JP6929290B2 - 発光用途における使用のためのナノ粒子 - Google Patents

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Description

本発明は、発光デバイス、例えば発光ダイオード(LED)および光電子ディスプレイ等における使用のためのナノ粒子に関する。
発光デバイス、例えば発光ダイオード(LED)および光電子ディスプレイ等は、様々な形態の家庭用の照明、自動車の照明、交通信号、液晶ディスプレイ(LCD)バックライトおよびディスプレイ画面を含む、現代の照明の多くの形態においてますます重要となってきている。
LEDデバイスは、典型的には、AlGaAs(赤)、AlGaInP(橙−黄−緑)、およびAlGaInN(緑−青)等の無機固体化合物半導体から作製される。しかしながら、異なる周波数の従来の固体LEDを混合することにより白色光または他の所望の色の光を放出するLEDを提供することは不可能である。
色混合を容易化するための1つの方法は、固体LEDの上に設置されたリン光性および/または蛍光性材料の組合せの使用を含むが、これによってLEDからの光(「一次光」)は、リン光性および/または蛍光性材料により吸収され、次いで異なる波長で再放出される(「二次光」)、すなわち、リン光性および/または蛍光性材料は、一次光を二次光に下方変換する。
下方変換用途において使用される現在の材料は、UVまたは青色光を吸収して、それをより長い波長に変換するが、現在、ほとんどのリン光体が三価希土類ドープ酸化物またはハロリン酸塩を使用している。白色発光は、青、緑および赤色領域で発光するリン光体を、青またはUV発光固体デバイスとブレンドすることにより得ることができる。また、白色LEDは、青色LEDを黄色リン光体と組み合わせることにより作製され得るが、この方法を使用すると、LEDおよびリン光体のチューナビリティーの欠如に起因して、色彩調整および演色性が低くなる。さらに、従来のLEDリン光体技術は、演色性が低い(すなわち演色評価数(CRI)<75)下方変換材料を使用する。さらに、太陽光のUV成分を吸収し、所望の波長の可視光を再放出する材料は、園芸において植物成長を促進するため、および太陽電池効率を増加させるために使用され得る。
量子ドット(QD)は、これまで、発光デバイス、例えば発光ダイオード(LED)および光電子ディスプレイ等におけるその使用を含む、いくつかの用途において有望であった。WO2012/164284は、LED等の発光デバイスにおけるQDの使用を開示している。
しかしながら、1つの大きな欠点は、QDが、典型的には、有毒で製造中に慎重な取扱いを必要とし、ある特定の領域において使用制限の対象となる重金属種(例えばカドミウムおよび鉛)を含む、または重要な原材料(例えば希土類元素、インジウム)であることであり、これらの材料はしばしば希少であり、ある特定の領域において厳しい供給および輸出管理の対象となる。したがって、すぐに利用可能であり毒性の低い代替物が必要とされている。
したがって、QDの使用を回避し、従来の手法に関連した欠点を克服する、さらに改善された発光デバイスが必要とされている。
本発明は、上記を念頭に置いて考案された。
本発明の第1の態様によれば、発光デバイスの製作における使用に好適な樹脂であって、樹脂は、カプセル化媒体中に分散された複数のナノ粒子を含み、ナノ粒子は、π共役架橋ポリマーから形成された光ルミネッセンス性共役ポリマーナノ粒子であり、π共役架橋ポリマーは、
a)80〜99.9モル%のπ共役モノマーと、
b)0.1〜20モル%の以下に示される式Iを有する架橋剤と
を含む、樹脂が提供される。
Figure 0006929290
(式中、
およびZは、モノマー部分であり、
Yは、存在しないか、結合であるか、または連結基である)
ナノ粒子は、個別の粒子として樹脂中に分散されてもよく、あるいは代替として、粒子は、樹脂内への分散前に担体内に配合されても、またはより大きなビーズもしくは粒子内に組み込まれてもよい。
本発明の第2の態様によれば、本明細書において定義されるような樹脂と、樹脂を照明するように構成された一次光源とを備える、発光デバイスが提供される。
本発明の第3の態様によれば、本明細書において定義されるような樹脂を形成する方法であって、
(i)ナノ粒子を前駆体カプセル化媒体内に分散させるステップと;
(ii)前駆体カプセル化媒体を硬化して、または押し出して、透明カプセル化媒体を形成するステップと
を含む、方法が提供される。
本発明の第4の態様によれば、本明細書において定義される任意の方法により得ることができる、得られる、または直接的に得られる、本明細書において定義されるような樹脂または本明細書において定義されるような発光デバイスが提供される。
本発明の第5の態様によれば、発光デバイスの製作における、本明細書において定義されるような樹脂の使用が提供される。
(定義)
別段に指定されない限り、本明細書および特許請求の範囲において使用される次の用語は、以下に記載される次の意味を有する。
本明細書において、「スティル反応」(スティルカップリングとしても知られる)への言及は、パラジウムにより触媒される、sp混成有機ハライドに対して有機スズ化合物が関与する周知の化学反応カップリングを示す。この反応は、有機合成において広く使用される。共役ポリマー系の生成のためのスティル重合反応の使用は、例えば、Chem. Rev. 2011, 111, 1493−1528に記載されている。一般的反応スキームを以下に示す。
(R)Sn−R + X−R → R−R
式中、
Rは、(1〜6C)アルキル等のヒドロカルビル置換基であり;
およびRは、共に、カップリングされるモノマー単位であり;
Xは、反応基、典型的にはCl、Br、I等のハライド、またはトリフレート、CFSO 等の擬ハライドである。
「鈴木反応」への言及は、アリール−またはビニル−ボロン酸と、アリール−またはビニル−ハライドとの周知の有機反応を示す。鈴木反応は、典型的には、パラジウム(0)錯体触媒により触媒される。この反応は、化学分野において周知であり、以下に示される一般的反応スキームに従う。
Figure 0006929290
この反応はまた、ハライドの代わりにトリフレート(OTf)等の擬ハライドを用いても生じる。ボロン酸の代わりにボロン酸エステルおよび有機トリフルオロボレート塩が使用されてもよい。ポリマー合成の場合、RおよびRは、モノマー単位を表す。
「ヒドロカルビル」という用語は、直鎖および分岐鎖両方の、アルキル、アルケニルおよびアルキニル基を含む。
「アルキレン」という用語は、直鎖および分岐鎖アルキレン基の両方を含む。「プロピレン」等の個々のアルキレン基への言及は、直鎖型のみに特定され、「イソプロピレン」等の個々の分岐鎖アルキレン基への言及は、分岐鎖型のみに特定される。例えば、「(1〜20C)アルキレン」は、(1〜14C)アルキレン、(1〜12C)アルキレン、プロピレン、イソプロピレンおよびt−ブチレンを含む。本明細書において言及される他の基にも、同様の規則が適用される。
「アルケニレン」および「アルキニレン」という用語は、直鎖および分岐鎖両方の、アルケニルおよびアルキニル基を含む。
「アリール」という用語は、本明細書において使用される場合、フェニル、ナフタレンまたはアントラセン環を指す。一実施形態において、「アリール」は、フェニルまたはナフタレンであり、特にフェニルである。
「ヘテロアリール」または「ヘテロ芳香族」という用語は、1個または複数(例えば1〜4個、特に1個、2個または3個)のヘテロ原子(例えばN、O、P、S、Si、Ge、AsまたはSe)を組み込んだ、芳香族単環式、二環式または三環式環を意味する。ヘテロアリール基の例は、5個から18個の環員を含有する単環式、二環式および三環式基である。ヘテロアリール基は、例えば、5員もしくは6員単環式環、8員、9員もしくは10員二環式環、または15員、16員、17員もしくは18員三環式環であってもよい。好適には、二環式または三環式環系における各環は、5個または6個の環原子を含む。
ポリマーに関して本明細書において使用される「架橋」という用語は、線形または超分岐ポリマーを包含しない。超分岐ポリマーのポリマー「分岐」は、全て単一の焦点から生じている。対照的に、本発明の一部を形成する架橋ポリマーのポリマーストランドは、全て単一の焦点に集束しない。むしろ、本発明の一部を形成する架橋ポリマーのストランドは、ポリマー全体を通して互いに無作為に架橋しており、架橋部位のいずれも、超分岐ポリマーの意味での単一の焦点を表すことはない。さらに、本発明の一部を形成するポリマー内において、所与の架橋部位から4つ以上のポリマー鎖が生じており、一方、超分岐ポリマー内の単一の焦点(または他の分岐点)は、3配位のみである。さらに、本発明の一部を形成する架橋ポリマーは、全ての溶媒(水性、有機、極性および非極性溶媒を含む)に不溶となる程度まで架橋しており、一方、超分岐ポリマーは、一般的に可溶である。
(本発明の配合物)
上で議論されたように、本発明は、発光デバイスの製作における使用に好適な樹脂を提供し、樹脂は、透明カプセル化媒体中に分散された複数のナノ粒子を含み、ナノ粒子は、π共役架橋ポリマーから形成された光ルミネッセンス性共役ポリマーナノ粒子であり、π共役架橋ポリマーは、
a)80〜99.9モル%のπ共役モノマーと、
b)0.1〜20モル%の以下に示される式Iを有する架橋剤と
を含む/それらから本質的になる/それらからなる。
Figure 0006929290
(式中、
およびZは、モノマー部分であり、
Yは、存在しないか、結合であるか、または連結基である)
本発明の樹脂は、一次光を吸収し、異なる波長の二次光を再放出するために現在使用されている蛍光性および/またはリン光性材料の代わりに、発光デバイス、例えばLEDまたは光電子ディスプレイ等に組み込むことができる。樹脂中に存在するナノ粒子は、典型的にはUVまたは青色光源である一次光源からの一次光(またはその一部)を吸収し、様々な波長の二次光を再放出する。樹脂中に組み込まれるナノ粒子の量および性質は、放出される二次光の色および強度を制御するように選択され得る。
異なる色の光は、本発明のナノ粒子から放出される異なる波長の可視光の相対量の選択により調光され得ることが、当業者に理解される。例えば、ナノ粒子は、デバイスから、異なる割合で赤、緑および/または青色光を放出することができる。
また、発光デバイスから放出される全体的な光は、ナノ粒子から放出される光だけ、すなわち二次光だけからなってもよく、または、ナノ粒子から放出される光および一次光源から放出される光の混合からなってもよく、すなわちこれは一次光および二次光の混合物であることが理解される。
色混合は、異なる所望の波長の可視光を放出するナノ粒子を互いにブレンドすることにより、または、単一のナノ粒子が2つ以上の波長の光を任意選択的に異なる割合で放出し得るように、ポリマーナノ粒子のモノマー組成を変更することにより達成され得る。
本発明の具体的実施形態において、ナノ粒子は、一次光源からの一次光を吸収し、白色光を再放出する。白色光は、いくつかの方法で形成され得る。例えば、ナノ粒子は、一次光の全てを吸収して、赤、緑および青色光(集合的に白色光の知覚を形成する)の混合を放出してもよく、または、ナノ粒子は、黄および青色光(集合的に白色光の知覚を形成する)を放出してもよく、または、ナノ粒子は、白色光(すなわち、集合的に白色光の知覚を形成する可視光波長の広いスペクトル)を放出してもよい。代替として、一次光が青色光であり、その一部が樹脂を透過する場合、ナノ粒子は、(i)赤および緑色光(一次青色光と混合すると集合的にデバイスからの白色光の知覚を形成する)を放出し得る;(ii)黄色光(一次青色光と混合すると集合的にデバイスからの白色光の知覚を形成する)を放出し得る;または(iii)粒子は、一次光と集合的に白色光を形成する範囲の可視波長を放出し得る。
上述の代替例のいくつかにおいて、ナノ粒子は、白、赤、緑、青および/もしくは黄色光、または広い範囲の可視光波長を放出することが必要となり得る。これは、異なる色の光を一緒に放出する異なるポリマーナノ粒子(例えば、赤、緑、青、黄もしくは白色光(すなわち、集合的に白色光の知覚を形成する広い範囲の可視波長)を放出するナノ粒子)を適切な量で樹脂中にブレンドすることにより、または、単一ナノ粒子から異なる波長の光(例えば、赤、緑、青、黄もしくは場合により白色発光)を放出するナノ粒子を提供するようにモノマーが選択されるπ共役架橋ポリマーから形成された単一ナノ粒子を使用することにより達成され得る。
一次光源が青色光を放出する実施形態において、青色光の一部が発光デバイス内の樹脂を透過してもよく、透過する「一次」青色光は、(i)樹脂内に分散されたナノ粒子からの赤、緑および任意選択的にいくらかの追加的な青色光と組み合わされて、集合的に白色光を形成することができ、または(ii)樹脂を透過する青色光と一緒になって同じく白色光の知覚を形成する黄色光と組み合わされ得る。そのような実施形態において、白色光の放出は、赤、緑、黄色および/もしくは任意選択的に青色光放出ナノ粒子を適切な量で樹脂中にブレンドすることにより、または、あるバランスの赤、緑、黄および/もしくは任意選択的に青色放出(単一ナノ粒子から)を提供するようにモノマーが選択されるπ共役架橋ポリマーから形成された単一ナノ粒子を使用することにより達成され得る。
(ナノ粒子)
上で示されたように、ナノ粒子は、π共役架橋ポリマーから形成され、π共役架橋ポリマーは、
a)80〜99.9モル%のπ共役モノマーと、
b)0.1〜20モル%の以下に示される式Iを有する架橋剤と
を含む/それらから本質的になる/それらからなる。
Figure 0006929290
(式中、
およびZは、モノマー部分であり、
Yは、存在しないか、結合であるか、または連結基である)
本発明の複合体において利用されるナノ粒子は、技術水準と比較していくつかの利点を提供する。原則として、ナノ粒子は、π共役架橋ポリマーから形成される。π共役架橋ポリマー自体は、π共役モノマー単位の骨格を備え、架橋部分がπ共役骨格に沿って散在している。架橋部分の構造は、1つのモノマーが2つのポリマー骨格鎖にわたるような構造である。したがって、ポリマーの構築中、π共役骨格鎖への架橋部分の組み込みが、架橋部分の両側でのさらなるπ共役骨格鎖の拡大のための直接的な部位を提供する。それゆえ、本発明のナノ粒子組成物を形成するポリマー内の架橋は、モノマー単位の連結中にin−situで形成され、これは、架橋度が単に架橋剤の濃度を変更することによって容易に調節され得ることを意味する。上述の架橋のこの直接的なin−situ形成とは対照的に、先行技術のCPNは、ある特定の条件下で架橋されやすい、特別に修飾されたペンダント側鎖を有するモノマーから形成されるポリマーの調製に焦点を置いている。実行可能な方法ではあるが、そのような手法は、必然的に、骨格鎖をそれらの間の架橋を誘導するのに好適な条件下に置く前に、ポリマー骨格鎖を形成する最初のステップを必要とする。この複数ステップの手法は、本発明の組成物を形成するポリマーを調製するために使用される手法より複雑であり、ポリマー鎖間の架橋度は、制御するのがはるかにより困難である。
製造の単純性および調整可能性とは別に、本発明の一部を形成するπ共役架橋ポリマーは、はるかにより高いレベルの純度を示すナノ粒子組成物を得るのに適している。不溶性の架橋剤は、ナノ粒子組成物を水および有機溶媒に不溶性とし、π共役架橋ポリマーが溶媒和性溶媒と接触した際に膨潤を示すようにする。このようにポリマーを膨潤させることにより、触媒および他の試薬等のポリマーネットワーク内に捕捉された不純物は、洗浄によって容易に除去され得る。したがって、先行技術の組成物とは異なり、得られる高純度光ルミネッセンス性ナノ粒子組成物は、発光デバイスにおける使用に極めて好適である。
式Iを考慮して、Zは、第1のポリマー鎖を形成するように、π共役ポリマーおよび芳香族モノマーと重合することができる。Zは、第1のポリマー鎖の隣に第2のポリマー鎖を形成し、それにより2つの隣接するポリマー鎖を互いに連結するように、π共役ポリマーおよび芳香族モノマーと重合することができる。したがって、ZおよびZは、本明細書において定義されるモノマーの一部または全てを形成する部分の例のいずれかから独立して選択され得る。一実施形態において、ZおよびZは、π共役している。別の実施形態において、ZおよびZは、芳香族である。
さらに式Iを考慮して、Zおよび/またはZは、(π共役モノマーへの結合のための)3つ以上の共有結合点を有してもよい。例えば、Zおよび/またはZは、3つの共有結合点を有してもよいことを理解されたい。
さらに式Iを考慮して、Yは、任意の好適な連結基であってもよく、またπ共役または非π共役であってもよい。例示的な連結基は、原子(例えばO、S)、金属(例えば、Ir、Pt、Rh、Re、Ru、Os、Cr、Cu、Pd、Au)または他の基(例えば、−SiR−、−CH=CH−、−C−)を含む。Yは、結合である場合、単結合または二重結合であってもよい。Yが存在しない場合、Zは、Zに直接連結し、例えば、Zは、Zに縮合している、または共通の(共有の)スピロ炭素原子によってそれに接続している。
式(I)の架橋剤は、様々な形態をとり得る。特に、Yは、存在しなくてもよく、結合であってもよく、または連結基であってもよい。
Yが存在しない(ならびにZおよびZが互いに直接連結している)場合、架橋剤は、下記式(Ia)に従う構造を有し得る。
Figure 0006929290
そのような架橋剤の例は、これらに限定されないが、
Figure 0006929290
を含む。
そのような実施形態において、ZがZに縮合している、またはZおよびZが1つもしくは複数の共通する原子を共有するという意味で、ZはZに直接接続していてもよい。
Yが結合(単結合または二重結合)である場合、架橋剤は、下記式(Ib)に従う構造を有し得る。
Figure 0006929290
そのような架橋剤の例は、これらに限定されないが、
Figure 0006929290
を含む。
Yが連結基である場合、連結基は、π共役または非π共役であってもよい。π共役連結基を有する架橋剤の例は、これらに限定されないが、
Figure 0006929290
を含む。非π共役連結基を有する架橋剤の例は、これらに限定されないが、
Figure 0006929290
を含む。
ある特定の実施形態において、Yが連結基である場合、連結基は、追加的なモノマー部分Zを含んでもよい。そのような実施形態において、Yは、下記式(A)に従う構造を有し得る。
Figure 0006929290
(式中、Yは、本明細書において定義されるような連結基であり;
Zは、モノマー部分であり、本明細書において定義されるZまたはZに関して定義された通りであり;
nは、1またはそれ超(例えば1または2)である)一実施形態において、nは1であり、架橋剤は、下記式(Ic)に従う構造を有し得る。
Figure 0006929290
がπ共役連結基である場合、この種の例示的架橋剤は、これらに限定されないが、
Figure 0006929290
を含む。代替として、Yが原子の連結基である場合、この種の例示的架橋剤は、これらに限定されないが、
Figure 0006929290
を含む。代替として、式(Ic)の架橋剤は、(π共役モノマーへの結合のための)異なる数の共有結合点を有してもよい。例えば、架橋剤は、以下に示すように、5つ、7つ、8つまたは9つの共有結合点を含有してもよい。
Figure 0006929290
別の実施形態において、モノマー部分ZおよびZのそれぞれは、2つの別個の結合によりYに結合してもよい。この種の架橋剤は、以下に示される式(Id)に従う構造を有し得る。
Figure 0006929290
一実施形態において、Yが式A中で定義された通りである場合、架橋剤は、下記式(Id’)に従う構造を有し得る。
Figure 0006929290
(式中、Yは、本明細書において定義されるような連結基であり;
Zは、モノマー部分であり、本明細書において定義されるZまたはZに関して定義された通りである)
が芳香族連結基である場合、この種の例示的架橋剤は、これらに限定されないが、
Figure 0006929290
を含む。代替として、式(Id’)の架橋剤は、(π共役モノマーへの結合のための)異なる数の共有結合点を有してもよい。例えば、架橋剤は、4つ(Zは共有結合点を有さない)、5つ、7つ、8つまたは9つの共有結合点を含有してもよい。
一実施形態において、Yは、式(A)において定義された通りであり、nは、2である。そのような実施形態において、架橋剤は、下記式(Ie)に従う構造を有し得る。
Figure 0006929290
(式中、Yは、本明細書において定義されるような連結基であり;
各Zは、独立してモノマー部分であり、本明細書において定義されるZまたはZに関して定義された通りである)
が非π共役連結基である場合、そのような架橋剤の例は、これらに限定されないが、
Figure 0006929290
を含む。
一実施形態において、ナノ粒子は、同一の架橋剤、または複数の異なる架橋剤を含む。
別の実施形態において、Yが連結基である場合、前記連結基は、追加的なモノマー部分Zを含まない。そのような実施形態において、ZおよびZは、架橋剤中に存在する唯一のモノマー部分である。
別の実施形態において、架橋剤は、以下に示される式IIを有する。
Figure 0006929290
(式中、
Yは、存在しないか、結合であるか、または連結基である)
一実施形態において、Yは、存在せず、したがってZは、Zに直接連結し、例えば、Zは、Zに縮合している、または1つもしくは複数の共通の(共有の)原子(例えばスピロ炭素原子)によってそれに接続している。好適には、Zは、共通のスピロ炭素原子によってZに接続している。
別の実施形態において、架橋剤は、以下に示される式IIIを有する。
Figure 0006929290
好適には、架橋剤は、以下の構造を有する。
Figure 0006929290
ナノ粒子組成物は、80〜99.9モル%の1つまたは複数のπ共役モノマーを含む。所望の光ルミネッセンス特性を有する、重合してナノ粒子を形成し得る任意の好適なπ共役モノマーが使用され得る。
一実施形態において、本発明のπ共役ポリマーは、炭素−炭素三重結合をまったく含まない。したがって、一態様において、本発明は、炭素−炭素三重結合をまったく含まないπ共役架橋ポリマーに関する。炭素−炭素三重結合中の電子は、π電子が完全に非局在化していない立体構造を生成する。
当業者には、架橋π共役ポリマーを形成するために使用されるモノマー単位が、単独で、または組み合わせてπ共役環系を有するモノマーを提供する、異なる化学部分の選択を含み得ることが理解される。
また、ナノ粒子を形成するために使用されるπ共役ポリマーは、1つまたは複数の官能基(例えば、ヒドロキシル、アミノ、カルボキシまたはチオール基)をさらに含んでもよいことが、当業者により理解される。
単独で、または任意の好適な組合せでモノマー単位内に存在し得る好適なπ共役環系の例は、単環式アリール基(例えばフェニル環)、多環式アリール環系(例えばフルオレン環系、ナフチル環)、単環式へテロアリール環(例えばチオフェン環)もしくは多環式ヘテロアリール環系(例えばベンゾチアゾール、ベンゾジアザタゾール環、チエノ[3,2−b]チオフェン、もしくはピロロ[3,4−c]ピロール)、または他の共役ヘテロ環式環系(例えばピロロ−ピロール−1,4−ジオン環)を含み、各部分は、1つまたは複数の有機基、例えば1から30個の炭素原子を任意選択的に含み、1つまたは複数のヘテロ原子(例えばN、O、P、S、Si、Ge、AsまたはSe)を任意選択的に含むヒドロカルビル置換基で任意選択的に置換され、そのような部分の2つ以上が存在する場合、それらは、結合または原子連結(例えばビアリールアミンまたはトリアリールアミン基の場合等)により互いに連結され得る。
π共役モノマーの一部または全てを形成し得る具体的な部分のさらなる例は、
Figure 0006929290
(式中、
Xは、N、O、P、S、Si、Ge、AsまたはSe(特にN、OまたはS)から選択されるヘテロ原子であり、
Arは、任意選択的にπ−共役された環式または多環式基(例えばフルオレン)であり;
およびRは、それぞれ独立して、水素、または有機置換基(例えば、1から30個の炭素原子を任意選択的に含み、1つもしくは複数のヘテロ原子(例えば、N、O、P、S、Si、Ge、AsもしくはSe)を任意選択的に含む、任意選択的に置換されたヒドロカルビル置換基、または任意選択的に置換された芳香族もしくはヘテロ芳香族基、または本明細書において定義されたような基RもしくはR)であり;
Mは、金属(例えば、Ir、Pt、Rh、Re、Ru、Os、Cr、Cu、Pd、またはAu)であり;
Lは、配位子(例えば、ハライド、または1から30個の炭素原子を任意選択的に含み、1つもしくは複数のヘテロ原子(例えば、N、O、S、Si、もしくはP)を任意選択的に含むヒドロカルビル置換基、または芳香族もしくはヘテロ芳香族基)であり;
上記構造のそれぞれは、1つまたは複数の有機置換基(例えば、1から30個の炭素原子を任意選択的に含み、1つもしくは複数のヘテロ原子(例えば、N、O、P、S、Si、Ge、AsもしくはSe)を任意選択的に含むヒドロカルビル置換基、または芳香族もしくはヘテロ芳香族基)で任意選択的にさらに置換されている)を含む。
上記構造内の基>X(=X)の具体例は、>SOである。
一実施形態において、π共役モノマーの一部または全てを形成し得る具体的な部分は、次のいずれか1つを含む。
Figure 0006929290
(式中、M、L、p、RおよびRは、上で定義された通りである)
一実施形態において、π共役モノマーは、それぞれ独立して、以下に示される式IVを有する部分を含む。
Figure 0006929290
(式中、
およびRは、それぞれ独立して、水素または基:
−X−Q
[式中、
Xは、存在しない、(1〜30C)アルキレン、−O−(1〜30C)アルキレン、−S−(1〜30C)アルキレン、−NH−(1〜30C)アルキレン、−N−[(1〜30C)アルキレン]、(2〜30C)アルケニレン、(2〜30C)アルキニレン、−[(CH−O]−、−[O−(CH− −[O−CHMeCH−、−[CHMeCH−O]−および−[O−Si(R(式中、Rは、(1〜4C)アルキルであり、nは、1〜30である)、−[(CHn’−(CFm’]−(式中、n’は、0〜20であり、m’は、1から30である)からなる群から選択され、
Qは、水素、ハロゲン、メチル、ヒドロキシル、カルボキシ、(1〜4C)アルコキシカルボニル、アミノ、−C=CH、−C≡CH、−SH、−CF、OSOH、−SOH、−OPOOHおよび両性イオン(例えばベタイン)、ならびにアクリレート、エポキシおよびスチレンもしくはそれらの塩から選択される重合性基から選択される末端基である]であり、
あるいは、RおよびRは、置換基(例えば、上記式−X−Qの1つまたは複数の基)で任意選択的に置換されたアリールまたはヘテロアリール基であり;
あるいは、RおよびRは、それらが結合している炭素原子と一緒になって、置換基(例えば、上で定義された基−X−Q)で任意選択的に置換された環系(例えば、フェニルまたはフルオレン環)を形成するように連結されている)
別の実施形態において、π共役モノマーは、それぞれ独立して、以下に示される式Vにより定義される構造を有する。
Figure 0006929290
(式中、
およびRは、上で定義された通りであり;
およびAは、存在しないか、または独立して、存在しないか、もしくは以下の部分:
Figure 0006929290
のいずれか1つから選択され、
およびRは、それぞれ、上で定義される通りである、または、本明細書において定義されるような基RおよびRである、または、それぞれ独立して、水素もしくは基:
−X−Q
[式中、
は、(1〜30C)アルキレン、(2〜30C)アルケニレン、(2〜30C)アルキニレン、−[(CH−O]−、−[O−(CH−、−[O−CHMeCH−、−[CHMeCH−O]−および−[O−Si(R−(式中、Rは、(1〜4C)アルキルであり、nは、1から30である)、−[(CHn’−(CFm’]−(式中、n’は、0〜20であり、m’は、1〜30である)からなる群から選択され、
は、水素、ハロゲン、メチル、ヒドロキシル、カルボキシ、(1〜4C)アルコキシカルボニル、アミノ、−C=CH、−C≡CH、−SH、−CF、OSOH、−SOH、−OPOOHおよび両性イオン(例えばベタイン)、ならびにアクリレート、エポキシ、シラン、シロキサン、アルケンもしくはスチレン、またはそれらの塩から選択される重合性基から選択される末端基である]であり、
Mは、Ir、Pt、Rh、Re、Ru、Os、Cr、Cu、PdおよびAuから選択される金属であり;
Lは、ハロ、またはN、O、S、Si、Ge、AsもしくはPから選択される1つもしくは複数のヘテロ原子を任意選択的に含む(1〜30C)ヒドロカルビル、または(1〜4C)アルキル、ハロ、アリールもしくはヘテロアリールから選択される1つもしくは複数の置換基で任意選択的に置換されたアリールもしくはヘテロアリール基からなる群から独立して選択される配位子であり;
Xは、N、O、P、S、Si、Ge、AsまたはSe(特にN、OまたはS)から選択されるヘテロ原子であり、
Arは、任意選択的にπ共役された環式または多環式基(例えばフルオレン)であり;
pは、1から4である)
別の実施形態において、AおよびAは、存在しないか、または、以下のいずれか1つから独立して選択される。
Figure 0006929290
(式中、M、L、p、RおよびRは、それぞれ上で定義された通りである)
別の実施形態において、π共役モノマーは、それぞれ独立して、下記式VIにより定義される構造を有する。
Figure 0006929290
、R、AおよびAは、上で定義された通りである。
別の実施形態において、AおよびAは、独立して、存在しないか、または以下の部分のいずれか1つから選択される。
Figure 0006929290
(式中、R、R、M、Lおよびpは、上で定義された通りである)
別の実施形態において、AおよびAの両方が存在しない。
別の実施形態において、存在する場合、
XおよびXは、(1〜30C)アルキレン、(2〜30C)アルケニレン、(2〜30C)アルキニレン、−[(CH−O]−、−[O−(CH−、−[O−CHMeCH−、−[CHMeCH−O]−および−[O−Si(R−(式中、Rは、メチルであり、nは、1から30である)からなる群から独立して選択され;
QおよびQは、独立して、水素、メチル、ヒドロキシル、カルボキシ、(1〜4C)アルコキシカルボニル、アミノ、−C=CH、−C≡CH、ならびにアクリレート、エポキシ、シラン、シロキサン、アルケンおよびスチレンから選択される重合性基から選択される末端基であり;
Mは、Ir、Pt、Rh、Re、Ru、Os、Cr、Cu、PdおよびAuから選択される金属であり;
Lは、ハロ、またはN、O、S、SiもしくはPから選択される1つもしくは複数のヘテロ原子を任意選択的に含む(1〜30C)ヒドロカルビル、または(1〜4C)アルキル、ハロ、アリールもしくはヘテロアリールから選択される1つもしくは複数の置換基で任意選択的に置換されたアリールもしくはヘテロアリール基からなる群から独立して選択される配位子であり;pは、1から4である。
別の実施形態において、存在する場合、
XおよびXは、(1〜20C)アルキレン、(2〜20C)アルケニレン、(2〜20C)アルキニレン、−[(CH−O]−および−[O−(CH−、−[OSi(R(式中、nは、1から20である)からなる群から独立して選択され;
QおよびQは、独立して、水素、メチル、ヒドロキシル、カルボキシ、(1〜4C)アルコキシカルボニル、シラン、シロキサン、アクリレート、エポキシ、スチレンまたはアミノから選択される末端基である。
Mは、Ir、Pt、Cr、Cu、PdおよびAuから選択される金属であり;
Lは、ハロ、N、O、もしくはSから選択される1つもしくは複数のヘテロ原子を任意選択的に含む(1〜20C)ヒドロカルビル、または(1〜4C)アルキル、ハロ、アリールもしくはヘテロアリールから選択される1つもしくは複数の置換基で任意選択的に置換されたアリールもしくはヘテロアリール基からなる群から独立して選択される配位子であり;
pは、1から4である。
別の実施形態において、存在する場合、
XおよびXは、(1〜20C)アルキレン、−[(CH−O]−、−[OSi(R−および−[O−(CH−(式中、nは、1から20である)からなる群から独立して選択され;
QおよびQは、独立して、水素、メチル、ヒドロキシル、カルボキシ、(1〜4C)アルコキシカルボニル、シラン、シロキサン、アクリレート、エポキシ、スチレンまたはアミノから選択される末端基であり;
Mは、Ir、Pt、Cr、Cu、PdおよびAuから選択される金属であり;
Lは、(1〜4C)アルキル、ハロ、アリールまたはヘテロアリールから選択される1つまたは複数の置換基で任意選択的に置換されたアリールまたはヘテロアリールからなる群から独立して選択される配位子であり;
pは、1から4である。
別の実施形態において、存在する場合、
XおよびXは、(1〜20C)アルキレン、−[(CH−O]−、−[OSi(R−および−[O−(CH−(式中、nは、1から20である)からなる群から独立して選択され;
QおよびQは、独立して、水素、メチル、ヒドロキシル、カルボキシ、シラン、シロキサン、アクリレート、エポキシ、スチレン、またはアミノから選択される末端基であり;
Mは、Irであり;
Lは、アリールまたはヘテロアリールから選択される1つまたは複数の置換基で任意選択的に置換されたアリールまたはヘテロアリールからなる群から独立して選択される配位子であり;
pは、1から2である。
別の実施形態において、存在する場合、
XおよびXは、(4〜12C)アルキレン、−[(CH−O]−、−[OSi(R−および−[O−(CH−(式中、nは、1から15である)からなる群から独立して選択され;
QおよびQは、独立して、水素、メチル、ヒドロキシル、カルボキシ、シラン、シロキサン、アクリレート、エポキシ、スチレンまたはアミノから選択される末端基であり;
Mは、Irであり;
Lは、フェニルまたは6員へテロアリールから選択される1つまたは複数の置換基で任意選択的に置換された、フェニルまたは6員ヘテロアリールからなる群から独立して選択される配位子であり;pは、1から2である。
別の実施形態において、存在する場合、
XおよびXは、(4〜12C)アルキレンおよび−[(CH−O]−(式中、nは、1から15である)からなる群から独立して選択され;
QおよびQは、独立して、水素、メチル、ヒドロキシル、カルボキシ、またはアミノから選択される末端基であり;
Mは、Irであり;
Lは、フェニルまたは6員へテロアリールから選択される1つまたは複数の置換基で任意選択的に置換された、フェニルまたは6員ヘテロアリールからなる群から独立して選択される配位子であり;
pは、1から2である。
上述された実施形態のいずれにおいても、Xおよび/またはXはまた、−(CH(CF−(式中、mは、0から30であり、nは、1から30である)であってもよく、Qおよび/またはQはまた、−CFであってもよい。
別の実施形態において、π共役モノマーは、以下の構造のいずれかからそれぞれ独立して選択される。
Figure 0006929290
(式中、R、R、RおよびRは、−(CH50および−(CHCHO)50からそれぞれ独立して選択され;
nは、1から15であり、R50は、H、(1〜15C)アルキル、−COH、−CO(1〜6C)アルキル、−CONa、−CH=CH、および−OSONaから選択され;
Xは、Oである)
別の実施形態において、RおよびRは、両方とも、−(CHCH、−(CHCOEt、−(CH10COH、−(CHCH=CH、−(CH11OSONa、−(CHCOEt、−(CH10CONa、−(CHCHO)CH、および−(CHCHO)12CHから選択され;RおよびRは、2−エチルヘキシル、−(CH11OSONa、−(CHCHO)CHおよび−(CH10CONaから選択される。
一実施形態において、π共役モノマーは、以下の構造のいずれかからそれぞれ独立して選択される。
Figure 0006929290
別の実施形態において、π共役モノマーは、以下の構造のいずれかからそれぞれ独立して選択される。
Figure 0006929290
当業者は、異なる所望の波長の光を放出する本発明のポリマーナノ粒子を形成するために好適なモノマーを選択することができる。異なる波長の光を放出するナノ粒子の例は、本明細書における付随する実施例の項に示される。
好適には、本発明の樹脂は、0.005から5wt.%の本発明のナノ粒子を含む。一実施形態において、樹脂は、0.01から5wt.%のナノ粒子を含む。さらなる実施形態において、ナノ粒子の投入量は、0.04から4wt.%である。
一実施形態において、それぞれ青、緑および赤色光を放出するように構成されたナノ粒子の3つの集団が樹脂中に存在する。粒子の投入量は、(90から100):(1から20):(1から20)(例えば100:5:2.5)の青:緑:赤の比で、0.005から5wt.%(例えば0.1wt.%)であってもよい。粒子は、0.1から5mm厚(例えば1mm厚)の樹脂フィルム中に投入されてもよい。
さらなる実施形態において、また本明細書における実施例8を参照して、青モノマーw=0.5、x=0.3994、緑モノマーy=0.0004および赤モノマーz=0.0002によるナノ粒子を調製し、白色光放出ナノ粒子を得た。粒子の投入量は、0.005から5wt.%(例えば0.1wt.%)であってもよい。粒子は、0.1から5mm厚(例えば1mm厚)の樹脂フィルム中に投入されてもよい。
別の実施形態において、ナノ粒子は、20〜400nmの粒子サイズ(Z平均、DLSにより測定される)を有する。好適には、ナノ粒子は、30〜400nmの粒子サイズを有する。より好適には、ナノ粒子は、30未満〜300nm(less than 30−300 nm)の粒子サイズを有する。さらにより好適には、ナノ粒子は、30未満〜250nm(less than 30−250 nm)の粒子サイズを有する。さらにより好適には、ナノ粒子は、30未満〜200nm(less than 30−200 nm)の粒子サイズを有する。最も好適には、ナノ粒子は、30未満〜100nm(less than 30−100 nm)の粒子サイズを有する。
別の実施形態において、ナノ粒子は、20〜400nmの粒子サイズを有する。より好適には、ナノ粒子は、20未満〜300nm(less than 20−300 nm)の粒子サイズを有する。さらにより好適には、ナノ粒子は、20未満〜250nm(less than 20−250 nm)の粒子サイズを有する。さらにより好適には、ナノ粒子は、20未満〜200nm(less than 20−200 nm)の粒子サイズを有する。最も好適には、ナノ粒子は、20未満〜100nm(less than 20−100 nm)の粒子サイズを有する。
別の実施形態において、ナノ粒子は、10〜400nmの粒子サイズを有する。より好適には、ナノ粒子は、10未満〜300nm(less than 10−300 nm)の粒子サイズを有する。さらにより好適には、ナノ粒子は、10未満〜250nm(less than 10−250 nm)の粒子サイズを有する。さらにより好適には、ナノ粒子は、10未満〜200nm(less than 10−200 nm)の粒子サイズを有する。最も好適には、ナノ粒子は、10未満〜100nm(less than 10−100 nm)の粒子サイズを有する。
別の実施形態において、本発明のナノ粒子を形成するポリマーは、10から800、より好ましくは20から600の重合度を有する。
別の実施形態において、ナノ粒子は、1〜10モル%の架橋剤を含む。好適には、ナノ粒子組成物は、2〜8モル%の架橋剤を含む。より好適には、ナノ粒子は、3〜7モル%の架橋剤を含む。最も好適には、ナノ粒子は、4.5〜5.5モル%の架橋剤を含む。
(カプセル化媒体)
本発明の樹脂を調製するために、任意の好適なカプセル化媒体が利用され得る。
一実施形態において、カプセル化媒体は、透明ポリマーカプセル化媒体である。
当技術分野において使用される好適な媒体は、シロキサンベース媒体、ポリカーボネート、エポキシおよびアクリレートポリマーを含む。
使用され得るシロキサンポリマーは、ヒドロシロキサンポリマーおよび白金触媒を有する二成分系として硬化され得るメチル置換およびメチルフェニル置換シロキサンポリマーを含む(例えばDow Corning MS−1002)。
使用され得るアクリレートポリマーは、これらに限定されないが、(メタ)アクリレート(例えばTensol(登録商標))およびWO2012/164284に記載の(メタ)アクリレートポリマーを含む。ポリ(メタ)アクリレートは、ポリラウリル(メタ)アクリレート、ポリステアリル(メタ)アクリレート、ポリトリメチルシリル(メタ)アクリレート、ポリトリメチルシリルオキシアルキル(メタ)アクリレート(例えば2−(トリメチルシリルオキシ)エチルメタアクリレート)、ポリグリシジル(メタ)アクリレート、メチル(メタ)アクリレートおよびそれらの組合せからなる群から選択され得る。上述のアクリレートのそれぞれは、アルキル基、例えばメチル、エチルまたはプロピル基等の1つまたは複数の化学基で置換されていてもよく、または置換されていなくてもよい。
一実施形態において、ポリアクリレートカプセル化媒体は、アクリレートモノマーおよび/またはポリマーから得られる。使用されているアクリレートモノマー(複数種可)および使用されている反応開始剤(例えば光開始剤)と適合する限り、任意の好適な多価架橋剤が使用され得る。例えば、トリメチロールプロパントリメタクリレート等の三価架橋化合物が使用されてもよい。
モノマーおよび架橋化合物の反応は、化学的、熱的、光開始および/または触媒により開始される。使用されているアクリレートモノマー(複数種可)および架橋化合物と適合する限り、任意の好適な開始方法が使用され得る。光開始剤は、架橋剤(例えばトリメチロールプロパントリメタクリレート)中に溶解されてもよい。次いで、これは、前駆体カプセル化混合物を提供するためにアクリレートモノマー(複数種可)に添加されてもよい。次いで、混合物のアリコートが、所望のナノ粒子の試料に添加される。次いで、ナノ粒子含有混合物が、所望の発光デバイスを製作するために使用され得る。例として、適切な体積のナノ粒子含有混合物が、LEDのカップ内に堆積されてもよく、または、ナノ粒子フィルムを生成するための任意の適切な技術(例えば、インクジェット印刷、キャスト、ドクターブレード、ローラーコーティング、スクリーン印刷等)を使用してリン光体シートを作製するために使用されてもよい。次いで、充填LEDまたはリン光体シートデバイスは、所望の種類のナノ粒子を組み込んだ、硬化された光学的に透明なマトリックスを提供するために重合されてもよい。
代替として、カプセル化媒体は、押出可能なポリマー媒体、または3D印刷され得る媒体であってもよい。好適な押出可能な媒体は、当技術分野において知られており、ポリスチレン、ポリアクリレートおよびポリカーボネートから選択されるポリマーを含み、典型的には直鎖ポリマーを含む。押出可能なポリマーは、ナノ粒子と混合され、次いで必要なリン光体材料を形成するために押し出される。同様に、ナノ粒子は、3D印刷媒体中に分散され、所望の形状および形態に印刷されてもよい。
本発明の樹脂は、樹脂の調製を補助するために、および/または最終発光デバイスの性能を向上させるために、1種または複数種の添加剤を含んでもよい。
例示的な添加剤は、以下の群からの1つまたは複数を含み得る:重合促進剤(例えば、ベンゾフェノン、BF);導波性材料(例えば、フュームドシリカおよびその誘導体、ポリメチルメタクリレート(PMMA));粘度を増加させるための薬剤(例えば、フュームドシリカ、疎水性ポリマー、ポリラウリルメタクリレート(PLMA)、デキストリンパルミテート);光透過を向上させるための薬剤;ならびに、樹脂前駆カプセル化混合物中のナノ粒子の可溶性または分散性を改善するための薬剤。配合物はまた、機械的および/もしくは引張特性または最終硬化樹脂材料、ならびに/あるいは最終発光デバイスの耐候性を向上させるための添加剤(例えば、TiOナノ粉末、水素化シリコーン含有シロキサンおよびシロキサンポリマー、フュームドシリカ)を含んでもよい。
本発明のナノ粒子は、別個のナノ粒子として樹脂媒体内に分散されてもよく、または、2つ以上のナノ粒子が好適な結合剤(例えば、ポリマー結合剤もしくはシリカ)により互いに結合されて、いくつかの凝集粒子もしくは「マイクロビーズ」を形成してもよい。これらのマイクロビーズは、当技術分野において知られている技術により調製され得(例えばWO2012/164284を参照されたい)、典型的には、ミクロン範囲内の直径を有する。これらのマイクロビーズは、本発明の別個のナノ粒子に加えて、またはその代わりに樹脂中に分散されてもよく、もしくは押し出されてもよい。
(本発明の方法)
(ナノ粒子調製)
本発明において使用されるナノ粒子は、エマルション重合、ミニエマルション重合または分散重合技術により形成され、ナノ粒子の懸濁液を提供し得る。好適には、重合反応は、水性媒体中のナノ粒子の懸濁液を生成するために、水性媒体中で行われる。
エマルション重合、ミニエマルション重合および分散重合技術は、当業者に知られている。
エマルション重合の場合、モノマー成分が、触媒(例えば、Pd(PPh、IPrPdTEAClまたはPd(dba)/P(o−tol))と共に、好適な有機溶媒(例えば、クロロベンゼン、トルエンまたはキシレン)中に溶解される。次いで、この溶液は、水、水酸化テトラエチルアンモニウム溶液(水中40%)および任意選択的に好適な乳化剤を含む水性媒体に添加される。任意の好適な乳化剤、例えばSDS、Triton X102、Brij L23、および/またはTween 20等が使用され得る。得られたエマルションは、撹拌および/または超音波処理され、エマルションを、好適にはミニエマルションを形成し得る。次いで、エマルション混合物は、30℃から100℃の間の温度まで(Pd(PPh、Pd(dba)/P(o−tol)の場合、好適には50℃から95℃の間、より好適には50℃から80℃の間であり;IPrPdTEAClの場合、理想的には30℃である)、ある期間(例えば1時間から2日間)穏やかに加熱され、ポリマーナノ粒子を形成し得る。加熱温度は、使用される触媒系に依存することが当業者に理解される。
一実施形態において、ナノ粒子は、鈴木カップリングまたはスティルカップリング反応により形成される。そのようなカップリング反応は、当該技術分野において知られている。
別の実施形態において、ナノ粒子は、本明細書において定義されるようなπモノマー部分を、本明細書において定義されるような事前に調製された架橋部分と反応させることにより形成される。
別の実施形態において、方法は、ナノ粒子の水性懸濁液を精製するステップをさらに含む。好適には、ナノ粒子の水性懸濁液は、ナノ粒子の水性懸濁液を少なくとも1種の有機溶媒と接触させることにより精製される。
別の実施形態において、ナノ粒子の水性懸濁液を少なくとも1種の好適な有機溶媒と接触させることは、ナノ粒子の沈殿をもたらす。次いで、沈殿したナノ粒子が遠心分離され、次いで上澄みがデカンテーションされて、精製されたナノ粒子を得ることができる。任意選択的に、精製されたナノ粒子が水中に再懸濁され、次いで精製プロセスが繰り返されてもよい。
別の実施形態において、ナノ粒子が親油性である場合、少なくとも1種の有機溶媒は、水に対して混和性の極性溶媒(例えばメタノール、イソプロパノール)である。
別の実施形態において、ナノ粒子が親水性である場合、少なくとも1種の有機溶媒は、非極性溶媒である。
(樹脂調製)
上述のように、本発明は、本明細書において定義されるような樹脂を形成する方法を提供し、方法は、
(i)ナノ粒子を前駆体カプセル化媒体内に分散させるステップと;
(ii)前駆体カプセル化媒体を硬化させて、カプセル化媒体を形成するステップと
を含む。
一実施形態において、前駆体カプセル化媒体は、ナノ粒子、モノマー、マイクロビーズおよび/または硬化後にカプセル化媒体を形成するポリマーの混合物である。さらに、前駆体カプセル化媒体は、1種もしくは複数種の開始剤(例えば光開始剤)、および/または1種もしくは複数種の架橋剤を含んでもよい。
前駆体混合物は、ステップ(ii)において、例えば熱硬化または光硬化により硬化されてもよい。そのような手順は、当技術分野において周知である。
一旦形成されると、樹脂は、リン光体としての使用のための任意の所望の形状および形態で形成されていてもよい。ある特定の実施形態において、樹脂は、フィルムの形態である。他の実施形態において、ナノ粒子、または透明ポリマー中に分散されたナノ粒子を含む組成物は、押し出され、または射出成形されて、本発明のナノ粒子を含むLEDレンズを形成してもよい。
本発明は、さらに、本明細書において定義されるような樹脂を形成する方法を提供し、方法は、
(i)ナノ粒子を前駆体カプセル化媒体/担体内に分散させるステップと;
(ii)前駆体カプセル化媒体を射出成形し、および/または押し出して、本発明の樹脂を形成するステップと
を含む。
本発明は、さらに、本明細書において定義される方法により得ることができる、得られる、または直接的に得られる樹脂を提供する。
(発光デバイス)
本発明は、さらに、本明細書において定義されるような樹脂を備える発光デバイスを提供する。
樹脂は、任意の好適な発光デバイス内に組み込まれ得る。
典型的には、樹脂は、樹脂を照明し、樹脂内のナノ粒子に二次光源を放出させるために一次光源を備える発光デバイス、例えばLEDまたは光電子ディスプレイ内に組み込まれる。
したがって、一態様において、本発明は、本明細書において定義されるような樹脂と、樹脂を照明するように構成された一次光源とを備える、発光デバイスを提供する。
本発明は、カプセル化媒体中に組み込まれた、本明細書において定義されるようなナノ粒子の集合をさらに含む樹脂を備える発光デバイスを提供する。好適には、カプセル化媒体は、光学的に透明である。樹脂内のナノ粒子は、一次光源(例えば、LED、レーザ、アーク灯または黒体光源)により照明される。ナノ粒子は、一次光源からの一次光により励起され、所望の波長の二次光を放出する。デバイス自体から放出される光の必要な強度および発光波長は、一次光の色と、ナノ粒子による一次光の下方変換から生成された二次光の色との適切な混合に従って選択され得る。さらに、光学的に透明なカプセル化媒体内のナノ粒子の各種類の数が制御され得るとともに、光学的に透明なカプセル化媒体のサイズ、形態および構成要素も制御され得、その結果、ナノ粒子含有媒体のその後の混合によって、任意の特定の色および強度の光を生成することができる。
デバイスから放出される光は、樹脂からの二次光だけであってもよく、または、一次光源および二次光源からの光の組合せであってもよい。
一次光源は、発光ダイオード(例えば固体LED)、レーザ、アーク灯および黒体光源からなる群から選択され得る。一実施形態において、LEDが一次光源として使用される。一実施形態において、一次光源は、UVおよび/または青色光により樹脂を照明する。
図29は、本発明の一態様による例示的発光デバイスの概略図である。図29に示される発光デバイス(2)は、標準的LEDチップ(3)を有する従来の「遠隔リン光体(remote phosphor)」LEDアセンブリである。LEDチップ(3)の上には、LEDチップ(3)を被覆し浸漬するある体積の市販の樹脂(5)を任意選択的に備えるLEDウェル(4)がある。本発明の樹脂から形成された十分な厚さの遠隔リン光体(6)は、ウェル(4)の開口部に位置する。遠隔リン光体(6)は、例えば光への曝露によって本発明のナノ粒子および任意の他の必要な反応物質を含む前駆混合物を硬化させ、遠隔リン光体(6)の樹脂層を形成させることにより形成されてもよく、または、例えば、カプセル化媒体の存在下で本発明のナノ粒子を押し出し、遠隔リン光体(6)を形成させることにより事前に製作されていてもよい。
図30は、本発明の一態様による例示的発光デバイスのさらなる概略図である。図30に示される発光デバイスは、標準的LEDチップ(3)を有する従来の「ポッティングされたリン光体(potted phosphor)」LEDアセンブリ(2)である。LEDチップ(3)の上には、LEDチップ(3)を被覆し浸漬するある体積の市販の樹脂(5)を任意選択的に備えるLEDウェル(4)があり、ポッティングされたリン光体層(6)がウェル(4)内に存在する。ポッティングされたリン光体層(6)は、本発明の樹脂から形成される。ポッティングされたリン光体層(6)は、例えば光への曝露によって、ポッティングされたリン光体(6)の樹脂層を形成する本発明のナノ粒子および任意の他の必要な反応物質を含む前駆体混合物を硬化させることにより形成されてもよく、または、例えば、カプセル化媒体の存在下で本発明のナノ粒子を押し出し、ポッティングされたリン光体(6)を形成させることにより事前に製作されていてもよい。
図31は、本発明の一態様による例示的発光デバイスの概略図である。図31に示される発光デバイスは、標準的LEDチップ(3)を有する「オンチップ」LEDアセンブリ(2)である。LEDチップ(3)の上には、LEDチップ(3)上に存在するリン光体層(6)を有するLEDチップ(3)を被覆し浸漬するある体積の市販の樹脂(5)を任意選択的に備えるLEDウェル(4)がある。リン光体層(6)は、リン光体、または他の必要な反応物質を任意選択的に含む前駆体混合物中のリン光体をチップ(3)上に堆積させることにより形成されてもよく、または、例えば、カプセル化媒体の存在下で本発明のナノ粒子を押し出し、「オンチップ」リン光体層(6)を形成させることにより事前に製作されていてもよい。
演色性は、参照光源により照明された場合での見え方と比較して正しい色で見えるように光源が物体を照明する能力を説明している。通常、参照光源は、100の演色評価数(CRI)が割り当てられるタングステンフィラメント電球である。一般照明に許容されるためには、白色光発光デバイス源は、80超のCRIを有する必要がある。本発明の発光デバイスは、80または90超の演色評価数を有する発光デバイスの製造を可能にする。
(樹脂の使用)
本発明は、発光デバイス、例えばLEDまたは光電子ディスプレイ等の製作における、本明細書において定義されるような樹脂の使用をさらに提供する。そのようなデバイスは、これらに限定されないが、家庭用の照明、自動車の照明、交通信号、液晶ディスプレイ(LCD)バックライト、ディスプレイ画面、光起電力フィルムを含む様々な照明用途、および、日光のUV成分が吸収され、植物成長を促進する(および太陽電池効率を増加させる)所望の波長の可視光として再放出される園芸用途に使用され得る。
ここで、参照および例示のみを目的として、添付の図を参照しながら本発明の実施例を説明する。
水(実線)またはTHF(破線)中の実施例1の架橋ナノ粒子のDLS粒子サイズヒストグラムを示す図である。 水(実線)またはTHF(破線)中の実施例1の架橋ナノ粒子のUV/Visスペクトルを示す図である。 水(実線)またはTHF(破線)中の実施例1の架橋ナノ粒子のPLスペクトルを示す図である。 水中のCL−PFO、CL−PFO−BTおよびCL−DBT CPNの正規化吸収および発光スペクトル(λexc=390nm)を示す図である[実施例7]。 THF中のCL−PFO、CL−PFO−BTおよびCL−DBT CPNの正規化吸収および発光スペクトル(λexc=390nm)を示す図である[実施例7]。 異なる比の架橋RGB CPNの混合物の発光プロファイルを示す図である[実施例7]。 周辺光下(上)およびUV照明下(下)での架橋RGB CPNを含有するアクリルフィルム(フィルムA〜D)を示す図である[実施例7]。 λexc=381nm(左)およびλexc=393nm(右)におけるUV光の下方変換によってフィルムAにより生成された発光スペクトルを示す図である[実施例7]。 λexc=381nm(左)およびλexc=393nm(右)におけるUV光の下方変換によってフィルムBにより生成された発光スペクトルを示す図である[実施例7]。 λexc=381nm(左)およびλexc=393nm(右)におけるUV光の下方変換によってフィルムCにより生成された発光スペクトルを示す図である[実施例7]。 λexc=381nm(左)およびλexc=393nm(右)におけるUV光の下方変換によってフィルムDにより生成された発光スペクトルを示す図である[実施例7]。 遠隔リン光体LEDアレイにおいてλexc=381nmで照射された場合に、フィルムA〜Dにより放出された光のCIE 1931色度図における位置を示す図である[実施例7]。 遠隔リン光体LEDアレイにおいてλexc=393nmで照射された場合に、フィルムA〜Dにより放出された光のCIE 1931色度図における位置を示す図である[実施例7]。 THF中のPFOをベースとした架橋白色CPNの正規化吸収および発光スペクトル(λexc=390nm)を示す図である[実施例8]。 周辺光下(左)およびUV照明下(右)での、0.05および0.1wt.%で架橋RGB CPNを含有するシリコーンベースフィルムを示す図である[実施例8]。 λexc=381nm(左)およびλexc=393nm(右)におけるUV光の下方変換によってフィルムEにより生成された発光スペクトルを示す図である[実施例8]。 λexc=381nm(左)およびλexc=393nm(右)におけるUV光の下方変換によってフィルムFにより生成された発光スペクトルを示す図である[実施例8]。 遠隔リン光体LEDアレイにおいてλexc=381nmで照射された場合に、フィルムE〜Fにより放出された光のCIE 1931色度図における位置を示す図である[実施例8]。 水中の実施例9〜11の正規化吸収および発光スペクトル(λexc=390nm)を示す図である。 周辺光下(左)およびUV照明下(右)での、架橋緑色を含有するシリコーンベースフィルム(フィルムG)(実施例2)を示す図である[実施例20]。 UV光λexc=385nmの下方変換によってフィルムGにより生成された発光スペクトルを示す図である[実施例20]。 λexc=385nmにおけるUV光の下方変換によってフィルムJ(左)およびフィルムK(右)により生成された発光スペクトルを示す図である[実施例20]。 遠隔リン光体LEDアレイにおいてλexc=385nmで照射された場合に、フィルムJおよびフィルムKにより放出された光のCIE 1931色度図における位置を示す図である[実施例20]。 λexc=450nmにおける青色光の下方変換によってフィルムL(上、左)、フィルムM(上、右)およびフィルムN(下)により生成された発光スペクトルを示す図である[実施例20]。 遠隔リン光体LEDアレイにおいてλexc=450nmで照射された場合に、フィルムL〜Nにより放出された光のCIE 1931色度図における位置を示す図である[実施例20]。 λexc=385nmにおけるUV光の下方変換によってフィルムO(上、左)、フィルムP(上、右)およびフィルムQ(下)により生成された発光スペクトルを示す図である[実施例21]。 λexc=450nmにおける青色光の下方変換によってフィルムO(上、左)、フィルムP(上、右)およびフィルムQ(下)により生成された発光スペクトルを示す図である[実施例21]。 遠隔リン光体LEDアレイにおいてλexc=450nmで照射された場合に、フィルムO〜Qにより放出された光のCIE 1931色度図における位置を示す図である[実施例21]。
[実施例1]
架橋PFOナノ粒子(UV吸収性であり、青色光を放出する)
(合成)
以下に示されるスキーム1および表1を参照して、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)(50.0mg)および脱イオン水(10mL)をシュレンク管に移し、得られた溶液を、アルゴンを20分間吹き込むことにより脱気した。モノマーA(表1を参照されたい)、架橋剤B(表1を参照されたい)およびモノマーC(58.6mg、9.12×10−2mmol)をトルエン(1mL)中に溶解し、これにヘキサデカン(78μL)もまた添加し、この溶液を同様に5分間脱気した。テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(2.2mg、9.13×10−3mmol)をモノマー溶液に添加し、次いでこれを反応槽に移した。氷浴で冷却しながら2分間超音波処理(Cole Parmer 750W超音波処理機、マイクロチップを装着、22%出力)することにより、反応混合物を乳化した。シュレンク管を再び封止し、ミニエマルションを72℃に加熱し、続いて1M水酸化ナトリウム水溶液(365μL)を添加し、反応混合物を16時間撹拌した。室温に冷却した後、反応槽のキャップを外し、エマルションを5時間撹拌して、残留トルエンを除去した。
Figure 0006929290
Figure 0006929290
(界面活性剤の除去およびDLS分析(水中のナノ粒子))
400μLの粗ナノ粒子懸濁液のアリコートを、1.6mLの脱イオン水で希釈し、これにAmberlite XAD−2樹脂(20mg、2×2mLの水で事前洗浄)を添加した。懸濁液を室温で15分間振盪してから、ナノ粒子懸濁液をデカンテーションした。このAmberlite XAD−2精製ステップを繰り返し(この時点以降懸濁液は振盪により気泡しなかった)、グラスウールを通して濾過してから、Malvern Zetasizer Nano ZSを使用して粒子サイズの動的光散乱(DLS)分析を行った。結果を表2および図1に示す。
Figure 0006929290
(DLS分析(THF中のナノ粒子))
200μLの粗ナノ粒子懸濁液のアリコートを、1.3mLのトルエンの添加により凝集させ、遠心分離(14,000rpm、1分)および上澄みのデカンテーションによりポリマーを単離した。空気中でポリマーを乾燥させて残留メタノールを除去してから、テトラヒドロフラン(THF、1mL)中に溶解した。Malvern Zetasizer Nano ZSを使用して、得られた懸濁液を直接測定した。結果を表3および図1に示す。
Figure 0006929290
(UV/Vis分析(水またはTHF中のナノ粒子))
Amberlite XAD−2での処理による界面活性剤の除去後、40μLのナノ粒子懸濁液を3mLの水で希釈した。この濃度でのナノ粒子のUV−Vis吸収スペクトルを、Varian Cary 55 5000UV−Vis−NIR分光光度計で室温で記録した。図2は、架橋PFOナノ粒子のUV/Visスペクトルを示す。
(光ルミネッセンス(PL)分析(水またはTHF中のナノ粒子))
Amberlite XAD−2での処理による界面活性剤の除去後、40μLのナノ粒子懸濁液を3mLの水で希釈した。PLスペクトルを、Varian Cary Eclipse蛍光光度計で記録した。図3は、架橋PFOナノ粒子のPLスペクトルを示す。
(光ルミネッセンス(PL)分析(水中のナノ粒子))
Fluoromax−4分光蛍光光度計を使用して、光ルミネッセンス測定値を得た。バックグラウンド測定と同じ体積の水を使用して、水中のナノ粒子の希薄分散体(800μL、吸光度>1)に対して測定を行った。結果を表4に記載する。
Figure 0006929290
[実施例2]
5%の2,1,3−ベンゾチアジアゾール、35%の9,9−ジ(ウンデカン酸)フルオレンおよび5%の9,9’−スピロビフルオレン架橋ポリフルオレンナノ粒子(UV吸収性であり、緑色光を放出する)
(合成)
Figure 0006929290
シュレンク管内に、水(22.0mL)、ドデシル硫酸ナトリウム(110mg、382μmol)および1M水酸化ナトリウム水溶液(1080μL、1080μmol)を加えた。溶液をアルゴンで2時間パージした。バイアル内で、9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(1,3−プロパンジオール)エステル(111.7mg、200μmol)、2,7−ジブロモ−9,9−ジ(ウンデカン酸)フルオレン(96.9mg、140μmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(12.6mg、20μmol)、4,7−ジブロモベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール(5.9mg、20μmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(4.6mg、5μmol)、トリ(o−トリル)ホスフィン(9.1mg、30μmol)およびヘキサデカン(171μL、585μmol)を秤量した。バイアルをアルゴン充填グローブボックスに移し、ゴム栓で封止し、取り出した。トルエン(2.19mL)をバイアルに加え、均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。最初の水溶液を氷浴内で0℃に冷却し、超音波プローブを挿入し、トルエン溶液を速やかに水に注入した。溶液に1分間超音波処理し、30秒間撹拌し、さらに1分間超音波処理した。シュレンク管を封止し、50℃に予熱した油浴内に設置し、20時間撹拌した。シュレンクを開封し、撹拌しながら、50℃でエマルション上に窒素ガスのストリームを通過させた。エマルションを室温に冷却し、脱イオン水で体積を23.0mLに増加させ、グラスウールプラグを通して濾過した。エマルションは、白濁した暗緑色の溶液として得られた。DLS(水):Z平均=79.0nm、PdI=0.117、D=52.4nmおよびSD=15.3nm。UV−Vis吸収(水):λmax=380nm、λsec.=450nm、λonset=520nm。UV−Vis PL(水):λmax=535nm、λsec.=424nm。
[実施例3]
5%の4,7−ビス(4−ヘキシルチオフェン−2−イル)ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾールおよび5%の9,9’−スピロビフルオレン架橋ポリフルオレンナノ粒子(UV吸収性であり、赤色光を放出する)
(合成)
Figure 0006929290
シュレンク管内に、水(22.0mL)、ドデシル硫酸ナトリウム(110mg、382μmol)および1M水酸化ナトリウム水溶液(800μL、800μmol)を加えた。溶液をアルゴンで2時間パージした。バイアル内で、9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(1,3−プロパンジオール)エステル(111.7mg、200μmol)、9,9−ジオクチル−2,7−ジブロモフルオレン(76.8mg、140μmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(12.6mg、20μmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−4−ヘキシル−2−チエニル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(12.5mg、20μmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(4.6mg、5μmol)、トリ(o−トリル)ホスフィン(9.1mg、30μmol)およびヘキサデカン(171μL、585μmol)を秤量した。バイアルをアルゴン充填グローブボックスに移し、ゴム栓で封止し、取り出した。トルエン(2.19mL)をバイアルに加え、均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。最初の水溶液を氷浴内で0℃に冷却し、超音波プローブを挿入し、トルエン溶液を速やかに水に注入した。溶液に1分間超音波処理し、30秒間撹拌し、さらに1分間超音波処理した。シュレンク管を封止し、50℃に予熱した油浴内に設置し、20時間撹拌した。シュレンクを開封し、撹拌しながら、50℃でエマルション上に窒素ガスのストリームを通過させた。エマルションを室温に冷却し、脱イオン水で体積を23.0mLに増加させ、グラスウールプラグを通して濾過した。エマルションは、白濁した明赤色の溶液として得られた。DLS(水):Z平均=105nm、PdI=0.125、D=64.4nmおよびSD=20.8nm。UV−Vis吸収(水):λmax=382nm、λsec.=433nm、λsec.=514nm、λonset=620nm。UV−Vis PL(水):λmax=621nm、λsec.=437nm。
[実施例4]
10%の4,7−ビス(4−ヘキシルチオフェン−2−イル)ベンゾ[c][1,2,5]チアジアゾールおよび5%の9,9’−スピロビフルオレン架橋ポリフルオレンナノ粒子(UV吸収性であり、赤色光を放出する)
(合成)
Figure 0006929290
シュレンク管内に、水(22.0mL)、ドデシル硫酸ナトリウム(110mg、382μmol)および1M水酸化ナトリウム水溶液(800μL、800μmol)を加えた。溶液をアルゴンで2時間パージした。バイアル内で、9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(1,3−プロパンジオール)エステル(111.7mg、200μmol)、9,9−ジオクチル−2,7−ジブロモフルオレン(65.8mg、120μmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(12.6mg、20μmol)、(25.1mg、40μmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(4.6mg、5μmol)、トリ(o−トリル)ホスフィン(9.1mg、30μmol)およびヘキサデカン(171μL、585μmol)を秤量した。バイアルをアルゴン充填グローブボックスに移し、ゴム栓で封止し、取り出した。トルエン(2.19mL)をバイアルに加え、均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。最初の水溶液を氷浴内で0℃に冷却し、超音波プローブを挿入し、トルエン溶液を速やかに水に注入した。溶液に1分間超音波処理し、30秒間撹拌し、さらに1分間超音波処理した。シュレンク管を封止し、50℃に予熱した油浴内に設置し、20時間撹拌した。シュレンクを開封し、撹拌しながら、50℃でエマルション上に窒素ガスのストリームを通過させた。エマルションを室温に冷却し、脱イオン水で体積を23.0mLに増加させ、グラスウールプラグを通して濾過した。エマルションは、白濁した明赤色の溶液として得られた。DLS(水):Z平均=130nm、PdI=0.264、D=58.4nmおよびSD=20.9nm。UV−Vis吸収(水):λmax=382nm、λsec.=432nm、λsec.=515nm、λonset=623nm。UV−Vis PL(水):λmax=625nm。
[実施例5]
2%の9,9−ジ(ウンデカン酸)フルオレン、5%の2,1,3−ベンゾチアジアゾール、33%のジ(ヘキサ−5−エン−1−イル)フルオレンおよび5%の9,9’−スピロビフルオレン架橋ポリフルオレンナノ粒子(UV吸収性であり、緑色光を放出し、H−Si官能化樹脂との重合に関与するペンダント状末端二重結合を有する)
(合成)
Figure 0006929290
シュレンク管内に、水(22.0mL)、ドデシル硫酸ナトリウム(110mg、382μmol)および1M水酸化ナトリウム水溶液(816μL、816μmol)を加えた。溶液をアルゴンで2時間パージした。バイアル内で、9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(1,3−プロパンジオール)エステル(111.7mg、200μmol)、2,7−ジブロモ−9,9−ジ(ウンデカン酸)フルオレン(5.5mg、8μmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(12.6mg、20μmol)、4,7−ジブロモベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール(5.9mg、20μmol)、2,7−ジブロモ−9,9−ジ(ヘキサ−5−エン−1−イル)フルオレン(64.5mg、132μmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(4.6mg、5μmol)、トリ(o−トリル)ホスフィン(9.1mg、30μmol)およびヘキサデカン(171μL、585μmol)を秤量した。バイアルをアルゴン充填グローブボックスに移し、ゴム栓で封止し、取り出した。トルエン(2.19mL)をバイアルに加え、均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。最初の水溶液を氷浴内で0℃に冷却し、超音波プローブを挿入し、トルエン溶液を速やかに水に注入した。溶液に1分間超音波処理し、30秒間撹拌し、さらに1分間超音波処理した。シュレンク管を封止し、50℃に予熱した油浴内に設置し、20時間撹拌した。シュレンクを開封し、撹拌しながら、50℃でエマルション上に窒素ガスのストリームを通過させた。エマルションを室温に冷却し、脱イオン水で体積を23.0mLに増加させ、グラスウールプラグを通して濾過した。エマルションは、白濁した暗緑色の溶液として得られた。DLS(水):Z平均=101nm、PdI=0.166、D=55.1nmおよびSD=18.1nm。UV−Vis吸収(水):λmax=381nm、λsec.=453nm、λonset=522nm。UV−Vis PL(水):λmax=530nm。
[実施例6]
CL−F8T2 CPN(CL−F8T2/30は、青色光吸収性であり、緑色光を放出する)
この実施例は、(本発明において必要とされるように)架橋ポリマーではないが、本発明のナノ粒子を形成するために本明細書に記載の1種または複数種の架橋モノマーが含まれてもよいことが、当業者に理解される。
(合成)
Figure 0006929290
シュレンク管内で、アルゴン下、ドデシル硫酸ナトリウム(50mg)を脱イオン水(10mL)中に溶解した。アルゴンを30分間吹き込むことにより、溶液を脱気した。別個のバイアル内で、モノマーA(58.6mg、9.12×10−2mmol)、モノマーB、モノマーC(表1中の量を参照されたい)、モノマーD(5.8mg、9.12×10−3mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(0.9mg、0.98×10−3mmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(1.2mg、3.9×10−3mmol)を、トルエン(1mL)中に溶解した。ヘキサデカンを添加し(78μL)、アルゴンを5分間吹き込むことにより、混合物を脱気した。この後、次いでモノマー混合物をSDS溶液に注入した。ミニエマルションを促進するために、シュレンク管を氷浴に入れ、マイクロチップを装着した超音波処理機(Cole Parmer 750W超音波処理機、22%振幅)を使用して、2分間混合物に超音波処理した。管を再び封止し、次いで72℃まで加熱した。この温度に達したら、水酸化ナトリウムの1M水溶液(365μL)を添加し、反応混合物を16時間撹拌した。室温に冷却した後、シュレンク管を開封し、混合物を5時間撹拌して、残留トルエンを除去した。SDSを除去するために、400μLの得られたミニエマルションを1.6mLの脱イオン水で希釈し、水(2×2mL)で事前に洗浄されたAmberlite XAD−2(20mg)を添加した。混合物を室温で2時間撹拌し、Amberlite XAD−2を除去した。混合物が振盪されて発泡がそれ以上観察されなくなるまで、Amberlite XAD−2による処理を繰り返した。
以下の表5は、使用したモノマーBおよびCの量を示す。以下の表6は、CL−F8T2 CPNの粒子サイズを示す。表7は、水およびTHF中のCL−F8T2 CPNの光学特性を示す。
Figure 0006929290
Figure 0006929290
Figure 0006929290
Figure 0006929290
[実施例7]
架橋青、緑および赤色(RGB)共役ポリマーナノ粒子(CPN)の合成
9,9−ジオクチル−9H−フルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(ピナコール)エステル(A)と、受容体部分としての9,9−ジオクチル−2,7−ジブロモフルオレン(B)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(C)および4,7−ジブロモ−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(D)または4,7−ジ(4−ヘキシルチエン−2−イル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(E)との鈴木カップリングを経たミニエマルション重合により、青(CL−PFO)、緑(CL−PFO−BT)および赤色発光(CL−PFO−DBT)を有するPFOをベースとした一連の架橋共役ポリマーナノ粒子(CPN)を合成した。
Figure 0006929290
シュレンク管内で、アルゴン下、ドデシル硫酸ナトリウム(50mg)を脱イオン水(10mL)中に溶解した。アルゴンを30分間吹き込むことにより、溶液を脱気した。別個のフラスコ内で、モノマーA(58.6mg、9.12×10−2mmol)、モノマーB、モノマーC(5.8mg、9.12×10−3mmol)およびモノマーDまたはモノマーE(表8中の量)をトルエン(1mL)中に溶解し、これにヘキサデカンを添加し(78μL)、アルゴンを5分間吹き込むことにより、混合物を脱気した。この後、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(0.9mg、0.95×10−3mmol)およびトリ−(o−トリル)ホスフィン(1.2mg、3.8×10−3mmol)をモノマー混合物に添加し、次いでこれをSDS溶液に注入した。ミニエマルションを促進するために、シュレンク管を氷浴に入れ、マイクロチップを装着した超音波処理機(Cole Parmer 750W超音波処理機、22%振幅)を使用して、2分間混合物に超音波処理した。管を再び封止し、次いで72℃まで加熱した。この温度に達したら、水酸化ナトリウムの1M水溶液(365μL)を添加し、反応混合物を16時間撹拌した。室温に冷却した後、シュレンク管を開封し、混合物を5時間撹拌して、残留トルエンを除去した。SDSを除去するために、400μLの得られたミニエマルションを1.6mLの脱イオン水で希釈し、水(2×2mL)で事前に洗浄されたAmberlite XAD−2(20mg)を添加した。混合物を室温で2時間撹拌し、Amberlite XAD−2を除去した。混合物が振盪されて発泡がそれ以上観察されなくなるまで、Amberlite XAD−2による処理を繰り返した。
Figure 0006929290
架橋剤としての2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレンの導入は、異なる有機溶媒(THF、クロロホルム、トルエン、およびクロロベンゼン)中に不溶性のCPNをもたらした。このため、分子量の決定は不可能であった。DLSによる粒子サイズの決定のために、SDS除去後の60μLの各試料を1mLの脱イオン水で希釈し、Malvern Zetasizer Nano ZSを使用して評価を行った。
PFOをベースとした架橋青、緑および赤色発光CPNの粒子サイズを、表9に示す。
Figure 0006929290
Varian Cary 55 5000UV−Vis−NIR分光光度計を使用して、架橋CPNの水性分散液のUV−vis吸収スペクトルを記録した。Varian Cary Eclipse蛍光光度計で、同じ試料の蛍光スペクトルを室温でλ=390nmの励起波長で記録した。検出器として使用された光子計数モードで動作する冷却R928P光電子増倍管を有する二重励起および発光モノクロメーターで構成されたFluorolog 3−22−iHR(Horiba)分光蛍光光度計に装着された積分球を使用して、蛍光量子収率(QY)を決定した。光物理学的特性を、表10に示す。架橋RGB CPNの光学的特性を、水およびTHF中で決定した。
Figure 0006929290
PFOをベースとした架橋青、緑および赤色CPNの吸収および発光スペクトル(λexc=390nm)を、図4に示す。
PFOをベースとした架橋RGB CPNのTHF溶液中での光物理学的特性を、表11に示す。
Figure 0006929290
PFOをベースとした架橋RGB CPNのTHF中の吸収および発光スペクトル(λexc=390nm)を、図5に示す。
UV光の下方変換により白色光を生成する、リン光体としてのLED照明における架橋青、緑および赤色発光CPNの好適性を試験するために、架橋RGB CPNの三元混合物を含有する一連のアクリルフィルム(厚さ=1mm)を製作し、励起源として2つの異なる参照UV LED(λexc=381nmおよびλexc=393nm)を使用して遠隔リン光体LEDアレイにおいて評価した。フィルムを製作するために、CPNをまずメタノールの添加および遠心分離により沈殿させた。単離したら、CPNを市販のアクリルベース樹脂Tensol 70中に分散させた。最後に、周囲条件下および光の非存在下でフィルムの硬化を行った。UV LED源により励起された場合のフィルムから得られる発光スペクトルは、Rainbow−Light Micro−Spectrometer MR−16−BINSに取り付けられた積分球を用いて記録された。
まず第1に、従来の白色LEDにより示される発光スペクトル1−3と同様の発光スペクトルを生成するための、分散媒体中のCPNの好適な濃度、および各色のCPNの間の適切な比を決定するために、水中における一連の架橋RGB CPN混合物の発光プロファイルを評価した。530nmにおける発光ピーク(緑色発光)と467nmにおける最大発光ピーク(青色発光)との間の約0.50の相対強度に達したら、水中0.05モル%のCL−PFO CPNの分散液に、CL−PFO−BT CPNのアリコートを徐々に添加した。次いで、100:5:5(青/緑/赤)の最終比を有するように、少量のCL−PFO−DBTの水性分散液を添加した。異なる比での架橋RGB CPNの発光プロファイルの進行を、図6に示す。
したがって、Tensol 70に対して0.05および0.1wt.%の濃度で異なる比のCL−PFO、CL−PFO−BTおよびCL−DBT CPNを含有するフィルムを製作した。フィルム内に分散された架橋青、緑および赤色CPNの間の対応する濃度および比を、表12に示す。図7に、可視光下(上)およびUV照明下(下)でのフィルムA〜Dの写真を示す。
Figure 0006929290
遠隔リン光体LEDアレイにおいてフィルムが2つの異なるUV LED源(λexc=381nmおよびλexc=393nm)で照射された場合に生成されたフィルムA〜Dの発光スペクトルを、図8〜11に示す。
参照UV LED源(λexc=381nm)で照射された場合にフィルムA〜Dから得られた光の相関色温度(CCT)、演色評価数(CRI)およびCIE座標を、表13に示す。CIE 1931色度図におけるCIE座標の位置を、図12に示す。
Figure 0006929290
参照UV LED源(λexc=393nm)で照射された場合にフィルムA〜Dから得られた光のCCT、CRIおよびCIE座標を、表14に示す。CIE 1931色度図におけるCIE座標の位置を、図13に示す。
Figure 0006929290
[実施例8]
PFOをベースとした架橋白色発光CPNの合成。
白色光を生成する異なる手法は、UV光で励起された場合に白色光を放出するPFOをベースとした単一架橋ポリマーCPNの合成により達成することができる。
Figure 0006929290
シュレンク管内に、水(22.0mL)、ドデシル硫酸ナトリウム(110mg、382μmol)および1M水酸化ナトリウム水溶液(800μL、800μmol)を加えた。溶液をアルゴンで2時間パージした。バイアルに、4,7−ジブロモベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール(47μL、ジクロロメタン中1mg mL−1、160ナノモル)および4,7−ビス(5−ブロモ−4−ヘキシル−2−チエニル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(50μL、ジクロロメタン中1mg mL−1、80ナノモル)を添加し、窒素ストリームを使用して溶媒を除去した。9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(1,3−プロパンジオール)エステル(111.7mg、200μmol)、9,9−ビス(2−エチルヘキシル)−2,7−ジブロモフルオレン(87.6mg、159.76μmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(12.6mg、20.0μmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(4.6mg、5.0μmol)、トリ(o−トリル)ホスフィン(9.1mg、30μmol)およびヘキサデカン(171μL、585μmol)を、バイアルにさらに加えた。バイアルをアルゴン充填グローブボックスに移し、ゴム栓で封止し、取り出した。脱酸素化トルエン(2.2mL)をバイアルに加え、均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。最初の水溶液を氷浴内で0℃に冷却し、超音波プローブを挿入し、トルエン溶液を速やかに水に注入した。溶液に1分間超音波処理し、30秒間撹拌し、さらに1分間超音波処理した。シュレンク管を封止し、50℃に予熱した油浴内に設置し、16時間撹拌した。シュレンク管を開封し、撹拌しながら、50℃でエマルション上に窒素ガスのストリームを通過させた。エマルションを室温に冷却し、脱イオン水を用いて体積を23.0mLに増加させ、ガラスウールプラグを通して濾過した。エマルションは、白濁薄ピンク色の溶液として得られた。
PFOをベースとした架橋白色発光CPNの粒子サイズを、表15に示す。
Figure 0006929290
PFOをベースとした架橋白CPNの光学的特性を表16に要約し、その正規化吸収および発光スペクトルを図14に示す。
Figure 0006929290
白色発光を有するCPNの合成に成功したら、これらの粒子を0.05および0.1モル%で含有するフィルムを製作し、フィルムA〜Dに対して従った手順と同様に遠隔リン光体LEDアレイにおいて評価した。白色様CPNに対して、分散剤マトリックスとしてケイ素ベース樹脂QLE1102を使用した。図15に、可視光下(左)およびUV照明下(右)でのフィルムEおよびフィルムFの写真を示す。
遠隔リン光体LEDアレイにおいてフィルムが2つの異なるUV LED源(λexc=381nmおよびλexc=393nm)で照射された場合に生成されたフィルムE〜Fの発光スペクトルを、図16〜17に示す。
参照UV LED源(λexc=381nm)で照射された場合にフィルムE〜Fから得られた光のCCT、CRIおよびCIE座標を、表17に示す。CIE 1931色度図におけるCIE座標の位置を、図18に示す。
Figure 0006929290
参照UV LED源(λexc=393nm)で照射された場合にフィルムE〜Fから得られた光のCCT、CRIおよびCIE座標を、表18に示す。CIE 1931色度図におけるCIE座標の位置を、図18に示す。
Figure 0006929290
[実施例9]
5%の9,9’−スピロビフルオレン、80%の9,9−ジオクチル(フルオレン)および10%の9,9−ジ(ナトリウムウンデカノイルサルフェート)(フルオレン)ナノ粒子(青色光を放出する)
Figure 0006929290
2リットルのフラスコ内に、水(1000mL)および水酸化ナトリウム(1.60g、32.0mmol)を加え、溶液をアルゴンで4時間パージした。シュレンク管内で、9,9−ジ−n−オクチルフルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(プロパンジオール)エステル(5.58g、10.0mmol)、9,9−ジ−n−オクチル−2,7−ジブロモフルオレン(3.29g、6.00mmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(632mg、1.00mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(229mg、250μmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(456mg、1.50mmol)を秤量した。シュレンク管を、3回のアルゴン−真空サイクルに供した。別個のシュレンク管内に、トルエン(100mL)およびヘキサデカン(7.73mL)を加え、溶液をアルゴンで2時間パージした。この溶液を前のシュレンク管に移し、超音波浴内で均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。9,9−ジ(ナトリウムウンデカノイルサルフェート)2,7−ジブロモフルオレン(1.74g、2.00mmol)を最初の水溶液に添加し、氷浴内で0℃に冷却した。トルエン溶液をアルゴンストリーム下で速やかに水相に添加し、2cmの深さまで超音波プローブを挿入した(1/2インチの交換式チップ)。撹拌しながら溶液に80%の強度で5分間超音波処理し、1分間撹拌し、さらに5分間超音波処理した。フラスコを封止し、40℃に予熱した油浴内に設置し、20時間撹拌した。フラスコを開け、撹拌しながら、エマルション上に空気を40℃で30時間通した。エマルションを室温に冷却し、16時間静置し、綿メッシュを通して濾過すると、懸濁液が得られた(310g、理論上25.9mg g−1)。
[実施例10]
5%のベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール、5%の9,9’−スピロビフルオレン、75%の9,9−ジオクチル(フルオレン)および10%の9,9−ジ(ナトリウムウンデカノイルサルフェート)(フルオレン)ナノ粒子(緑色光を放出する)
Figure 0006929290
1リットルのフラスコ内に、水(800mL)および1M水酸化ナトリウム水溶液(32.0mL、32.0mmol)を加え、溶液をアルゴンで4時間パージした。シュレンク管内で、9,9−ジ−n−オクチルフルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(プロパンジオール)エステル(4.47g、8.00mmol)、9,9−ジ−n−オクチル−2,7−ジブロモフルオレン(2.19g、4.00mmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(506mg、800μmol)、4,7−ジブロモベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール(235mg、800μmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(183mg、200μmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(365mg、1.20mmol)を秤量した。シュレンク管をアルゴンで30分間パージした。別個のシュレンク管内に、トルエン(80.0mL)およびヘキサデカン(6.20mL)を加え、溶液をアルゴンで2時間パージした。この溶液を前のシュレンク管に移し、超音波浴内で均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。9,9−ジ(ナトリウムウンデカノイルサルフェート)2,7−ジブロモフルオレン(1.39g、1.60mmol)を最初の水溶液に添加し、氷浴内で0℃に冷却した。トルエン溶液をアルゴンストリーム下で速やかに水相に添加し、2cmの深さまで超音波プローブを挿入した(1/2インチの交換式チップ)。撹拌しながら溶液に60%の強度で5分間超音波処理し、1分間撹拌し、80%の強度で5分間超音波処理した。フラスコを封止し、40℃に予熱した油浴内に設置し、20時間撹拌した。フラスコを開け、撹拌しながら、エマルション上に空気を100℃で15時間通した。エマルションを室温に冷却し、綿メッシュを通して濾過すると、懸濁液が得られた(320g、理論上19.2mg g−1)。
[実施例11]
5%の4,7−ビス(5−ヘキシル−2−チエニル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール、5%の9,9’−スピロビフルオレン、75%の9,9−ジオクチル(フルオレン)および10%の9,9−ジ(ナトリウムウンデカノイルサルフェート)(フルオレン)ナノ粒子(赤色光を放出する)
Figure 0006929290
2リットルのフラスコ内に、水(1000mL)および水酸化ナトリウム(1.60g、32.0mmol)を加え、溶液をアルゴンで4時間パージした。シュレンク管内で、9,9−ジ−n−オクチルフルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(プロパンジオール)エステル(5.58g、10.0mmol)、9,9−ジ−n−オクチル−2,7−ジブロモフルオレン(2.74g、5.00mmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(632mg、1.00mmol)、4,7−ビス(5−ブロモ−4−ヘキシル−2−チエニル)−2,1,3−ベンゾチアジアゾール(627mg、1.00mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(229mg、250μmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(456mg、1.50mmol)を秤量した。シュレンク管を、3回の真空−アルゴンサイクルに供した。別個のシュレンク管内に、トルエン(100.0mL)およびヘキサデカン(7.73mL)を加え、溶液をアルゴンで2時間パージした。この溶液を前のシュレンク管に移し、超音波浴内で均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。9,9−ジ(ナトリウムウンデカノイルサルフェート)2,7−ジブロモフルオレン(1.74g、2.00mmol)を最初の水溶液に添加し、氷浴内で0℃に冷却した。トルエン溶液をアルゴンストリーム下で速やかに水相に添加し、2cmの深さまで超音波プローブを挿入した(1/2インチの交換式チップ)。撹拌しながら溶液に80%の強度で5分間超音波処理し、1分間撹拌し、さらに5分間超音波処理した。フラスコを封止し、40℃に予熱した油浴内に設置し、20時間撹拌した。フラスコを開け、撹拌しながら、エマルション上に空気を40℃で30時間通した。エマルションを室温に冷却し、16時間静置し、綿メッシュを通して濾過すると、懸濁液が得られた(220g、理論上36.1mg g−1)。
架橋青、緑および赤色の光学的特性を以下の表に要約し、その正規化吸収および発光スペクトルを図19に示す。
Figure 0006929290
[実施例12]
5%の9,9’−スピロビフルオレン、90%のジ((4−((2−エチルヘキシル)オキシ)フェニル))フルオレンナノ粒子
Figure 0006929290
アルゴン入口を装着した250mLの丸底フラスコに、水(100mL)、水酸化ナトリウム(160mg、4.00mmol)およびドデシル硫酸ナトリウム(551mg)を入れ、溶液をアルゴンで1時間パージした。トルエンをアルゴンで2時間脱気した。シュレンク管内で、9,9−ジ((4−((2−エチルヘキシル)オキシ)フェニル))フルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(ピナコール)エステル(827mg、1.00mmol)、2,7−ジブロモ−9,9−ジ((4−((2−エチルヘキシル)オキシ)フェニル))フルオレン(513mg、700μmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(63.2mg、100μmol)、ヘキサデカン(855μL)、4,7−ジブロモベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール(29.4mg、100μmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(22.4mg、25μmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(45.6mg、150μmol)を秤量した。シュレンク管を、4回の真空−アルゴンサイクルに供した。トルエン(10mL)を添加し、超音波浴内で均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。最初の水溶液を氷浴内で0℃に冷却し、トルエン溶液をアルゴンストリーム下で速やかに水相に添加した。撹拌棒を入れ、2cmの深さまで超音波プローブを挿入した(1/2インチのエクステンダーチップ)。溶液に40%の振幅で2分間超音波処理し、30秒間撹拌し、次いでさらに2分間超音波処理した。フラスコを封止し、70℃に予熱した油浴内に設置し、16時間撹拌した。フラスコを50℃に冷却し、撹拌しながら、エマルション上に空気を5時間通した。エマルションを室温に冷却し、16時間静置し、ガラスウールプラグを通して濾過した。エマルションは、明緑色の濁った分散液として得られた。DLS:z平均:115.9nm、PdI:0.153。UV−Vis吸収(水):λmax=391nm。UV−Vis PL(水):λmax=422nm。
[実施例13]
5%の9,9’−スピロビフルオレン、10%のジ((4−(ナトリウムウンデカノイルサルフェート)フェニル))フルオレン、80%のジ((4−((2−エチルヘキシル)オキシ)フェニル))フルオレンナノ粒子
Figure 0006929290
アルゴン入口を装着した250mLの丸底フラスコに、水(100mL)、水酸化ナトリウム(160mg、4.00mmol)および2,7−ジブロモ−9,9−ジ((4−(ナトリウムウンデカノイルサルフェート)フェニル))フルオレン(211mg、200μmol)を入れ、溶液をアルゴンで2時間パージした。トルエンをアルゴンで2時間脱気した。シュレンク管内で、9,9−ジ((4−((2−エチルヘキシル)オキシ)フェニル))フルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(ピナコール)エステル(827mg、1.00mmol)、2,7−ジブロモ−9,9−ジ((4−((2−エチルヘキシル)オキシ)フェニル))フルオレン(440mg、600μmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(63.2mg、100μmol)、ヘキサデカン(855μL)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(22.4mg、25μmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(45.6mg、150μmol)を秤量した。シュレンク管を、4回の真空−アルゴンサイクルに供した。トルエン(10mL)を添加し、超音波浴内で均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。撹拌棒を入れ、2cmの深さまで超音波プローブを挿入した(1/2インチのエクステンダーチップ)。溶液に40%の振幅で2分間超音波処理し、30秒間撹拌し、次いでさらに2分間超音波処理した。フラスコを封止し、60℃に予熱した油浴内に設置し、16時間撹拌した。フラスコを50℃に冷却し、撹拌しながら、エマルション上に空気を5時間通した。エマルションを室温に冷却し、16時間静置し、ガラスウールプラグを通して濾過した。エマルションは、暗緑色/灰色の濁った分散液として得られた。DLS:z平均:171.2nm、PdI:0.047。UV−Vis吸収(水):λmax=398nm。UV−Vis PL(水):λmax=422nm。
[実施例14]
5%のベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール、5%の9,9’−スピロビフルオレン、85%のジ((4−((2−エチルヘキシル)オキシ)フェニル))フルオレンナノ粒子
Figure 0006929290
アルゴン入口を装着した250mLの丸底フラスコに、水(100mL)、水酸化ナトリウム(160mg、4.00mmol)およびドデシル硫酸ナトリウム(551mg)を入れ、溶液をアルゴンで1時間パージした。トルエンをアルゴンで2時間脱気した。シュレンク管内で、9,9−ジ((4−((2−エチルヘキシル)オキシ)フェニル))フルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(ピナコール)エステル(827mg、1.00mmol)、2,7−ジブロモ−9,9−ジ((4−((2−エチルヘキシル)オキシ)フェニル))フルオレン(513mg、700μmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(63.2mg、100μmol)、ヘキサデカン(855μL)、4,7−ジブロモベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール(29.4mg、100μmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(22.4mg、25μmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(45.6mg、150μmol)を秤量した。シュレンク管を、4回の真空−アルゴンサイクルに供した。トルエン(10mL)を添加し、超音波浴内で均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。最初の水溶液を氷浴内で0℃に冷却し、トルエン溶液をアルゴンストリーム下で速やかに水相に添加した。撹拌棒を入れ、2cmの深さまで超音波プローブを挿入した(1/2インチのエクステンダーチップ)。溶液に40%の振幅で2分間超音波処理し、30秒間撹拌し、次いでさらに2分間超音波処理した。フラスコを封止し、70℃に予熱した油浴内に設置し、16時間撹拌した。フラスコを50℃に冷却し、撹拌しながら、エマルション上に空気を5時間通した。エマルションを室温に冷却し、16時間静置し、ガラスウールプラグを通して濾過した。エマルションは、明緑色の濁った分散液として得られた。DLS:z平均:115.1nm、PdI:0.160。UV−Vis吸収(水):λmax=387nm。UV−Vis PL(水):λmax=526nm。
[実施例15]
5%のベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール、5%の9,9’−スピロビフルオレン、10%のジ((4−(ナトリウムウンデカノイルサルフェート)フェニル))フルオレン、75%のジ((4−((2−エチルヘキシル)オキシ)フェニル))フルオレンナノ粒子
Figure 0006929290
アルゴン入口を装着した250mLの丸底フラスコに、水(100mL)、水酸化ナトリウム(160mg、4.00mmol)および2,7−ジブロモ−9,9−ジ((4−(ナトリウムウンデカノイルサルフェート)フェニル))フルオレン(211mg、200μmol)を入れ、溶液をアルゴンで1時間パージした。トルエンをアルゴンで1時間脱気した。シュレンク管内で、9,9−ジ((4−((2−エチルヘキシル)オキシ)フェニル))フルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(ピナコール)エステル(827mg、1.00mmol)、2,7−ジブロモ−9,9−ジ((4−((2−エチルヘキシル)オキシ)フェニル))フルオレン(366mg、500μmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(63.2mg、100μmol)、ヘキサデカン(855μL)、4,7−ジブロモベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール(29.4mg、100μmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(22.4mg、25μmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(45.6mg、150μmol)を秤量した。シュレンク管を、4回の真空−アルゴンサイクルに供した。トルエン(10mL)を添加し、超音波浴内で均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。最初の水溶液を氷浴内で0℃に冷却し、トルエン溶液をアルゴンストリーム下で速やかに水相に添加した。撹拌棒を入れ、2cmの深さまで超音波プローブを挿入した(1/2インチのエクステンダーチップ)。溶液に40%の振幅で2分間超音波処理し、30秒間撹拌し、次いでさらに2分間超音波処理した。フラスコを封止し、70℃に予熱した油浴内に設置し、16時間撹拌した。フラスコを50℃に冷却し、撹拌しながら、エマルション上に空気を5時間通した。エマルションを室温に冷却し、16時間静置し、ガラスウールプラグを通して濾過した。エマルションは、明緑色の濁った分散液として得られた。DLS:z平均:184.5nm、PdI:0.031。UV−Vis吸収(水):λmax=393nm。UV−Vis PL(水):λmax=527nm。
[実施例16]
5%のベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール、5%の9,9’−スピロビフルオレン、75%の9,9−ジオクチル(フルオレン)、10%の9,9−ジ(ポリ(エチレングリコール)モノメチルエーテル(Mn 900))(フルオレン)
Figure 0006929290
シュレンク管内に、水(20mL)および水酸化ナトリウム(32.0mg、800μmol)を加え、溶液をアルゴンで2時間パージした。トルエンをアルゴンで2時間脱気した。バイアル内で、9,9−ジ−n−オクチルフルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(プロパンジオール)エステル(111.7mg、200μmol)、9,9−ジ−n−オクチル−2,7−ジブロモフルオレン(54.8mg、100μmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(12.6mg、20μmol)、2,7−ジブロモ−9,9−ジ((ポリ(エチレングリコール)モノメチルエーテル(Mn 900))フェニル))フルオレン(86.3mg、40μmol)、4,7−ジブロモベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール(5.9mg、20μmol)、ヘキサデカン(150μL)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(4.6mg、5μmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(9.1mg、30μmol)を秤量した。バイアルをアルゴンで30分間パージした。トルエン(2.00mL)を添加し、超音波浴内で均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。最初の水溶液を氷浴内で0℃に冷却した。トルエン溶液をアルゴンストリーム下で速やかに水相に添加した。撹拌棒を入れ、2cmの深さまで超音波プローブを挿入した(6mmのマイクロチップ)。溶液に30%の振幅で1分間超音波処理し、30秒間撹拌し、さらに1分間超音波処理した。フラスコを封止し、40℃に予熱した油浴内に設置し、20時間撹拌した。フラスコを50℃に加熱し、撹拌しながら、エマルション上に空気を5時間通した。エマルションを室温に冷却し、16時間静置し、綿メッシュを通して濾過した。エマルションは、明緑色の濁った分散液として得られた。
[実施例17]
5%のベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール、5%の9,9’−スピロビフルオレン、74%の9,9−ジオクチル(フルオレン)、10%の9,9−ジ(ナトリウムウンデカノイルサルフェート)(フルオレン)、1%の9,9−ジ(ナトリウムウンデカノイルカルボキシレート)(フルオレン)
Figure 0006929290
シュレンク管内に、水(20mL)および水酸化ナトリウム(32.0mg、800μmol)を加え、溶液をアルゴンで2時間パージした。トルエンをアルゴンで2時間脱気した。バイアル内で、9,9−ジ−n−オクチルフルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(プロパンジオール)エステル(111.7mg、200μmol)、9,9−ジ−n−オクチル−2,7−ジブロモフルオレン(41.7mg、76μmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(12.6mg、20μmol)、2,7−ジブロモ−9,9−ジ(ウンデカン酸)フルオレン(2.8mg、4.0μmol)、4,7−ジブロモベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール(5.9mg、20μmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(4.6mg、5μmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(9.1mg、30μmol)を秤量した。バイアルをアルゴンで30分間パージした。トルエン(2.00mL)を添加し、超音波浴内で均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。9,9−ジ(ナトリウムウンデカノイルサルフェート)2,7−ジブロモフルオレン(34.7mg、40μmol)を最初の水溶液に添加し、氷浴内で0℃に冷却した。トルエン溶液をアルゴンストリーム下で速やかに水相に添加した。撹拌棒を入れ、2cmの深さまで超音波プローブを挿入した(6mmのマイクロチップ)。溶液に30%の振幅で2分間超音波処理し、30秒間撹拌し、このシーケンスをさらに4回繰り返した。フラスコを封止し、40℃に予熱した油浴内に設置し、20時間撹拌した。フラスコを50℃に加熱し、撹拌しながら、エマルション上に空気を7時間通した。エマルションを室温に冷却し、ガラスウールプラグを通して濾過した。エマルションは、明緑色の濁った分散液として得られた。
[実施例18]
5%のベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール、5%の9,9’−スピロビフルオレン、70%の9,9−ジオクチル(フルオレン)、10%の9,9−ジ(ナトリウムウンデカノイルサルフェート)(フルオレン)、5%の9,9−ジ(ナトリウムウンデカノイルカルボキシレート)(フルオレン)
Figure 0006929290
シュレンク管内に、水(20mL)および水酸化ナトリウム(33.6mg、840μmol)を加え、溶液をアルゴンで2時間パージした。トルエンをアルゴンで2時間脱気した。バイアル内で、9,9−ジ−n−オクチルフルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(プロパンジオール)エステル(111.7mg、200μmol)、9,9−ジ−n−オクチル−2,7−ジブロモフルオレン(43.9mg、80μmol)、2,7−ジブロモ−9,9−ジ(ウンデカン酸)フルオレン(13.9mg、20.0μmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(12.6mg、20μmol)、4,7−ジブロモベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール(5.9mg、20μmol)、ヘキサデカン(150μL)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(4.6mg、5μmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(9.1mg、30μmol)を秤量した。バイアルをアルゴンで30分間パージした。トルエン(2.00mL)を添加し、超音波浴内で均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。9,9−ジ(ナトリウムウンデカノイルサルフェート)2,7−ジブロモフルオレン(34.7mg、40μmol)を最初の水溶液に添加し、氷浴内で0℃に冷却した。トルエン溶液をアルゴンストリーム下で速やかに水相に添加した。撹拌棒を入れ、2cmの深さまで超音波プローブを挿入した(6mmのマイクロチップ)。溶液に30%の振幅で2分間超音波処理し、30秒間撹拌し、このシーケンスをさらに4回繰り返した。フラスコを封止し、40℃に予熱した油浴内に設置し、20時間撹拌した。フラスコを50℃に加熱し、撹拌しながら、エマルション上に空気を5時間通した。エマルションを室温に冷却し、ガラスウールプラグを通して濾過した。エマルションは、明緑色の若干濁った分散液として得られた。DLS:z平均:77.1nm、PdI:0.211。
[実施例19]
5%のベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール、5%の9,9’−スピロビフルオレン、70%の9,9−ジオクチル(フルオレン)、10%の9,9−ジ(ナトリウムウンデカノイルサルフェート)(フルオレン)、5%の9,9−ジ(ナトリウムウンデカノイルカルボキシレート)(フルオレン)
Figure 0006929290
シュレンク管内に、水(20mL)および水酸化ナトリウム(33.6mg、840μmol)を加え、溶液をアルゴンで2時間パージした。トルエンをアルゴンで2時間脱気した。バイアル内で、9,9−ジ−n−オクチルフルオレン−2,7−ジボロン酸ビス(プロパンジオール)エステル(111.7mg、200μmol)、9,9−ジ−n−オクチル−2,7−ジブロモフルオレン(43.9mg、80μmol)、2,7−ジブロモ−9,9−ジ(ウンデカン酸)フルオレン(13.9mg、20.0μmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(12.6mg、20μmol)、4,7−ジブロモベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール(5.9mg、20μmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(4.6mg、5μmol)およびトリ(o−トリル)ホスフィン(9.1mg、30μmol)を秤量した。バイアルをアルゴンで30分間パージした。トルエン(2.00mL)を添加し、超音波浴内で均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。9,9−ジ(ナトリウムウンデカノイルサルフェート)2,7−ジブロモフルオレン(34.7mg、40μmol)を最初の水溶液に添加し、氷浴内で0℃に冷却した。トルエン溶液をアルゴンストリーム下で速やかに水相に添加した。撹拌棒を入れ、2cmの深さまで超音波プローブを挿入した(6mmのマイクロチップ)。溶液に30%の振幅で2分間超音波処理し、30秒間撹拌し、このシーケンスをさらに4回繰り返した。フラスコを封止し、40℃に予熱した油浴内に設置し、20時間撹拌した。フラスコを50℃に加熱し、撹拌しながら、エマルション上に空気を5時間通した。エマルションを室温に冷却し、ガラスウールプラグを通して濾過した。エマルションは、明緑色の透明分散液として得られた。DLS:z平均:67.6nm、PdI:0.237。UV−Vis吸収(水):λmax=375nm。UV−Vis PL(水):λmax=536nm。
[実施例20]
LEDデバイス
UV光の下方変換のためのリン光体としてのLED照明における架橋青、緑、および赤色ナノ粒子の好適性を試験するために、青、緑または赤色ナノ粒子を含有する一連のシリコーンベースフィルム(厚さ=0.5mm)を製作し(フィルムG〜I)、励起源(λexc=385nm)として参照UV LEDを使用して遠隔リン光体LEDアレイにおいて評価した。フィルムを製作するために、ナノ粒子をまずイソプロパノールの添加および遠心分離により沈殿させた。単離したら、ナノ粒子を市販のシリコーンベース樹脂QLE1102のA液に再分散させた。均一分散液が得られたら、樹脂QLE1102のB液をA液に対し1:1の比で添加した。フィルム内のナノ粒子の濃度は、QLE1102(A液+B液)に対して0.67wt%であった。最後に、周囲条件下および光の非存在下でフィルムの硬化を行った。UV LED源により励起された場合のフィルムから得られる発光スペクトルは、Rainbow−Light Micro−Spectrometer MR−16−BINSに取り付けられた積分球を用いて記録された。
UV源からのエネルギーを下方変換する架橋青、緑および赤色ナノ粒子の組合せから白色光を生成するために使用されたのと同様の手法に従って、架橋ナノ粒子の三元混合物を含有する一連のシリコーンベースフィルム(厚さ=0.5mm)を製作し(フィルムJおよびフィルムK)、励起源(λexc=385nm)として参照UV LEDを使用して遠隔リン光体LEDアレイにおいて評価した。フィルムは、フィルムG〜Iを製作するために従った方法と同様の方法を使用して製作した。フィルム内のCPNの全体的濃度は0.67wt.%であり、フィルム中に分散された架橋青、緑および赤色ナノ粒子の間の対応する比は表20に示される。図22に、フィルムが遠隔リン光体LEDアレイにおいてUV LED源(λexc=385nm)で照射された場合に生成された、フィルムJ(左)およびK(右)の発光スペクトルを示す。
Figure 0006929290
参照UV LED源(λexc=385nm)で照射された場合にフィルムJおよびKから得られた光の相関色温度(CCT)、演色評価数(CRI)およびCIE座標を、表21に示す。CIE 1931色度図におけるCIE座標の位置を、図23に示す。
Figure 0006929290
青色光の下方変換のためのリン光体としての架橋ナノ粒子の使用もまた試験した。LED源からの青色光およびナノ粒子からの発光の組合せが、白色発光をもたらした。これを裏付けるために、0.5wt.%のナノ粒子(フィルムL)または異なる比の緑および赤色ナノ粒子の混合物を含有する一連のシリコーンベースフィルム(厚さ=0.5mm)を調製し(フィルムMおよびフィルムN)、次いで、励起源(λexc=450nm)として一次青色LEDを使用して遠隔リン光体LEDアレイにおいて評価した。フィルムMおよびN中に分散された架橋緑および赤色ナノ粒子の間の対応する比を、表22に示す。青色LED源で励起された場合にフィルムL〜Nから得られた結果的な発光スペクトルを、図24に示す。
Figure 0006929290
参照青色LED源(λexc=450nm)で照射された場合にフィルムL〜Nから得られた光の相関色温度(CCT)、演色評価数(CRI)およびCIE座標を、表23に示す。CIE 1931色度図におけるCIE座標の位置を、図25に示す。
Figure 0006929290
[実施例21]
5%のベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール、5%の9,9’−スピロビフルオレン、85%のスピロアントラセンフルオレン
Figure 0006929290
シュレンク管内に、水(22.0mL)、ドデシル硫酸ナトリウム(110mg、382μmol)および1M水酸化ナトリウム水溶液(800μL、800μmol)を加えた。溶液をアルゴンで2時間パージした。バイアル内で、化合物1(68.3mg、140μmol)、化合物2(116.5mg、200μmol)、4,7−ジブロモベンゾ[c]−1,2,5−チアジアゾール(5.9mg、20μmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(4.6mg、5μmol)、トリ(o−トリル)ホスフィン(9.1mg、30μmol)、2,2’,7,7’−テトラブロモ−9,9’−スピロビフルオレン(12.6mg、20μmol)およびヘキサデカン(171μL、585μmol)を秤量した。バイアルをゴム栓で封止し、3回の真空−アルゴンサイクルに供した。別個のシュレンク管内で、トルエンをアルゴンで2時間パージすることにより脱気した。トルエン(2.2mL)をバイアルに加え、均質溶液に達するまで懸濁液に超音波処理した。最初の水溶液を氷浴内で0℃に冷却し、超音波プローブを挿入し、トルエン溶液を速やかに水に注入した。溶液に1分間超音波処理し、約30秒間混合し、さらに1分間超音波処理した。シュレンク管を封止し、72℃に予熱した油浴内に設置し、20時間撹拌した。シュレンク管を開封し、撹拌しながら、50℃で5時間エマルション上に窒素ガスのストリームを通過させ、全体を通して23.0mLまでの体積を維持するように追加の脱イオン水を加えた。エマルションを室温に冷却し、脱イオン水で体積を23.0mLに増加させ、ガラスウールプラグを通して濾過した。エマルションは、明緑色の分散液として得られた。UV−Vis吸収(水):λmax=380nm。UV−Vis PL(水):λmax=529nm。
LED励起源(λexc=385nm)を使用して遠隔リン光体LEDアレイにおいて0.3、0.5および0.67wt.%(フィルムO〜Q)の一連のシリコーンベースフィルム(厚さ=0.5mm)を評価することにより、LED光の下方変換のためのリン光体としての実施例21の好適性を試験した。フィルムを製作するために、CPNをまずKCl溶液(1M)の添加および遠心分離により沈殿させた。単離したら、CPNを市販のシリコーンベース樹脂QLE1102のA液に再分散させた。均一分散液が得られたら、樹脂QLE1102のB液をA液に対し1:1の比で添加した。最後に、周囲条件下および光の非存在下でフィルムの硬化を行った。Rainbow−Light Micro−Spectrometer MR−16−BINSに取り付けられた積分球を用いて記録された、LED光源により励起された場合のフィルムO〜Qから得られる発光スペクトルを、図26に示す。
励起源(λexc=450nm)として青色LEDを使用して遠隔リン光体LEDアレイにおいてフィルムO〜Qを評価することにより、青色光の下方変換のためのリン光体としての実施例21の好適性が確認された。フィルムOによる青色光の部分的下方変換は、このフィルム内に含有される実施例21のナノ粒子の発光と組み合わせて、白色発光をもたらした。青色LED源で励起された場合にフィルムO〜Qから得られた発光スペクトルを、図27に示す。
Figure 0006929290
図28は、遠隔リン光体LEDアレイにおいてλexc=450nmで照射された場合にフィルムO〜Qにより放出された光のCIE 1931色度図における位置を示す。

Claims (25)

  1. 発光デバイスの製作における使用に好適な樹脂であって、前記樹脂が、カプセル化媒体中に分散された複数のナノ粒子を含み、前記ナノ粒子が、π共役架橋ポリマーから形成された光ルミネッセンス性共役ポリマーナノ粒子であり、前記π共役架橋ポリマーが、
    a)80〜97モル%のπ共役モノマーと、
    b)3〜10モル%の以下に示される式Iを有する架橋剤と

    Figure 0006929290
    (式中、
    およびZは、モノマー部分であり、
    Yは、存在しないか、結合であるか、または連結基である)
    を含み、
    (i)前記樹脂内のナノ粒子の投入量が、0.005から5wt.%であり、
    (ii)前記ナノ粒子が、10〜200nmの粒子サイズ(Z平均、DLSにより測定)を有し、かつ、
    (iii)前記カプセル化媒体が、透明ポリマーカプセル化媒体である、
    樹脂。
  2. 式Iの前記架橋剤が、π共役している、請求項1に記載の樹脂。
  3. 前記架橋剤が、以下に示される式IIを有する、請求項1または2に記載の樹脂。

    Figure 0006929290
    (式中、
    Yは、存在しないか、結合であるか、連結基である)
  4. Yが、存在しない、請求項1、2または3に記載の樹脂。
  5. 前記架橋剤が、以下に示される式IIIを有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の樹脂。

    Figure 0006929290
  6. 前記架橋剤が、以下の構造を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の樹脂。

    Figure 0006929290
  7. 前記π共役モノマーの1つまたは複数が、以下に示される式IVを有する部分を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の樹脂。

    Figure 0006929290
    (式中、
    およびRは、それぞれ独立して、水素または基:
    −X−Q
    [式中、
    Xは、存在しないか、(1〜30C)アルキレン、−O−(1〜30C)アルキレン、−S−(1〜30C)アルキレン、−NH−(1〜30C)アルキレン、−N−[(1〜30C)アルキレン]、(2〜30C)アルケニレン、(2〜30C)アルキニレン、−[(CH−O]−、−[O−(CH−、−[O−CHMeCH−、−[CHMeCH−O]−および−[O−Si(R(式中、Rは、(1〜4C)アルキルであり、nは、1〜30である)、−[(CHn’−(CFm’]−(式中、n’は、0〜20であり、m’は、1から30である)からなる群から選択され、
    Qは、水素、ハロゲン、メチル、ヒドロキシル、カルボキシ、(1〜4C)アルコキシカルボニル、アミノ、−C=CH、−C≡CH、−SH、−CF、OSOH、−SOH、−OPOOHおよび両性イオン(例えばベタイン)、ならびにアクリレート、エポキシおよびスチレンもしくはその塩から選択される重合性基から選択される末端基である]であり、
    あるいは、RおよびRは、置換基で任意選択的に置換されたアリールまたはヘテロアリール基であり;
    あるいは、RおよびRは、それらが結合している炭素原子と一緒になって、置換基で任意選択的に置換された環系を形成するように連結されている)
  8. 前記複数のナノ粒子が、可視スペクトル内の単一波長の可視光(例えば、赤、緑、青または黄色光)を放出するように構成されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の樹脂。
  9. 前記複数のナノ粒子が、可視スペクトル内の2つ以上の波長の可視光(例えば、赤、緑、青、および/もしくは黄色光または集合的に白色光を形成する範囲の波長)を放出するように構成されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の樹脂。
  10. 前記ナノ粒子の第1の集合が、可視スペクトル内の第1の波長の光(例えば赤色光)を放出し、ナノ粒子の第2の集合が、可視スペクトル内の第2の波長の光(例えば緑色光)を放出し、任意選択的に、ナノ粒子の第3の集合が、可視スペクトル内の第3の波長の光(例えば青色光)を放出する、請求項9に記載の樹脂。
  11. 各ナノ粒子が、可視スペクトル内の単一波長の光を放出する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の樹脂。
  12. 少なくとも1つのナノ粒子が、可視スペクトル内の2つ以上の波長の光(例えば、赤および緑、または赤、緑および青)を放出することができる、請求項9に記載の樹脂。
  13. 前記ナノ粒子が、10から800の重合度を有する、請求項1〜12のいずれか1項に記載の樹脂。
  14. 前記カプセル化媒体が、シロキサンベース媒体および/またはアクリレートポリマーから選択される、請求項1〜13のいずれか1項に記載の樹脂。
  15. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の樹脂と、前記樹脂を照明するように構成された一次光源とを備える、発光デバイス。
  16. 前記一次光源が、UVおよび/または青色光を放出する、請求項15に記載の発光デバイス。
  17. 前記樹脂中の前記ナノ粒子が、二次光を放出する、請求項15または16に記載の発光デバイス。
  18. 前記一次光が前記樹脂により吸収され、前記デバイスから放出される唯一の光が二次光である、請求項15〜17のいずれか1項に記載の発光デバイス。
  19. 前記二次光が、白色光である、請求項18に記載の発光デバイス。
  20. 前記ナノ粒子が、(i)赤、緑および青色光(集合的に白色光の知覚を形成する)の混合、青および黄色光(集合的に白色光の知覚を形成する)の混合、黄色光ならびに緑色光を放出するか、または、前記ナノ粒子が、白色光(すなわち、集合的に白色光の知覚を形成する可視光波長の広いスペクトル)を放出し得る、請求項18に記載の発光デバイス。
  21. 前記一次光の一部が前記樹脂を透過し、前記デバイスから放出される光が一次光および二次光の混合である、請求項15〜17のいずれか1項に記載の発光デバイス。
  22. 前記デバイスが白色光を放出する、請求項21に記載の発光デバイス。
  23. 前記一次光が青色光であり、前記二次光が、黄色光、赤および緑色光、または前記樹脂を透過した一次青色光と共に白色光を形成した範囲の波長の可視光から選択される、請求項22に記載の発光デバイス。
  24. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の樹脂を形成する方法であって、
    (i)請求項1〜13のいずれか1項に記載のナノ粒子を、前駆体カプセル化媒体内に分散させるステップと;
    (ii)前記前駆体カプセル化媒体を硬化させて、カプセル化媒体を形成するステップと
    を含む、方法。
  25. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の樹脂を形成する方法であって、
    (i)前記ナノ粒子を前駆体カプセル化媒体内に分散させるステップと;
    (ii)前記前駆体カプセル化媒体を射出成形し、および/または押し出して、前記樹脂を形成するステップと
    を含む、方法。
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