CN103650189A - 波长转换元件 - Google Patents
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Abstract
一种波长转换元件(110)，其包含具有聚合物骨架的聚合材料，该聚合材料包含波长转换部分，其中所述波长转换部分适于将第一波长的光转换成第二波长的光，并且其中所述波长转换部分共价连接至聚合物骨架和/或共价结合入聚合物骨架中。通过将波长转换部分共价连接至聚合材料上可以提高聚合材料中包含的波长转换分子的稳定性和寿命。
Description
发明领域
本发明涉及包含聚合材料的波长转换元件，所述聚合材料含有磷光体，并且涉及包含这样的光转换元件的发光装置。
发明背景
基于发光二极管(LED)的照明装置正越来越多地用于各种各样的照明应用中。LED提供优于传统光源(如白炽灯和荧光灯)的益处，包括寿命长、光效高、工作电压低和快速调节光通量输出。
有效的高功率LED经常基于蓝色发光材料。为了产生具有期望颜色(例如白色)输出的基于LED的照明装置，可以使用合适的波长转换材料(通常被称为磷光体)，其将部分由LED发出的光转换成更长波长的光，以便产生具有所期望的光谱特性的光组合。波长转换材料可以直接应用到LED芯片(die)上，或其可以以距磷光体的一定距离布置(所谓的远程配置)。
许多无机材料已被用作用于将由LED发出的蓝光转换为更长波长的光的磷光体材料。然而，无机磷光体具有其相对昂贵的缺点。此外，无机磷光体是光散射粒子，因此始终反射部分入射光，这导致器件的效率损失。此外，无机LED磷光体具有有限的量子效率和相对宽的发射光谱，特别是对于发红光的LED磷光体，这导致额外的效率损失。
目前，正在考虑在LED中用有机磷光体材料替代无机磷光体，其中将蓝光转换为黄/橙光是理想的，例如，用于实现白光输出。有机磷光体具有能够容易地相对于位置和带宽调节其发光光谱的优点。有机磷光体材料经常也具有高度的透明度，这是有利的，因为与使用更多的光吸收和/或反射磷光体材料的***相比提高了照明***的效率。此外，有机磷光体比无机磷光体便宜得多。然而，由于有机磷光体对于在LED的电致发光活动过程中所生成的热敏感，有机磷光体主要用在远程配置装置中。
阻碍有机磷光体材料在基于远程磷光体LED的照明***中应用的主要缺点是其光化学稳定性差。已经观察到有机磷光体在空气存在下用蓝光照射时迅速降解。
US2007/0273274(Horiuchi等人)公开了包含发光装置并包含布置在气密空腔内的有机磷光体的半透明叠层板。该空腔在其中真空或惰性气体的环境气氛中氧浓度保持在100ppm和优选在20ppm或更低的状态下用有机磷光体填充，以避免磷光体的劣化。然而，在这样的低氧浓度下执行此操作是困难和昂贵的。
因此，在本领域中仍然有对于采用有机磷光体材料的改进发光装置的需求。
发明概述
鉴于以上所述的和其他的现有技术的缺陷，本发明的目的是提供包含寿命延长的磷光体的波长转换元件。
根据本发明的第一个方面，通过包含具有聚合物骨架的聚合材料的波长转换元件实现了这个和其他目的，所述聚合材料包含波长转换部分，其中波长转换部分适于将第一波长的光转换成第二波长的光，并且其中波长转换部分共价连接至聚合物骨架和/或共价结合入聚合物骨架中。
本发明是基于认识到：通过共价连接波长转换分子至聚合材料上可以获得聚合材料中包含的波长转换分子提高的稳定性和寿命。由此，降低了波长转换分子的移动性，并且由此还降低了波长转换分子的光化学降解，因为避免了例如通过聚集引起的波长转换分子的淬灭。
可以通过将其结合入聚合材料中来提高有机磷光体材料的稳定性，并且最近在未公开的申请(EP 10181066.1)中已经对此有进一步的描述，其在此通过引用并入本文中。发明人令人惊讶地发现半结晶聚合物，如芳族聚酯，对于这个目的特别有用，因为它们在结晶后具有相对低的氧渗透性。
当应用于半结晶聚合物中时，共价连接发光分子的发明构思是特别有利的，因为降低了发光分子的移动性并由此避免该发光分子从晶体区域中推出而朝向例如具有聚合物末端的区域或具有杂质的区域，或者朝向彼此，这可能在半结晶聚合物的结晶过程中发生，并且因此可能降低发光分子的寿命和甚至产生其浓度猝灭(concentration quenching)。
根据本发明，聚合材料包含聚酯或聚烯烃。
根据本发明，波长转换部分源自苝。
在本发明的实施方案中，具有聚合物骨架的聚合材料可以包含无规聚酯共聚物，其包含波长转换部分，无规聚酯共聚物可以包含以下通式n1、n2、n3、n4的至少两种不同的重复单元：
其中重复单元可以沿着聚合物骨架的长度随机分布，
其中AA可以选自以下第一组芳族部分：
其中BB可以选自以下：-(CH2)2-、-(CH2)4-或
其中CC和DD可以是具有以下通式I、II或III之一的波长转换部分：
其中
G1可以是直链或支链烷基基团或含氧烷基基团CnH2n+1Om，n是1至44的整数和m＜n/2，或是Y，或是连接基团；
A和C各自可以独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数；
B、J和Q可以各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
G2、G3、G4和G5可以各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数，或是X，或是连接基团；
G2和G3可以各自独立地是C1至C12，优选C1至C6的直链、直链或环状烷氧基基团，任选通过氧键合；
D和M可以各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数；
E、I和L可以各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
和T、T’、R、R’可以各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、烷氧基、芳氧基、氰基CO2RxOCORx或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数和Rx为芳基或饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
并且其中每个波长转换部分在位置：G1、G2、G3、G4、G5、E、I、L、B、J、Q、T、T’、R、R’的任意两处可以包含两个连接基团，该连接基团提供波长转换部分与无规共聚物骨架的酯和/或醇官能团的共价连接。
由此，波长转换部分可以结合入无规共聚物骨架中。
可以通过控制包含波长转换部分的重复单元(即，通式n2和n4的重复单元)相对于通式n1和n3的重复单元的总量的量，按照期望来调整无规聚酯共聚物中波长转换部分的含量。通常，在无规聚酯共聚物的骨架中，通式n1和n3的重复单元的总数大于通式n2和n4的重复单元(这两者都可以包含波长转换部分)的总数。
在本发明的实施方案中，无规聚酯共聚物可以包含重复单元n1、n3和n4(如以上给出的)的混合物，重复单元可以沿着聚合物骨架的长度随机分布，聚合物骨架中通式n1和n3的重复单元的总数可以大于通式n4的重复单元的总数。
在本发明的实施方案中，无规聚酯共聚物可以是重复单元n1、n2和n4(如以上给出的)的混合物，重复单元可以随机地沿着聚合物骨架的长度分布，聚合物骨架中通式n1的重复单元的总数可以大于通式n2和n4的重复单元的总数。
在本发明的实施方案中，无规聚酯共聚物可以包含通式n1、n2、n3和n4(如以上给出的)中的至少两种不同重复单元的重复单元，其中AA可以是以下芳族部分：
在本发明的实施方案中，具有聚合物骨架的聚合材料可以包含无规聚烯烃共聚物，其包含波长转换部分，无规聚烯烃共聚物可以包含以下通式m1和m2的至少两种不同重复单元：
其中
X1可以独立地是氢、氟、氯、甲基或乙基；X2可以独立地是氢、甲基、氢氧化基团(hydroxide)、醋酸酯、腈、C6H5或CO2CnH2n+1，n是0或1至6的整数；并且X3可以是具有以下通式I、II或III之一的波长转换部分：
其中
G1可以是直链或支链烷基基团或含氧烷基基团CnH2n+1Om，n为1至44的整数和m＜n/2，或是Y，或是连接基团；
A和C可以各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数；
B、J和Q可以各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
G2、G3、G4和G5可以各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数，或是X，或是连接基团；
D和M可以各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数；
E、I和L可以各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
和T、T’、R、R’可以各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、烷氧基、芳氧基、氰基CO2RxOCORx或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数和Rx为芳基或饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
其中重复单元可以随机地分布在无规共聚物的整个长度上，聚合物骨架中通式m1的重复单元的数目可以大于通式m2的重复单元的数目；
并且其中每个波长转换部分可以在位置G1、G2、G3、G4、G5、E、I、L、B、J、Q、T、T’、R、R’的任意一处包含一个连接基团，该连接基团可以包含-CH2-、-O-或-CO2-中的至少一个，由此提供波长转换部分与聚烯烃的聚合物骨架的共价连接。
由此，波长转换部分可以作为侧链连接至聚合物骨架。
无规聚烯烃共聚物中的波长转换部分的含量可以按照期望通过控制包含波长转换部分的重复单元(即，通式m2的重复单元)相对于通式m1的重复单元的总量的量来调整。
在本发明的实施方案中，无规聚烯烃共聚物可以包含通式m1和m2(如以上给出的)的至少两种不同的重复单元，其中X1可以独立地是氢、氯、甲基；X2可以独立地是C6H5或CO2CnH2n+1，n为0或1至6的整数，或是腈；并且X3可以是波长转换部分，其中连接基团可以包含-CO2-以用于波长转换部分与无规聚烯烃共聚物的聚合物骨架的共价连接。
在本发明的一个实施方案中，波长转换部分可以具有通式I或II(如上所示)，其在位置G1、B、J或Q中的一处包含一个连接基团。
在本发明的实施方案中，聚合材料可以包含无规聚酯或无规聚烯烃共聚物，其包含选自通式n1、n2、n3和n4或通式m1和m2(如以上给出的)的第一重复单元和包含选自通式n1、n2、n3和n4或通式m1和m2的第二重复单元，其中通式n2、n4或通式m2的第一重复单元可以包含通式I、II或III(如以上给出的)之一的第一波长转换部分，和其中通式n2、n4或通式m2的第二重复单元可以包含通式I、II或III之一的第二波长转换部分，其中第一和第二波长转换部分可以是不同的。
通过使用具有不同光学特性的多于一种类型的波长转换分子，可以更方便地按照期望调节被转换的光的光谱组成。
在本发明的实施方案中，聚合材料中的波长转换部分的含量可以优选为10重量％或更少，例如1重量％或更少，如0.1重量％或更少。如以上所讨论的，可以通过分别调节含有波长转换部分的重复单元(即，通式n2、n4和m2的重复单元)相对于通式n1、n3和m1的不含波长转换部分的重复单元的总量的总数来实现聚合材料中波长转换部分的期望含量。
此外，术语“随机分布的”在本申请的情况中应当理解为按照统计学分布来分布，如对产生无规共聚物的无规共聚所预期的。
在根据本发明的波长转换元件的实施方案中，聚合材料可以是膜的形式。
此外，根据本发明的波长转换元件可以有利地包含在发光装置中，所述发光装置进一步包含适于发射第一波长的光的光源，其中波长转换元件可以布置成接收第一波长的光，并且适于将至少部分的第一波长的光转换成第二波长的光。
在本发明的实施方案中，光源和波长转换部件可以交互地以间隔排列。
在本发明的实施方案中，光源可以是固态发光器，如发射蓝光、紫光或UV光的LED或激光器。
应注意到本发明涉及权利要求中所述特征的所有可能的组合。
附图简述
现在将参照显示出本发明示例性实施方案的附图来更详细地描述本发明的这个和其他方面。
图1显示了根据本发明的示例性实施方案的侧视图；和
图2a-b显示了根据本发明的聚合材料的两个示例实施方案的合成的示意图。
本发明的实例实施方案的描述
在以下描述中，按照波长转换元件和包含这样的波长转换元件的发光装置来描述本发明。
发明人令人惊讶地发现，通过聚合材料实现了波长转换元件中包含的波长转换分子的提高的稳定性和寿命，所述聚合材料包含共价连接至聚合材料的聚合物骨架的波长转换部分或结合入聚合材料的聚合物骨架中的波长转换部分，由此降低了波长转换部分的移动性以使得避免了其聚集和猝灭。
图1显示了根据本发明实施方案的基于LED的发光装置。这个实施方案的发光装置提供为改造灯(retrofit lamp)107。术语改造灯是本领域技术人员公知的，并且是指外观为没有LED的老式灯类型的基于LED的灯。灯107包括基部108，其配置有传统的灯头108，如爱迪生螺纹灯头或卡口灯头。进一步地，灯107具有包围空腔104的球形光出口部件109。将多个LED100布置在空腔104内的基部108上。波长转换元件110布置在光出口部件109的内部，即，光出口部件面向空腔104的侧面上。
波长转换元件可以作为涂层应用在光出口部件上。还考虑波长转换部件可以是自支撑层，如无需光出口部件支撑且具有任何合适的形状的膜或片材。或者，它可以成形为以距LED和距光出口部件的一定距离覆盖LED的罩部件。
空腔104内的气氛可以是空气，或其可以受控以便具有一定的组成。例如，空腔104可以用惰性气体如氮气或稀有气体(例如氩气)填充。在本发明的实施方案中，空腔104内的氧浓度可以保持在低水平，如以密封空腔的总体积计为20％或更低，15％或更低，10％或更低，5％或更低，3％或更低，1％或更低，0.6％或更低，并且优选0.1％或更低。
在根据本发明的波长转换元件的实施方案中，聚合材料可以包含聚酯或聚烯烃，而波长转换部分可以源自苝。
聚合材料可以是，例如，包含波长转换部分的无规聚酯共聚物，无规聚酯共聚物可以包含以下通式n1、n2、n3、n4的至少两种不同重复单元：
其中重复单元可以沿着聚合物骨架的长度随机分布，
其中AA可以选自以下第一组芳族部分：
其中BB可以选自以下：-(CH2)2-、-(CH2)4-或
其中CC和DD可以是具有以下通式I、II或III之一的波长转换部分：
其中
G1可以是直链或支链烷基基团或含氧烷基基团CnH2n+1Om，n是1至44的整数和m＜n/2，或是Y，或是连接基团；
A和C可以各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数；
B、J和Q可以各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
G2、G3、G4和G5可以各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数，或是X，或是连接基团；
D和M可以各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数；
E、I和L可以各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
和T、T’、R、R’可以各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、烷氧基、芳氧基、氰基CO2RxOCORx或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数和Rx为芳基或饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
并且其中每个波长转换部分在位置G1、G2、G3、G4、G5、E、I、L、B、J、Q、T、T’、R、R’中的任意两处可以包含两个连接基团，该连接基团提供波长转换部分与无规共聚物骨架的酯和/或醇官能团的共价连接。
或者，聚合材料可以是包含波长转换部分的无规聚烯烃共聚物，无规聚烯烃共聚物可以包含以下通式m1和m2的至少两种不同重复单元：
其中
X1可以独立地是氢、氟、氯、甲基或乙基；X2可以独立地是氢、甲基、氢氧化基团、醋酸酯、腈、C6H5或CO2CnH2n+1，n是0或1至6的整数；并且X3可以是具有以下通式I、II或III之一的波长转换部分：
其中
G1可以是直链或支链烷基基团或含氧烷基基团CnH2n+1Om，n为1至44的整数和m＜n/2，或是Y，或是连接基团；
A和C可以各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数；
B、J和Q可以各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16整数，或是连接基团；
G2、G3、G4和G5可以各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数，或是X，或是连接基团；
D和M可以各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数；
E、I和L可以各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
和T、T’、R、R’可以各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、烷氧基、芳氧基、氰基CO2RxOCORx或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数和Rx为芳基或饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
其中重复单元可以随机地分布在无规共聚物的整个长度上，聚合物骨架中通式m1的重复单元的数目可以大于通式m2的重复单元的数目；
并且其中每个波长转换部分可以在位置G1、G2、G3、G4、G5、E、I、L、B、J、Q、T、T’、R、R’的任意一处包含一个连接基团，连接基团可以包含-CH2-、-O-或-CO2-中的至少一个，由此提供波长转换部分与聚烯烃的聚合物骨架的共价连接。
因此，以上通过无规共聚酯和无规聚烯烃共聚物举例说明了具有共价结合入聚合物骨架中或作为侧链共价连接至聚合物骨架上的波长转换部分的无规共聚物。在两个实例中，波长转换部分在聚合物骨架内或沿着聚合物骨架的长度随机分布，即，共聚物是所谓的源于无规共聚合的统计共聚物或无规共聚物。
有利地，聚合材料可以包含无规聚酯或无规聚烯烃共聚物，其包含通式n1、n2、n3、n4或通式m1和m2(如以上给出的)的第一重复单元和包含通式n1、n2、n3和n4，或m1和m2的第二重复单元，其中通式n2、n4或通式m2的第一重复单元可以包含通式I、II或III(如以上给出的)之一的第一波长转换部分，和其中通式n2、n4或通式m2的第二重复单元可以包含通式I、II或III之一的第二波长转换部分，其中第一和第二波长转换部分可以是不同的。
由此，可以调节聚合材料中波长转换分子的组成以获得所期望的波长转换。
或者，第一重复单元可以包含具有与第二重复单元中包含的波长转换部分的通式相同的通式I、II或III的波长转换部分，但在位置G1、G2、G3、G4、G5、A、B、C、D、E、I、L、M、J、Q、T、T’、R和R’的一个或多个位置中具有不同的取代基。
在本发明的实施方案中，无规聚酯共聚物可以包含通式n1和n4(如以上给出的)的不同重复单元，其中AA可以是
并且其中波长转换部分可以具有通式I(如以上给出的)，其中G1可以是Y，G2、G3、G4、G5可以是苯酚，并且其中A和C可以是异丙基，B和Q可以是氢，并且J可以是丙烯连接基团。
在本发明的另一个实施方案中，无规聚烯烃共聚物可以包含通式m1和m2(如以上给出的)的两种不同重复单元，其中X1可以是甲基；X2可以是醋酸酯；并且X3可以是具有通式II(如以上给出的)的波长转换成分，其中G1可以是Y且G2、G3、G4、G5可以是氢，T可以是腈，R可以是氢，并且其中A和C可以是异丙基，B和Q可以是氢，和J可以是-(CH2)3OCO-连接基团。
聚合材料中的波长转换部分的浓度，基于波长转换部分和聚合材料的总重量，可以为1重量％或更少，优选0.1重量％或更少，并且更优选0.01重量％或更少。因此，通常只有一部分以上所述聚合物的重复单元是通式n2、n4和m2，即，包含波长转换部分。
已经在实验中证明了根据本发明的方法的优势。
实施例1
如图2a中所示，通过甲基丙烯酸甲酯(MMA)和可聚合染料单体F的共聚合制备了无规共聚物G。
分别根据Feiler，Leonhard；Langhals，Heinz；Polborn，Kurt，LiebigsAnnalen(1995)，(7)，1229-4和Sch rekker，Henri S.；Kotov，Vasily；Preishuber-Pflugl，Peter；White，Peter；Brookhart，Maurice，Macromolecules(2006)，39(19)，6341-6354获得了化合物A和B。
N-(4-(3-羟丙基)-2，6-二异丙基苯基)苝-3，4-二甲酰亚胺(C)。将苝A(300mg，0.93mmol)、苯胺B(250mg，1.06mmol)和醋酸锌二水合物(233mg，1.06mmol)与咪唑(7g)混合。将反应混合物在氮气下在160℃下搅拌20h。冷却至室温后，加入1N HCl(100mL)，并且用DCM(6x80mL)萃取水层，用水洗涤合并的有机层，通过Na2SO4干燥，过滤，并且在真空下除去溶剂。使用DCM通过柱色谱(SiO2)纯化，获得红色固体C(260mg，产率51％)。
9-溴-N-(4-(3-羟丙基)-2，6-二异丙基苯基)苝-3，4-二甲酰亚胺(D)。用无水K2CO3(691mg，5.0mmol)处理C(600mg，1.1mmol)的氯苯(125mL)溶液，接着用Br2(0.260mL，5.0mmol)处理。将混合物在55℃下搅拌5h，并且在真空下除去溶剂和过量的溴化物。将粗残留物溶解于DCM和水的混合物中，并且用DCM萃取(3x)水层，用水洗涤，通过Na2SO4干燥，过滤，并且在真空下除去溶剂。通过柱色谱纯化(SiO2，洗脱剂：DCM/MeOH=40/1)，产生橙色固体的化合物D(540mg，产率78％)。
9-氰基-N-(4-(3-羟丙基)-2，6-二异丙基苯基)苝-3，4-二甲酰亚胺(E)。将氰化铜(I)(70mg，0.78mmol)在氮气下加入D(240mg，0.39mmol)的环丁砜(2mL)溶液中。将混合物在220℃下搅拌40h，然后冷却至室温，用DCM稀释，用5％氨水、盐水洗涤，且将所述DCM溶液通过Na2SO4干燥，过滤，并且在真空下除去溶剂。通过柱色谱(SiO2，洗脱剂：DCM/EtOAc=20/1至20/4)纯化，产生橙色固体的化合物E(182mg，产率82％)。
9-氰基-N-(4-(3-甲基丙烯酰氧基丙基)-2，6-二异丙基苯基)苝-3，4-二甲酰亚胺(F)。将E(80mg，0.142mmol)的THF(25mL)溶液升温直至获得澄清溶液，然后使其冷却至室温。加入Et3N(100μL，0.72mmol)和少量BHT晶体。使用冰-水浴将溶液冷却至5℃，并逐滴加入甲基丙烯酰氯(8μL，0.08mmol)。然后将混合物在室温下黑暗中搅拌过夜。将溶剂在真空下蒸发，并且通过柱色谱(SiO2)纯化化合物。用DCM，然后用DCM/EtOAc=125/1洗脱，获得暗红色粉末的目标化合物F(35mg，产率41％)。
聚(9-氰基-N-(4-(3-甲基丙烯酰氧基丙基)-2，6-二异丙基苯基)苝-3，4-二甲酰亚胺-共-甲基甲基丙烯酸酯)(G)。在三次冻融循环后，将10ml甲基丙烯酸甲酯(93.5mmol)、7.5mg(0.012mmol)(F)、150.2mg AIBN(0.91mmol)和40ml甲苯的混合物抽空，然后在70℃下加热16小时。冷却后，将聚合物在200ml甲醇中沉淀，重新溶解于22ml二氯甲烷中，并且在110ml甲醇中沉淀。在真空下在70℃下干燥24小时后，获得了5.95g黄色粉末。(Mn=31400，Mw=55400)。
可聚合染料F的量为0.08％W/W。通过用二氯甲烷溶液涂覆形成聚合物膜(膜1)。设定层的厚度以使得蓝光的透射率为90％。由纯MMA形成了具有相同分子量的另一种聚合物。将这种聚合物与相应量(与以上染料F)的非可聚合染料F-170(获自BASF，Ludwigshafen)混合，并且以与上述相同的方式制得了膜(膜2)。
两种膜都呈现出等同的光学特性。60℃下在4.1/W/em2下用蓝光照射下测试了两种膜的寿命。在寿命估算为发光强度的10％降低。从共聚物制得的膜1显示出比从聚合物和F-170(BASF)的(非共聚)混合物制得的膜2长两倍的寿命。
实施例2
如图2b中所示，通过可聚合染料单体J、二醇和对苯二甲酸二甲酯的混合物的缩聚制备了无规共聚物K。
根据Dotcheva，Dobrinka；Klapper，Markus；Muellen，Klaus，Macromolecular Chemistry and Physics(1994)，195(6)，905-11制备了化合物H。
N，N’-双-(4-(3-羟丙基)-2，6-二异丙基苯基)-1，6，7，12-四苯氧基苝-3，4，9，10-四碳二亚胺J：将1，6，7，12-四苯氧基苝-3，4，9，10-四羧基-3，4，9，10-双酐H(600mg，0.79mmol)、醋酸锌二水合物(351.2mg，1.60mmol)和苯胺B(1.6g，6.8mmol)与咪唑(10g)混合。将反应混合物在氮气下在150℃(ext)下搅拌24h。冷却至室温后，将1N HCl水溶液加入混合物中直至获得酸性pH。用DCM萃取所得到的混合物(4次)，用Na2SO4干燥合并的DCM溶液。溶剂蒸发后，通过硅胶柱色谱纯化粗产物，用DCM至CM/MeOH=40/1洗脱，以获得深紫色固体的苝双酰亚胺(perylene bisimide)J(220mg，产率23％)。
共聚酯K.将2.9mg的J、101g对苯二甲酸二甲酯、50g乙二醇、0.08g脱水醋酸钙和0.015g三氧化二锑的混合物在聚合反应器中在氮气流下在200℃下加热3小时。然后施加真空，并且在将温度稳定地升高至280℃的同时使反应持续4小时，同时将过量的乙二醇蒸馏掉。冷却时，获得红色固体。
形成了通过挤出这种聚合材料制得的膜(膜3)。设定层的厚度以使得蓝光的透射率为90％。
按照与以上所述相同的方式(但省略了化合物J)制得了PET。将这种聚合物与相应量(如以上的染料J)的结构上非常相似的非可共聚的染料F-305(BASF，Ludwigshaven)混合，并且以与上述相同方式制备了膜(膜4)，使得膜4与从共聚物制得的膜3具有等同的光学特性。
为了测试寿命，60℃下用4.1/W/cm2的蓝光照射两种膜。寿命估算为发光强度的10％降低。从共聚物制得的膜3显示出寿命比从PET和F-305的(非共聚)混合物制得膜4长三倍。本领域技术人员可以认识到，本发明决不限于以上所述的优选实施方案。相反，在所附权利要求的范围内，许多改变和变化是可能的。例如，每个波长转换部分可以在位置G1、G2、G3、G4、G5、E、I、L、B、J、Q、T、T’、R、R’的任意一处包含两个或更多个连接基团，由此在聚合物骨架之间实现交联，产生所谓的聚合网络。
在权利要求中，词语“包含”不排除其他成分或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中所述几个项目的功能。不争的事实是，在互相不同的从属权利要求中描述的特定手段不表示这些手段的组合不能有利地使用。
Claims (13)
1.一种波长转换元件(110)，其包含具有聚合物骨架的聚合材料，所述聚合材料包含波长转换部分，其中所述波长转换部分适于将第一波长的光转换成第二波长的光，并且其中所述波长转换部分与所述聚合物骨架共价连接，其中所述具有聚合物骨架的聚合材料包含含有所述波长转换部分的无规聚酯共聚物，其包，所述无规聚酯共聚物包含以下通式n1、n2、n3、n4的至少两种不同的重复单元：
其中所述重复单元沿着所述聚合物骨架的长度随机分布，
其中AA选自以下第一组芳族部分：
其中BB选自以下：-(CH2)2-、-(CH2)4-或
其中CC和DD是具有以下通式I、II或III之一的所述波长转换部分：
其中
G1是直链或支链烷基基团或含氧烷基基团CnH2n+1Om，n是1至44的整数和m＜n/2，或是Y，或是连接基团；
A和C各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数；
B、J和Q各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
G2、G3、G4和G5各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数，或是X，或是连接基团；
G2和G3可以各自独立地是C1至C12，优选C1至C6的直链、支链或环状烷氧基基团，任选地通过氧键合；
D和M各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数；
E、I和L各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
和T、T’、R、R’各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、烷氧基、芳氧基、氰基CO2RxOCORx或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数和Rx为芳基或饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
并且其中每个波长转换部分在任何两个位置：G1、G2、G3、G4、G5、E、I、L、B、J、Q、T、T’、R、R’包含两个连接基团，所述连接基团提供所述波长转换部分与所述聚合物骨架的酯和/或醇官能团的共价连接。
2.根据权利要求1的波长转换元件(110)，其中所述无规聚酯共聚物包含所述重复单元n1、n3和n4的混合物，所述重复单元沿着所述聚合物骨架的长度随机分布，并且聚合物骨架中通式n1和n3的重复单元的总数大于通式n4的重复单元的总数。
3.根据权利要求1的波长转换元件(110)，其中所述无规聚酯共聚物包含所述重复单元n1、n2和n4的混合物，所述重复单元沿着所述聚合物骨架的长度随机分布，并且聚合物骨架中通式n1的重复单元的总数大于通式n2和n4的重复单元的总数。
4.根据权利要求1至3中任一项的波长转换元件(110)，其中AA是以下芳族部分：
5.一种波长转换元件(110)，其包含具有聚合物骨架的聚合材料，所述聚合材料包含波长转换部分，其中所述波长转换部分适于将第一波长的光转换成第二波长的光，并且其中所述波长转换部分与所述聚合物骨架共价连接，其中所述具有聚合物骨架的聚合材料包括含有所述波长转换部分的无规聚烯烃共聚物，所述无规聚烯烃共聚物包含以下通式m1和m2的至少两种不同的重复单元：
其中
X1独立地是氢、氟、氯、甲基或乙基；X2独立地是氢、甲基、氢氧化基团、醋酸酯、腈、C6H5或CO2CnH2n+1，n是0或1至6的整数；并且X3是具有以下通式I、II或III之一的所述波长转换部分：
其中
G1是直链或支链烷基基团或含氧烷基基团CnH2n+1Om，n为1至44的整数和m＜n/2，或是Y，或是连接基团；
A和C各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数；
B、J和Q各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
G2、G3、G4和G5各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数，或是X，或是连接基团；
D和M各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数；
E、I和L各自独立地是氢、氟、甲氧基或未取代的饱和烷基基团CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
和T、T’、R、R’各自独立地是氢、异丙基、叔丁基、氟、烷氧基、芳氧基、氰基CO2RxOCORx或未取代的饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数和Rx为芳基或饱和烷基CnH2n+1，n为1至16的整数，或是连接基团；
其中所述重复单元随机地分布在无规共聚物的整个长度上，聚合物骨架中通式m1的重复单元数大于通式m2的重复单元数；
并且其中每个波长转换部分在位置：G1、G2、G3、G4、G5、E、I、L、B、J、Q、T、T’、R、R’中的任意一处包含一个连接基团，所述连接基团包含-CH2-、-O-或-CO2-中的至少一个，由此提供所述波长转换部分与所述聚烯烃的聚合物骨架的共价连接。
6.根据权利要求5的波长转换元件(110)，其中所述无规聚烯烃共聚物包含所述通式m1和m2的所述至少两种不同重复单元，其中X1独立地是氢、氯、甲基；X2独立地是C6H5或CO2CnH2n+1，n为0或1至6的整数，或是腈；并且X3是所述波长转换部分，其中所述连接基团包含-CO2-，用于所述波长转化部分与所述聚烯烃的聚合物骨架的共价连接。
7.根据权利要求5或6的波长转换元件(110)，其中所述波长转换部分具有通式I或II，其在位置G1、B、J或Q中的一个位置处包含一个连接基团。
8.根据权利要求1或5的波长转换元件(110)，其中所述聚合材料包含无规聚酯或无规聚烯烃共聚物，所述无规聚酯或无规聚烯烃共聚物包含选自通式n1、n2、n3和n4或通式m1和m2的第一重复单元和包含选自通式n1、n2、n3和n4或通式m1和m2的第二重复单元，其中通式n2、n4或通式m2的第一重复单元包含通式I、II或III之一的第一波长转换部分，和其中通式n2、n4或通式m2的第二重复单元包含通式I、II或III之一的第二波长转换部分，其中所述第一和第二波长转换部分是不同的。
9.根据权利要求1的波长转换元件(110)，其中所述无规聚酯共聚物包含所述通式n1和n4的不同重复单元，其中
AA是
和
其中所述波长转换部分具有所述通式I，其中G1是Y，并且G2、G3、G4、G5是苯酚，并且其中A和C是异丙基，B和Q是氢，和J是丙烯连接基团。
10.根据权利要求5的波长转换元件(110)，其中所述无规聚烯烃共聚物包含所述通式m1和m2的所述两种不同重复单元，其中X1是甲基；X2是醋酸酯；和X3是具有所述通式II的所述波长转换成分，其中G1是Y，和G2、G3、G4、G5是氢，T是腈，R是氢，并且其中A和C是异丙基，B和Q是氢，和J是-(CH2)3OCO-连接基团。
11.根据前述权利要求任一项的波长转换元件(110)，其中所述聚合材料中的所述波长转换部分的含量为10重量％或更少，如1重量％或更少。
12.根据权利要求1或5的波长转换元件(110)，其中所述波长转换部分源自苝。
13.一种包含适于发射第一波长的光的光源(100)和根据前述权利要求任一项的波长转换元件(110)的发光装置(107)，其中所述波长转换元件布置为接收所述第一波长的光，并且适于将至少部分所述第一波长的光转换成第二波长的光。
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