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

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

Mavi tehlike içermeyen Mum OLED

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

Summary

Biz göz koruması ve melatonin salgılanması için mavi-tehlike-ücretsiz mum organik ışık yayan diyot (OLED) imalatı için bir protokol mevcut.

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

Günümüzde, LED ve CFL gibi ışık kaynakları bol miktarda kısmen enerji tasarrufu nedenlerden dolayı, iç ve dış aydınlatma için kullanılır. Ancak, bu ışıklar mavi-tehlikeleri neden daha yüksek bir eğilim gösteren mavi emisyon açısından zengindir. LED flüoresan retina hücreleri, 1, 2, 3, 4, geri dönüşü mümkün olmayan hasarlara neden mavi ışık ile zenginleştirilmiş bir spektrum yayar. Mavi ışık veya yüksek SKK ile yoğun beyaz ışık sirkadiyen ritim 5, 6 ve uyku davranışı 7, 8 bozabilir melatonin salgılanmasını, bir oncostatic hormon bastırır. Melatonin, sirkadyen ritim için gerekli bir hormon, epifiz bezinin 9 sentezlenir. Melatoninin yüksek düzeyde 24 saat aydınlık-karanlık c sırasında karanlık döneminde görülmektedirycle 10. Ancak, geceleri yoğun ışık sentezini bastırır ve sirkadiyen ritim 11 bozar. Geceleri parlak ışıklar için aşırı maruz kalma nedeniyle Melatonin bastırma kadınlar 12, 13, 14 meme kanseri için bir risk faktörü olabilir. Bu tehlikelere yanı sıra, mavi ışık gece amfibiler faaliyetlerini durdurur ve ekolojik koruma tehdit olabilir. Ayrıca müzelerde LED aydınlatma Van Gogh ve Cézanne 15, 16 ile boyanmış yağlıboya gerçek renklerini discoloring olduğu rapor edilmiştir.

Böylece, bir mavi emisyon ücretsiz ve düşük SKK mum benzeri bir organik LED (OLED) LED ve CFL için iyi bir yedek olabilir. Mumlar (1914 K) aydınlatma yanı sıra yüksek kaliteli (yüksek renk işleme indeksi, CRI) emisyon spektrumu mavi-tehlike-ücretsiz ve düşük SKK yayarlar. HoWever, elektrik tahrikli aydınlatma cihazları çoğu nispeten yüksek SKK ile yoğun mavi ışık yayarlar. 3.000 veya ılık veya soğuk beyaz floresan tüpler ve LED armatürler için 5000 K Örneğin, en düşük SKK, yaklaşık 2.300 K akkor ampuller içindir. Şimdiye kadar, mavi emisyon neredeyse ücretsiz düşük SKK OLED'ler insan dostu aydınlatma için imal edilmiştir. 2012 yılında, Jou grubu 1773 K bir SKK ve 17 W 11.9 lm bir güç verimliliği / ile fizyolojik dost, kuru işlenmiş, tek yayan tabaka OLED bildirdi. güç verimliliği bakış bir enerji tasarrufu açısından kabul edilebilir değil iken cihaz, akkor ampul (2300 K) kıyasla çok daha düşük SKK sergiledi. Onlar bir taşıyıcı modülasyon tabakasının 18 ile birlikte çift yayıcı katmanları kullanarak OLED başka bir kuru işlenmiş mum tarzı bildirdi. Bu 1970 K düşük SKK ve 24 lm / W güç verimliliği sergiledi. Daha sonra, kuru işlenen OLED O oluşanBir taşıyıcı modülasyon katmanla birlikte üç yayıcı tabakaların f 19 bildirilmiştir. Onun güç verimliliği 21'den 2014 yılında 1900 K. 2,500 K arasında değişmektedir SKK, Hu ve arkadaşları ile W ve çeşitli 3 lm / oldu. 54,6 lm / W ve 1910 K 20 düşük SKK yüksek güç verimliliği gösteren bir ara tabaka, ayrılmış çift yayıcı katmanları ile bir kuru işlenmiş melez OLED bildirdi. Son zamanlarda, Jou grubu çift yayıcı katmanları 21 kullanılarak yüksek verimli mum tarzı OLED uydurdu. Bu 85.4 lm yüksek güç verimliliği sergiledi / Şimdiye kadar, tüm çabalar kuru süreçleri ve karmaşık cihaz mimarileri 17, 18 kullanılarak yüksek verimlilik, düşük SKK mum tarzı OLED cihazlar geliştirmek için yapılmış 2279 K. bir SKK W, 19, 20, 2122. Aynı anda düşük SKK, yüksek güç verimliliği ve yüksek ışık kalitesi yerken ıslak işlem fizibilite ile mum ışığında OLED oluşturulması bir sorundur. Resim çalışma mavi ışık ile ilgili olarak, belirli bir ışık kaynağının emisyonu spektrumu duyarlılığını tanımlamak için geliştirilmiştir. Geceleri ışık kalitesi melatonin salgılanmasının baskılanması en aza indirmek için / geliştirilmiş karar verilebilir.

bastırılması miktarını hesaplamak bazı rapor modelleri vardır. İlk olarak, Brainard ve diğ. 23 ve Thapan ve diğ. 24 monokromatik ışık kullanılarak spektral duyarlılık bildirdi. Daha sonra, melatonin bastırılması üzerine çok renkli ışığın etkisi, 26 25 tanımlanmıştır. piyasada mevcut armatürlerin veya yeni aydınlatma kaynaklarının en çok renkli ve yayılma çünkü ikincisi, bu çalışmada benimsenentüm görünür aralığında (yani, koyu kırmızı gelen menekşe).

Bu çalışmada, kuru ve ıslak süreçler yoluyla mavi-tehlike-ücretsiz mum OLED'ler imalatı için kapsamlı protokolleri sunuyoruz. Her iki işlem, cihaz mimarisi herhangi bir taşıyıcı modülasyon katmanlar olmadan tek yayan tabaka kullanılarak kolaylaştırılmıştır. Fabrikasyon OLED elektroışıma (EL) spektrum retina maruz kalma sınırı ve melatonin salgılanması bastırma seviyesi için analiz edilir. Retinaya yayılan ışığın maksimum maruz kalma sınırı Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC) 62471 standardı 27, 28 tarafından bildirildi teorik yönü kullanılarak hesaplanır. Maksimum maruz kalma sınırı "t", sırasıyla ev ve ofis aydınlatma için yeterli 100 ve 500 lx parlaklığı, her OLED emisyon spektrumu kullanılarak hesaplanır. İlgili tüm hesaplama steps sırayla protokol bölümünde verilmiştir. Ayrıca, melatonin bastırma hassasiyetine aydınlatma etkisi melatonin bastırma 29 eylem spektrumunun denklemleri aşağıdaki hesaplanır. Hesaplama protokol bölümünde verilen adımları izleyerek yapılır. Maksimum maruz kalma sınırı "t" ve SKK ile ilgili melatonin bastırma duyarlılık (%) hesaplanmış değerleri Tablo 3'te verilmiştir.

Protocol

NOT: Kullanılan tüm malzemeler olmayan, karsinojenik olmayan ve yanmayan, ve non-toksiktir. Mavi-tehlike-ücretsiz Mum OLED 1. Fabrikasyon kuru süreç Bir alt-tabaka 125 nm indiyum kalay oksit (İTO) anot tabakası ile kaplanacak olan bir cam slayt al. Sabun çözeltisi, 200 mL (sıvı deterjan, 50 ml deiyonize su, 150 mL) ile alt-tabakanın yıkayın. iyonu giderilmiş su ile alt-tabakanın yıkayın. Bir azot jet sprey ile alt tabakayı kurutun. Bir cam slayt t…

Representative Results

Ortaya çıkan mum OLED akım-gerilim-parlaklık özellikleri bir 100 bir parlaklık ölçer ile birlikte bir elektrometreyi kullanılarak ölçülür. Emisyon alanları ortaya çıkan kuru işlenmiş tüm aygıtların 9 mm 2 ve ıslak işlenmiş cihazlar için 25 mm 2 bulunmaktadır. Burada, bir anot olarak 15 Ω / metrekare levha direnci ile 125 nm ITO-kaplı cam alt tabaka kullanılır. Bu saydamlık daha büyük% 84 (Tablo 4). bir Al katot…

Discussion

OLED cihazlarının üretiminde en kritik adımlar şunlardır: 1) bir cam alt-tabakanın temizlenmesi, 2), uygun bir çözücü seçilmesi, 3) eritilmesi organik maddeler, 4) eşit ıslak işlem spin kaplama ile film ve 5 oluşturucu ) termal buharlaşma sırasında çökelme oranı ve organik katman kalınlığını kontrol eder. Başlangıçta, İTO anot kaplamalı alt tabakanın temizlenmesi yüksek verim elde etmek için çok önemli bir adımdır. Cam alt tabaka yağlı lekeler veya katmanları kaldırmak i?…

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