OLED-enheder udviste forskelligt formede emissionsspektre med lave FTT værdier. Disse spektre viste forskellige effekter fra perspektivet af grænsen maksimal eksponering og melatonin undertrykkelse følsomhed (tabel 3).
Den tørre fremgangsmåde muliggør aflejring af små molekyler og oligomerer i flere lag tykke arkitektur damp. Derudover tørre proces udvikler forskellige måder at opnå høj effektivitet. Også den multiple-lagdelt arkitektur muliggør lavere carrier-injektion barriere, afbalanceret carrier-indsprøjtning til emitterende lag, og effektiv rekombination zone for at lette flere luftfartsselskaber til at rekombinere 40. Men den tørre proces har nogle problemer, såsom den begrænsede termiske stabilitet af de organiske molekyler, den lille produktion på grund af behovet for en høj-vakuum fabrikation tilstand, og materia,l spild grund af den lave materiale udnyttelsesgrad i aflejring osv.
I modsætning hertil den våde proces er mere gunstigt at reducere produktionsomkostningerne og opnå høj effektivitet. Lavprisselskaber polymere materialer er lovende for flere lag, våd-forarbejdede OLED. Deres effektivitet er relativt lavere end vakuum-deponeret, små molekyler organiske materialer. I våd proces, kan effektiviteten forbedres ved anvendelse af en kombination af successive polymer og små molekyler lag. Generelt ansættelse af en polymer transport hul lag med høj triplet energi er i stand til at stabilisere den tidligere spin-belagt indsprøjtning hul film og også for at begrænse de excitoner genereret i det emitterende lag. Små molekyler organiske materialer med høj glasovergangstemperaturer ikke krystalliseret under spin-coating og opretholde filmens integritet. Derudover kan høje triplet energi små molekyler anvendes som en effektiv vært materiale for at sikre en vært-til-guest energioverførsel mekanisme. Wet-proces fremstilling af OLED har også nogle begrænsninger på grund af opløseligheden spørgsmålet om dens materialer. Dag, for at stabilisere den multiple lag arkitektur i den våde metode, har mange tilgange blevet udviklet, der opretholder opløseligheden fra polære til ikke-polære opløsningsmidler 42, 43, 44. Den våde fremgangsmåde muliggør indretningerne, der skal fremstilles i store områder og roll-to-roll med højt gennemløb. Den våde proces tilbyder mere designfrihed for forstyrrende egenskaber, såsom fleksibilitet, gennemsigtighed og ultra-tynd. Den våde proces kan være en lovende teknologi til 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 |
References
- Melton, R. Ultraviolet and blue light. Rev opt. 2, 151 (2014).
- Singerman, L. J., Miller, D. G. Pharmacological Treatments for AMD. Rev Ophthalmol. 10, 88-90 (2003).
- International Energy Agency final report on potential health issues on SSL. , (2014).
- Reilly, R. , http://www.dailymail.co.uk/health/article-2324325/Do-environmentally-friendly-LED-lights-cause-BLINDNESS.html (2016).
- 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).
- 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).
- 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).
- Arendt, J. Melatonin, circadian rhythms, and sleep. New Engl. J. Med. 343 (15), 1114-1116 (2000).
- Wiechmann, A. F. Melatonin: parallels in pineal gland and retina. Exp Eye Res. 42 (6), 507-527 (1986).
- Brown, G. M.
- Lewy, A. J., Wehr, T. A., Goodwin, F. K., Newsome, D. A., Markey, S. P.
- 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).
- 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).
- 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).
- , http://www.vangogh.ua.ac.be (2016).
- 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).
- Jou, J. H. Organic light-emitting diode-based plausibly physiologically-friendly low color-temperature night light. Org. Electron. 13 (8), 1349-1355 (2012).
- Jou, J. H. Candlelight-style organic light-emitting diodes. Adv. Funct. Mater. 23 (21), 2750-2757 (2013).
- Jou, J. H. OLEDs with chromaticity tunable between dusk-hue and candle-light. Org. Electron. 14 (1), 47-54 (2013).
- 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).
- Jou, J. H. Enabling a blue-hazard free general lighting based on candlelight-style OLED. Optics Express. 23 (11), A576-A581 (2015).
- Jou, J. H. High efficiency low color-temperature organic light emitting diodes with a blend interlayer. J. Mater. Chem. 21, 17850-17854 (2011).
- Brainard, G. G. Action spectrum for melatonin regulation in humans: Evidence for a novel circadian photoreceptor. J Neurosci. 21 (16), 6405-6412 (2001).
- 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).
- 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).
- 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).
- International Electrotechnical Commission. Photobiological safety of lamps and lamp systems. IEC 62471: 2006. , IEC. Geneva. (2006).
- ICNIRP. ICNIRP guidelines on limits of exposure to incoherent visible and infrared radiation. Health Physics. 105 (1), (2013).
- Melatonin suppression extent measuring device. Patent. Jou, J. H. , S20120303282 A1 (2012).
- 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).
- 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).
- Jou, J. H. A universal, easy-to-apply light-quality index based on natural light spectrum resemblance. Appl. Phys. Lett. 104, 203304-203309 (2014).
- Jou, J. H. Pseudo-natural light for displays and lighting. Adv. Optical mater. 3, 95-102 (2015).
- Jou, J. H. Wetprocess feasible candlelight OLED. J. Mater. Cem. C. , (2016).
- Kim, B. S. UV-ozone surface treatment of indium-tin-oxide in organic light emitting diodes. J. Korean Phys. Soc. 50, 1858-1861 (2007).
- 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).
- Duan, L. Solution processable small molecules for organic light-emitting diodes. J. Mater. Chem. 20, 6392-6407 (2010).
- Kim, S. K. Low-power flexible organic light-emitting diode display device. Adv. Mater. 23, 3511-3516 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- Volz, D. Auto-catalysed crosslinking for next-generation OLED-design. J. Mater. Chem. 22, 20786-20790 (2012).
- 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).
- 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).
