JP2016513338A - フェノキシ置換ペリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸ジイミド有機赤色放出体及びそれを用いた発光デバイス - Google Patents

フェノキシ置換ペリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸ジイミド有機赤色放出体及びそれを用いた発光デバイス Download PDF

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Abstract

本発明は、(a)光源光11を生成する光源10及び(b)光源光11の少なくとも一部を可視変換光111に変換する光変換体100を有し、光変換体100がペリレン型の有機ルミネセンス材料140を含有するマトリクス120を有する照明デバイス1を提供する。この照明デバイスは、更に、無機ルミネセンス材料130を有してもよい。

Description

本発明は、(a)光源光を生成する光源及び(b)光源光の少なくとも一部を可視変換光に変換する光変換体を有する照明デバイスに関する。本発明は、更に、そのような光変換体自体及びそのような光変換体に含まれる有機ルミネセンス材料に関する。
蛍光体で強化された光源は、それ自体は知られており、ほぼ全ての種類の光源に用いられる。蛍光体で強化された光源は、発光体及びルミネセンス材料を有している。ルミネセンス材料は、発光体により発せられる光の少なくとも一部をより長い波長の光に変換する。
よく知られている蛍光体で強化された光源は、例えば、水銀蒸気の存在が放電により紫外線放射を発生させ、光が放電から発せられる水銀蒸気放電ランプである。紫外線放射の少なくとも一部は、ルミネセンス材料により吸収され、実質的にルミネセンス材料により発せられる、より長い波長の光に変換される。そのような水銀蒸気放電ランプは、例えば、放電が生成される放電容器を有している。ルミネセンス材料は、典型的には、放電により発生される紫外線放射が放電容器を通過する必要がなく、放電容器の内部で例えば可視光に変換されるように放電容器の内壁に与えられている。
代替として、蛍光体で強化された光源は、発光体として固体発光体を有している。そのような固体発光体は、例えば、発光ダイオード、レーザダイオード又は有機発光ダイオードである。固体発光体により発せられる光は、典型的には、中心波長の周りに配置されたかなり狭いスペクトルを有している。スペクトルの幅は、例えば、固体発光体により発せられる光の最大放出強度の半分である強度で測定される放出ピークの幅である放出ピークの半値全幅(更に、FWHMとしても示される。)により規定される。固体発光体の典型的な放出スペクトルのFWHMは、30ナノメートル未満であり、これは典型的には単色の光として人間の目に認識される。
固体発光体により発せられる光の色を変化させるために、ルミネセンス材料が蛍光体で強化された光源を生成するように加えられる。このルミネセンス材料は、例えば、固体発光体の(LED)ダイの上に層として与えられてもよいし、又は、例えば、固体発光体の或る距離に位置するマトリクス内に分散された、所謂「リモート蛍光体」配置であってもよい。ルミネセンス材料は、また、例えば、混合された光が例えば特定の色温度を有する白色光を生成するようにそれぞれが異なる色を生成する種々のルミネセンス材料の混合物の一部であってもよい。更に、ルミネセンス材料の典型的な放出特性がかなり広い光のスペクトルであるので、ルミネセンス材料は固体発光体の演色特性を改善するために固体発光体に加えられ得る。
近年、とりわけ、白色光源において「赤色」に寄与を与えるために用いられる既知の無機ルミネセンス材料に取って代わり有機ルミネセンス材料のような新たなルミネセンス材料が蛍光体で強化された光源に用いられている。
白色発光固体光源の効率は、依然として改善され得る。これは、RGBのLEDを混合することにより最善を尽くされる。しかしながら、緑色LEDは、現在、高い効率を得るのに十分に効率的ではない。この理由のために、蛍光体変換(PC)LEDが白色光を得るために提案されている。しかしながら、人間の目は遠赤色に敏感ではないので、YAG:Ceのような現在用いられている蛍光体は、遠赤色にあまりに離れた放射をし、これは効率を低下させる。
従って、好ましくは、更に上述した欠点の1つ以上を少なくとも部分的に未然に防ぐ代替の照明デバイス及び特に代替の光変換体を提供することが本発明の一観点である。好ましくは、更に上述した欠点の1つ以上を少なくとも部分的に未然に防ぐ代替の赤色ルミネセンス材料及び/又は緑色ルミネセンス材料とそのような赤色ルミネセンス材料との組み合わせを提供することが、更に本発明の一観点である。
ここで、我々は、「緑色」放出蛍光体の使用、特に、(とりわけ、600nm未満でエネルギーの少なくとも70%のスペクトル分布を有するような)600nm以下でカットオフを有する「緑色」放出蛍光体を、赤色のテール部においてカットオフを有する、特に、650nm以下でカットオフ、更に特には620nm以下でカットオフを有する有機蛍光体と組み合わせて使用することを提案する。好ましいことに、緑及び赤色を放出する蛍光体は、系の効率の全体の向上をもたらすリモート蛍光体において存在する。この構成は、TLED(直管形LED構成、例えば、(蛍光照明の分野では既知の)T8直管のLED器具)のような低出力低動作温度のアプリケーションに最も適している。本明細書において提案されるルミネセンス材料の多くは、450nmの励起の下で0.8以上の645nm未満の放出光エネルギーの部分を有している。
第1の観点では、本発明は、(a)光源光を生成する光源と、(b)上記光源光の少なくとも一部を可視変換光に変換する光変換体であって、上記光変換体は、式(I)により規定される有機ルミネセンス材料を含有するマトリクスを有する(有機ルミネセンス材料は、特に赤色光、更に特には650nm未満でエネルギーの少なくとも70%のスペクトル分布を持つ(鋭い近赤外線カットオフ)赤色光を与える)当該光変換体と、(c)オプションで(特に、少なくとも緑色光を与える)無機ルミネセンス材料とを有する照明デバイスであって、式(I)

に従う有機ルミネセンス材料は、
・G及びGが独立して直鎖アルキル、分岐アルキル、酸素含有アルキル、シクロアルキル、ナフチル及びYから選択される基を有しており、A、B、C、J及びQのそれぞれは独立して水素、フッ素、塩素、イソプロピル、t−ブチル、メトキシ、16個までの炭素原子を有するアルキル及び16個までの炭素原子を有する酸素含有アルキルから選択される基を有し、
・G、G、G及びGが独立して水素、フッ素、塩素、イソプロピル、t−ブチル、メトキシ、16個までの炭素原子を有するアルキル、16個までの炭素原子を有する酸素含有アルキル及びXから選択される基を有しており、D、E、I、L及びMのそれぞれが独立して水素、フッ素、塩素、イソプロピル、t−ブチル、メトキシ、16個までの炭素原子を有するアルキル及び16個までの炭素原子を有する酸素含有アルキルから選択される基を有し、
・(特定の実施形態では)G、G、G及びGから選択される少なくとも2つがXを少なくとも有し、(特定の実施形態では)上記G、G、G及びGから選択される少なくとも2つの少なくとも2つのD、E、I、L及びMの独立した少なくとも1つがフッ素及び塩素、とりわけフッ素から選択される基を有する当該照明デバイスを提供する。
特に、上記G、G、G及びGから選択される少なくとも2つの少なくとも2つは、フッ素及び塩素、とりわけフッ素から選択される2つ以上の基を有している。しかしながら、塩素基も良好な結果を与えるように思われる。望ましい光学特性は、特に、GないしG全てがXを少なくとも有する(及び少なくとも2個、とりわけ4個全てがフッ素置換基を有する)ときに得られる。従って、一実施形態では、GないしGはそれぞれ独立してXである。
特に上記に規定されたG及びGに関する直鎖アルキル、分岐アルキル、酸素含有アルキル(以下も参照されたい)、シクロアルキル及びナフチルは、とりわけ、44個までの炭素原子を有している。アルキル(又はナフチル)もまた、フッ素と置換され得る。一実施形態では、G及びGはそれぞれ独立してn≦44及びm≦2n+1のC2n+1−mである。他の置換基が排除されない。特に、アルキルは、8個までの炭素原子などの10個までのような20個までの炭素原子を有している。
上記酸素含有アルキル、特にG及びGに関して上記に規定された特に44個までの炭素原子を有する酸素含有アルキルは、一実施形態では、特に、nが1から44までの整数であり、m<n/2であるC2n+1に関連している。特に44個までの炭素原子を有する酸素含有アルキルは、また、フッ素とも置換され得る。他の置換基が排除されない。酸素含有アルキルは、直鎖、分岐又は環状であってもよいし、それらの2つ以上の組み合わせであってもよい。上記酸素含有アルキルは、特に、オリゴエチレン酸化物のようなアルコール又はエーテルを有している。特に、nは、8までなどの10までのような20までである。
及びGは、同じであってもよいし、異なっていてもよい(以下も参照されたい)。
A、B、C、J、Q、G、G、G及びG、D、E、I、L並びにMに関して上記に規定されたような16個までの炭素原子を有するアルキルは、特に、nが1から16までの整数であるC2n+1に関連している。上記アルキルは、直鎖、分岐又は環状であってもよいし、それらの2つ以上の組み合わせであってもよい。16個までの炭素原子を有するアルキルは、また、フッ素と置換され得る(以下を参照されたい)。他の置換基が排除されない。特に、上記アルキルは、8個の炭素原子までのような10個までの炭素原子を有している。
A、B、C、J、Q、G、G、G及びG、D、E、I、L並びにMに関して上記に規定されたような16個までの炭素原子を有する酸素含有アルキルは、特に、nが1から16までの整数であり、m≦n/2であるC2n+1に関連している。このアルキルは、直鎖、分岐又は環状であってもよいし、それらの2つ以上の組み合わせであってもよい。16個までの炭素原子を有する酸素含有アルキルは、また、フッ素と置換され得る(以下を参照されたい)。他の置換基が排除されない。特に、nは8までのような20までである。
従って、一実施形態では、16個までの炭素原子を有するアルキルは、少なくとも部分的にフッ素と置換されていてもよく、一実施形態では、特に、nが1から16までの整数であり、m≦2n+1であるC2n+1−mに関連している。フッ素置換アルキルは、直鎖、分岐又は環状であってもよいし、それらの2つ以上の組み合わせであってもよい。他の置換基が排除されない。特に、nは8までのような10までである。
A、B、C、J、Qは独立して選択される。G、G、G及びGは独立して選択される。D、E、I、L及びMは独立して選択される。
他の観点では、本発明は、光変換体自体、特に、上記に定義された(及び更に以下に定義される)ようなG、G、G、G、G、G、X、Y、A、B、C、D、E、I、J、M、Lを有する式(I)により規定される有機ルミネセンス材料と無機ルミネセンス材料とを含有するマトリクスを有する光変換体も提供する。
更に他の観点では、本発明は、そのような有機ルミネセンス材料自体、特に、上記に定義された(及び更に以下に定義される)ようなG、G、G、G、G、G、X、Y、A、B、C、D、E、I、J、M、Lを有する式(I)により規定される有機ルミネセンス材料も提供する。
有利なことに、そのような有機ルミネセンス材料は(UV及び/又は青色励起の際に)赤色にはるかに及ばない赤色ルミネセンスを有し、(式Iの蛍光体と類似の最先端の赤色ルミネセンス材料のほとんどと比較して)相対的に短い波長にカットオフを有している。
上記に示されているように、有機蛍光体(有機ルミネセンス材料)はかなり低い光化学的安定性に苦しんでいる。それらの安定性は、材料の温度及び材料が変換する光の量に強く依存する。この理由のために有機蛍光体は、リモート構成(以下を参照されたい)で用いられる場合に適した対象である。有機リモート蛍光体を用いる照明アセンブリは、かなり安価な有機ルミネセンス材料の使用によりかなり安価である。更に、有機ルミネセンス材料は、可視スペクトルのどこにでも発光スペクトルを有する特定の有機ルミネセンス材料の容易な設計を可能にする。そのような分子は、合成され、分子構造に依存して、特定の光を発する。これらの分子は、高いルーメン効率を得るために近赤外における放出(テール)を有するべきではなく、これは式Iに従う上述した有機ルミネセンス材料に当てはまる。
特に、有機ルミネセンス材料は、LEDダイから離れて配されている(すなわち、LEDと物理的に接していない)。LED(ダイ)のような光源(出口面)とルミネセンス材料の1つ以上、好ましくは全てのルミネセンス材料との最短距離は、0mmよりも大きく、特に0.2以上のような0.1mm以上であり、幾つかの実施形態では、10ないし100nmのような10mm以上でさえもあり得る。
上述した有機ルミネセンス材料はペリレン型のものである。ペリレンは、当該技術分野において既知であり、例えば、米国特許US4,845,223公報、米国特許出願公開US2003/0111649公報、(参照することにより本明細書に組み込まれるものとする)国際特許出願公開WO2010/116294公報及び国際特許出願公開WO2012/113884公報に説明されている。
上記「G、G、G及びGから選択される少なくとも2つはXを少なくとも有し、上記G、G、G及びGから選択される少なくとも2つの少なくとも2つのD、E、I、L及びMの独立した少なくとも1つはフッ素及び塩素から選択される基を有する」という表現は、とりわけ、4つの基G、G、G及びGから、これらのうちの少なくとも2つであるが、一実施形態ではこれらのうちの3つ又はこれらの全てが本明細書において規定される基Xを有することを意味する。特に、これらのうちの2つ、又は実施形態ではこれらのうちの3つ若しくは4つ全てがXである。少なくとも2つのX基のうちのこの基から、少なくとも2つのX基はそれぞれ独立して、1つのフッ素又は塩素と少なくとも置換され、とりわけ、1つのフッ素と置換されている。従って、これは、GないしGの2つが、それぞれが1つ以上のハロゲン置換基を有するXを有している、又は更に特にはXである実施形態を含んでいるが、GないしGの3つ又は4つがXを有している、又は更に特にはXである、3つのうちの2つ、3つのうちの3つ、4つのうちの2つ、4つのうちの3つ若しくは4つのうちの4つそれぞれが1つ以上のハロゲンと置換されたXを有している、又は更に特にはXである実施形態も含んでいる。一実施形態では、GないしGの2つがXを有している(特に、Xより成っている)。更に他の実施形態では、GないしGの4つがXを有している(特に、Xより成っている)。従って、上記「1つのフッ素と少なくとも置換されている」という表現及び同様の表現は、より多く存在してもよいが少なくとも1つの置換基Fが存在することを示している。上述したように、G、G、G及びGの2つ以上において利用可能なX基は、特に、フッ素及び塩素から選択される2つ以上の基を有している。すなわち、2つ以上のハロゲン置換基を含んでいる。
「上記G、G、G及びGから選択される少なくとも2つの少なくとも2つのD、E、I、L及びMの独立した少なくとも1つ」という表現もまた、利用可能なX基が互いに無関係に置換されることを示している。従って、X基の1つは、例えば、D又はMの位置でフッ素を有し、X基の1つは、E又はLの位置でフッ素を有していてもよいし、D、E、I、L、M等の位置の1つ以上で塩素を有していてもよい。特に、Xを少なくとも有する2つの基、又は更に特には、一実施形態ではXである2つの基は、同じである。4つの基がXを有する又はXである場合、特に、同じXの2つのセットが存在するが、これらのセットは互いに異なるか又は同じXの1つのセットが存在する(4つ全てのGないしGが同じである。)。
X中にハロゲンを含めることにより、(遠赤色がより少ない)青色への放出波長のシフトが見られる。例えば、それぞれが1つのフッ素置換基を有する2つのX基を含むと、未置換X基に対して約10nmの青色のシフトが存在する。それぞれが2つのフッ素置換基を有する2つのX基の場合、青色へのシフトは未置換X基に対して20nmの範囲である。従って、特定の実施形態では、上記G、G、G及びGから選択される少なくとも2つの少なくとも2つのD、E、I、L及びMの少なくとも2つは、フッ素及び塩素から選択される基を有している。よって、Xを有する又は特にXより成るGないしGの2ないし4個を仮定すると、これらの少なくとも2つ(すなわち、2つのうちの2つ、3つのうちの2つ、3つのうちの3つ、4つのうちの2つ、4つのうちの3つ若しくは4つのうちの4つ)は、2つ以上のハロゲン基を有している。これらの少なくとも2つのそれぞれに関するD、E、I、L及びMにわたるこれらの2つ以上のハロゲンの分布は、独立して選択され得る。しかしながら、上記に示されているように、2つの基が少なくともXを有すると又は更に特には2つの基がXであると、これらの2つの基は、一実施形態では、とりわけ同じである。4つの基がXを有する又はXであると、特に、同じXの2つのセットが存在する(特に、G=G、G=Gの1つ以上が当てはまる。)が、上記セットは互いに異なっているか、又は同じXの1つのセットが存在する(4つのGないしGの全てが同じである。)。
一実施形態では、以下の条件、すなわち、(I)Yに関して、(Ia)A、C=イソプロピル及びB,J、Q=水素、又は(Ib)A、Q=t−ブチル及びB、J、C=水素、並びに(II)Xに関して、(IIa)D、M=イソプロピル及びE、I、L=水素、又は(IIb)D、E、I、L、Mの1つ又は2つ=フッ素又は塩素で残りは水素が当てはまる。これが、以下の表に示されている。
選択肢IIa及びIIbは、特に、G、G、G及びGの少なくとも2つに独立して当てはまる。より具体的には、条件IIbはG、G、G及びGの少なくとも2つ、とりわけ4つ全てに当てはまる(すなわち、条件IIbの場合、G、G、G及びGの少なくとも2つはXである)。
Yについてのそのような条件は、一方又は両方のY基に当てはまる。Xについての条件は、GないしGから選択される両方のXを有する基に適用されてもよいが、オプションでこれらの4つの基の3つ又は4つに適用されてもよい。これは、以下に示される実施形態についても当てはまる。特定の実施形態では、G、G、G及びG基の2つが水素であり、2つのXを有する基は同じである。
更に具体的な実施形態では、D=E=F及びI=L=M=水素の場合G=G=Xであり、A=C=イソプロピル及びB=J=Q=水素の場合G=G=Yである。これは、上記の表に示されているIa−IIbの組み合わせの具体的な実施形態である。そのような実施形態は、特に所望のルミネセンスを示す。
同様に、更に望ましい実施形態は、A又はBの少なくとも1つがフッ素又は塩素であって、G=G=G=GがXである場合及びC、J、QがF、Cl又はHから独立して選択される場合である。
代替として、D=E=F及びI=L=M=水素の場合にG=G=Xであり、その場合、A又はBの少なくとも1つがフッ素又は塩素であればG=G=Yであり、C、J、QはF、Cl又はHから独立して選択される。そのような実施形態では、G及びGは、特に水素である。
代替として、D=E=F及びI=L=M=水素の場合にG=G=Xであり、A又はBの少なくとも1つがフッ素又は塩素であればG=G=Yであり、C、J、QはF、Cl又はHから独立して選択される。そのような実施形態では、G及びGは、特に水素である。
他の具体的な実施形態は、D=E=F及びI=L=M=水素の場合にG=G=Xであり、その場合、A=C=イソプロピル及びB=J=Q=水素であればG=G=Yである。そのような実施形態では、G及びGは、特に水素である。
代替として、D=E=F及びI=L=M=水素の場合にG=G=Xであり、A=C=イソプロピル及びB=J=Q=水素であればG=G=Yである。そのような実施形態では、G及びGは、特に水素である。
及びGに関して、A=C=イソプロピル及びB=J=Q=水素の場合又はA=Q=t−ブチル及びB=J=C=水素の場合が((特に光変換体の)光学特性に関して)有利である。
赤色放出(有機)ルミネセンス材料は、好ましくは、(室温で)650nm未満でエネルギー(ワット)の70%、更に特には、(室温で)645nm未満でエネルギーの少なくとも70%を発する。
上述した有機ルミネセンス材料は、青色、UVにおいて及び/又は更には緑色、黄色においてさえも十分に励起可能である。従って、更なる実施形態では、有機ルミネセンス材料は、青色LED光源のような青色光のソースにより励起されるが、代替又は追加として、有機ルミネセンス材料は緑及び/又は黄色光のソースによっても励起される。後者の例は、例えば、(YAG:Ceのような;以下も参照されたい)セリウム含有ガーネット系又は有機黄色放出体のような緑及び/又は黄色放出ルミネセンス材料である。
更なる観点では、本明細書では参照符号17(図2bも参照されたい)で示されている化合物がリモート(光源から離れた)構成に用いられる。更に他の実施形態では、本明細書において参照符号17で示されている化合物は、PETを有するマトリクスに組み込まれている。特に、このPETマトリクスは、(光源から)離れて配され得る。
上記「有機ルミネセンス材料」という用語は、特に、ルミネセンス特性を有する(すなわち、(UV及び青色光の1つ以上により)励起すると光を発する)有機材料のことを指している。式Iの有機ルミネセンス材料は、少なくとも赤色で放射するので、本明細書においては赤色放出体、赤色放出ルミネセンス材料又は赤色ルミネセンス材料としても示されている。しかしながら、式Iの有機ルミネセンス材料は、例えば黄色でも放射し得る。
上記光変換体という用語は、第1の波長からの光を第2の波長の光に変換するシステムのことを指している。特に、UV及び/又は青色光(励起波長)は、(励起波長よりも高い波長の)可視光に(少なくとも部分的に)変換される。
上記光変換体は、例えば粒子、薄片(flake)、フィルム、フレーム等の形態である。特定の実施形態では、光変換体という用語は、自己支持層を含んでいる。
従って、一実施形態では、光変換体は、コーティング、自己支持層及びプレートより成る群から選択され、従って、この光変換体は、とりわけ室温で固体であり、特に更には100℃まで、特に更には150℃まで、特に更には200℃まで固体である。この光変換体は、フレキシブルであってもよいし、剛体であってもよい。更に、オプションで、上記光変換体は光変換体の出口面の少なくとも一部でアウトカップリング構造を有している。
上記光変換体は、互いの上部に層のような1つ以上の部分を有している。そのような部分は、種々のルミネセンス材料又は異なる濃度のルミネセンス材料を有している。しかしながら、光変換体の少なくとも一部は(赤色)有機ルミネセンス材料を有している。
上記マトリクスは、特に、マトリクス材料及び有機ルミネセンス材料のような上述した材料と、オプションで無機ルミネセンス材料等とを有している。有機ルミネセンス材料及びオプションの他のルミネセンス材料は、一実施形態では、特に、マトリクス全体にわたって均一に分散されている。しかしながら、光変換体は、少なくともルミネセンス材料に関して、例えば、ルミネセンス材料のタイプ及び/又は濃度に関して異なる組成を有する2つ以上のセグメントを有していてもよい。
上記ルミネセンス材料(すなわち、少なくとも式Iに従うルミネセンス材料であるが、オプションで1つ以上の他のルミネセンス材料も含む)は、一実施形態では、分子的にマトリクス全体に分布している。代替又は追加として、上記ルミネセンス材料は、オプションでコーティングを有する粒子として利用可能である。後者の実施形態では、コーティングされた粒子はマトリクス中に組み込まれている。コーティングは、特に、HO及び/又はOからそのような粒子を密閉するために適用される。
特に、上記マトリクス材料は、380ないし750nmの範囲から選択される波長を有する光に対して透過可能である。例えば、上記マトリクス材料は、青、緑及び/又は赤色光に対して透過可能である。特に、上記マトリクス材料は、少なくとも420ないし680nmの全範囲に関して透過可能である。特に、上記マトリクス材料は、50ないし100%の範囲、特に、照明ユニット(以下も参照されたい)の光源により生成され、可視波長範囲から選択される波長を有する光に対して70ないし100%の範囲で光を透過する。このやり方では、マトリクス材料は、照明ユニットからの可視光に対して透過可能である。透過又は光透過性は、垂直放射の下で第1の強度を持つ特定の波長の光を当該材料に与え、当該材料を通って透過した後測定される当該波長における光の強度を特定の波長で当該材料に与えられる光の第1の強度に関連付けることにより決定される(E-208 and E-406 of the CRC Handbook of Chemistry and Physics, 69th edition, 1088-1989も参照されたい)。上記光変換体は、透明又は半透明であるが、とりわけ透明である。特に、上記光光変換体は、実質的に透明である及び/又は実質的に光を散乱させない。光変換体が透明であると、光源の光は光変換体によって完全には吸収されない。特に、青色光を用いる場合、青色光は光ルミネセンス材料を励起させるために用いられ、(白色光の)青色成分を与えるために用いられるので、これは興味深い。
上記マトリクス(材料)は、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PC(ポリエチレンカーボネート)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)(プレキシガラス又はパースペックス)、酢酸酪酸セルロース(CAB)、シリコーン、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、(PETG)(グリコール修飾ポリエチレンテレフタレート)、PDMS(ポリジメチルシロキサン)及びCOC(シクロオレフィンコポリマ)よりなる群から選択されるような透過性有機材料のサポートよりなる群から選択される1つ以上の材料を有している。しかしながら、他の実施形態では、上記マトリクス(材料)は、無機材料を有している。好ましい無機材料は、ガラス、(溶融)石英、透過性セラミック材料及びシリコーンよりなる群から選択されるものである。また、無機及び有機の両方の部分を有するハイブリッド材料も適用され得る。PMMA、PET、透明PC又はガラスは、マトリクス(材料)用の材料として特に好ましい。更に特には、マトリクスは、ポリエチレンテレフタレート(PET)を有している。このマトリクスは同じルミネセンス材料を有する他のマトリクスと比較して最良の光学特性を与えるように思われるからである。上記有機ルミネセンス材料は、(光源の照射の影響の下、)PET中で最も遅く劣化する。
上記光変換体は、特に、ルミネセンス材料及びオプションで他の成分と、マトリクスの1つ以上の前駆体とを組み合わせ、その後マトリクスを合成することにより作られる。例えば、ポリママトリクス材料の場合、これは、ポリマのモノマ前駆体を用い、ポリママトリクスを与えるためにルミネセンス材料及びオプションで他の成分の存在下で例えば段階成長重合又はラジカル連鎖重合等によってモノマ前駆体を重合して行われる。他の選択肢は、特に、硬化可能であるポリマを出発材料分子として用い、マトリクスを与えるためにルミネセンス材料及びオプションで他の成分の存在下でこれらの分子、特にポリマを硬化させることである。
特定の実施形態では、G、G、G、G、G及びGの1つ以上、特に、G及びGの1つ以上はマトリクスと共有結合を有する。これは、例えば、G及びGの1つ以上のようなこれらの基の1つ以上に硬化可能な基又は重合可能な基を与えることにより得られる。上記に示されているように、マトリクスは、例えば、PMMA又はPET、特にPETである。
上記マトリクスは、シール又はコーティングにより被覆又は密封される。コーティング又はシールは、特に、HO及び/又はOからそのようなマトリクスを密封するために適用される。
上記に示されているように、光変換体は、特に、緑色ルミネセンス材料及び赤色ルミネセンス材料を有している。光変換体は、1つが式Iに従う有機ルミネセンス材料を少なくとも有する複数のルミネセンス材料を有している。
「式(I)」という表現は、「化学式(I)」としても示されている。しかしながら、光変換体は、また、式Iに従う複数の有機ルミネセンス材料を有していてもよい。従って、一実施形態では、「有機ルミネセンス材料」という用語は、全てが式(I)に準拠する種々の有機ルミネセンス材料の組み合わせに関連している。
更に、光変換体は、特に、無機ルミネセンス材料を有している(更に以下も参照されたい)。しかしながら、光変換体はまた、複数の無機ルミネセンス材料を有していてもよい。従って、一実施形態では、光変換体は、式Iに従う1つ以上の有機ルミネセンス材料、オプションで1つ以上の他の有機ルミネセンス材料及び好ましくは1つ以上の無機ルミネセンス材料を有している。光変換体は、更に、1つ以上の散乱材料及びオプションで他の材料を有している。
特定の実施形態では、G、G、G及びG基の2つが水素であり、2つのXを有する基は同じであり、無機ルミネセンス材料は量子ドットを使用したルミネセンス材料を有し、マトリクスはポリエチレンテレフタレート(PET)を有している(上記も参照されたい)。
変形例では、G、G、G及びGから選択される少なくとも2つがXを少なくとも有しており、上記G、G、G及びGから選択される少なくとも2つの少なくとも2つのD、E、I、L及びMの独立した少なくとも1つは、オプションでフッ素及び塩素から選択されることを含むが必ずしも含むとは限らない上記に規定された基を有している。従って、そのような変形例では、G、G、G及びGの1つ以上はハロゲンを含んでいない。例えば、(Xを少なくとも有する)G、G、G及びGのそれぞれに関して、D、E、I、L及びMの1つ以上は、ハロゲン、イソプロピル、t−ブチル、メトキシ、16個までの炭素原子を有するアルキル及び16個までの炭素原子を有する酸素含有アルキルから選択される基を独立して有している。
ここでは、600nmを上回る比較的低い放出で狭い放出特性を有するこれらの「狭い緑色」を発する蛍光体の使用が特に提案される。これは、特に赤色で放射する式Iに従う上述した有機ルミネセンス材料との最適な組み合わせをもたらす。
従って、1つ以上の更なるルミネセンス材料が適用され得る。1つ以上の更なるルミネセンス材料もまた、光変換体に組み込まれていてもよい。代替及び又は追加として、1つ以上の更なるルミネセンス材料がルミネセンス光変換体上のコーティングにおいて利用可能である。代替及び又は追加として、1つ以上の更なるルミネセンス材料が光変換体から離れて照明デバイス内に配されていてもよい。特に、上記1つ以上の更なるルミネセンス材料は、狭い緑色放射蛍光体を有している。この狭い緑色放射蛍光体は、無機ルミネセンス材料より成る群から選択され得る。「無機」ルミネセンス材料という用語は、特に、ルミネセンス特性を有する(すなわち、(UV及び青色光の1つ以上により)励起すると光を発する)無機材料のことを指している。無機ルミネセンス材料は、特に、少なくとも緑色で放射するが、赤、黄、緑色等のような他の波長が(もまた)排除されるわけではない。
従って、上記に示されているような無機ルミネセンス材料は、特に、緑色光(及びオプションで他の色の光)を与える。従って、無機ルミネセンス材料は、特に、光源の光の少なくとも一部を少なくとも緑色光に変換する。無機ルミネセンス材料及びとりわけ(緑色光を与えるように構成された)無機ルミネセンス材料は、光変換体、特にマトリクスにより構成され得るが、光変換体上のコーティングのような光変換体の外部にも存在し得る。
特に、緑色放射体は、帯域幅バンド≦100nm(FWHM;半値全幅)、より好ましくは帯域幅バンド≦80nm、最も好ましくは帯域幅バンド≦50nm(FWHM)を有する(室温で)放射のスペクトル分布を有している。この(狭)帯域の緑色放射ルミネセンス材料は、特に、500nm以下の光を吸収する。この(狭)帯域の緑色放射ルミネセンス材料は、好ましくは、(室温で)600nm未満でエネルギー(ワット)の70%を発する。好ましいことに、吸収−放射ピークの重なりがほぼ存在しない(それにより、自己吸収を減少させる)。無機ルミネセンス材料は、特に、緑色光(及びオプションで他の色の光)を与える。従って、無機ルミネセンス材料は、特に、光源の光の少なくとも一部を少なくとも緑色光に変換する。
(Ca,Sr,Ba)(Al,Ga,In)(O,S,Se):Eu2+、チオガリウム酸塩、特にSrGa:Eu2+のようなSr、Ga及びSを少なくとも有するそのようなルミネセンス材料の1つ以上を含む緑色放射体についての幾つかの選択肢が考えられる。これらのタイプのルミネセンス材料は、特に狭帯域の緑色発光体である。
オプション又は追加として、無機ルミネセンス材料は、M12:Ce3+(ガーネット材料)を有しており、式中、MはSc、Y、Tb、Gd及びLuよりなる群から選択され、AはAl及びGaよりなる群から選択されるものである。好ましくは、MはY及びLuの1つ以上を少なくとも有し、AはAlを少なくとも有している。これらのタイプの材料は、最高の効率を与える。ガーネットの実施形態は、特に、M12のガーネットを含んでおり、式中、Mは少なくともイットリウム又はルテチウムを有し、Aは少なくともアルミニウムを有している。そのようなガーネットは、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)又はセリウム及びプラセオジムの組み合わせがドープされているが、とりわけ、少なくともCeがドープされている。特に、Aはアルミニウム(Al)を有しているが、とりわけアルミニウムの約20%まで、更に特にはアルミニウムの約10%までのガリウム(Ga)、スカンジウム(Sc)及び/又はインジウム(In)を部分的に有していてもよく(すなわち、Aイオンは、本質的には、90モル%以上のAlと、10モル%以下のGa、Sc及びInの1つ以上とから成る)、Aは、とりわけ、約10%までのガリウムを有している。他の変形例では、A及びOがSi及びNにより少なくとも部分的に置換されている。元素Mは、特に、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)及びルテチウム(Lu)から成る群より選択される。更に、Gd及び/又はTbは、特に、Mの約20%の量までしか存在しない。特定の実施形態では、ガーネットルミネセンス材料は、(Y1−xLuAl12:Ceを有しており、xは0以上且つ1以下である。「:Ce」又は「:Ce3+」という表現は、ルミネセンス材料中の金属イオンの一部(すなわち、ガーネットの「M」イオンの一部)がCeにより置換されていることを示している。特に、ルテチウムを有するガーネットは、とりわけ、ルテチウムがMの少なくとも50%である場合に所望のルミネセンスを与える。
追加又は代替として、上記無機ルミネセンス材料は、量子ドット(QD)を有している。とりわけ、狭帯域放射体の量子ドットは、この目的のために非常に好適である。量子ドットは、一般にわずか数ナノメートルの幅又は径を有する半導体材料の微小結晶である。入射光により励起されると、量子ドットは、結晶のサイズ及び材料により決定される色の光を発する。従って、ドットのサイズを適合させることにより特定の色の光が生成される。これは、量子ドットは狭帯域の放出体であるので、量子ドットを用いることによって任意のスペクトルが得られることを意味する。
可視範囲において発光する最も知られている量子ドットは、硫化カドミウム(CdS)及び硫化亜鉛(ZnS)のようなシェルを伴うセレン化カドミウム(CdSe)に基づくものである。リン化インジウム(InP)並びに硫化銅インジウム(CuInS)及び/又は硫化銀インジウム(AgInS)のようなカドミウムを含有していない量子ドットも用いられ得る。量子ドットは、非常に狭い発光帯を示し、従って、飽和色を示す。更に、発光色は、量子ドットのサイズを適合させることにより容易に変更され得る。
本明細書では光変換体ナノ粒子としても示される量子ドット又はルミネセンスナノ粒子は、例えば、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe及びHgZnSTeよりなる群から選択されるII-VI族化合物半導体量子ドットを有している。他の実施形態では、ルミネセンスナノ粒子は、例えば、GaN、GaP、GaAs、AlN、AlP、AlAs、InN、InP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs,InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GaInNP、GaInNAs、GaInPAs、InAlNP、InAlNAs及びInAlPAsよりなる群から選択されるIII-V族化合物半導体量子ドットを有している。更に他の実施形態では、ルミネセンスナノ粒子は、例えば、CuInS、CuInSe、CuGaS、CuGaSe、AgInS、AgInSe、AgGaS及びAgGaSeよりなる群から選択されるI-III-VI黄銅鉱型半導体量子ドットである。更に他の実施形態では、ルミネセンスナノ粒子は、例えば、LiAsSe、NaAsSe及びKAsSeよりなる群から選択されるようなI−V−VI半導体量子ドットである。更に他の実施形態では、ルミネセンスナノ粒子は、例えば、SbTeのようなIV−VI族化合物半導体ナノ結晶である。特定の実施形態では、ルミネセンスナノ粒子は、InP、CuInS、CuInSe、CdTe、CdSe、CdSeTe、AgInS及びAgInSeよりなる群から選択される。更に他の実施形態では、ルミネセンスナノ粒子は、例えば、ZnSe:Mn、ZnS:Mnのような内部にドーパントを伴う上述した材料から選択されるII-VI族化合物、III-V族化合物I−III−V族化合物及びIV−VI族化合物半導体ナノ結晶の1つである。ドーパント元素は、Mn、Ag、Zn、Eu、S、P、Cu、Ce、Tb、Au、Pb、Tb、Sb、Sn及びTlから選択され得る。ここで、ルミネセンスナノ粒子をベースとするルミネセンス粒子は、CdSe及びZnSe:Mnのような種々のタイプのQDも有していてもよい。
II-VIの量子ドットを用いることは、特に有利であるように思われる。従って、一実施形態では、半導体を使用するルミネセンス量子ドットは、II-VIの量子ドット、特に、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe及びHgZnSTeよりなる群から選択されるII-VIの量子ドット、更に特には、CdS、CdSe、CdSe/CdS及びCdSe/CdS/ZnSよりなる群から選択されるII-VIの量子ドットを有している。
一実施形態では、Cdを含まないQDが適用される。特定の実施形態では、光変換体ナノ粒子は、III-VのQD、より具体的には、コアシェル型InP−ZnSQDのようなInPをベースとする量子ドットを有している。「InP量子ドット」又は「InPをベースとする量子ドット」という表現及び類似する表現は、「むき出しの(bare)」InPQDに関連するが、ドットインロッド方式のInP−ZnSQD等のコアシェル型InP−ZnSQDのようなInPコア上にシェルを有するコアシェル型InPQDにも関連することに注意されたい。
典型的なドットは、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、ヒ化インジウム及びリン化インジウムのような二元合金で作られている。しかしながら、ドットは、硫セレン化カドミウムのような三元合金からも作られる。これらの量子ドットは、10ないし50原子の径で、量子ドットの体積内に100ないし100000個の原子を含むことができる。これは、約2ないし10ナノメートルに対応する。例えば、約3mmの径を有するCdSe、InP又はCuInSeのような球形粒子が与えられる。(コーティングされていない)ルミネセンスナノ粒子は、10nm未満の一次元のサイズで、球、立方体、ロッド、ワイヤ、ディスク、マルチポッド等の形状を有している。例えば、20nmの長さ及び4nmの径のCdSeのナノロッドが与えられる。従って、一実施形態では、半導体をベースとするルミネセンス量子ドットは、コアシェル型量子ドットを有している。更に他の実施形態では、半導体をベースとするルミネセンス量子ドットは、ドットインロッド方式のナノ粒子を有している。異なるタイプの粒子の組み合わせも適用され得る。例えば、コアシェル型粒子とドットインロッド方式とが適用されてもよい及び/又はCdS及びCdSeのような上述したナノ粒子の2つ以上の組み合わせが適用されてもよい。ここでは、「異なるタイプ」という表現は、異なる幾何学的形状及び異なるタイプの半導体ルミネセンス材料に関連している。従って、(上記の)量子ドット又はルミネセンスナノ粒子の2つ以上の組み合わせも適用され得る。
国際特許出願公開WO2011/031871公報から得られるような半導体ナノ結晶を製造する方法の一例は、コロイド成長法である。
一実施形態では、ナノ粒子は、第1の半導体材料を有するコアと第2の半導体材料を有するシェルとを有する半導体ナノ結晶を有し、シェルはコアの表面の少なくとも一部を覆って配される。コア及びシェルを含む半導体ナノ結晶は、「コア/シェル」半導体ナノ結晶とも呼ばれる。
例えば、半導体ナノ結晶は式MXを有するコアを含んでおり、式中、Mは、カドミウム、亜鉛、マグネシウム、水銀、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム又はそれらの混合物であり、Xは、酸素、硫黄、セレン、テルル、窒素、リン、ヒ素、アンチモン又はそれらの混合物である。半導体ナノ結晶のコアとして用いて好適な材料の例は、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、MgS、MgSe、GaAs、GaN、GaP、GaSe、GaSb、HgO、HgS、HgSe、HgTe、InAs、InN、InP、InSb、AlAs、AlN、AlP、AlSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、PbO、PbS、PbSe、PbTe、Ge、Si、三元及び四元混合物又は合金を含む上述のいずれか含む合金及び/又は上述のいずれか含む混合物を含んでいるが、これらに限定されない。
シェルは、コアの組成と同じである又はコアの組成とは異なる組成を有する半導体材料である。シェルは、コアの半導体ナノ結晶の表面に半導体材料の保護膜を有しており、IV族元素、II-VI族化合物、II-V族化合物、III-VI族化合物、III-V族化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物、II-IV-V族化合物、三元及び四元混合物又は合金を含む上述のいずれか含む合金及び/又は上述のいずれか含む混合物を含んでいる。例は、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、MgS、MgSe、GaAs、GaN、GaP、GaSe、GaSb、HgO、HgS、HgSe、HgTe、InAs、InN、InP、InSb、AlAs、AlN、AlP、AlSb、TlN、TlP、TlAs、TlSb、PbO、PbS、PbSe、PbTe、Ge、Si、上述のいずれか含む合金及び/又は上述のいずれか含む混合物を含んでいるが、これらに限定されない。例えば、ZnS、ZnSe又はCdSの保護膜が、CdSe又はCdTe半導体ナノ結晶上に成長される。
半導体ナノ結晶の(コア)シェルの材料の例は、赤色(例えば、(CdSe)ZnS(コア)シェル)、緑色(例えば、(CdZnSe)CdZnS(コア)シェル等)及び青色(例えば、(CdS)CdZnS(コア)シェルを含んでいるが、これらに限定されない(例えば半導体に基づく特定の光変換体ナノ粒子の上記記載も更に参照されたい)。
従って、特定の実施形態では、上記光変換体ナノ結晶は、CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTe、GaN、GaP、GaAs、AlN、AlP、AlAs、InN、InP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GaInNP、GaInNAs、GaInPAs、InAlNP、InAlNAs及びInAlPAsの1つ以上を有するコア及びシェルを持つコア−シェル型ナノ粒子よりなる群から選択される。
一般に、上記コア及びシェルは、同じ類(class)の材料を有するが、本質的には、CdSeコアを取り巻くZnSシェル等のように異なる材料よりなっている。
追加又は代替として、上記無機ルミネセンス材料は、(Ba,Sr,Ca)S:Eu、(Mg,Sr,Ca)AlSiN:Eu及び(Ba,Sr,Ca)Si:Euよりなる群から選択される1つ以上の材料のような二価のユーロピウムを含有する窒化物ルミネセンス材料又は二価のユーロピウムを含有するオキソ窒化物ルミネセンス材料よりなる群から選択される1つ以上のような他のルミネセンス材料も有している。これらの化合物では、ユーロピウム(Eu)が実質的に又は専ら二価であり、示されている二価のカチオンの1つ以上を置換している。一般に、Euは、上記カチオンの10%よりも多い量では存在せず、特に、Euが置換するカチオンに対して約0.5ないし10%の範囲内、更に特には、約0.5ないし5%の範囲内の量で存在する。「:Eu」又は「:Eu2+」という表現は、金属イオンの一部がEuにより(これらの例では、Eu2+により)置換されていることを示している。例えば、CaAlSiN中の2%のEuを考えると、正確な式は(Ca0.98Eu0.02)AlSiNである。二価のユーロピウムは、一般に、上記二価のアルカリ土類カチオンのような二価のカチオン、特に、Ca、Sr又はBaを置換する。材料(Ba,Sr,Ca)S:Euは、MS:Euとしても示され、式中、Mはバリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)及びカルシウム(Ca)よりなる群から選択される1つ以上の元素であり、特に、Mは、この化合物ではカルシウム若しくはストロンチウム又はカルシウム及びストロンチウムを有し、更に特には、カルシウムを有している。ここでは、Euは、取り込まれてM(すなわち、Ba、Sr及びCaの1つ以上)の少なくとも一部を置換している。更に、材料(Ba,Sr,Ca)Si:Euは、MSi:Euとしても示され、式中、Mはバリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)及びカルシウム(Ca)よりなる群から選択される1つ以上の元素であり、特に、Mは、この化合物ではSr及び/又はBaを有している。他の特定の形態では、Mは、(Euの存在を考慮に入れないと、)Sr及び/又はBaから成り、特に、Ba1.5Sr0.5Si:Eu(すなわち、Ba75%、Sr25%)のように50ないし100%、とりわけ50ないし90%のBa及び50ないし0%、とりわけ50ないし10%のSrから成っている。ここでは、Euは、取り込まれてM(すなわち、Ba、Sr及びCaの1つ以上)の少なくとも一部を置換している。同様に、材料(Ba,Sr,Ca)AlSiN:EuもMAlSiN:Euとしても示され、式中、Mはバリウム(Ba)、ストロンチウム(Sr)及びカルシウム(Ca)よりなる群から選択される1つ以上の元素であり、特に、Mは、この化合物ではカルシウム若しくはストロンチウム又はカルシウム及びストロンチウムを有し、更に特には、カルシウムを有している。ここでは、Euは、取り込まれてM(すなわち、Ba、Sr及びCaの1つ以上)の少なくとも一部を置換している。好ましくは、一形態では、無機ルミネセンス材料は、(Ca,Sr,Mg)AlSiN:Eu、好ましくは、CaAlSiN:Euを有している。更に、前者と組み合わせられ得る更に他の形態では、無機ルミネセンス材料は(Ca,Sr,Ba)Si:Eu、好ましくは、(Sr,Ba)Si:Euを有している。「(Ca,Sr,Ba)」という表現は、対応するカチオンがカルシウム、ストロンチウム又はバリウムにより占められていることを示している。この表現は、そのような材料では、対応するカチオンのサイトがカルシウム、ストロンチウム及びバリウムよりなる群から選択されるカチオンで占められていることも示している。従って、上記材料は、例えば、カルシウム及びストロンチウムを有していてもよいし、また、ストロンチウムのみを有していてもよい等である。
上記無機ルミネセンス材料は、三価のセリウムを含有するガーネット(上記参照)及び三価のセリウムを含有するオキソ窒化物よりなる群から選択される1つ以上のルミネセンス材料も有していてもよい。上記オキソ窒化物材料は、当該技術分野においては、オキシ窒化物材料として示されることも多い。
従って、一実施形態では、上記無機ルミネセンス材料は少なくとも緑色光を与え、有機ルミネセンス材料は少なくとも赤色光を与え、特に、光源が青色光を与える。示されたように、無機ルミネセンス材料は量子ドットをベースとするルミネセンス材料を有している。
従って、「無機ルミネセンス」という用語は、複数の異なる無機ルミネセンス材料にも関連している。上記無機ルミネセンス材料は、特に有機ルミネセンス材料と同様にマトリクス中に組み込まれたような光変換体により構成されていてもよいし、光変換体上の層のように光変換体の外部に存在していてもよいし、照明デバイスの他の場所に存在していてもよい。そのような構成の2つ以上の組み合わせも可能である(上記も参照されたい)。従って、一実施形態では、量子ドットをベースとするルミネセンス材料のような無機ルミネセンス材料が、マトリクス内に込まれている。
上記のように、この照明デバイスは、(a)光源光を生成する光源及び(b)光源光の少なくとも一部を可視変換光に変換する光変換体を有している。
上記光変換体又は特にルミネセンス材料は、光源光の少なくとも一部を変換する、言い換えれば、光源は光変換体、特にルミネセンス材料に放射結合されると言うことができる。上記光源が実質的にUV光を発する光源を有していると、ルミネセンス材料は、ルミネセンス材料に衝突するほぼ全ての光源光を変換する。光源が青色光を生成するケースでは、ルミネセンス材料は光源光を部分的に変換する。構成に依存して、残りの光源光の一部は、ルミネセンス材料を有する層を通って伝送される。ここで、上記表現は、有機ルミネセンス材料及び無機ルミネセンス材料の1つ以上に関連している。
上記光源という用語は、原理的には、当該技術分野において既知の任意の光源に関連するが、特に、本明細書ではLEDとして更に示されるLEDを使用する光源のことを指す。以下の説明は、理解の目的のために、専らLEDを使用する光源を取り扱う。光源はUV及び/又は青色光を与える。好ましい実施形態では、発光ダイオードが青色成分を有するLED光を生成する。言い換えれば、光源は青色LEDを有している。従って、一実施形態では、光源は青色光を生成する、特に、LEDは固体LEDである。
更に他の実施形態では、上記発光ダイオードは、UV成分を持つLED光を生成する。言い換えれば、光源はUVLEDを有している。UV光源が適用され、青色成分として青又は白色光が望まれる際には、例えば、よく知られている材料BaMgAl1017:Eu2+及び/又は(Sr,Ba,Ca)(POCl:Eu2+が適用される。しかしながら、UV光を青色光に変換することができる他のルミネセンス材料もまた、代替又は追加として適用され得る。そのような青色ルミネセンス材料は、リモート又は光源の一部として適用されてもよく、オプションで(同様に)光変換体により構成されていてもよい。本明細書において説明される全てのルミネセンス材料が光源と放射結合され得るが、オプションで、1つ以上のルミネセンス材料が1つ以上の他のルミネセンス材料と放射結合される(すなわち、上記ルミネセンス材料はそれらの1つ以上の他のルミネセント材料の放射光を受け取るように構成され、当該放射光により励起され得る)。
好ましいことに、上記光源は、動作中に200ないし490nmの範囲から選択される波長で少なくとも光を発する光源、とりわけ、動作中に400ないし490nmの範囲から選択される波長、更に特には440ないし490nmの範囲内にある波長で発する光源である。この光は、ルミネセンス材料により部分的に用いられる(以下を参照されたい)。特定の実施形態では、上記光源は、(LED又はレーザダイオードのような)固体LED光源を有している。「光源」という用語は、2ないし20の(固体)(LED)光源のような複数の光源にも関連がある。従って、LEDという用語は、複数のLEDのことも指している。従って、特定の実施形態では、光源は青色光を生成するように構成されている。更なる実施形態では、上記照明デバイスは、LCDアプリケーションにおいてバックライティングユニットとして適用される。従って、本発明は、更なる観点において、本明細書に規定されているような1つ以上の照明デバイスを有するバックライティングユニットを有する液晶表示装置を提供する。
本明細書における白色光という用語は、当業者には既知である。これは、特に、約2000から20000K、とりわけ、2700ないし20000K、一般照明に関してはとりわけ約2700K及び6500Kの範囲、バックライティングの目的に関してはとりわけ約7000K及び20000Kの範囲の相関色温度(CCT)を持ち、特に、BBL(黒体軌跡)から約15SDCM(等色標準偏差)以内、特に、BBLから約10SDCM以内、更に特には、BBLから約5SDCM以内の光に関連している。
一実施形態では、上記光源、例えば、直接蛍光体変換型LED(例えば10000Kを得るように薄い蛍光体の層を有する青色発光ダイオード)は、約5000から20000Kの間の相関色温度(CCT)を持つ照明ユニット光も与える。従って、特定の実施形態では、上記光源は、5000ないし20000Kの範囲内、更に特には、8000ないし20000Kのような6000ないし20000Kの範囲内の相関色温度の照明ユニット光を与えるように構成される。相対的に高い色温度の利点は、光源光に相対的に高い青色成分が存在することである。
上記照明デバイスは、少なくとも式Iに従う有機ルミネセンス材料を有する光変換体を有している。他のルミネセンス材料も存在する。1つ以上の他のルミネセンス材料は、それぞれ個々に、マトリクスにより構成されてもよいし、コーティング若しくはマトリクス上の層として与えられてもよいし、照明デバイスの他の場所に配されてもよい。
上記照明デバイスは、特に、白色光を与えることができる。オプションで、上記照明デバイスは、照明デバイスがどのように制御されるかに依存して、着色光を与えるように構成されるか、又は着色光及び白色光を与えるように構成され得る。
「紫色光」又は「紫色発光」という用語は、特に、約380ないし440nmの範囲内の波長を有する光に関連している。「青色光」又は「青色発光」という用語は、特に、約440ないし490nm(幾らかの紫及びシアンの色相を含む)の範囲内の波長を有する光に関連している。「緑色光」又は「緑色発光」という用語は、特に、約490ないし560nmの範囲内の波長を有する光に関連している。「黄色光」又は「黄色発光」という用語は、特に、約540ないし570nmの範囲内の波長を有する光に関連している。「橙色光」又は「橙色発光」という用語は、特に、約570ないし600nmの範囲内の波長を有する光に関連している。「赤色光」又は「赤色発光」という用語は、特に、約600ないし750nmの範囲内の波長を有する光に関連している。「桃色光」又は「桃色発光」という用語は、青色成分及び赤色成分を有する光のことを指している。「可視」、「可視光」又は「可視発光」という用語は、約380ないし750nmの範囲内の波長を有する光のことを指している。
上記光源は、(TiOのような反射材料でコーティングされているような)反射性の壁部及び光透過窓を有するチャンバ内に構成され得る。一実施形態では、上記窓は光変換層である。更に他の実施形態では、上記窓は光変換層を有している。この層は窓の上流又は窓の下流に配される。更に他の実施形態では、光変換層が窓の両側に適用される。
上記「上流」及び「下流」という用語は、光生成手段(ここでは、特に第1の光源)からの光の伝播に対するアイテム又は特徴部の配置に関連しており、光生成手段からの光ビーム内の第1の位置に対して、光生成手段により近い光ビーム内の第2の位置は「上流」であり、光生成手段からより遠い光ビーム内の第3の位置は「下流」である。
1ないし50mm等の0.5ないし50mmのような光源からゼロではない距離で光変換体(及びオプションで光変換体内部に存在しない他のルミネセンス材料)を配することは、効率及び/又は安定性の観点から有利である。従って、一実施形態では、光変換体は、光源のゼロではない距離に構成されている。例えば、光変換体又は特に(有機)ルミネセンス材料は、照明ユニットの窓部に適用されてもよいし、照明ユニットの窓部により構成されていてもよい。従って、一実施形態では、光変換体は、光源からゼロではない距離に構成されている。しかしながら、本発明は、光変換体と光源との距離がゼロではないアプリケーションに限定されるものではないことに注意されたい。本発明及び本明細書において説明される具体的な実施形態は、光源及び光変換体が物理的に接する他の実施形態にも適用され得る。そのような例では、光変換体は、特に、例えばLEDダイと物理的に接して構成される。
光源が青色光を与えるケースでは、ルミネセンス材料は光源光の一部のみを変換する。一実施形態では、光源の青色光、有機ルミネセント材料の光及びオプションでナノ粒子を使用するルミネセンス材料のような無機ルミネセント材料の光は、一実施形態では協働して白色光を与える。
「実質的に全ての光」又は「実質的に構成される」のような本明細書における「実質的に」という用語は、当業者には理解されるであろう。「実質的に」という用語は、「全部」、「完全に」、「全て」等を伴う具体例も含んでいる。従って、実施形態では、形容詞的な実質的には取り除かれ得る。適用可能である場合、「実質的に」という用語は、95%以上のような90%以上、特に99%以上、更に特には100%を含む99.5%以上に関係がある。「有する」という用語は、「有する」という用語が「から成る」を意味する具体例も含んでいる。「及び/又は」という用語は、特に、「及び/又は」の前後に述べたアイテムの1つ以上に関連している。例えば、「アイテム1及び/又はアイテム2」という表現及び同様の表現は、アイテム1及びアイテム2の1つ以上に関連する。「有している」という用語は、一形態では、「から成る」を意味するが、他の形態では、「少なくとも規定された種を含み、オプションで1つ以上の他の種を含む」ことも意味する。
更に、詳細な説明及び特許請求の範囲における第1、第2、第3等は、類似の構成要素を区別するために用いられており、必ずしも連続する順序又は発生順を説明するために用いられるものではない。そのように用いられている用語は適切な状況下において置き換え可能であり、本明細書で説明される本発明の実施形態は、本明細書中に説明されている又は示されている順序ではない他の順序で動作可能であることを理解されたい。
本明細書におけるデバイスは、とりわけ動作中について説明されている。当業者には明らかであるように、本発明は、動作の方法又は動作中のデバイスに限定されるものではない。
上述した実施形態は本発明を限定するものではではなく説明しており、当業者であれば添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多数の代替の実施形態を考案することができることに注意されたい。特許請求の範囲では、括弧内に配されたいかなる参照符号もが特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきではない。動詞「有する」及びその活用の使用は、特許請求の範囲において述べられている構成要素又はステップ以外の構成要素又はステップの存在を排除するものではない。構成要素の前に付された冠詞「a」又は「an」は、複数のそのような構成要素の存在を排除するものではない。或る方策が互いに異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に用いられないことを示してはいない。
本発明は、更に、詳細な説明において説明される及び/又は添付の図面に示される特徴的なフィーチャの1つ以上を有するデバイスに当てはまる。本発明は、更に、詳細な説明において説明される及び/又は添付の図面に示される特徴的なフィーチャの1つ以上を有する方法又はプロセスに関連している。
この特許において論じられる種々の観点は、追加の利点を与えるために組み合わせられ得る。更に、上記フィーチャの幾つかは、1つ以上の分割出願の基礎を形成し得る。
本発明の実施形態が、添付の模式図を参照して単に例としてこれから説明される。各図において、対応する参照符号は対応する部分を示している。
照明デバイスの実施形態を模式的に示しており、縮尺は必ずしも正確ではない。 照明デバイスの実施形態を模式的に示しており、縮尺は必ずしも正確ではない。 照明デバイスの実施形態を模式的に示しており、縮尺は必ずしも正確ではない。 照明デバイスの実施形態を模式的に示しており、縮尺は必ずしも正確ではない。 照明デバイスの実施形態を模式的に示しており、縮尺は必ずしも正確ではない。 照明デバイスの実施形態を模式的に示しており、縮尺は必ずしも正確ではない。 作られた有機材料を模式的に示している。 作られた有機材料を模式的に示している。 作られた有機材料を模式的に示している。 作られた有機材料を模式的に示している。 作られた有機材料を模式的に示している。 作られた有機材料を模式的に示している。 作られた有機材料を模式的に示している。 作られた有機材料を模式的に示している。 作られた有機材料を模式的に示している。 作られた有機材料を模式的に示している。 これらの有機材料の幾つかの放出スペクトルを示している。 これらの有機材料の幾つかの放出スペクトルを示している。 幾つかの合成スキームを模式的に示している。 幾つかの合成スキームを模式的に示している。
図1aは、この実施形態では式Iに従う有機ルミネセンス材料140を少なくとも有する光変換体100を有する照明デバイス1を示している。有機ルミネセンス材料140は、この実施形態では、PETのような(ポリマ)マトリクスに組み込まれている。図に見られるように、(光変換体100内の)ルミネセンス材料と参照符号10で示されている光源とのゼロではない距離dのリモートバージョンが示されている。照明デバイス1は、光源光11、特に、青及び/又はUV光を与える1つ以上の光源10を有している。照明デバイス1は、複数のそのような光源を有している。参照符号2で示されている白色性の照明デバイス光が望まれる場合、RGBの概念を用いることが必要であり、赤色又はその少なくとも一部が赤色有機ルミネセンス材料140により与えられ、青及び緑色光が光源の1つ以上及び光源と他のルミネセンス材料、特に無機ルミネセンス材料との組み合わせにより与えられる。無機ルミネセンス材料は参照符号130で示されており、無機ルミネセンス材料光131を与える。
式Iに従う有機ルミネセンス材料140は、光源光11及び/又は例えば無機ルミネセンス材料光131のような1つ以上の他のルミネセンス材料により励起されると、有機ルミネセンス材料光141を与える。ここでは、光変換体100は光源10から離れており、従って、光変換体100に組み込まれた有機ルミネセンス材料もまた離れている。オプションの無機ルミネセンス材料130は、離れて配されて得る(以下参照)が、例としてドーム内において及び/又はLEDダイ上の層としてのように光源10に近接している。
単に例として、1つの光源は無機ルミネセンス材料130を伴うことなく示されている。しかしながら、他の実施形態では、全ての光源10が少なくとも無機ルミネセンス材料130とともに構成されている。また、例として、3つの光源10が示されている。しかしながら、3つよりも多い又は少ない光源が適用され得る。
光源10が青及び/又はUV光を与えることに注意されたい。無機ルミネセンス材料130は、特に、(光源10の上記光により)励起すると、青、緑及び黄色光の1つ以上を与える。オプションで、無機ルミネセンス材料130は赤色光も与えるが、特に無機ルミネセンス材料130は、(600nm未満にエネルギーの少なくとも70%を持つスペクトル分布を特に有するような)600nm以下にカットオフを有している。
図1a及び他の図は、空洞部172を少なくとも部分的に取り囲む筐体171を備えた光チャンバ170を有するデバイスを模式的に示しており、これは透過部173を有している。一実施形態では、透過部173は光変換体100を有しているか、又は、特に光変換体100よりなっている。上記筐体の非透過部の面は参照符号171で示されている。面171の少なくとも一部は、反射性のコーティングのような反射体を有している。
光変換体100は、励起すると、有機ルミネセンス材料光141を少なくとも有するがオプションで他のルミネセンス光も有する(以下を参照されたい)光変換体光111を与える。参照符号2で示されている照明デバイス光は、光変換体光111/有機ルミネセンス材料光141を少なくとも有するが、オプションで、光源光11、無機ルミネセンス材料光131及び他のルミネセンス材料の光(図示せず)の1つ以上を有している。
図1bは、光変換体100が無機ルミネセンス材料130を伴う上流層を有する実施形態を模式的に示している。オプションで、これは、同じマトリクスを有するが異なるルミネセンス材料を有する2つの層を有する光変換体である。光源までの上記無機ルミネセンス材料130を伴う層の距離は、d1で示されている。この距離は、図1aに模式的に示されている実施形態とは対照的に、この実施形態ではゼロではない。
図1cは、光変換体100が、例えば量子ドットの形態で無機ルミネセンス材料130を有するとともに、式Iに従う有機ルミネセンス材料140を有する実施形態を模式的に示している。無機ルミネセンス材料130及び有機ルミネセンス材料140の両方が、この実施形態では(リモート)光変換体に組み込まれている。すなわち、光変換体100のPETのような(ポリマ)マトリクスに組み込まれている。
図1dは、透過部173が、0.25cmを超える体積を有する少なくとも2つのタイプのセグメントを有する実施形態を模式的に示しており、2つのタイプのセグメントは、有機ルミネセンス材料と無機ルミネセンス材料との異なる重量比を有している。例えば、第1のセグメントはルミネセンス材料として有機ルミネセンス材料140を有し、第2のセグメントはルミネセンス材料として無機ルミネセンス材料130を有している。有機ルミネセンス材料140は、また、この実施形態では、PETのような(ポリマ)マトリクスに組み込まれている。同様に、無機ルミネセンス材料130もPETのような(ポリマ)マトリクスに組み込まれている。
図1eは、筐体170が(透過部173として)透過性の拡散部160を有しており、光変換体が筐体171の非透過部の少なくとも一部に適用される実施形態を模式的に示している。
図1fは、反射の形態を模式的に示している。上述したように、有機ルミネセンス材料140及びオプションで無機ルミネセンス材料130は、(両方ともに)(ポリマ)マトリクスに組み込まれている。
図2aないし図2jは、ペリレン型、特に、有機ルミネセンス材料140の実施形態の作製された同じ有機ルミネセンス材料を模式的に示している。特に、分子68、65、53、52、63、64、X1及びX2が、それらの光学特性のために望ましく、これらは各X基に少なくとも2つのハロゲン原子を有している。上記ルミネセンス材料の幾つかの光学特性が図3a及び図3bに示されている。これらのグラフは、とりわけ、比較としての材料2の放出曲線とともに放出スペクトルを示している。750nmまでの範囲において450nmの励起の下で放出波長の関数として放出エネルギー(出力)のスペクトル分布を測定すると、全放出に対する645nm未満の放出の比が求められる。
材料の大部分は、図4aに示されているスキーム1に従って又は図4bに示されているスキーム2に従って作製された。
53の合成、スキーム1参照、N,N′−ビス−(2,6−ジイソプロピルフェニル)−1,6,7,12−テトラクロロペリレン−3,4,9,10−テトラカルボジイミドB
1,6,7,12−テトラクロロペリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸二無水物(A、10.0g、19.0mmol)がプロピオン酸(250mL)中で細かく懸濁された。その後、2,6−ジイソプロピルアニリン(16.6g、40mmol)が加えられ、混合物が窒素下で17時間還流された。室温まで冷却後、混合物に水が加えられ、沈殿物が濾過され、水及びその後ヘプタンで大いに洗浄され、真空下で乾燥され、橙色の固体として9gの化合物Bを与えた(収率56%)。
N,N′−ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)−1,6,7,12−テトラ(3−フルオロフェノキシ)ペリレン−3,4,9,10−テトラカルボジイミド53
N,N′−ビス−(2,6−ジイソプロピルフェニル)−1,6,7,12−テトラクロロペリレン−3,4,9,10−テトラカルボジイミド(B、4g、4.7mmol)、2−フルオロフェノール(2.5mL、28.2mmol)及びNMP(80mL)中のKCO(4.3g、31.0mmol)が、窒素下で3時間110℃で攪拌された。その後、フラスコの中身が水及び酢酸の混合物中に注がれ、2時間攪拌され、沈澱した固体が濾過され、温水で中性に洗浄され、60℃で真空乾燥された。化合物がメタノールから、その後EtOAc/ヘプタン混合物(2回)、その後DCM/ヘプタン混合物(3回)から再結晶化され、集められた赤色の固体が温ヘプタンで洗浄され、真空下で乾燥された。純粋な化合物53(1.6g、収率19%)が赤色の固体として得られた。19F-NMR(282MHz、CDCl中):δ=−110ppmであり、Mass(TOF-ESI、m/z):Calculate for C72H55F4N2O8 +([M-H]+): 1151.39, Found:1151.61.λmax(ethyl acetate)=558nm, ε=45600.λ(em) (ethyl acetate)586nmであった。
分子53は図2Dに示されている。この図から分かるように、G、G、G及びGから選択される少なくとも2つがXを少なくとも有し、上記G、G、G及びGから選択される少なくとも2つの少なくとも2つのD、E、I、L及びMの少なくとも1つが独立して、フッ素及び塩素から選択される基を有している。ここで、G、G、G及びGはXを有しており、これらの4つのそれぞれは(単一の)フッ素を有している。G、G、G及びGの4つ全てが同じ基を有する必要はないことに注意されたい。
N,N′−ビス−(2,6−ジイソプロピルフェニル)−1,6,7,12−(2,3−ジフルオロフェノキシ)ペリレン−3,4,9,10−テトラカルボジイミド65の合成、スキーム1参照
N,N′−ビス−(2,6−ジイソプロピルフェニル)−1,6,7,12−テトラクロロペリレン−3,4,9,10−テトラカルボジイミド(B、5.4g、6.4mmol)、2,3−ジフルオロフェノール(5.0g、38.4mmol)及びNMP(100mL)中のKCO(5.7g、41.6mmol)が、窒素下で5時間110℃で攪拌された。その後、フラスコの中身が酢酸中に注がれた。2分後、2NのHCl水溶液が加えられ、10分間攪拌され、沈澱した固体が濾過され、温水で中性に洗浄され、60℃で真空乾燥された。残渣がシリカゲル上にコーティングされ、カラムクロマトグラフィ(SiO、溶離液:DCM/ヘプタン=1/1)により精製された。化合物は、メタノールから、その後DCM/ヘプタン混合物(3回)からの二度の再結晶化を行うことにより再び精製された。集められた赤色の固体が温ヘプタンで洗浄され、真空下で乾燥された。純粋な化合物65(2.1g、収率27%)が赤色の固体として得られた。19F-NMR(282MHz、CDCl中):δ=−154ppm及びδ=−135ppmであり、Mass(TOF-ESI、m/z):Calculate for C72H51F8N2O8 +([M-H]+): 1223.36, Found:1223.29.λmax(ethyl acetate)=548nm, ε=53400.λ(em) (ethyl acetate)576nmであった。
分子65は図2Cに示されている。この図から分かるように、G、G、G及びGから選択される少なくとも2つがXを少なくとも有し、上記G、G、G及びGから選択される少なくとも2つの少なくとも2つのD、E、I、L及びMの少なくとも1つが独立して、フッ素及び塩素から選択される基を有している。ここで、G、G、G及びGはXを有しており、これらの4つのそれぞれはフッ素を有している(実際には、それぞれが2つのフッ素置換基を有している。)。G、G、G及びGの4つ全てが同じ基を有する必要はないことに注意されたい。
N,N′−ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)−1,6,7,12−テトラ(2,6−ジフルオロフェノキシ)ペリレン−3,4,9,10−テトラカルボジイミド71の合成、スキーム1参照
N,N′−ビス−(2,6−ジイソプロピルフェニル)−1,6,7,12−テトラクロロペリレン−3,4,9,10−テトラカルボジイミド(B、4.2g、5.0mmol)、2,6−ジフルオロフェノール(5.0g、38.4mmol)及びNMP(80mL)中のKCO(5.3g、38.4mmol)が、窒素下で一晩110℃で攪拌された。その後、フラスコの中身が冷たい20%酢酸水溶液中に注がれた。5分後、2NのHCl水溶液が加えられ、10分間攪拌され、沈澱した固体が濾過され、温水で中性に洗浄され、60℃で真空乾燥された。残渣がシリカゲル上にコーティングされ、カラムクロマトグラフィ(SiO、溶離液:DCM/ヘプタン=2/1)により精製された。化合物は、メタノールから、その後DCM/ヘプタン混合物(3回)から再結晶化を行うことにより再び精製された。集められた赤色の固体が温ヘプタンで洗浄され、真空下で乾燥された。化合物71(3.5g)が赤色の固体として得られた。19F-NMR(282MHz、CDCl中):δ=−126ppmであり、Mass(TOF-ESI、m/z):Calculate for C72H51F8N2O8 +([M-H]+): 1223.36, Found:1223.86.λmax(ethyl acetate)=556nm, ε=60460.λ(em) (ethyl acetate)576nmであった。化合物71は図2Iに化合物X1として示されている。
N,N′−ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)−1,6,7,12−テトラ(2,5−ジフルオロフェノキシ)ペリレン−3,4,9,10−テトラカルボジイミド72の合成、スキーム1参照
N,N′−ビス−(2,6−ジイソプロピルフェニル)−1,6,7,12−テトラクロロペリレン−3,4,9,10−テトラカルボジイミド(B、4.0g、4.7mmol)、2,5−ジクロロフェニル(5.0g、30.5mmol)及びNMP(80mL)中のKCO(4.3g、31.0mmol)が、窒素下で一晩110℃で攪拌された。その後、フラスコの中身が冷たい20%酢酸水溶液中に注がれた。5分後、2NのHCl水溶液が加えられ、10分間攪拌され、沈澱した固体が濾過され、温水で中性に洗浄され、60℃で真空乾燥された。残渣がシリカゲル上にコーティングされ、カラムクロマトグラフィ(SiO、溶離液:DCM/ヘプタン=1/1ないし2/1)により精製された。化合物は、DCM/ヘプタン混合物(3回)から再結晶化を行うことにより再び精製された。集められた赤色の固体が温ヘプタンで洗浄され、真空下で乾燥された。化合物72(1.5g)が赤色の固体として得られた。Mass(TOF-ESI、m/z):Calculate for C72H51F8N2O8 +([M-H]+): 1355.11(100%), Found:1355.36(100%).λmax(ethyl acetate)=550nm, ε=47430.λ(em) (ethyl acetate)576nmであった。化合物72は図2Jに化合物X2として示されている。
68の合成、スキーム2参照
1,7−ジブロモペリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸二無水物D、ペリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸二無水物C(40.0g、101.9mmol)、ヨウ素(1.0g、4.0mmol)及び硫酸(96%、470mL)が予備混合され、室温で2時間攪拌された。反応温度は80℃に設定され、臭素(15.5、301.7mmol)が滴下された。混合物が80℃で20時間更に反応させられた。反応混合物は、室温に冷却され、過剰のBrが窒素により置換された。氷水を加えることにより生成物が沈澱し、濾過により集められた。水層が中性になるまで沈殿物が水で数回洗浄された。オーブンの中での60℃で3日間の乾燥が、更なる精製を伴うことなく次のステップに用いられる粗生成物を与えた。
N,N′−ビス−(2,6−ジイソプロピルフェニル)−1,7−ジブロモペリレン−3,4,9,10−テトラカルボジイミドE
1,7−ジブロモペリレン−3,4,9,10−テトラカルボジイミドD(上記参照)、プロピオン酸(1L)及びNMP(500mL)中の2,6−ジイソプロピルアニリン(41.5mL、220mmol)の混合物が窒素下で2.5日間還流された。混合物が、まず、ジイミド異性体の混合物を得るためにカラムクロマトグラフィ(SiO、溶離液:DCM/ヘプタン=2/1ないしDCM)により精製された。混合物がEtOH(300mL)及びトルエン(300mL)で洗浄され、その後、トルエン(300mL)中で一晩80℃で加熱された。ジイミドがトルエン熱溶液から再結晶化された。この固体が熱濾過により集められ、真空下で乾燥され、橙色の粉末として化合物3を与えた(18g、収率20%)。
N,N′−ビス−(2,6−ジイソプロピルフェニル)−1,7−ビス(2,3−ジフルオロフェニル)ペリレン−3,4,9,10−テトラカルボジイミド68
N,N′−ビス−(2,6−ジイソプロピルフェニル)−1,7−ジブロモペリレン−3,4,9,10−テトラカルボジイミド(E、1.5g、1.7mmol)、2,3−ジフルオロフェノール(675mg、5.2mmol)及びNMP(70mL)中のKCO(956mg、6.9mmol)の混合物が、窒素下で5時間110℃で攪拌された。その後、フラスコの中身が酢酸中に注がれた。2時間後、2NのHCl水溶液が加えられ、10分間攪拌され、沈澱した固体が濾過され、温水で中性に洗浄され、60℃で真空乾燥された。純粋な化合物68(770mg、収率47%)が赤色の固体として得られた。19F-NMR(282MHz、CDCl中):δ=−155ppm及びδ=−134ppmであり、Mass(TOF-ESI、m/z):Calculate for C72H51F8N2O8 +([M-H]+): 967.33, Found:967.30(100%).λmax(ethyl acetate)=528nm, ε=57200.λ(em) (ethyl acetate)550nmであった。
分子68は図2Aに示されている。この図から分かるように、G、G、G及びGから選択される少なくとも2つがXを少なくとも有し、上記G、G、G及びGから選択される少なくとも2つの少なくとも2つのD、E、I、L及びMの少なくとも1つが独立して、フッ素及び塩素から選択される基を有している。ここで、G及びGはXを有しており、これらの2つのそれぞれはフッ素を有している(実際には、それぞれが2つのフッ素置換基を有している)。
ランプ
TLEDを用いた例
ともにCT4000K及びCRI=80で2つの異なる系を用いてTLEDが生成された。
・YAG:Ce+F305(市販の有機蛍光体) 変換効率=220Lm/W 青色(変換効率=Wblue=青色光の変換により生成されるルーメンの量/用いられる青色光の全出力)
・LuAg:Ce(Lul512:Ce)分子17 変換効率=237Lm/W 青色を形成
従って、ゲインは8%である。
バルブを用いた例
ともにCCT=2800K及びCRI=80の2つの異なる系を用いてバルブが生成された。
・YAG:Ce+F305 変換効率=185Lm/W 青色を形成
・LuAg:Ce分子17 変換効率=230Lm/W 青色を形成
従って、ゲインは24%である。
狭帯域緑色放射体を用いた更なる例
ルミネセンス材料と光源との組み合わせの他のシリーズが作られ、CCT4000Kで全て合わせられた。ユーロピウムがドープされたチオガリウム酸ストロンチウム(StGa:Eu)の放出を合わせた450nmにおける青色LEDの放出と以下に示されている有機ルミネセンス材料の放出との組み合わせが評価された。
これらのデータから、X1、X2及び68は、材料2よりもCRI、変換効率又は645nm未満の部分が良好である。例えば、68についてのCRIはより低いが、変換効率及びカットオフの両方はより良い。X2については、CRIがわずかに良好である。
安定性試験
上述した分子は、それらを励起させるために用いられる光による照明の下で劣化する傾向にある。我々は、一度ポリエチレンテレフタレート(PET)のような芳香族ポリエステルマトリクス内に配されるとそれらの寿命がかなり増大することを見出した。ルミネセンス分子の寿命が、ポリスチレン、ポリカーボネート及びポリメチルメタクリレートのようなポリママトリクスと比較して10倍まで改善されることが分かった。我々は、時間の関数としての分子の劣化が指数関数的崩壊関数により説明され得ることを見出した。以下の表において、一定強度(4W/cm)における青色照明の下で減衰速度(劣化速度)を示す指数が劣化を示している。

Claims (19)

  1. (a)光源光を生成する光源及び(b)前記光源光の少なくとも一部を可視変換光に変換する光変換体を有し、前記光変換体は式(I)

    により規定される有機ルミネセンス材料を含有するマトリクスを有する照明デバイスであって、
    及びGは独立して直鎖アルキル、分岐アルキル、酸素含有アルキル、シクロアルキル、ナフチル及びYから選択される基を有しており、A、B、C、J及びQのそれぞれは独立して水素、フッ素、塩素、イソプロピル、t−ブチル、メトキシ、16個までの炭素原子を有するアルキル及び16個までの炭素原子を有する酸素含有アルキルから選択される基を有し、
    、G、G及びGは独立して水素、フッ素、塩素、イソプロピル、t−ブチル、メトキシ、16個までの炭素原子を有するアルキル、16個までの炭素原子を有する酸素含有アルキル及びXから選択される基を有しており、D、E、I、L及びMのそれぞれは独立して水素、フッ素、塩素、イソプロピル、t−ブチル、メトキシ、16個までの炭素原子を有するアルキル及び16個までの炭素原子を有する酸素含有アルキルから選択される基を有し、
    、G、G及びGから選択される少なくとも2つはXを少なくとも有し、前記G、G、G及びGから選択される少なくとも2つの少なくとも2つのD、E、I、L及びMの独立した少なくとも1つはフッ素及び塩素から選択される基を有する、当該照明デバイス。
  2. 前記G、G、G及びG基の2つは水素であり、前記2つのXを有する基は同じである、請求項1記載の照明デバイス。
  3. 前記G、G、G及びGから選択される少なくとも2つの少なくとも2つのD、E、I、L及びMの独立した少なくとも2つがフッ素及び塩素から選択される基を有する、請求項1又は2記載の照明デバイス。
  4. 以下の条件、すなわち、(I)Yに関して、(Ia)A、C=イソプロピル及びB,J、Q=水素、又は(Ib)A、Q=t−ブチル及びB、J、C=水素、並びに(II)Xに関して、(IIa)D、M=イソプロピル及びE、I、L=水素、又は(IIb)D、E、I、L、Mの1つ又は2つ=フッ素又は塩素であり、残りは水素が当てはまる、請求項1ないし3のいずれか一項に記載の照明デバイス。
  5. D=E=F及びI=L=M=水素の場合G=G=Xであり、A=C=イソプロピル及びB=J=Q=水素の場合G=G=Yである、請求項1ないし4のいずれか一項に記載の照明デバイス。
  6. A及びBの少なくとも1つがフッ素又は塩素である場合G=G=G=GがXであり、C、J、Qは独立してF、Cl又はHから選択される、請求項1ないし4のいずれか一項に記載の照明デバイス。
  7. 前記光源光の少なくとも一部を少なくとも緑色光に変換する無機ルミネセンス材料を更に有し、前記有機ルミネセンス材料が少なくとも赤色光を与え、前記光源が青色光を与える、請求項1ないし4のいずれか一項に記載の照明デバイス。
  8. 前記無機ルミネセンス材料が、量子ドットをベースとするルミネセンス材料を有し、前記マトリクスに組み込まれた、請求項7記載の照明デバイス。
  9. 前記マトリクスがポリエチレンテレフタレート(PET)を有する、請求項1ないし8のいずれか一項に記載の照明デバイス。
  10. 前記G、G、G、G43、G及びGの1つ以上が前記マトリクスとの共有結合を有する、請求項1ないし9のいずれか一項に記載の照明デバイス。




  11. 及び

    より成る群から選択される1つ以上の有機ルミネセンス材料を有する、請求項1ないし10のいずれか一項に記載の照明デバイス。
  12. 式(I)

    により規定される有機ルミネセンス材料を含有するマトリクスを有する光変換体であって、
    及びGは独立して直鎖アルキル、分岐アルキル、酸素含有アルキル、シクロアルキル、ナフチル及びYから選択される基を有しており、A、B、C、J及びQのそれぞれは独立して水素、フッ素、塩素、イソプロピル、t−ブチル、メトキシ、16個までの炭素原子を有するアルキル及び16個までの炭素原子を有する酸素含有アルキルから選択される基を有し、
    、G、G及びGは独立して水素、フッ素、塩素、イソプロピル、t−ブチル、メトキシ、16個までの炭素原子を有するアルキル、16個までの炭素原子を有する酸素含有アルキル及びXから選択される基を有しており、D、E、I、L及びMのそれぞれは独立して水素、フッ素、塩素、イソプロピル、t−ブチル、メトキシ、16個までの炭素原子を有するアルキル及び16個までの炭素原子を有する酸素含有アルキルから選択される基を有し、
    、G、G及びGから選択される少なくとも2つはXを少なくとも有し、前記G、G、G及びGから選択される前記少なくとも2つの少なくとも2つのD、E、I、L及びMの少なくとも1つは独立してフッ素及び塩素から選択される基を有する、当該光変換体。
  13. 前記G、G、G及びG基の2つは水素であり、前記2つのXを有する基は同じであり、当該光変換体は、少なくとも緑色光を与える無機ルミネセンス材料を更に有し、前記無機ルミネセンス材料は量子ドットをベースとするルミネセンス材料を有し、前記マトリクスはポリエチレンテレフタレート(PET)を有する、請求項12記載の光変換体。
  14. D=E=F及びI=L=M=水素の場合G=G=Xであり、A=C=イソプロピル及びB=J=Q=水素の場合G=G=Yである、請求項12又は13記載の光変換体。
  15. 前記G、G、G、G43、G及びGの1つ以上が前記マトリクスとの共有結合を有する、請求項12ないし14のいずれか一項に記載の光変換体。
  16. 前記マトリクスがポリエチレンテレフタレート(PET)を有する、請求項12ないし15のいずれか一項に記載の光変換体。
  17. 式(I)

    により規定される有機ルミネセンス材料であって、
    及びGは独立して直鎖アルキル、分岐アルキル、酸素含有アルキル、シクロアルキル、ナフチル及びYから選択される基を有しており、A、B、C、J及びQのそれぞれは独立して水素、フッ素、塩素、イソプロピル、t−ブチル、メトキシ、16個までの炭素原子を有するアルキル及び16個までの炭素原子を有する酸素含有アルキルから選択される基を有し、
    、G、G及びGは独立して水素、フッ素、塩素、イソプロピル、t−ブチル、メトキシ、16個までの炭素原子を有するアルキル、16個までの炭素原子を有する酸素含有アルキル及びXから選択される基を有しており、D、E、I、L及びMのそれぞれは独立して水素、フッ素、塩素、イソプロピル、t−ブチル、メトキシ、16個までの炭素原子を有するアルキル及び16個までの炭素原子を有する酸素含有アルキルから選択される基を有し、
    、G、G及びGから選択される少なくとも2つはXを少なくとも有し、前記G、G、G及びGから選択される少なくとも2つの少なくとも2つのD、E、I、L及びMの独立した少なくとも1つはフッ素及び塩素から選択される2つ以上の基を有する、当該有機ルミネセンス材料。
  18. A=C=イソプロピル及びB=J=Q=水素又はA=Q=t−ブチル及びB=J=C=水素である、請求項17記載の有機ルミネセンス材料。
  19. 請求項11において規定される請求項17又は18記載の有機ルミネセンス材料。
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