Summary
Vi presenterar ett protokoll för tillverkning av en blå-riskfri levande ljus organic light emitting diode (OLED) för ögonskydd och utsöndring av melatonin.
Introduction
Numera är ljuskällor som LED och CFL rikligt används för inom- och utomhusbelysning, dels för energibesparande skäl. Dessa lampor är rik på blå emission, som visar en högre benägenhet att orsaka blå-risker. LED och CFL avger ett spektrum berikad med blått ljus, vilket leder till irreversibel skada på näthinnans celler 1, 2, 3, 4. Blått ljus eller intensivt vitt ljus med hög CCT undertrycker utsöndringen av melatonin, ett onkostatiska hormon, som kan störa dygnsrytmen 5, 6 och sovande beteende 7, 8. Melatonin, en viktig hormon för dygnsrytmen, syntetiseras i tallkottkörteln 9. En hög nivå av melatonin observeras under den mörka perioden under 24-h ljus-mörker cycle 10. Men intensivt ljus på natten trycker dess syntes och stör dygnsrytmen 11. Melatoninundertryckning på grund av överexponering för starkt ljus på natten kan vara en riskfaktor för bröstcancer hos kvinnor 12, 13, 14. Förutom dessa risker, avbryter blått ljus verksamhet nattliga amfibier och kan hota att ekologiskt skydd. Det har också rapporterats att LED-belysning i museer är missfärgning de faktiska färgerna av oljemålningar målade av Van Gogh och Cézanne 15, 16.
Således kan en blå-utsläppsfri och låg CCT ljus liknande organisk lysdiod (OLED) vara ett bra substitut för LED och CFL. Ljus avger en blå-riskfri och låg CCT (1914 K) belysning, samt en hög kvalitet (hög färgåtergivningsindex, CRI) emissionsspektrum. hoWever, de flesta av de eldrivna belysningsanordningar avger intensivt blått ljus med en förhållandevis hög CCT. Till exempel är den lägsta CCT om 2300 K för glödlampor, medan det är 3000 eller 5000 K för varma eller kalla vita lysrör och LED-armaturer. Hittills har låga CCT OLED nästan fria från blå emission fabricerats för människovänlig belysning. Under 2012 Jou grupp rapporterade en fysiologiskt vänlig, torr bearbetas, enda emitterande lager OLED med en CCT av 1773 K och en energieffektivitet på 11,9 lm / W 17. Anordningen uppvisade en mycket lägre CCT jämfört med glödlampa (2300 K), medan dess energieffektivitet var inte acceptabelt ur ett energisparsynpunkt. De rapporterade en annan torr behandlas levande ljus stil OLED med dubbla emitterande skikt tillsammans med en bärare moduleskikt 18. Den uppvisade en låg CCT av 1970 K och en energieffektivitet på 24 lm / W. Senare, en torr bearbetade OLED bestående of tre emitterande skikt tillsammans med en bärare moduleskikt rapporterades 19. Dess energieffektivitet var 21-3 lm / W och varierade med CCT, som sträckte sig från 2500 K till 1900 K 2014, Hu et al. rapporterade en torr bearbetad hybrid OLED med dubbla emitterande skikt åtskilda av ett mellanskikt, som visade en hög effektverkningsgrad av 54,6 lm / W och en låg CCT av 1910 K 20. Nyligen har Jou grupp fabricerade ett högeffektivt levande ljus-stil OLED genom användning av dubbla emissiva skikten 21. Den uppvisade en hög effektverkningsgrad av 85,4 lm / W med en CCT av 2279 K. Fram till nu har alla ansträngningar gjorts för att utveckla hög effektivitet, låg CCT levande ljus-stil OLED-enheter genom att använda torra processer och komplicerade anordningsarkitekturer 17, 18, 19, 20, 2122. Utforma en levande ljus OLED med vått-process genomförbarhet och samtidigt har en låg CCT, en hög effektverkningsgrad, och en hög ljuskvalitet är en utmaning. Ingen studie har utvecklats för att beskriva emissionsspektrum känsligheten hos en given ljuskälla med avseende på den blått ljus. Kvaliteten på ljus på natten kan beslutas / förbättrad för att minimera undertryckandet av melatonin sekretion.
Det finns några rapporterade modeller som beräknar mängden av förtryck. För det första, Brainard et al. 23 och Thapan et al. 24 rapporterade den spektrala känslighet med monokromatiskt ljus. Senare, effekten av polykromatiskt ljus på melatoninundertryckning beskrevs 25, 26. Det senare antas i denna studie, eftersom de flesta av de kommersiellt tillgängliga armaturer eller nya ljuskällor är polykromatiskt och spanöver hela det synliga området (dvs., från djupt röd till violett).
I detta arbete presenterar vi omfattande protokoll för tillverkning av blå-riskfria levande ljus OLED via torra och våta processer. I båda processerna är anordningen arkitekturen förenklas genom att använda en enda emissiva skikt utan några bärare moduleringsskikten. Det elektroluminiscenta (EL) spektrum av den tillverkade OLED analyseras med avseende på den retinala exponeringsgränsen och för nivån av melatoninutsöndring undertryckning. En maximal exponering gränsen emitterat ljus på näthinnan beräknas med hjälp av teoretiska aspekt som rapporterades av International Electrotechnical Commission (IEC) 62471 standarden 27, 28. Maxgränsen exponering "t" beräknas med emissionsspektrumet för varje OLED på ljusstyrkan på 100 och 500 lux, tillräckligt för hem och kontor belysning, respektive. Alla relaterade beräknings steps sekventiellt ges i protokollet avsnitt. Vidare är effekten av belysning på melatoninundertryckning känslighet beräknas genom att följa ekvationerna för åtgärden spektrum av melatoninundertryckning 29. Beräkningen görs genom att följa stegen i protokollet avsnitt. De beräknade värdena för den maximala gränsvärden "t" och melatoninundertryckning känslighet (%) med avseende på GTT ges i tabell 3.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
OBS: Alla material som används är icke-cancerframkallande, icke brännbart och icke-toxisk.
1. Tillverkning av Blue-riskfri levande ljus OLED
- torr process
- Ta ett objektglas som ett substrat som skall beläggas med ett 125 nm indiumtennoxid (ITO) anodskiktet. Tvätta substratet med 200 ml (50 ml av flytande tvättmedel och 150 ml avjoniserat vatten) av tvållösning. Skölj substratet med avjoniserat vatten. Torka substratet med en kvävestråle spray.
- Sätta substratet på en glasskiva hållare och doppa glidhållaren i acetonlösning i en bägare. Sätt bägaren i ett ultraljudsbad. Sonikera substratet vid 50 ° C under 10 min.
- Över hållaren med substratet till isopropanol-lösning i en bägare och igen sonikera vid 60 ° C under 10 min.
- Ta ut substratet från bägaren och placera den i UV / ozon kortplats för 10 minuter för att torka. Rengör ytan helt.
- Bryt vacuum av den termiska förångningskammaren genom att stänga ventilen för högt vakuum och öppna ventilen till kvävgas till kammaren.
- Ladda det rengjorda substratet i kammaren på den roterande substrathållaren. För varje skikt som kommer att deponeras, belastning 100 mg av varje föreskriven organiskt material, 3 mg litiumfluorid (LiF), och en 224 mg aluminium (Al) göt i degeln inne i kammaren.
- Stäng dörren till kammaren och vänta på en högvakuum 5 × 10 -6 Torr. När det höga vakuumet har uppnåtts inuti kammaren, starta avsättningen av de organiska skikten på substratet med ITO.
- Sätt in en 5 nm hålinjektionsskiktet vid en förångningshastighet på 0,8-1 A / S.
- Sätt in en transportskikt 25 nm vid en förångningshastighet på minst 1-1,5 A / S.
- Sätt in en 30 nm emitterande skikt (8 vikt.% Grönt färgämne och 0,85 vikt.% Djupröd färg dopad i 20 mg av en viss värd) vid en förångningshastighet på minst 1-1,5 A / S.
- Sätt in en 30 nm elektrontransportskikt vid en förångningshastighet på 1-1,5 A / S.
- Sätt in en 20 nm skikt av elektrontransport samarbete avdunstar med elektroninjektionsmaterial vid en förångningshastighet på minst 1-1,5 A / S.
- Deponera en en-nm elektroninjektionsskikt av LIF vid en förångningshastighet av 0,3-0,4 A / S.
- Sätt in en 100-nm katodskikt av Al vid en förångningshastighet på 10-15 A / S.
- Stänga av strömstyranordningen och vänta 10 min under högt vakuum. Stänga ventilen för högt vakuum och öppna ventilen för kvävgas till kammaren för att bryta det höga vakuumet.
- Flytta tillverkade OLED enhet från kammaren till atmosfären, och sedan överföra den till en handskbox med en inkapslingsmaskin under en kväveatmosfär.
- Kapsla fabricerade OLED enhet med en övre luckan tillverkad av glas med hjälp av lim och sedan torka limmet genom att sätta enheten i UV-strålning box för 110 s.
- Mata ut den inkapslade OLED enheten frånhandskfacket och överföra den till mörkrummet för mätningar.
- våtprocess
- Rengör ITO-belagda substrat genom att använda de ovan nämnda rengöringsmetoder från steg 1.1.2 till 1.1.4.
- Ta en vattenhaltig lösning av PEDOT: PSS (lagrades vid 4 ° C) för att deponera hålinjektionsskiktet. Filtrera lösningen i en ampull genom att använda en filterdiameter 25 mm bestående av ett nylontyg med en porstorlek av 0,45 | j, m.
- I en injektionsflaska, förbereda håltransportskiktet lösning av 3,6-bis (4-vinylfenyl) -9-etylkarbazol (VPEC) 30 upplöst i klorbensen lösningsmedlet i ett förhållande av 3 mg: 1000 mikroliter. Sonikera lösningen under 30 min i ultraljudsbad och filtrera den sonikerade lösningen i en injektionsflaska med en filterdiameter 15 mm bestående av ett nylontyg med en porstorlek av 0,45 | j, m.
- Framställning av en lösning för det emissiva skiktet.
- Ta 5 mg av den angivna värdmaterialet och upplösa den in tetrahydrofuran (THF) i ett förhållande av 10 mg: 1000 mikroliter. Sonikera värd-lösning vid 50 ° C under 30 min.
- Ta 1 mg av vardera av de erforderliga gästmaterial och lös dem i THF i ett förhållande av 1 mg: 1000 mikroliter. Sonikera gästen-lösning vid 50 ° C under 30 min.
- Filtrera varje lösning separat i glasflaska med en filterdiameter 15 mm bestående av ett nylontyg med en porstorlek av 0,45 | j, m.
- Blanda gäst lösning i värd lösningen enligt den givna viktprocent (3 vikt.% Av gult färgämne, 6 vikt.% Av orange-färg, och 12,5 vikt.% Av grön färg), dopning för det emissiva skiktet.
- Överför injektionsflaskor med PEDOT: PSS, VPEC och Skikt lösningar tillsammans med förren substrat och pipettera dem i handskfacket.
- Börja belägga skikten på substratet med ITO i följande sekvens under en kväveatmosfär: hålinjektionsskiktet, håltransportskiktet och emissiva skiktet.
- Deponera en 35 nm hålinjektionsskiktet genom spinnbeläggning av en 750 mikroliter lösning av PEDOT: PSS vid 4000 varv per minut (rpm) under 20 s.
- Torka PEDOT: PSS skiktet vid 120 ° C under 40 min för att avlägsna kvarvarande lösningsmedel.
- Avsätta ett håltransportskiktet 10-nm genom spinnbeläggning av en 400 mikroliter lösning av VPEC vid 3000 rpm under 20 s.
- Baka skiktet vid 120 ° C under 20 min för att avlägsna kvarvarande lösningsmedel.
- Upphetta skiktet vid 230 ° C under 40 min för en tvärbindningsreaktion för att inträffa innan avsättning av det emissiva skiktet 30.
- Deponera en 20 nm emissiva skikt genom spinnbeläggning av en 400-mikroliter lösning vid 2500 rpm under 20 min.
- Att skjutas ut av spinnbelagda substratet från handskboxen till atmosfären och överföra den till den termiska förångningskammaren för den fortsatta avsättningen av skikt. Bryta vakuumet av den termiska förångningskammaren genom att stänga ventilen för högt vakuum och öppna ventilen av kvävetgasen till kammaren.
- Ladda substratet i kammaren på den roterande substrathållaren. Ladda 45 mg TPBi, 3 mg av LIF, och en 224 mg Al göt in degeln i kammaren för skikten som ska deponeras. Deponera skikten på substratet med det emissiva skiktet i följande sekvens.
- Sätt in en 32 nm elektrontransportskikt av TPBi vid en förångningshastighet på 1-1,5 A / S.
- Sätt in en 1 nm elektroninjektionsskikt av LIF vid en förångningshastighet av 0,3-0,4 A / S.
- Sätt in en 100-nm katodskikt av Al vid en förångningshastighet på 10-15 A / S.
- Stänga av strömstyranordningen och vänta 10 min under högt vakuum. Följ de ovannämnda procedurerna från steg 1.1.8 till 1.1.11 för att slutföra den inkapslade OLED-enheten.
- Beräkning av näthinnan-tillåten exponeringsgräns "t":
- Mät EL spektrum av belysningsanordningen med hjälp av en spectroradiometer. Den resulterande EL-spektrum visas i figur 1a.
- Mät EL spektrumdata (intensitet mot våglängd) vid en CCT.
- Konvertera data EL spektrum till spektralradians E λ (normaliserad intensitet mot våglängd). Ändra spektrumet till det format som visas i fig 1b.
- Använd de spektrala data från blått ljus vägda funktion för mätning av skador på näthinnan från ljuskälla (dvs dra det blå ljuset hasardfunktionen B (λ) med avseende på våglängden) 28. Den resulterande kurva är visad i figur 1c.
- Beräkna värdet av den radians (E B) av en given ljuskälla genom att använda spektralradians E λ och blå-hasardfunktionen B (λ) motsvarande varje våglängd.
- Sätta värdena på E λ och B (λ) av ovannämnda tomter in i följande formel:
- Få det numeriska värdet på E B i W m -2.
- Sätt värdet på E B i den maximalt tillåtna retinal exponeringsgränsen "t" formel:
..... (2) - Förvärva exponeringsgränsen "t" med avseende på GTT av en given ljuskälla.
- Beräkning för melatoninundertryckning känslighet:
- Mät EL-spektrum för en given belysningsanordning med spektroradiometer. Det resulterande spektrat visas i figur 2a.
- Få melatoninundertryckning effekt per quantum, S PQ, från de programmerade uppgifter 29. För en given monokromatiskt ljus λ, uttrycker S PQ på följande sätt:
S PQ (λ) = 10 (λr-λ) / C ............. (3)
Värdena på S PQ (λ) med avseende på våglängd ges i tabell 1, och respektive grafen visas i figur 2b. - Använd fotopiska luminositetsfunktionen V (λ) för att omvandla S PQ (λ) i melatoninundertryckning effekt per lux, S LC (λ), för att ge den en praktisk innebörd. Värdena för V (λ) med avseende på våglängden ges i tabell 2, och respektive grafen visas i figur 2c.
- Uttryck korrelerade melatoninundertryckning makt, S LC (λ), för en polykromatiskt ljus, enligt följande: 29
S LC (λ) = ∫λS PQ (λ) S I (λ) dλ / ∫ V (λ) S I (λ) dλ ............... .. (4) - Sätta värdena på intensiteten S I (λ) från EL-spektrum för engiven ljuskälla tillsammans med värdena för S PQ (λ) och V (λ) med avseende på våglängden i ovanstående formel och beräkna S LC (λ) enligt följande:
S LC (λ) =
- Hämta ett numeriskt värde av S LC (λ) i lx -1 från ovanstående beräkning. Till exempel, genom att sätta S I (λ) från EL-spektrum för den givna levande ljus OLED med en CCT av 1940 K, är melatoninundertryckning effekt:
S LC (λ) = 90 lx -1 - Välja en referensljus att beräkna den relativa melatoninundertryckning känsligheten hos en given ljuskälla. Referensljuset kan vara en våglängd av 460 eller 480 nm. Här väljer vi ett blått ljus av 480 nm som referensljus.
- Beräkna S LC (λ) för referens blått ljus (480 nm) genom att använda den ovan nämnda formeln.
LC (480 nm) = 3445 lx -1 - Dela upp S LC (λ) av en given ljuskälla genom S LC (480 nm) och multiplicera kvoten med 100 för att få den melatoninundertryckning känsligheten i procent (%) av en given ljus relativt referens blått ljus.
Relativ melatoninundertryckning känslighet =
X 100% ......... .... (5)
OBS: Till exempel, relativ melatoninundertryckning känslighet =
× 100% = 2,61%. Sålunda visar det givna levande ljus OLED en melatoninundertryckning känslighet på 2,61% i förhållande till den för den 480-nm blått ljus.
..... (2) 
X 100% ......... .... (5) 
× 100% = 2,61%. Sålunda visar det givna levande ljus OLED en melatoninundertryckning känslighet på 2,61% i förhållande till den för den 480-nm blått ljus. Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De ström-spänning-luminans egenskaperna hos de resulterande levande ljus OLED mäts genom användning av en elektrometer tillsammans med en 100 A luminansmeter. Områdena utsläpps är 9 mm 2 för alla de resulterande torra bearbetade enheter och är 25 mm 2 för våta bearbetade enheter. Här har vi använt en 125 nm ITO-belagt glassubstrat med en ytresistans av 15 Ω / sq som en anod. Den har en transparens som är större än 84% (tabell 4). Alla OLED anordningar som består av en Al katoden mäts med luminans i framåtriktningen. EL-spektrum och kommissionen International de l'Eclairge (CIE) färgkoordinater erhålles genom användning av en spektroradiometer 31. Den resulterande EL spektrum används för att beräkna näthinnan exponeringsgränsen "t" och melatoninundertryckning makt. Samtliga beräkningssteg sekventiellt ges i protokollet avsnitt.
INNEHÅLL. "fo: keep-together.within-page =" 1 "> Den tillåtna retinal exponeringen beräknas från utstrålning av den givna ljuskällan som riktas mot det mänskliga ögat maximala exponeringstid för blått ljus kan vara lika med eller lägre än 100 s om det mänskliga ögat är inriktad på en ljusstrålningskälla E B = 1 Wm -2. Om utstrålning är mindre än en Wm -2 kommer gränsvärdet överstiga 27. den beräknade maximala gränsen 100 exponering " t "kan användas för att klassificera den givna ljuskällan i en av de fyra riskgrupperna (dvs riskgruppen 0 (RG0), Risk Group 1 (RG1), riskklass 2 (RG2), och Riskgrupp 3 (RG 3) om "t" är större än 10.000 s, mellan 10.000 och 100 s, mellan 100 och 0,25 s, eller mindre än 0,25 s, respektive). Figur 3a och 3b visar effekten av CCT på 100 lx och 500 lx på retinal exponering gränsen för blå-riskfria levande ljus OLED görs via torr och wet processer. Generellt sett skulle det tillåtna exponeringsgränsen ökar med minskande CCT. Viktigast har tillämpats belysnings en extremt djupgående effekt på näthinnan maxgränsen tillåten exponering. Genom att minska den tillförda ljus 500-100 lx skiftar hela exponeringsgränsen i RG0 zonen, av vilka de flesta annars skulle placeras i RG1 zonen. Dessa belysningsanordningar som uppvisar en CCT lägre än 1922 K särskilt flytta sina gränsvärden som RG0, som visas i figur 3a. Ta strålningen vid 500 lx, till exempel, kan näthinnan tolerera 1,020 s vid 2700 K (Enhet 1-i), 1,226 s vid 2100 K (Enhet 1-ii), och 6,284 s vid 1864 K (Enhet 2-i) . Med andra ord är ljus vid 1864 K 5 och 6,2 gånger säkrare än ljus på 2100 K och 2700 K, respektive. Som visas i figur 3b, alla studerade OLED enheter visar exponeringsgränser med en riskgrupp RG1 på 500 lx. Genom att minska belysningen till 100 lux, gränsvärdet kommer iöka skärpan b med 5 gånger över hela CCT studeras. Med andra ord kommer det att vara 5 gånger säkrare att anta en belysningsstyrka på 100 lx i stället för 500 lx. Såsom visas i figur 3a, vid 100 lx, de enheter (2-i, ii, iii) med en CCT från 1922 K till 1864 K visar en exponeringsgräns med en RG0 klassificering. Det bör noteras att alla enheter med RG0 klassificeringen är fortfarande skadligt för näthinnan, som exponeringstiden överstiger 100.000 s. Därför visar även låg CCT OLED en tillåten exponeringstid gräns bortom vilken retinal skada kan uppstå.Melatoninundertryckning känslighet beräknas med EL spektrum av levande ljus OLED, melatonin undertryckande effekt per lux och luminositetsfunktionen. Melatoninundertryckning effekt per quantum, S PQ, på olika våglängder ges i tabell 1. Undertryckande effekt per fotonen omvandlas sedan till per lux med hjälp av luminositeten funktion V (λ). De genomsnittliga intensiteter av ljus vid olika våglängder ges i tabell 2. Referens blått ljus av 480 nm användes för att beräkna den relativa melatoninundertryckning känsligheten hos den levande ljus OLED. Hela Beräkningen görs med hjälp av protokollet steg 1.4.1 till 1.4.9.
Såsom visas i fig 4, alla tillverkade blå-riskfria levande ljus OLED-enheter visar en melatoninundertryckning känslighet under 4%. Enhet 1-i med en CCT av 2700 K undertrycker utsöndringen av melatonin till 3,19%, enhet 1-II med en CCT av 2100 K undertrycker det till 2,74%, och anordningen 1-III med en CCT av 1940 K undertrycker det till 2,61 %. Med andra ord, Enhet 1-iii undertrycker 18% och 14% mindre utsöndring av melatonin än enheter 1-i och 1-II, respektive. Dessutom Enhet 2-III, med en CCT av 1922 K, visar den minsta melatoninundertryckning känslighet, 1,05%, bland alla rapporterade OLED-enheter. Därför,Enhet 2-III är 67% bättre än enhet 1-i (2700 K). Dessutom varmvitt lysdiod (CCT: 2632 K, melatoninundertryckning känslighet: 8%) och kallvitt CFL (CCT: 5921 K, melatoninundertryckning känslighet: 29%) är 662% och 2662% mer farligt för utsöndring av melatonin än OLED Device 2-iii motsvarighet. Därför blå-riskfria levande ljus OLED som uppvisar en mycket låg dämpning effekt på utsöndring av melatonin och kan användas på natten utan kraftigt störa den utsöndring av melatonin.
Dessutom är ljuskvalitet en kritisk parameter av någon belysningskälla. Den färgåtergivningsindex (CRI) var en gång vara den mest tillförlitliga metriska att kvantifiera ljuskvaliteten för en viss ljuskälla. Det finns dock vissa brister märkt i CRI-värden. Att förbättra det, ett nytt ljus kvalitetsindex, spektrum likhet index (SRI), rapporteras. Det definieras som den procentuella likheten mellan en given ljus source och dess motsvarande svartkroppsstrålning baserad på samma CCT 32, 33. För att skapa en kvalitet ljus, erfordras en låg CCT eller blå utsläppsfria belysningsanordning med en hög SRI. Ändå gör de tillgängliga belysningsanordningar inte visa dessa egenskaper. Här, rapporterade blå-riskfri levande ljus OLED-enheter uppvisar en SRI sträcker sig från 75 till 84, med en låg CCT från 1864 K till 2700 K till exempel OLED enheter med CCT värden på 1922 K och 1940 K visar SRI värden av 76 och 81, respektive (tabell 3). De emitterade ljus av ett ljus och blå-riskfri levande ljus OLED visas i figur 5.
Från en energibesparande perspektiv är ljus anses energi slöseri (0,1-0,3 lm / W). Det rapporterade blå riskfri levande ljus OLED uppvisar en energieffektivitet på 30 lm / W, vilket är dubbelt så mycket som en glödlampa och 3 00 gånger högre än för ett ljus. Resultatet för varje enhet ges i tabell 3. Dessutom ger detta levande ljus OLED ett fysiskt sval men sensationellt varm glöd. Det är energisparande, icke-påträngande, och fri från flimmer, bländning, och UV-strålning. Den blå-riskfri levande ljus OLED är säker att använda i stället för ljus eller andra aktuella vitt ljus.
Figur 1: (a) Prov EL-spektrum av den givna levande ljus OLED, (b) normaliserade EL-spektrum för den tillverkade levande ljus källa, och (c) blåljus hazard funktion med avseende på våglängden och verkningsspektrum av blåljus fara med en lins i ögat 28 (återges från ICNIRP 2013).blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: (a) Prov EL-spektrum för den tillverkade levande ljus OLED, (b) melatoninundertryckning effekt per quantum, S PQ, mot våglängd 29, och (c) luminositetsfunktionen V (λ) (normaliserad intensitet olika ljus kontra våglängden ). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: Effekt av GTT av den blå-riskfri levande ljus OLED på näthinnan högsta tillåtna gränsvärden på (en (b) 500 lx. Vid en hög ljusstyrka, kan till och med en låg CCT OLED utgör ett hot mot näthinnan. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4: Effekt av CCT på melatoninundertryckning känslighet (%) av den blå-riskfria levande ljus OLED, sker via torra och våta processer, och varmvitt LED. Den blå-riskfri levande ljus OLED uppvisar en mycket låg dämpning effekt på utsöndringen av melatonin. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figure 5: Fotografier av moln papper med regnbågar och vita färger upplyst av ljus (vänster) och en blå-riskfri levande ljus OLED (höger) på 10 lx 34. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| våglängd (nm) | S PQ | våglängd (nm) | S PQ | våglängd (nm) | S PQ | våglängd (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 |
Bord 1: 29, S PQ.
| Våglängd (nm) | Intensitet | Våglängd (nm) | Intensitet | Våglängd (nm) | Intensitet | Våglängd (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 | 1,40 eur e-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 olika lampor i det synliga området.
Tabell 3 :. Driftspänning (OV), energieffektivitet (PE), CCT, ljuskvalitet spectrum likhet index (SRI), exponeringsgränsen "t", melatoninundertryckning känslighet (%), och maximala luminans av de studerade blå-riskfria levande ljus OLED-enheter som görs via torra och våta processer. Klicka här för att se en större version av denna tabell.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De mest kritiska stegen i tillverkningen av OLED-enheter är: 1) rengöring av glassubstrat, 2) val av lämpligt lösningsmedel, 3) upplösning av organiskt material, 4) jämnt bildar filmen via spin-beläggning i den våta metoden, och 5 ) som styr avsättningshastigheten och tjockleken av det organiska skiktet under termisk förångning. Inledningsvis rengöring av ITO anod belagda substratet är ett viktigt steg för att uppnå hög effektivitet. Glassubstratet rengörs med tvållösning för att avlägsna feta fläckar eller skikt. Då, är det ultra sonikerades i aceton, följt av isopropanol, för att utrota smutspartiklar från anodskiktet. UV / ozonbehandling ges till underlaget innan deponera några skikt på ITO. UV / ozonbehandling inte bara torkar substratet, men det ökar också ytan syre och således förbättrar arbetsfunktion av ITO 35. Det kan minska hålet injektions hinder för att underlätta mer håltransport.
jove_content "> Därefter organiska skikten avsattes på ITO anoden genom två separata metoder, nämligen den torra processen och den våta processen. För levande ljus OLED tillverkas med den torra processen, är alla organiska molekyler indunstades under högt vakuum och avsattes i följd på ITO-skikt. i denna process är temperaturen ökas gradvis steg för steg, och de organiska materialen är deponerade vid en viss temperatur. den förhindrar olikformighet hos den tunna filmen och gör det möjligt för exakt skikttjocklek. Torra bearbetade levande ljus OLED-enheter är ultra -ren och fri från eventuella icke-emitterande fläckar. icke desto mindre är denna process begränsad till framställning av stora ytor filmer och är kostnadsineffektiv på grund av att en stor förbrukning av organiska material. Å andra sidan, innefattar den våta metoden spinnbeläggning, bläckstråleutskrifter, och screentryck av polymer och organiska material, ett kostnadseffektivt, stora ytor, och masstillverkningsmetod för att skapa OLED-enheter 36 - 38.För våta bearbetade levande ljus OLED, hål injektion håltransporterande och emitterande skikt är spinnbelades vid en viss rpm och varaktighet. Det är en snabb avsättningsteknik, vilket möjliggör kontinuerlig produktion. Stora utmaningar i den våta processen är valet av lösningsmedel och förebyggande av oönskade blandning av senare belagda organiska skikten. Vissa organiska material löser sig inte på rätt sätt i det organiska lösningsmedlet på grund av en missanpassning polaritet. Organiska lösningsmedel upplöses också prefabricerade organiska skikten, vilket resulterar i morfologiska och kompositions defekter 39, 40. För att undvika sådana svårigheter, bakade vi hålinjektionsskiktet av en ledande polymer, PEDOT: PSS, för att göra en mer hydrofil yta innan beläggning håltransportskiktet. Efter det, är ett hål transportskikt av VPEC spinnbelades och återigen i ugn vid 120 ° C under 20 minuter för att göra det termiskt sbord och för att undvika förekomst av kvarvarande lösningsmedel. Vidare är VPEC skiktet upphettades till 230 ° C för tvärbindning av 30 det håltransporterande skiktet. Följaktligen det emissiva skiktet spin-beläggs på håltransporterande skiktet för att kringgå några morfologiska defekter. Elektrontransportskiktet och katodlager deponeras via värme indunstning under högvakuum.
Tidigare redovisade levande ljus-stil OLED anordningar tillverkades genom en torr process 18, 21. Dessa anordningar var sammansatta av en komplex arkitektur, som dubbel emissiva skikt och ett ytterligare bärvågsmodulering skikt 18, 21, 22. I denna studie har vi ändrat OLED-enheten arkitektur och undvek komplexitet genom att använda en enda emitterande skikt. De rapporterade blå-riskfria levande ljus OLED också tillverkas utananvända några blå eller himmelsblå sändare. EL spektrum av OLED-enheter kan godtyckligt bildas. Torr- och våt-bearbetat OLED anordningar uppvisade annorlunda utformad emissionsspektra med låga CCT värden. Dessa spektra visade olika effekter från perspektivet av maxgräns exponering och melatoninundertryckning känslighet (tabell 3).
Den torra processen gör den ångavsättning av små molekyler och oligomerer i den flerskiktiga arkitektur. Dessutom utvecklar den torra processen på olika sätt för att uppnå hög effektivitet. Även flerskiktade arkitektur möjliggör lägre carrier-injektion barriär, balanserad carrier-injektion till Skikt och effektiv rekombination zon för att underlätta fler transportörer att rekombinera 40. Emellertid har den torra processen vissa frågor, såsom den begränsade termiska stabiliteten hos de organiska molekylerna, den låga genomströmningen på grund av behovet av en hög-vakuumtillverkningstillståndet och material slöseri på grund av den låga utnyttjandegraden material i avsättning, osv.
Däremot är den våta processen mer gynnsam för att minska produktionskostnaderna och för att uppnå hög effektivitet. Låg kostnad polymera material är lovande för flerskikts, våt-bearbetade OLED. Deras effektivitet är jämförelsevis lägre än vakuum deponeras, småmolekylära organiska material. I den våta metoden, kan effektiviteten förbättras genom att utnyttja en kombination av på varandra följande polymer och små molekylskikten. I allmänhet är användningen av en polymer håltransportskiktet med hög triplett energi kunna stabilisera tidigare spinnbelagda hål injektion film och även för att begränsa de excitoner som genereras i det emissiva skiktet. Småmolekylära organiska material med höga glasövergångstemperaturer inte kristalliserades under spinnbeläggning och upprätthålla filmintegritet. Dessutom kan höga triplett energi små molekyler användas som en effektiv värdmaterial för att underlätta en värd-till-guest energiöverföringsmekanism. Wet-process tillverkning av OLED har också vissa begränsningar på grund av frågan lösligheten av sitt material. Numera att stabilisera flerskiktsarkitektur i den våta metoden, har många metoder utvecklats som upprätthåller lösligheten från polära till icke-polära lösningsmedel 42, 43, 44. Den våta processen gör det möjligt för enheter som ska tillverkas i stora områden och rulla-till-rulle med hög genomströmning. Den våta processen ger mer designfrihet för störande egenskaper, såsom flexibilitet, transparens, och ultra-tunna. Den våta processen kan vara en lovande teknik för 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).
