블루 위험이없는 촛불의 OLED

요약

우리는 눈 보호 멜라토닌 분비 청색 위험없이 촛불 유기 발광 다이오드 (OLED)의 제작을위한 프로토콜을 제시한다.

초록

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.

서문

요즘, LED 및 CFL 같은 광원이 풍부 부분적으로 에너지 절약 이유로, 실내 및 실외 조명에 사용됩니다. 그러나 이러한 빛은 푸른 위험을 야기 할 수있는 높은 경향을 보여, 파란색 발광이 풍부하다. LED 및 CFL 망막 세포를 ^{1, 2, 3, 4에} 돌이킬 수없는 손상을 초래 청색광이 풍부한 스펙트럼을 방출한다. 푸른 빛 또는 높은 CCT와 강렬한 백색광은 활동 일주기 ^{5, 6,} 수면 행동 ^{7, 8을} 방해 할 수 멜라토닌의 분비, oncostatic 호르몬을 억제한다. 멜라토닌의 일주기 리듬에 필수적인 호르몬은 뇌의 송과선 ^(9)에서 합성된다. 멜라토닌의 높은 수준은 24 시간 명암의 C 동안 어두운 기간 동안 관찰ycle ^10. 그러나 밤에 집중적 인 빛의 합성을 억제하고 활동 일주기 ^(11)을 방해. 밤에 밝은 빛에 노출 과다로 인한 멜라토닌 억제 여성 ^{12, 13, 14} 유방암 위험 요인이 될 수있다. 이러한 위험 외에도, 푸른 빛은 야간 양서류의 활동을 중단하고 생태 보호를 위협 할 수 있습니다. 또한 박물관에서 LED 조명은 반 고흐와 세잔 ^{(15), (16)에} 의해 그려진 유화의 실제 색상을 변색되는 것을보고되었다.

따라서, 청색 발광 무료 및 낮은 CCT 촛불 같은 유기 LED (OLED)는 LED 및 CFL를위한 좋은 대용품이 될 수 있습니다. 양초 (1914 K) 조명뿐만 아니라, 고화질 (높은 연색성 지수 CRI) 발광 스펙트럼 청색 위험없이 낮은 CCT를 방출한다. 호Wever에게는 전기 구동 식 조명 장치의 대부분은 비교적 높은 CCT 강렬한 청색 광을 방출한다. 그것은 3000 또는 따뜻하거나 차가운 흰색 형광등 및 LED 조명에 대한 5000 K 예를 들어, 가장 낮은 CCT는 약 2300 K 백열 전구입니다. 지금까지, 청색 발광의 거의 무료 낮은 CCT의 OLED는 인간 친화적 인 조명을 위해 제작되었습니다. 2012 년 JOU의 그룹은 1773 K의 CCT ¹⁷ W 11.9 작품의 전력 효율 /과 생리 학적으로 친절, 건조 처리, 단일 방출 층의 OLED를보고했다. 전력 효율이보기의 에너지 절감 관점에서 허용되지 동안 장치는 백열 전구 (2300 K)에 비하여 훨씬 낮은 CCT을 나타냈다. 그들은 캐리어 변조 층 ^(18)과 함께 더블 방출 층을 사용하여 OLED 다른 건조 처리 된 촛불 스타일을보고했다. 그것은 1970 K의 낮은 CCT 24 LM / W의 전력 효율을 나타내었다. 나중에, 건조 처리 OLED는 O를로 구성캐리어 변조 층과 함께 세 f를 방출 층 ^{(19)이보고되었다.} 전력 효율은 21에서 2014 년 1,900 K.에 2,500 K에서 원거리 CCT, 후 등으로 W하고 다양한 3 작품 /이었다. 54.6 LM / W와 1910 K ^(20)의 낮은 CCT의 높은 전력 효율을 보여 주었다 층간에 의해 분리 된 이중 방출 층과 건조 처리 된 하이브리드 OLED를보고했다. 최근 JOU의 그룹은 이중 방출 층 ^(21)을 이용하여 고효율 촛불 스타일의 OLED를 제작했다. 그것은 85.4 필름의 높은 전력 효율을 나타내 / 지금까지 모든 노력이 건조 공정 및 복잡한 장치 구조 ^{(17), (18)을} 이용하여 고효율, 낮은 CCT 촛불 스타일 OLED 장치를 개발하기위한 노력이 이루어지고있다 2279 K.의 CCT와 ^{W, 19, 20, 2122.} 동시에 낮은 CCT 높은 전력 효율 및 높은 광 품질을 갖는 반면, 습식 공정과 타당성 촛불 OLED를 고안하는 것이 과제이다. 어떤 연구는 블루 광에 대해 소정의 광원의 발광 스펙트럼 감도를 설명하기 위해 개발되지 않았다. 야간 조명 품질은 멜라토닌 분비 억제를 최소화 / 개선 결정할 수있다.

억제의 양을 계산 일부보고 모델이 있습니다. 우선, Brainard 외. ²³ Thapan 등의 알. ²⁴ 단색광을 사용하여 분광 감도를보고 하였다. 나중에, 멜라토닌 억제에 색광의 효과 ^{(26) (25)에} 설명되었다. 시판되는 조명기구 또는 새로운 광원의 대부분은 다색 및 스팬 때문에 후자는,이 연구에서 채택된다전체 가시 범위 (즉, 진한 빨간색에서 보라색까지).

이 작품에서 우리는 건식 및 습식 공정을 통해 블루 위험이없는 촛불 OLED의 제조를 위해 포괄적 인 프로토콜을 제시한다. 두 프로세스 모두에서, 상기 장치 구조는 캐리어 변조 층없이 단일 발광층을 사용함으로써 단순화된다. 제작 된 OLED의 발광 (EL) 스펙트럼은 망막 노출 한계과 멜라토닌 분비 억제의 수준에 대한 분석된다. 망막의 발광 최대 노출 한도는 International Electrotechnical Commission : 국제 전기 표준 회의 (IEC) 표준 62471 ^{(27), (28)에} 의해보고 된 이론적 인 형태를 사용하여 계산된다. 최대 노출 한도 "t"를 각각 가정 및 사무실 조명하기에 충분한 100, 500 룩스의 밝기를, 각 OLED의 발광 스펙트럼을 사용하여 산출된다. 관련된 모든 계산 인트추신 순차적 프로토콜 섹션에서 제공됩니다. 또한, 멜라토닌 억제 민감도 조명의 효과는 멜라토닌 억제 ^(29)의 작용 스펙트럼의 방정식에 따라 계산된다. 계산은 프로토콜 절에 나와있는 단계에 따라 수행된다. 최대 노출 한도 "t"와 CCT에 대한 멜라토닌 억제 민감도 (%)의 계산 된 값은 표 3에 나타내었다.

프로토콜

주 : 사용 된 모든 재료는, 비 발암 성 비 - 가연성, 비 - 독성이다.

블루 위험이없는 촛불의 OLED 1. 제작

1. 건조 과정
   1. 기판이 125 nm의 산화 인듐 주석 (ITO) 애노드 층으로 코팅로서 유리 슬라이드를 타고. 비누 용액 200 ㎖ (액체 세제를 50 mL의 탈 이온수 150 ㎖)로 기판을 세척한다. 기판을 탈 이온수로 헹군다. 질소 제트 스프레이와 기판을 건조시킵니다.
   2. 유리 슬라이드 홀더에 기판을 넣어 비이커에 아세톤 용액 슬라이드 홀더를 담근다. 초음파 욕조에 비커를 넣습니다. 10 분 동안 50 ℃에서 초음파 처리 기판.
   3. 비이커 이소프로판올 용액에 기판과 슬라이드 홀더를 전송하고 다시 10 분 동안 60 ℃에서 초음파 처리.
   4. 비커에서 기판을 꺼내 건조 10 분 동안 UV / 오존 슬롯에 넣어. 완전히 표면을 청소합니다.
   5. vacuu 휴식높은 진공 밸브를 폐쇄하여 챔버에 질소 가스 밸브를 개방함으로써 상기 열 증발기 실 m.
   6. 회전 기판 홀더에 챔버의 세정 기판을로드합니다. 증착되는 각 층을, 부하 각각에 필요한 유기 물질 100 ㎎, 3의 리튬 플루오 라이드 (LiF)와 mg의 및 상기 챔버 내부의 도가니에 224 mg을 알루미늄 (Al) 잉곳.
   7. 챔버의 문을 닫고 5 × 10 ^-6 Torr의 고진공 기다립니다. 고진공 챔버 내부에 도달하면, ITO로 기판 상에 유기층의 성막을 시작한다.
      1. 0.8-1 Å / s의 증착 속도로 5 nm의 정공 주입 층을 증착.
      2. 1.5 Å / s의 증착 속도로 25 nm의 수송층을 증착.
      3. 1.5 Å / s의 증착 속도로 30 nm의 발광층 (8 중량. % 녹색 염료 및 특정 호스트의 20 mg의 도핑 0.85 중량. % 깊은 붉은 색소) 증착.
      4. 30 N을 증착1.5 Å / s의 증착 속도 m 전자 수송층.
      5. 1.5 Å / s의 증착 속도로, 전자 주입 재료와 전자 수송 공동 증발을 20 nm의 층을 증착.
      6. 0.3-0.4 Å / s의 증착 속도에서의 LiF를 1 nm의 전자 주입 층을 증착.
      7. 10-15 Å / s의 증착 속도로 Al을 100 nm의 음극 층을 증착.
   8. 현재 컨트롤러의 전원을 끄고 높은 진공 하에서 10 분을 기다립니다. 높은 진공을 깰 챔버에 질소 가스 밸브를 높은 진공 밸브를 닫고 엽니 다.
   9. 대기 챔버로부터 제조 된 OLED 장치를 이동 한 다음, 질소 분위기하에 밀봉 기계를 글로브 박스에 옮긴다.
   10. 접착제를 사용하여 유리로 이루어진 상부 커버와 함께 제조 된 OLED 장치를 캡슐화 한 다음 110 초 동안 UV 방사선 박스 장치를 바꾸어 접착제를 건조.
   11. 에서 캡슐화 된 OLED 장치를 꺼내기글러브 박스가 측정 암실로 전송하고.
2. 습식
   1. 단계 1.1.4에 1.1.2에서 상기 청소 절차를 사용하여 ITO 코팅 된 기판을 청소합니다.
   2. 정공 주입 층을 증착하도록 PSS (4 ℃에서 보관) PEDOT 수용액 가라. 0.45 ㎛의 세공 크기를 갖는 나일론 직물로 이루어진 25 mm 직경의 필터를 사용하여 바이알에있는 용액을 필터.
   3. 1000 μL : 바이알에 3,6- 비스 (4- 비닐 페닐) -9- 에틸 카바 졸 (VPEC) ³⁰ ㎎을 3의 비율로, 클로로 벤젠 용매에 용해의 정공 수송층 용액을 제조 하였다. 초음파 욕에서 30 분 동안 상기 용액을 초음파 처리하고, 0.45 ㎛의 공극 크기를 갖는 나일론 직물로 이루어진 15 mm 직경의 필터로 유리 병에 초음파 처리 된 용액을 필터.
   4. 발광층 용 용액을 제조 하였다.
      1. 지정된 호스트 물질의 5 밀리그램을 가지고 그것을 내가 용해1000 μL 10 밀리그램의 비율 N의 테트라 히드로 푸란 (THF). 30 분 동안 50 ° C에서 호스트 용액을 초음파 처리.
      2. 필요한 게스트 재료 각각 1 mg의 취하여 하나의 Mg 비율 THF 그들을 용해 : 1000 μL. 30 분 동안 50 ° C에서 게스트 용액을 초음파 처리.
      3. 0.45 ㎛의 세공 크기를 갖는 나일론 직물로 이루어진 직경 15mm의 필터 튜브 별도로 각 용액 필터.
      4. 발광층을위한 도핑 주어진 중량 % (황색 염료 3 중량. %, 오렌지 색소 6 중량. %, 및 녹색 염료의 12.5 중량. %)에있어서 호스트 용액에 게스트 용액을 혼합한다.
   5. 사전 세척 기판과 함께 PSS, VPEC 및 발광층 솔루션과 글러브 박스로 피펫 다음 PEDOT의 튜브를 전송합니다.
   6. 정공 주입 층, 정공 수송층 및 발광층 : 질소 분위기하에 다음 순서로 ITO 기판 상에 층을 도포 시작.
      1. 20 초 동안 PSS 분 (RPM) 4,000 rpm의 속도 : 스핀 코팅 PEDOT의 750 μL 용액에 의해 35 nm의 정공 주입 층을 증착.
      2. 40 분 잔류 용매를 제거하기 위해 120 ° C에서 PSS 층 다음 PEDOT을 건조.
      3. 스핀 코팅 20 초 동안 3000 rpm에서 VPEC의 400 μL 용액에 의해 10 nm의 정공 수송층을 증착.
      4. 120 ° C에서 레이어 구워 20 분 잔류 용매를 제거하기 위해.
      5. 발광층 ^(30)을 증착하기 전에 발생할 때까지 가교 반응을 40 분 동안 230 ° C의 층을 가열한다.
      6. 스핀 코팅을 20 분 동안 2,500 rpm에서 400 μL 용액에 의해 20 nm의 발광층을 증착.
   7. 대기 글러브 박스에서 스핀 - 코팅 된 기판을 꺼내고 층의 추가 증착, 열 증발 챔버로 옮긴다. 높은 진공 밸브를 폐쇄함으로써 상기 열 증발기 실의 진공을 중단하고 질소 밸브를 개방챔버에 가스.
   8. 회전 기판 홀더의 챔버에서 기판을로드합니다. TPBI의 45 ㎎, LiF를 3 ㎎, 및 입금됩니다 층의 챔버 내부의 도가니로 224 mg을 알 덩어리를 넣습니다. 다음 시퀀스의 발광층을 가진 기판 상에 층을 증착.
      1. 1.5 Å / s의 증착 속도로 TPBI 32 nm의 전자 수송층을 증착.
      2. 0.3-0.4 Å / s의 증착 속도는 LiF를 1 nm의 전자 주입 층을 증착.
      3. 10-15 Å / s의 증착 속도로 Al을 100 nm의 음극 층을 증착.
   9. 현재 컨트롤러의 전원을 끄고 고 진공 하에서 10 분을 기다립니다. 캡슐화 된 OLED 장치를 완료하는 단계 1.1.11에 1.1.8에서 상기 절차를 따르십시오.
3. 망막-허용 노출 한계 "t"의 계산 :
   1. 또한 SP를 사용하여 조명 장치의 EL 스펙트럼을 측정ectroradiometer. 생성 된 EL 스펙트럼은도 1a에 도시된다.
   2. CCT의 EL 스펙트럼 데이터 (대 파장 세기)을 측정한다.
   3. 분광 복사 휘도 E의 _λ (파장 대 정규화 된 강도)로 EL 스펙트럼 데이터를 변환합니다. 도 1b에 도시 된 형식으로 스펙트럼을 변경합니다.
   4. 광원으로부터 망막 유해성을 측정 청색광 가중 함수의 스펙트럼 데이터를 사용하여 ⁽²⁸⁾ (즉, 파장에 대한 청색광 위험 함수 B (λ)을 그리는). 결과 플롯은 그림 1C에 표시됩니다.
   5. 각각의 파장에 대응하는 스펙트럼 래디언스 E를 _λ 및 청색 위험 함수 B (λ)를 이용하여 소정의 광원의 발광 (E _B)의 값을 계산한다.
   6. 다음 식에 언급 된 플롯에서 E _λ와 B (λ)의 값을 입력 :
      ..... (1)
   7. W 분에 E _B의 수치 값을 가져옵니다 ^-2.
   8. 최대 허용 노출 제한 망막 "t"화학식 E _B의 값을 입력 :
      ..... (2)
   9. 주어진 광원 CCT에 대하여 노광 한계 "t"를 획득.
4. 멜라토닌 억제 감도 계산 :
   1. 분광을 이용하여 소정의 조명 장치의 EL 스펙트럼을 측정한다. 결과 스펙트럼은 그림 2a에 표시됩니다.
   2. 프로그램 데이터 ^(29)에서, 양자 당 멜라토닌 억제 전력, S _PQ를 가져옵니다. 다음과 같이 주어진 단색광 λ 들어, S의 _{PQ 표현} :
      S _PQ (λ) = 10 ^{(λr-λ) / C} ............. (삼)
      파장에 대한 _PQ S (λ)의 값은 표 1에 제시하고, 각 그래프는도 2b에 도시된다.
   3. 그것을 실제적인 의미를 부여하기 위해, 럭스 당 멜라토닌 억제 전력, S _LC (λ)로 S _PQ (λ)를 변환하는 포토 픽 광도 함수 V (λ)를 사용합니다. 파장에 대해 V (λ)의 값은 표 2에 제시하고, 각 그래프는도 2c에 도시된다.
   4. 다색 빛의 상관 관계 멜라토닌 억제 전력을 표현, S의 _LC (λ), 다음과 같이 : ²⁹
      S의 _LC (λ) = ∫λS _PQ (λ) S _I (λ) dλ / ∫ V (λ) S _I (λ) dλ ............... .. (4)
   5. (A)의 EL 스펙트럼의 강도 _I S (λ)의 값을 넣어상기 화학식에서 파장에 대한 _PQ S (λ) 및 V (λ)의 값과 함께, 광원을 소정 다음과 같이 S의 _LC (λ)를 계산한다 :
      S의 _LC (λ) =
      
   6. 룩스에서 S의 _LC (λ)의 수치 ^-1 위의 계산에서 검색. 예를 들어, 1940 K의 CCT로 지정된 촛불 OLED의 EL 스펙트럼에서 _I S (λ)을 바꾸어, 멜라토닌 억제 능력은 :
      S의 _LC (λ)는 90 룩스 = ^-1
   7. 주어진 광원의 상대 멜라토닌 억제 민감도를 계산하는 참조광을 선택. 참조광 460 또는 480 nm의 파장 일 수있다. 여기, 우리는 참조 광으로 480 nm의 청색광을 선택합니다.
   8. 전술 한 수식을 이용하여, 기준 청색 광 (480 ㎚)에 대한 S의 _LC (λ)를 계산한다.
      S _LC (480 나노 미터)는 3445 LX = ^-1
   9. S 개의 _LC (480 나노 미터)에 의해 주어진 광원의 S _LC (λ)를 분할하고 기준 푸른 빛에 주어진 빛 상대의 멜라토닌 억제 감도 비율 (%)을 얻기 위해 100 몫을 곱합니다.
      상대 멜라토닌 억제 민감도 = × 100 % ......... ... (5)
      참고 : 예를 들어, 상대 멜라토닌 억제 감도 = 100 % = 2.61 %를 ×. 따라서, 주어진 촛불 OLED는 480 나노 푸른 빛의에 대해 2.61 %의 멜라토닌 억제 감도를 보여줍니다.

결과

얻어진 촛불 OLED의 전류 - 전압 - 휘도 특성은 백 휘도 계와 함께 전위계를 사용하여 측정된다. 발광 영역은 결과 건조 처리 장치의 모든 9mm ^2를하고 습식 처리 장치에 대해 25mm ^2이다. 여기서는 양극으로서 15 Ω / 스퀘어의 시트 저항을 갖는 125 nm의 ITO 코팅 된 유리 기판을 사용했다. 그것은 투명성보다 84 % (표 4)이있다. AL의 캐소드로 이루어...

토론

OLED 소자의 제조에있어서 가장 중요한 단계는 1) 유리 기판을 세정, 2) 적당한 용매를 선택, 3) 용해 유기 재료, 4)에 균일하게 습윤 과정에서 스핀 코팅을 통해 필름 5를 형성 ) 열 증착시 증착 속도 유기층의 두께를 제어한다. 우선, ITO 애노드 코팅 된 기판을 세정하는 높은 효율을 달성하기위한 중요한 공정이다. 유리 기판은 기름기 반점 또는 층을 제거하기 위해 비누 용액으로 세정한다. 그리?...

자료

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