JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
العربية

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

الأزرق الأخطار خالية ضوء الشموع OLED

Published: March 19, 2017
doi:
10.3791/54644
, , , ,
1Department of Materials Science and Engineering,National Tsing Hua University

Summary

نقدم بروتوكول لتصنيع وعلى ضوء الشموع ضوء الصمام الثنائي العضوي خالية الزرقاء الخطر (OLED) لحماية العين وإفراز الميلاتونين.

Abstract

A candlelight-style organic light emitting diode (OLED) is a human-friendly type of lighting because it is blue-hazard-free and has a low correlated color temperature (CCT) illumination. The low CCT lighting is deprived of high-energy blue radiation, and it can be used for a longer duration before causing retinal damage. This work presents the comprehensive protocols for the fabrication of blue-hazard-free candlelight OLEDs. The emission spectrum of the OLED was characterized by the maximum exposure time limit of the retina and the melatonin suppression sensitivity. The devices can be fabricated using dry and wet processes. The dry-processed OLED resulted in a CCT of 1,940 K and exhibited a maximum retinal exposure limit of 1,287 s at a brightness of 500 lx. It showed 2.61% melatonin suppression sensitivity relative to 480 nm blue light. The wet-processed OLED, where the spin coating is used to deposit hole injection, hole transport, and emissive layers, making fabrication fast and economical, produced a CCT of 1,922 K and showed a maximum retinal exposure limit of 7,092 at a brightness of 500 lx. The achieved relative melatonin suppression sensitivity of 1.05% is 86% and 96% less than that of the light emitting diode (LED) and compact fluorescent lamp (CFL), respectively. Wet-processed blue-hazard-free candlelight OLED exhibited a power efficiency of 30 lm/W, which is 2 times that of the incandescent bulb and 300 times that of the candle.

Introduction

في الوقت الحاضر، ومصادر الإضاءة LED مثل وCFL تستخدم بكثرة لالإضاءة في الأماكن المغلقة والهواء الطلق، وذلك جزئيا لأسباب الموفرة للطاقة. ومع ذلك، هذه الأضواء هي غنية في الانبعاثات الأزرق، مما يدل على زيادة الميل إلى تسبب الزرقاء المخاطر. الصمام وكفل تنبعث من الطيف المخصب مع الضوء الأزرق، مما يؤدي إلى أضرار لا رجعة فيها لخلايا الشبكية 1، 2، 3، 4. الضوء الأزرق أو الضوء الأبيض الشديد مع ارتفاع التحويلات النقدية المشروطة يقمع إفراز الميلاتونين، وهو هرمون oncostatic، والتي قد تعطل إيقاع الساعة البيولوجية 5 و 6 و سلوك النوم 7 و 8. الميلاتونين، وهو هرمون ضروري لإيقاع الساعة البيولوجية، ويتم تصنيعه في الغدة الصنوبرية 9. ويلاحظ وجود مستوى عال من الميلاتونين خلال الفترة المظلمة خلال 24 ساعة ضوء الظلام جycle 10. ومع ذلك، وعلى ضوء مكثف ليلا يقمع التوليف ويعطل إيقاع الساعة البيولوجية 11. الميلاتونين قمع المقرر أن التعرض المفرط للأضواء الساطعة ليلا يمكن أن يكون أحد عوامل الخطر لسرطان الثدي لدى النساء 12، 13، 14. وإلى جانب هذه المخاطر، الضوء الأزرق المقاطعات أنشطة البرمائيات ليلية، ويمكن أن تهدد حماية البيئة. وقد أفيد أيضا أن الإضاءة LED في المتاحف والتشويه الألوان الفعلية من اللوحات الزيتية التي رسمها فان غوغ وسيزان 15 و 16.

وهكذا، يمكن للأزرق الانبعاثات الحرة وانخفاض التحويلات النقدية المشروطة مثل شمعة الصمام العضوي (OLED) أن يكون بديلا جيدا للLED و CFL. الشموع تنبعث منها الدعم المالي المشروط خالية الزرقاء المخاطر وانخفاض (1914 K) الإضاءة، فضلا عن طيف الانبعاث ذات جودة عالية (ارتفاع مؤشر تجسيد اللون، CRI). هوويفر، فإن معظم أجهزة الإضاءة يحركها الكهرباء تنبعث منها الضوء الأزرق مكثفة مع الدعم المالي المشروط عالية نسبيا. على سبيل المثال، وهو أدنى الدعم المالي المشروط هو حوالي 2300 K المصابيح المتوهجة، في حين أنه هو 3000 أو 5000 K أنابيب الفلورسنت البيضاء الدافئة أو الباردة والإنارة LED. حتى الآن، تم ملفقة شاشات OLED CCT المنخفضة تقريبا خالية من الانبعاثات الأزرق للإضاءة صديقة للإنسان. في عام 2012، ذكرت مجموعة جوو] في مباراة ودية من الناحية الفسيولوجية، جافة، المصنعة، واحد OLED طبقة انبعاثاتها مع الدعم المالي المشروط من 1،773 K والكفاءة في استهلاك الطاقة من 11.9 م / ث 17. أظهر الجهاز على الدعم المالي المشروط أقل بكثير بالمقارنة مع اللمبة المتوهجة (2300 K)، في حين أن الكفاءة في استهلاك الطاقة ليست مقبولة من وجهة النظر الموفرة للطاقة وجهة نظر. وذكرت أنها جافة المصنعة على غرار ضوء الشموع آخر OLED باستخدام طبقات انبعاثاتها مزدوجة جنبا إلى جنب مع تعديل طبقة حاملة 18. انها عرضت على الدعم المالي المشروط انخفاض 1،970 K والكفاءة في استهلاك الطاقة من 24 م / ث. في وقت لاحق، ولقد اخترت الجافة المصنعة تتكون سو ثلاث طبقات انبعاثاتها جنبا إلى جنب مع طبقة حاملة تعديل ذكر 19. وكانت كفاءة قوتها 21-3 ل م / ث ومتنوعة مع أن التحويلات النقدية المشروطة، التي تراوحت بين 2500 K إلى 1900 ك. في عام 2014، هو وآخرون. سجلت OLED المختلطة الجافة المصنعة مع طبقات انبعاثاتها مزدوجة مفصولة البينية، التي أظهرت كفاءة عالية الطاقة من 54.6 م / ث والتحويلات النقدية المشروطة انخفاض 1،910 K 20. في الآونة الأخيرة، وملفقة مجموعة جوو] وذات الكفاءة العالية على غرار ضوء الشموع OLED عن طريق استخدام طبقات انبعاثاتها مزدوجة 21. انها عرضت على كفاءة عالية الطاقة من 85.4 م / ث مع الدعم المالي المشروط من 2279 ك. حتى الآن، وقد بذلت كل الجهود لتطوير كفاءة عالية، وأجهزة على غرار ضوء الشموع OLED انخفاض الدعم المالي المشروط عن طريق استخدام العمليات الجافة وأبنية جهاز معقد 17، 18، 19، 20، 2122. ابتكار OLED ضوء الشموع مع الجدوى العملية الرطبة في حين وجود وقت واحد CCT منخفضة، وكفاءة الطاقة العالية، وجودة عالية ضوء يشكل تحديا. وقد وضعت أي دراسة لوصف حساسية طيف الانبعاث من مصدر الضوء بالنظر فيما يتعلق الضوء الأزرق. نوعية من الضوء في الليل يمكن أن يتقرر / محسن للحد من قمع إفراز الميلاتونين.

هناك بعض النماذج ذكرت أن حساب كمية قمع. أولا، برينارد وآخرون. 23 وثابان وآخرون. 24 ذكرت الحساسية الطيفية باستخدام ضوء أحادي اللون. في وقت لاحق، وقد وصفت تأثير الضوء متعدد الألوان على قمع الميلاتونين 25 و 26. واعتمد هذا الأخير في هذه الدراسة، منذ أكثر من المصابيح المتاحة تجاريا أو مصادر الإضاءة الجديدة هي متعدد الألوان، ومدىعلى المدى المرئي بأكمله (أي من أحمر عميق إلى البنفسجي).

في هذا العمل، ونحن تقديم بروتوكولات شاملة لتصنيع شاشات OLED ضوء الشموع خالية الأزرق الأخطار عن طريق العمليات الجافة والرطبة. في كلتا العمليتين، وتبسيط هيكل الجهاز من خلال توظيف طبقة انبعاثاتها واحدة دون أي طبقات حاملة تعديل. وحلل كهربائيا (EL) الطيف للOLED ملفقة للحد من التعرض شبكية العين وبالنسبة لمستوى قمع إفراز الميلاتونين. يتم احتساب الحد الأقصى التعرض للضوء المنبعث إلى شبكية العين باستخدام الجانب النظري الذي جاء في تقرير اللجنة الدولية الكهروتقنية (IEC) 62471 قياسي 27 و 28. ويتم احتساب الحد الأقصى التعرض "تي" باستخدام طيف الانبعاث من كل OLED في سطوع 100 و 500 LX، كافية للمنزل والإضاءة المكتبية، على التوالي. كل الظريف حساب ذات الصلةيتم إعطاء ملاحظة بالتتابع في قسم البروتوكول. وعلاوة على ذلك، يتم احتساب تأثير الإضاءة على حساسية قمع الميلاتونين باتباع المعادلات من الطيف عمل الميلاتونين قمع 29. ويتم حساب ذلك باتباع الخطوات الواردة في قسم البروتوكول. وبالنظر إلى القيم المحسوبة لأقصى حد التعرض "تي" وحساسية الميلاتونين قمع (٪) فيما يتعلق التحويلات النقدية المشروطة في الجدول 3.

Protocol

ملاحظة: جميع المواد المستخدمة هي غير مسببة للسرطان، غير قابلة للاشتعال، وغير سامة. 1. تصنيع OLED ضوء الشموع خالية بلو الخطر العملية الجافة <li style=";text-align:right;direction…

Representative Results

يتم قياس الخصائص الحالية الجهد الإنارة من شاشات OLED ضوء الشموع الناتجة باستخدام الكهربية جنبا إلى جنب مع 100 ألف متر الإنارة. المناطق الانبعاثات هي 9 ملم 2 لجميع الأجهزة الجافة المصنعة الناتجة عنها، وهي 25 ملم 2 لأجهزة المعالجة الرطبة. هن?…

Discussion

الخطوات الأكثر أهمية في تصنيع أجهزة OLED هي: 1) تنظيف الركيزة الزجاج، 2) اختيار المذيب المناسب، 3) حل المواد العضوية، 4) تشكيل موحد الفيلم عبر تدور طلاء في العملية الرطبة، و 5 ) السيطرة على معدل الترسيب وسمك الطبقة العضوية خلال التبخير الحراري. في البداية، وتنظيف الركيز?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors would like to acknowledge the support in part from the Ministry of Economic Affairs and the Ministry of Science and Technology, Taiwan, via Grants MEA 104-EC-17-A-07-S3-012, MOST 104-2119-M-007-012, and MOST 103-2923-E-007-003-MY3.

Materials

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. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Arendt, J. Melatonin, circadian rhythms, and sleep. New Engl. J. Med. 343 (15), 1114-1116 (2000).
  8. Wiechmann, A. F. Melatonin: parallels in pineal gland and retina. Exp Eye Res. 42 (6), 507-527 (1986).
  9. Brown, G. M. Light, melatonin, sleep-wake cycle. J. pshychiatry. Neurosci. 19 (5), 345-356 (1994).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Monico, L. . S. Anal. Chem. 85 (2), 851-859 (2013).
  15. Jou, J. H. Organic light-emitting diode-based plausibly physiologically-friendly low color-temperature night light. Org. Electron. 13 (8), 1349-1355 (2012).
  16. Jou, J. H. Candlelight-style organic light-emitting diodes. Adv. Funct. Mater. 23 (21), 2750-2757 (2013).
  17. Jou, J. H. OLEDs with chromaticity tunable between dusk-hue and candle-light. Org. Electron. 14 (1), 47-54 (2013).
  18. 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).
  19. Jou, J. H. Enabling a blue-hazard free general lighting based on candlelight-style OLED. Optics Express. 23 (11), A576-A581 (2015).
  20. Jou, J. H. High efficiency low color-temperature organic light emitting diodes with a blend interlayer. J. Mater. Chem. 21, 17850-17854 (2011).
  21. Brainard, G. G. Action spectrum for melatonin regulation in humans: Evidence for a novel circadian photoreceptor. J Neurosci. 21 (16), 6405-6412 (2001).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. International Electrotechnical Commission. Photobiological safety of lamps and lamp systems. IEC 62471: 2006. , (2006).
  26. ICNIRP. ICNIRP guidelines on limits of exposure to incoherent visible and infrared radiation. Health Physics. 105 (1), (2013).
  27. Jou, J. H. Melatonin suppression extent measuring device. Patent. , (2012).
  28. 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).
  29. Commission International de l’Éclairage. . Method of measuring and specifying colour rendering of light sources. , 16 (1995).
  30. Jou, J. H. A universal, easy-to-apply light-quality index based on natural light spectrum resemblance. Appl. Phys. Lett. 104, 203304-203309 (2014).
  31. Jou, J. H. Pseudo-natural light for displays and lighting. Adv. Optical mater. 3, 95-102 (2015).
  32. Jou, J. H. Wetprocess feasible candlelight OLED. J. Mater. Cem. C. , (2016).
  33. Kim, B. S. UV-ozone surface treatment of indium-tin-oxide in organic light emitting diodes. J. Korean Phys. Soc. 50, 1858-1861 (2007).
  34. 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).
  35. Duan, L. Solution processable small molecules for organic light-emitting diodes. J. Mater. Chem. 20, 6392-6407 (2010).
  36. Kim, S. K. Low-power flexible organic light-emitting diode display device. Adv. Mater. 23, 3511-3516 (2011).
  37. 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).
  38. 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).
  39. 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).
  40. Volz, D. Auto-catalysed crosslinking for next-generation OLED-design. J. Mater. Chem. 22, 20786-20790 (2012).
  41. 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).
  42. 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

Blue HazardCandlelight OLEDMelatonin SuppressionRetina ExposureDry FabricationITO AnodeThermal EvaporationOrganic LayersEncapsulation

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Jou, J., Singh, M., Su, Y., Liu, S., He, Z. Blue-hazard-free Candlelight OLED. J. Vis. Exp. (121), e54644, doi:10.3791/54644 (2017).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image