JP6396581B2 - 共鳴エネルギ移動を示す高効率の分子 - Google Patents

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Description

本発明は、(a)光源光を発生させるように構成された光源と、(b)光源光の少なくとも一部を可視変換光に変換するように構成された光コンバータと、を備える照明デバイスに関する。本発明は更に、そのような光コンバータが含み得るルミネッセンス物質と、そのような光コンバータと、に関する。
燐光体強化光源(phosphor−enhanced light source)は、それ自体知られており、ほぼ全ての種類の光源のためにも使用されている。燐光体強化光源は、発光体(light emitter)及びルミネッセンス物質を備えている。ルミネッセンス物質は、発光体が放出した光の少なくとも一部を、より長い波長の光に変換するように構成されている。
よく知られた燐光体強化光源は、例えば放電から光が放出される水銀蒸気放電ランプであり、水銀蒸気が存在するため放電が紫外線放射を放出する。紫外線放射の少なくとも一部はルミネッセンス物質により吸収されて、より長い波長の光に変換され、次いでこの光がルミネッセンス物質によって放出される。このような水銀蒸気放電ランプは、例えば、放電を発生させる放電管を備えている。ルミネッセンス物質は、典型的には放電管の内壁に塗布され、放電により放出された紫外線放射が放電管を透過する必要がなく、放電管内部で、例えば可視光に変換されるようになっている。
あるいは、燐光体強化光源は、発光体として固体発光体を備え得る。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。固体発光体によって放出される光は通常、中心波長の周囲に比較的狭いスペクトルを有する。このスペクトルの幅は、例えば、固体発光体により放出される光の最大放出強度の半分の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(FWHM(Full Width Half Maximum)とも表される)によって規定できる。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、これは通常、人の目には単色の光として識別される。
固体発光体によって放出される光の色を変化させるため、ルミネッセンス物質を添加して燐光体強化光源を生成することができる。ルミネッセンス物質は、例えば固体発光体の(LED)ダイの上に層として塗布するか、又は、例えば固体発光体からある距離に配置されるマトリックス内に分散させて、いわゆる「遠隔燐光体(remote phosphor)」構成とすることができる。また、ルミネッセンス物質は、様々なルミネッセンス物質の混合物の一部としてもよく、例えば各々が異なる色を発生して、それらの混合光が例えば特定の色温度を有する白色光を発生するようになっている。更に、ルミネッセンス物質の典型的な放出特性は比較的広い光スペクトルであるので、ルミネッセンス物質を固体発光体に添加することで固体発光体の演色性を向上させることも可能である。
マトリックスにおける染料の使用は(これも)当技術において既知である。例えば米国特許第6537679号は、ポリ(1,4−シクロヘキサンジメタノール−コ−エチレンテレフタレート)(PETG)を含むポリマー樹脂と、ペリレンイミド染料及びペリレンエステル染料、チオキサテン染料、ベンゾキサンテン染料、及びベンゾチアジン染料から成る群から選択される蛍光染料と、を含む蛍光逆反射物品(article)について記載している。PETG蛍光樹脂マトリックスを用いて、道路標識の日中の視認性を向上させることができる。そのような路面標識は、光透過性蛍光物質の構造を含むベース部材を備えている。この構造は上面及び前縁表面を有し、ベース部材はこの構造の下にエアキャップを設けるように構成されている。
P.He等(Dalton Trans.2010、39、8919〜8924)は、青色光によって励起される赤色発光カルバゾールベースのユーロピウム(iii)複合体について記載している。これは、芳香族基及び3価ユーロピウムイオンを含むカルバゾールについて記載している。
燐光体変換LEDを用いて白色光を得るため、例えば、LEDによって放出される青色光が、燐光体層を用いて部分的に黄色光/赤色光に変換される。この結果、所望の色温度を有する白色光が得られる。そのような用途では、光−熱安定性が高いことから無機燐光体が広く用いられている。有機燐光体は、燐光体変換LED用途で用いられる魅力的な代替案である。そのようなシステムの利点は、各々が典型的なルミネッセンス特性を有する様々な燐光体を混合することで得られるルミネッセンススペクトル調整における自由度と、必要ならば分子工学によってルミネッセンス特性を調整できることである。更に、有機燐光体は無機燐光体よりも著しく安価である。有機燐光体は特に、燐光体がLED源から離れて配置され、過剰な劣化を回避するため燐光体の温度及び光強度が比較的低い遠隔燐光体の適用例において検討されている。しかしながら、黄色燐光体の寿命が重要な問題のままである。
赤色光を生成するため、とりわけ、F−300(=F−305=BASF Red=Lumogen(登録商標)F Red 300(BASF)=CAS 123174−58−3)の使用が検討されている。これは良好な寿命及び量子効率を示す。
この分子(F−305と示すこともある)及び代替的な構造(分子Iに関して以下も参照のこと)は、青色光よりも黄色光を多く吸収する。これは、有機又は無機黄色放出染料によって発生する黄色光の大部分が赤色光に変換されることを意味する。この結果、二重の光変換(青から黄に、黄から赤に)のため、及び黄色燐光体の非効率的な使用のために、効率の低下につながる。
従って、本発明の一態様は、好ましくは上述の欠点の1つ以上を少なくとも部分的に防ぎ、これによって高効率化を達成し得る代替的な(赤色)ルミネッセンス物質を提供することである。本発明の別の態様は、好ましくは上述の欠点の1つ以上を少なくとも部分的に防ぎ、これによって高効率化を達成し得る、そのような(赤色)ルミネッセンス物質を用いた代替的な照明デバイスを提供することである。
我々は、とりわけ、(分子内で)フェルスター共鳴エネルギ移動(FRET:Forster resonant energy transfer)が起こり得る黄色ドナー基及び赤色アクセプタ基を有する分子の使用を提案する。これらの分子は特に、黄色光の吸収を回避するか又は最小限に抑えるため、青色(LED)光を強く吸収すると共に黄色(及び/又は緑色)領域に低吸収を有する部分を含まなければならない。この理由のため、1つ以上の黄色部分を赤色放出部分に(共有結合によって)接続しなければならない。
従って、第1の態様において本発明は、特に青色光成分を有する光源光を与えるように構成された光源と、光源光の少なくとも一部を変換光に変換するように構成された光コンバータと、を備える照明デバイスを提供する。光コンバータはルミネッセンス物質を含み、特に、光コンバータはそのような(埋め込まれた)ルミネッセンス物質を用いた(ポリマー)マトリックスを備え、ルミネッセンス物質は、光源光の少なくとも一部、特に光源光の青色光成分の少なくとも一部を吸収することができる第1の基と、特に赤色光成分を有するルミネッセンス分子光を放出することができる第2の基と、を備える(有機)ルミネッセンス分子を備え、第1の基は、光源光の少なくとも一部、特に青色光成分の少なくとも一部の吸収によって獲得したエネルギの少なくとも一部を、赤色光成分を有するルミネッセンス分子光の発生のために第2の基へ移動させるように構成され、(特に)第2の基は、以下のもの及びその誘導体をベースとする基を含む。以下で更に明らかにするように、本発明は、別の態様において、そのようなルミネッセンス物質又はそのようなルミネッセンス分子自体も提供する。
そのような分子により、分子によって吸収される青色光が赤色に直接変換され得るという利点が得られる。このように、緑色光及び/又は黄色光の再吸収が最小限に抑えられ、高い効率が達成できる光源構成を設計することができる。本明細書において、「分子」という言葉は複数の分子にも関連することがある。更に、「分子」という言葉は、本明細書で示される条件に合致する複数の異なる分子にも関連することがある。
本明細書において、2つの基は、エネルギ移動、特にフェルスター共鳴エネルギ移動に基づいて励起されるとルミネッセンスを与えるように構成されている。フェルスター共鳴エネルギ移動(FRET)、蛍光共鳴エネルギ移動(FRET:fluorescence resonance energy transfer)、共鳴エネルギ移動(RET:resonance energy transfer)又は電子エネルギ移動(EET:electronic energy transfer)は、例えば2つの感光性分子(発色団)の間のエネルギ移動を説明する機構である。ドナー発色団(ルミネッセンス分子)は、最初に電子励起状態であり、非放射性双極子−双極子カップリングによってエネルギをアクセプタ発色団へ移動させることができる。本明細書において、エネルギは特に、異なる分子間でなく単一分子内で共鳴される。前者の場合(すなわち分子間のエネルギ移動)、一般的に高濃度が必要であり、これが濃度消光(concentration quenching)を招くという欠点を招き得る。従って、特に第1の基はフェルスター共鳴エネルギ移動ドナーとして、第2の基はフェルスター共鳴エネルギ移動アクセプタとして構成される。比較的高い濃度の発色団を用いる必要があるという欠点は、本発明によって回避される。更に、(同一分子における)特に2つの隣接した第1の基及び第2の基は、特に、相互に対して約10nm以下の最短距離で、特に約5nm以下、例えば2.5nm以下等で配置することができる。このような距離で、フェルスター共鳴エネルギ移動(FRET)が起こり得る。従って、本発明が提供する有機ルミネッセンス物質又は有機ルミネッセンス分子は、(本明細書に規定するような)少なくとも第1の基と(本明細書に規定するような)少なくとも第2の基とを含み、これらは双方とも同一の有機ルミネッセンス分子に含まれる。第1の基は、光からの吸収によって獲得したエネルギの少なくとも一部を第2の基へ移動させるように構成され、(その際に)第2の基は、光、特に赤色光を放出する。(同一分子における)隣接した第1の基及び第2の基の結合間の最短距離は、特に約5nm以下の範囲内、例えば0.5〜5nmの範囲内であり得る。
従って、特に第1の基は青色光を吸収するように構成されている。別の態様では、第1の基はUV光を(UV光も)吸収するように構成することができる。青色光成分は任意選択的に、この分子を励起するため使用されるだけでなく、例えば白色光を発生させるための照明デバイス光の成分としても使用され得る。「青色光成分を有する光源光」というフレーズ及び同様のフレーズは、光源が発生する光が、青色光から成るか、又は青色光と、任意選択的に電磁スペクトルの他の部分、特に可視光部分から及び任意選択的にUV部分から選択された部分とを含み得ることを示す。
特定の実施形態において、第2の基は、F−300(上記を参照のこと)又はその誘導体(をベースとする基)を含む。より一般的には、第2の基は特に、化学式I(以下を参照のこと)で規定されるような分子を含み得る。化学式Iで規定される分子の特定の実施形態を以下で明らかにし、更に本明細書で示される分子の誘導体について説明する。本明細書において、一般的に「誘導体」という言葉は、各自由位置が相互に無関係に、水素、炭化水素、ハロゲン等のような基を含み得ることを示す(以下も参照のこと)。一例として、上記の分子F300では、各遊離基が水素原子であると想定できる。例えば、4つのO−フェニル基の各々が5つのH原子を含み得る。更に、分子内の自由位置の少なくとも1つを用いて、1つ以上の第1の基に共有結合することができる。これは、直接に又はリンカーを介して(以下を参照のこと)行われ得る。更に、分子内の自由位置の少なくとも1つを用いて、マトリックス(以下を参照のこと)に共有結合することも可能である。誘導体についての更なる情報は以下で見出される。「又はその誘導体」というフレーズ及び同様のフレーズは、そのような基が代替的に、記載された(図示された)基の誘導体を含み得ることを示す。しかしながら、分子が複数のそのような基を含む実施形態では、各基は、具体的に示された基及びその誘導体からそれぞれ別個に選択され得る。更に、「又はその誘導体」というフレーズは、誘導体のタイプが1つであることを暗示しない。以下で更に明らかにするように、いかなる誘導体も含まれ得る。
上記のように、特定の実施形態において、第1の基は、青色光成分の少なくとも一部を吸収するように構成された基を含み、特に、そのエネルギを第2の基に移動させて赤色光を発生することができる。このように、FRETのような(非放射性)エネルギ移動を介して、(中間吸収及び放出による)著しい損失なしに赤色光を発生させることができる。
そのような分子によって提供することができる実施形態では、例えば、分子(の全数)の一部が、第1の基のみを含み、青色光を緑色光及び/又は黄色光に変換するため実質的に使用可能であり、分子の別の部分が、本明細書に示される第1の基及び第2の基を含み、青色光を赤色光に直接変換するため実質的に使用可能であり、これによって白色のルミネッセンス物質光を与え得ることに留意すべきである。
更に別の特定の実施形態において、第1の基は、以下の1つ以上又はその誘導体をベースとする1つ以上の基を含む。
他の関連する有機黄色燐光体は、とりわけ、欧州特許第2645822号(これは引用により本願に含まれるものとする)に記載されており、ペリレンから誘導され得る。例としては、(上記の)2324(CAS:165550−61−8)、又はF084(CAS:2744−50−5)、又はF83(又はF083)(CAS:100443−95−6)、又はソルベントイエロー98(CAS:12671−74−8)、又はディスパースイエロー(CAS:34564−13−1)、又は蛍光イエロー43(CAS:19125−99−6)等である。これらの黄色基により、赤色放出基への効率的なエネルギ移動が得られるようである。2以上の第1の基を有する単一分子は、ある実施形態では、例えば2324(又はその誘導体)及びF084(又はその誘導体)のように、異なる第1の基を含み得る。繰り返すが、本明細書では一般的に「誘導体」という言葉は、各自由位置が相互に無関係に、水素、炭化水素、ハロゲン等の基を含み得ることを示す。自由位置は、図2b及び図2cにおいて「G」で示されている。
一例として、上記の分子では、各遊離基が水素原子であると想定できる。例えば、3元基(ternary group)のいくつかは、イソプロピル基であり得る(すなわち各自由位置がH原子を含む)が、1つ以上の長鎖を有する第3級炭素も含み、任意選択的に4元基(quaternary group)も含み得る(第3級炭素上の自由位置がH原子でなく炭化水素によって占有される場合)。
更に、分子内の自由位置の少なくとも1つを用いて、1つ以上の第2の基に共有結合することができる。これは、直接に又はリンカーを介して行われ得る(以下を参照のこと)。更に、分子内の自由位置の少なくとも1つを用いて、マトリックスに共有結合することができる(以下を参照のこと)。誘導体についての更なる情報は以下で見出される。
更に、量子効率に関する最良の結果は、分子がかさ高い基(bulky group)を含む場合、特に第1の基がかさ高い基を含むか又はそのようなかさ高い基に隣接して配置される場合に得られるようである。これにより、隣接した分子間又は基間の距離を大きくすることで、起こり得るエネルギ消光が低減すると想定される。従って、別の実施形態では、ルミネッセンス分子は更にかさ高い基を含む。また、「かさ高い基」という言葉は、複数の(異なる)かさ高い基を指すこともある。特に、かさ高い基は第3級又は第4級炭素を含む。従って、特に、かさ高い基は第1の基に共有結合されるか又は第1の基の一部である。
かさ高い基は、第1の基の側基(すなわち、例えば上記した第1の基のうち1つの誘導体)とすることができ、及び/又は第2の基の側基(すなわち、例えば上記した第2の基のうち1つの誘導体)とすることができる。この代わりに又はこれに加えて、かさ高い基は、例えば第1の基と第2の基との間のリンカーの少なくとも一部とすることができる。従って、特定の実施形態では、かさ高い基は第1の基と第2の基との間に配置される。更に別の実施形態では、かさ高い基は第1の基に共有結合される。
上記のように、リンカーは特に、第3級及び第4級炭素原子の1つ以上を含み得る。特定の実施形態では、かさ高い基は以下のもの又はその誘導体を含む。本明細書において、波状線(wiggle)は、例えば環状基のような分子の残り部分を示す。
更に、上記のように、かさ高い基は第1の基の一部又は第2の基の一部であってもよい。特定の実施形態では、かさ高い基と組み合わせた第1の基は、以下の1つ以上又はその誘導体をベースとする基を含む。第2の基は、F300を含む場合、当然そのような基を含む。
第1の基と第2の基との間のリンカーに関して、そのようなリンカーは一般的に、少なくとも4つの炭素−炭素結合のような、少なくとも4つの化学結合の(直)鎖を少なくとも提供する。すなわち、これら2つの基は少なくとも4つの炭素−炭素結合の鎖によって分離される。従って特定の実施形態では、第1の基及び第2の基は少なくとも4つの化学結合の共有結合鎖で相互に分離され、この鎖は、C、O、N、及びSi原子の1つ以上を含む。「リンカー」という言葉は、任意選択的に、(第1の基と第2の基との間の)複数のリンカーを含むことがある。任意選択的に、単一分子内で異なるリンカーが適用され得る。
上記の例からわかるように、単一分子は複数の第1の基を含むことができる。この代わりに又はこれに加えて、単一分子は複数の第2の基を含むことができる。従って実施形態において、ルミネッセンス分子は、1つ以上の黄色ドナー基を(第1の基(複数の第1の基)として)含み、更に1つ以上の赤色アクセプタ基を(第2の基(複数の第2の基)として)含む。特定の実施形態では、ルミネッセンス分子中の第1の基の数は第2の基の数よりも多い。これは効率の点で有利となり得る。特に、単一分子は、単一の第2の基及び1つ以上の第1の基を含む。特定の第1の基は、例えば、F084、2324、ソルベントイエロー、ディスパースイエロー、蛍光イエロー、2363、2324、及びそれらの誘導体から成る群から選択され得る。
いくつかの特定の分子は極めて効率が高いようである。従って、更に別の態様において本発明は、そのようなルミネッセンス物質自体のいくつかの特定の実施形態も提供する。従って、別の実施形態において本発明は、以下の1つ以上及びその誘導体を含むルミネッセンス物質を提供する。
むろん、本発明は、この群からルミネッセンス分子が選択される、上で規定した照明デバイスも提供する。より一般的には、更に別の態様において本発明は、光源光を与えるように構成された光源と、この群から選択されると共に光源光の少なくとも一部をルミネッセンス分子光に変換するように構成されたルミネッセンス物質と、を含む照明デバイスも提供する。更に別の態様において、本発明は、本明細書に規定されるようなルミネッセンス物質、特に上で規定した群から選択されるルミネッセンス分子を含むルミネッセンス物質を含むコンバータも提供する。
上記のように、これらの基は、記載した分子の誘導体を含み得る。従って、例えば1つ以上の「自由位置」はHを含まず、別の基を含むことがある。
誘導体は、自由位置において、Hの代わりに、例えばC1〜C18アルキル基、C6〜C24アリル基、C6〜C24ヘテロアリル基、ハロゲン基、又は別の基を有する基である。他の可能な基は、CN、NO、COアルキル、COアリル、CONアルキル、CONアリル、OCOアルキル、OCOアリル、NCOアルキル、NCOアリル等から成る群から選択され得る。
例えば、そのような分子は1つ以上のC1〜C18アルキル基を含み得る。本明細書において、「C1〜C18アルキル」という言葉は、特に、分岐C1〜C18アルキル又は非分岐C1〜C18アルキルに関連し得る。「C1〜C18アルキル」という言葉は、非置換C1〜C18アルキル又は置換C1〜C18アルキル(すなわち、1つ以上の置換基を有するC1〜C18アルキル)に関連し得る。「C1〜C18アルキル」という言葉は、直鎖C1〜C18アルキル又は非直鎖C1〜C18アルキル(これは置換されているか又は非置換であり得る)に関連し得る。本明細書において、「非直鎖(non−linear)」という言葉は、C1〜C18シクロアルキルのような環状のものを示し得る。
一例として、「C1〜C18アルキル」という言葉は、ある実施形態において直鎖ヘプチル基を指すが、別の実施形態では、1つ以上のフルオロ置換基(fluo substituent)を有するメチル置換シクロヘキサン基を指す。C1〜C18アルキルは、特にC1〜C16アルキルを指し、例えばC1〜C8アルキルであり、特にC1〜C4アルキル等である。
アルキル基の例は、特に、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、ネオ−ペンチル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、n−ウンデシル、n−ドデシル等である。シクロアルキル基の例は、例えばシクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル等である。
任意選択的に、C1〜C18アルキルの炭素鎖は、−O−及び−S−から個別に選択される1つ以上の基によって中断され得る。従って、ある実施形態においてC1〜C18アルキルという言葉は、エーテル又は変形(variant)においてポリエーテルに関連し得る。従って、特定の実施形態においてC1〜C18アルキルは、C2n+1のような1つ以上のエーテル基を含むC1〜C18アルキルも指すことがある。ここで、nは1〜18までの整数であり、例えば1〜16であり、0≦m≦n/2である。
適用可能である置換基は、フッ素、塩素、ヒドロキシル、シアノ、アシル、COOH、カルボキシレート、アルキルカルボニルオキシ、カルバモイル、アルキルアミノカルボニル、(ジアルキルアミノ)カルボニル、SOH、スルホネート、スルホアミノ、スルファミド、スルファモイル、及びアミジノから選択され得る。
一般に置換基は、1〜6の置換基、例えば1〜4の置換基に限定される。特定の実施形態では、C1〜C18アルキルは1つ以上のフッ素原子で置換される。例えばある実施形態では、C1〜C18アルキルは特にC2n+1−mに関する。ここで、nは1〜18までの整数であり、例えば1〜16であり、0≦m≦2n+1である。従って、「アルキル」という言葉及び同様の言葉は、例えば1つ以上のフルオロ置換基でフッ素化されたアルキル等の置換アルキルにも関し得る。
例えば、そのような分子は1つ以上のC6〜C24アリル基を含み得る。本明細書において、「C6〜C24アリル」という言葉は特に、単環芳香族アリル基又は多環芳香族アリル基に関し得る。「C6〜C24アリル」という言葉は、非置換C6〜C24アリル又は置換C6〜C24アリル(すなわち、1つ以上の置換基を有するC6〜C24アリル)に関し得る。C6〜C24アリルは特に、例えばC6〜C10アリルのようなC6〜C16アリルに関する。C6〜C24アリルは、少なくとも1つのアリル基に加えて、1つ以上の非共役環状基も含み得る。
アリル基の例は、フェニル、ナフチル、インデニル、フルオレニル、アントラセニル、フェナントレニル、ナフタセニル等である。メチルフェニル(C7)又はエチルフェニル(C8)のように、C6〜C24アリルが1つ以上の芳香族基及び1つ以上のアルキル基を含む場合、アルキル基は特に直鎖アルキル基であり得る。また、これらのアルキル基は個別に1つ以上の置換基を含み得る。更に、これらのアルキル基は、−O−及び−S−から個別に選択される1つ以上の基によって中断され得る。従って、ある実施形態では、そのようなアルキル基はエーテル又は変形においてポリエーテルに関連し得る。
適用可能である置換基は、フッ素、塩素、ヒドロキシル、シアノ、アシル、COOH、カルボキシレート、アルキルカルボニルオキシ、カルバモイル、アルキルアミノカルボニル、(ジアルキルアミノ)カルボニル、SOH、スルホネート、スルホアミノ、スルファミド、スルファモイル、及びアミジノから選択され得る。一般に置換基は、1〜6の置換基、例えば1〜4の置換基に限定される。特定の実施形態では、C6〜C24アリルは1つ以上のフッ素原子で置換される。
例えば、そのような分子は、1つ以上のC6〜C24ヘテロアリル基を含み得る。本明細書において「C6〜C24ヘテロアリル」という言葉は、特に、ヘテロ芳香族単環基又は多環基に関連し得る。「C6〜C24ヘテロアリル」という言葉は、非置換C6〜C24ヘテロアリル又は置換C6〜C24ヘテロアリル(すなわち、1つ以上の置換基を有するC6〜C24ヘテロアリル)に関し得る。C6〜C24ヘテロアリルは特に、C6〜C16ヘテロアリル、例えばC6〜C10ヘテロアリルに関する。C6〜C24ヘテロアリルは、少なくとも1つのヘテロアリル基に加えて、1つ以上の非共役環状基も含み得る。
C6〜C24ヘテロアリルの例は、例えば2,5−インデニレン、2,6−インデニレン、ピラジニレン、ピリジニレン、ピリミジニレン、2,4−チオフェニレン、2,5−チオフェニレン、1,3,4−チアジアゾール−2,5−イレン、1,3−チアゾール−2,4−イレン、1,3−チオゾール−2,5−イレン、1,3−オキサゾール−2,4−イレン、1,3−オキサゾール−2,5−イレン、1,3,4−オキサジアゾール−2,5−イレン等である。C6〜C24ヘテロアリルが1つ以上のヘテロ芳香族基及び1つ以上のアルキル基を含む場合、アルキル基は特に直鎖アルキル基であり得る。また、これらのアルキル基は個別に1つ以上の置換基を含み得る。更に、これらのアルキル基は、−O−及び−S−から個別に選択される1つ以上の基によって中断され得る。従って、ある実施形態では、そのようなアルキル基はエーテル又は変形においてポリエーテルに関連し得る。
適用可能である置換基は特に、フッ素、塩素、ヒドロキシル、シアノ、アシル、COOH、カルボキシレート、アルキルカルボニルオキシ、カルバモイル、アルキルアミノカルボニル、(ジアルキルアミノ)カルボニル、SOH、スルホネート、スルホアミノ、スルファミド、スルファモイル、及びアミジノから選択され得る。一般に置換基は、1〜6の置換基、例えば1〜4の置換基に限定される。特定の実施形態では、C6〜C24ヘテロアリルは、1つ以上のフッ素原子で置換される。
更に、そのような分子は、フッ素、塩素、ヒドロキシル、シアノ、アシル、COOH、カルボキシレート、アルキルカルボニルオキシ、カルバモイル、アルキルアミノカルボニル、(ジアルキルアミノ)カルボニル、SOH、スルホネート、スルホアミノ、スルファミド、スルファモイル、及びアミジノ等を含み得る。これに加えて又はこの代わりに、そのような分子は、CN、NO、COアルキル、COアリル、CONアルキル、CONアリル、OCOアルキル、OCOアリル、NCOアルキル、NCOアリル等を含み得る。
本明細書におけるハロゲンは特に、フッ素、塩素であり、とりわけフッ素である。特に、1つ以上のハロゲンが存在する場合、1つ以上のハロゲンはフッ素(のみ)を含む。
「から個別に選択される」というフレーズは、記載された種のうち任意のものが、他の選択とは無関係に選択され得ることを示す。
誘導体について考えられる選択肢のいくつかを説明したが、ここで、第2の基として使用可能な分子を用いて、誘導について更に説明する。F300は、化学式Iの分子のより一般的なクラスに属する。
−ここで、G及びGは、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個別に含む。
○ここで、A、B、C、J、及びQの各々は、水素、フッ素、塩素、イソプロピル、t−ブチル、メトキシ、16までの炭素原子を有するアルキル、及び16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個別に含む。
−G、G、G、及びGは、水素、フッ素、塩素、イソプロピル、t−ブチル、メトキシ、16までの炭素原子を有するアルキル、及び16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個別に含む。
○ここで、D、E、I、L、及びMの各々は、水素、フッ素、塩素、イソプロピル、t−ブチル、メトキシ、16までの炭素原子を有するアルキル、及び16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個別に含む。
−更に、G、G、G、及びGから選択される少なくとも2つは少なくともXを含み、個別に、G、G、G、及びGから選択される前記少なくとも2つのうち少なくとも2つのD、E、I、L、及びMの少なくとも1つは、フッ素及び塩素から選択される基、特にフッ素を含む。
特に、G2、G3、G4、及びG5から選択される前記少なくとも2つのうち少なくとも2つは、フッ素及び塩素から選択される2つ以上の基、特にフッ素を含む。所望の光学特性が得られるのは、特に、G2〜G5の全てが少なくともXを含む(及び、少なくとも2つ、特に4つ全てがフッ素置換基を含む)場合である。従って、ある実施形態では、G2〜G5の各々はXである。特にG1及びG6について上記で規定されたような、直鎖アルキル、分岐アルキル、酸素含有アルキル(以下も参照のこと)、シクロアルキル、及びナフチルは、特に、44までの炭素原子を含み得る。アルキル(又はナフチル)は、フッ素で置換してもよい。ある実施形態では、G1及びG6の各々はC2n+1−mであり、n≦44であり、m≦2n+1である。他の置換基が除外されるわけではない。特に、アルキルは20までの炭素原子を含み、例えば10まで、特に8までの炭素原子を含む。G1及びG6について上記で規定されたような、特に44までの炭素原子を有する酸素含有アルキルは、ある実施形態において、特にC2n+1に関し得る。ここで、nは1〜44までの整数であり、m<n/2である。特に44までの炭素原子を有する酸素含有アルキルは、フッ素で置換してもよい。他の置換基が除外されるわけではない。酸素含有アルキルは、直鎖、分岐、もしくは環状とすることができ、又はそれらの2つ以上の組み合わせであってもよい。酸素含有アルキルは特に、オリゴエチレンオキシドのようなアルコール又はエーテルを含む。特に、nは最大で20であり、例えば最大で10であり、特に最大で8等である。G1及びG6は同一であるか又は異なる場合がある(以下も参照のこと)。A、B、C、J、Q、G2、G3、G4、及びG5、D、E、I、L、及びMについて上記で規定されたような、16までの炭素原子を有するアルキルは、特にC2n+1に関する。ここで、nは1〜16までの整数である。アルキルは、直鎖、分岐、もしくは環状とすることができ、又はそれらの2つ以上の組み合わせであってもよい。16までの炭素原子を有するアルキルは、フッ素で置換してもよい(以下を参照のこと)。他の置換基が除外されるわけではない。特に、アルキルは10までの炭素原子を含み、例えば8までの炭素原子を含む。A、B、C、J、Q、G2、G3、G4、及びG5、D、E、I、L、及びMについて上記で規定されたような、16までの炭素原子を有する酸素含有アルキルは、特にC2n+1に関する。ここで、nは1〜16までの整数であり、m≦n/2である。アルキルは、直鎖、分岐、もしくは環状とすることができ、又はそれらの2つ以上の組み合わせであってもよい。16までの炭素原子を有する酸素含有アルキルは、フッ素で置換してもよい(以下を参照のこと)。他の置換基が除外されるわけではない。特に、nは最大で10であり、例えば最大で8である。従ってある実施形態では、16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で置換することができ、ある実施形態では特にC2n+1−mに関し得る。ここで、nは1〜16までの整数であり、m≦2n+1である。フッ素置換アルキルは、直鎖、分岐、もしくは環状とすることができ、又はそれらの2つ以上の組み合わせであってもよい。他の置換基が除外されるわけではない。特に、nは最大で10であり、例えば最大で8である。A、B、C、J、Qは個別に選択され得る。G2、G3、G4、及びG5は個別に選択され得る。D、E、I、L、及びMは個別に選択され得る。
F300の場合、G1及びG6は特定のY基を含み、G2、G3、G4、及びG5は特定のX基を含む。F300の誘導体の一例は化合物2409である(以下を参照のこと)。
上記の教示は、とりわけ第1の基及び第2の基に当てはまり、従って、結果として得られる分子にも当てはまる。例えば、特定の分子2455、2452、2517、及び2440を想定すると、それらの誘導体は例えば、1つ以上のイソプロピル位置に1つ以上のtertブチルが配置されるか、又は黄色基が塩素置換基又はニトリル置換基等を含む(例えばF083を参照のこと)ような分子であり得る。一例として、第1の基の基部(basis)であり得るF083は以下のように図示される。
「ルミネッセンス物質」という言葉は、特に、ルミネッセンス特性を有する(すなわち、(UV光及び青色光の1つ以上によって)励起されると光を放出することができる)有機物質を意味する。ルミネッセンス物質は、本明細書に規定されるような照明デバイスに適用され得る。そのような照明デバイスは例えば、一種の改造ランプであるTLEDを含む(T8チューブのようなチューブ内にLED(複数のLED)を備えたチューブ)。また、ルミネッセンス物質は、一種の改造白熱ランプである、電球内にLED(複数のLED)を備えた電球に適用され得る。双方の事例において、ルミネッセンス物質は、例えば透過性エンベロープの上流面(すなわち、透過性エンベロープの内面)のような遠隔位置に適用することができる。照明デバイスは照明器具として設計され得る。従って、本明細書に規定されるような照明デバイスの特定の実施形態は照明器具である。
任意選択的に、照明デバイスの透過性エンベロープとしてマトリックスを用いてもよい。換言すると、透過性エンベロープは実質的にマトリックスから構成される。
光コンバータという言葉は、第1の波長から第2の波長の光に光を変換するように構成されたシステムを指す。特に、UV光及び/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)変換され得る。「光コンバータ」の別の言葉は「波長コンバータ」である。光コンバータは、例えば粒子、薄片、膜、板等の形態であり得る。特定の実施形態では、光コンバータという言葉は自立層を含み得る。従ってある実施形態では、光コンバータは、コーティング、自立層、及び板から成る群から選択される。この光コンバータは従って、特に室温で、特に100℃まで、特に150℃まで、とりわけ200℃までの温度で、固体である。光コンバータは可撓性であってもよく、又は剛性であってもよい。更に、光コンバータは平坦であるか又は(1次元又は2次元で)湾曲していてもよい。更に、任意選択的に光コンバータは、光コンバータの外面の少なくとも一部において光取り出し(outcoupling)構造を含み得る。光コンバータは、相互に重なった層のような1つ以上の部分を含み得る。そのような部分は、異なるルミネッセンス物質又は異なる濃度のルミネッセンス物質を含み得る。しかしながら、光コンバータの少なくとも一部は(赤色)ルミネッセンス物質を含む。
マトリックスは特に、マトリックス材料と、ルミネッセンス物質のような上記の材料とを含み、任意選択的に第2のルミネッセンス物質等も含み得る。ルミネッセンス物質(複数のルミネッセンス物質)及び任意選択的な他のルミネッセンス物質は、ある実施形態において、特にマトリックス全体で均一に分散され得る。しかしながら、光コンバータが2つ以上のセグメントを含み、これら2つ以上のセグメントが、少なくともルミネッセンス物質(複数のルミネッセンス物質)に関して、例えばルミネッセンス物質(複数のルミネッセンス物質)の種類及び/又は濃度に関して、異なる組成を有することも可能である。
ルミネッセンス物質(複数のルミネッセンス物質)(すなわち、少なくとも本明細書に規定されるようなルミネッセンス物質であるが、任意選択的に1つ以上の第2のルミネッセンス物質も含む)は、ある実施形態において、マトリックス内で分子的に分散され得る。この代わりに又はこれに加えて、ルミネッセンス物質(複数のルミネッセンス物質)は、粒子として、任意選択的にコーティングを有する粒子として利用できる。後者の実施形態では、コーティングされた粒子をマトリックス内に埋め込むことができる。コーティングは特に、HO及び/又はOに対してそのような粒子を封止するため適用可能である。
特に、マトリックス材料は、380〜750nmの範囲から選択される波長を有する光に対して透過性である。例えばマトリックス材料は、青色、及び/又は緑色、及び/又は赤色に対して透過性であり得る。特にマトリックス材料は、少なくとも420〜680nmの範囲全体に対して透過性である。特にマトリックス材料は、照明ユニットの光源(以下も参照のこと)により発生された、可視光波長範囲から選択される波長を有する光に対して、50〜100%の範囲、特に70%〜100%の範囲の光透過を有し得る。このように、マトリックス材料は照明ユニットからの可視光に対して透過性である。透過又は光透過性は、第1の強度で特定波長の光を材料に与え、材料を透過した後に測定されたその波長での光の強度を、材料にその特定波長で与えた光の第1の強度と関連付けることによって決定できる(CRC Handbook of Chemistry and Physics、69th editionのE−208及びE−406、1088〜1989も参照のこと)。光コンバータは透明又は半透明としてもよいが、特に透明とすることができる。特に光コンバータは、実質的に透明である及び/又は実質的に光を散乱しない。光コンバータが透明である場合、光源の光は光コンバータによって完全には吸収されない場合がある。これは特に青色光を用いる場合に興味深い。青色光は、光ルミネッセンス物質を励起すると共に、(白色光の)青色成分を与えるために使用され得るからである。
マトリックス(材料)は、透過性有機物質支持体から成る群から選択される1つ以上の物質を含み得る。これは例えば、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(Plexiglas)又はパースペックス(Perspex))、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)から成る群から選択されるものであり、ある実施形態では、(PETG)(グリコール変性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ー)を含む。特にマトリックスは、芳香族ポリエステル又はそのコポリマーを含むことができ、これは例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリ(メチル)メタクリレート(P(M)MA)、ポリグリコリド又はポリグリコール酸(PGA)、ポリ乳酸(PLA)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリエチレンアジペート(PEA)、ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)、ポリヒドロキシブチレート(PHB)、ポリ(3−ヒドロキシブチレート−コ−3−ヒドロキシバレラート(PHBV)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリエチレンナフタレート(PET)である。特に、マトリックスはポリエチレンテレフタレート(PET)を含み得る。従って、マトリックスは特にポリマーマトリックスである。
しかしながら、別の実施形態では、マトリックス(材料)は無機物質を含み得る。好適な無機物質又はハイブリッド物質は、ガラス、(溶融)石英、透過性セラミック物質、及びシリコーンから成る群から選択される。また、無機部分及び有機部分の双方を含むハイブリッド物質も適用可能である。
マトリックス(材料)の材料として特に好適であるのは、PMMA、PET、透明PC、又はガラスである。とりわけ、マトリックスはポリエチレンテレフタレート(PET)を含む。このマトリックスは、同じルミネッセンス物質(複数のルミネッセンス物質)を用いた他のマトリックスに比べ、最良の光学特性を与えると思われるからである。PETにおいて、ルミネッセンス物質は、(光源照射の影響下での)劣化が最も遅い。本明細書において、「PET」という言葉は、PET−G(グリコール変性又は他の任意選択的な変性のポリエチレンテレフタレート)を指すこともある。従って、マトリックスは特に、ルミネッセンス物質が発生した光の少なくとも一部に対して特に透過性である(ポリマー)物質を含む。
光コンバータは特に、ルミネッセンス物質(複数のルミネッセンス物質)と、任意選択的に他の成分と、マトリックスの1つ以上の前駆体とを組み合わせ、その後マトリックスの合成を行うことによって生成され得る。例えばポリマーマトリックス材料の場合、これは、ポリマーの単量体前駆体を用いて実行可能であり、ルミネッセンス物質(複数のルミネッセンス物質)及び任意選択的な他の成分の存在下で、例えば逐次重合によって又はラジカル連鎖重合等によって単量体前駆体を重合して、ポリマーマトリックスを提供すればよい。別の選択肢は、出発物質(複数の出発物質)として、特にポリマーのような硬化性の分子を用い、これらの分子、特にポリマーを、ルミネッセンス物質(複数のルミネッセンス物質)及び任意選択的な他の成分の存在下で硬化させて、マトリックスを提供することである。従って、特にマトリックスはポリマーマトリックスである。
そのような材料に有機燐光体を埋め込むことができる。「埋め込む」という言葉は、例えば材料に粒子として含めることを指すが、(ポリマー)マトリックス材料内における有機燐光体の分子分散を指すこともある。本明細書に示すように、(ポリマー)マトリックスは特に固体マトリックスである。
この代わりに又はこれに加えて、ルミネッセンス光コンバータのコーティングにおいて、1つ以上の第2のルミネッセンス物質を利用することができる。この代わりに又はこれに加えて、光コンバータとは別個の照明デバイス内に、1つ以上の第2のルミネッセンス物質を配置することも可能である。特に、1つ以上の第2のルミネッセンス物質は赤色放出燐光体を含む。「第2のルミネッセンス物質」という言葉は、特に、ルミネッセンス特性を有する(すなわち、(UV光及び青色光の1つ以上によって)励起されると光を放出することができる)無機物質を意味する。第2のルミネッセンス物質は特に、少なくとも赤色を放出するように構成され得るが、黄色、緑色等の他の波長が除外されるわけではない。「第2のルミネッセンス物質」という言葉は特に、ルミネッセンス特性を有する(すなわち、(UV光及び青色光の1つ以上によって)励起されると光を放出することができる)無機物質を意味する。しかしながら他の実施形態では、第2のルミネッセンス物質は、(本明細書に規定されるような有機ルミネッセンス物質(複数の有機ルミネッセンス物質)とは異なる)有機ルミネッセンス物質を含み得る。
従って、上記のような第2のルミネッセンス物質は特に、赤色光(及び任意選択的に他の光)を提供するように構成され得る。従って、第2のルミネッセンス物質は特に、光源の光の少なくとも一部を少なくとも赤色光に変換するように構成され得る。第2のルミネッセンス物質、特に赤色光を提供するように構成された第2のルミネッセンス物質は、光コンバータ、特にマトリックスに含むことができるが、例えば光コンバータのコーティングのように光コンバータの外側にあってもよい。
第2のルミネッセンス物質は量子ドット(QD)を含み得る。他の狭帯域発光体の中でも、量子ドットはこの目的に特に適している。量子ドットは、概ねわずか数ナノメートルの幅又は直径を有する半導体物質の小さい結晶である。入射光で励起されると、量子ドットは、結晶の大きさ及び物質によって決定される色の光を放出する。従って、ドットの大きさを適合させることで、特定の色の光を生成することができる。これは、量子ドットが狭帯域発光体であるので、これを用いることにより任意のスペクトルが得られることを意味する。
これに加えて又はこの代わりに、第2のルミネッセンス物質は他のルミネッセンス物質も含み得る。これは例えば、窒化物ルミネッセンス物質を含む2価ユーロピウム又はオキソ窒化物(oxonitride)ルミネッセンス物質を含む2価ユーロピウムから成る群から選択される1つ以上であり、例えば、(Ba、Sr、Ca)S:Eu、(Mg、Sr、Ca)AlSiN:Eu、及び(Ba、Sr、Ca)Si:Euから成る群から選択される1つ以上の物質である。また、第2のルミネッセンス物質は、ガーネットを含む3価セリウム(上記を参照のこと)及びオキソ窒化物を含む3価セリウムから成る群から選択される1つ以上のルミネッセンス物質も含み得る。オキソ窒化物材料は、当技術分野において、オキシ窒化物(oxynitride)材料と表されることも多い。従って、ある実施形態では、第2のルミネッセンス物質は少なくとも赤色光を与えるように構成され、本明細書に規定されるような2つ(又はそれ以上)の有機燐光体を含む(有機)ルミネッセンス物質は少なくとも緑色光及び/又は黄色光を与えるように構成され、特に光源は青色光を与えるように構成されている。上記のように、第2のルミネッセンス物質は量子ドットベースのルミネッセンス物質を含む。従ってある実施形態では、光源は青色光を与えるように構成され、照明デバイスは赤色光を与えるように構成された第2のルミネッセンス物質を更に含み、この第2のルミネッセンス物質は、(Ba、Sr、Ca)S:Eu、(Mg、Sr、Ca)AlSiN:Eu、及び(Ba、Sr、Ca)Si:Eu(及び任意選択的に量子ドットベースのルミネッセンス物質(上記も参照のこと))(及び任意選択的に有機赤色ルミネッセンス(上記も参照のこと))から成る群から選択されるルミネッセンス物質を含む。この代わりに又はこれに加えて、第2のルミネッセンス物質は量子ドットベースのルミネッセンス物質を含む。第2のルミネッセンス物質は、マトリックス内に埋め込む及び/又はコーティングとしてマトリックスに塗布することも可能である。これに加えて又はこの代わりに、第2のルミネッセンス物質は照明デバイスのどこか他の箇所に配置され得るが、その場合もやはり光源光の少なくとも一部を可視光に変換するように構成可能であり、任意選択的に有機ルミネッセンス物質の光を補足することができる。従って特定の実施形態では、照明デバイスが、マトリックス内に埋め込まれた量子ドットベースのルミネッセンス物質を更に含む。
従って、「第2のルミネッセンス物質」という言葉は、複数の異なる第2のルミネッセンス物質に関連し得る。第2のルミネッセンス物質は、特に有機ルミネッセンス物質のようにマトリックス内に埋め込む等で光コンバータに含めてもよく、又は光コンバータ上の層のように光コンバータの外側にあってもよく、又は照明デバイスのどこか他の箇所にあってもよい。そのような構成の2つ以上の組み合わせも可能である。従ってある実施形態では、量子ドットベースのルミネッセンス物質のような第2のルミネッセンス物質がマトリックスに埋め込まれている。
従ってある実施形態では、照明デバイスは、緑色光成分及び黄色光成分の1つ以上を有する第2のルミネッセンス物質光を与えるように構成された第2のルミネッセンス物質を更に含む(例えば、第1の基として使用可能な上記の分子又はその誘導体の1つ以上)。このようにして、例えば白色照明デバイス光を提供することができる。
上記のように、照明デバイスは、(a)光源光を発生させるように構成された光源と、(b)光源光の少なくとも一部を可視変換光に変換するように構成された光コンバータと、を備えている。
光コンバータ、又は特にルミネッセンス物質は、光源光の少なくとも一部を変換するように構成されている。換言すると、光源は光コンバータに対して、特にルミネッセンス物質に対して、放射的に(radiationally)結合されていると言うことができる。光源が実質的にUV光を放出する光源を含む場合、ルミネッセンス物質は、このルミネッセンス物質に入射する実質的に全ての光源光を変換するように構成され得る。光源が青色光を発生するように構成されている場合、ルミネッセンス物質は光源光を部分的に変換することができる。構成に応じて、残りの光源光の一部は、ルミネッセンス物質を含む層を透過し得る。従って、この言葉は、有機ルミネッセンス物質及び第2のルミネッセンス物質の1つ以上に関し得る。
光源という言葉は、原則として、当技術分野において既知のいかなる光源にも関連し得るが、特にLEDベースの光源を指すことができ、これは本明細書では更にLEDとして示される。以下の記載は、理解を助けるためにLEDベースの光源のみを扱う。光源は、UV光及び/又は青色光を与えるように構成されている。好適な実施形態において、発光ダイオードは、青色成分を有するLED光を発生するように構成されている。換言すると、光源は青色LEDを含む。従ってある実施形態では、光源は青色光を発生させるように構成されている。特に、LEDは固体LEDである。「光源」という言葉は特に、LED又は固体レーザ等の固体光源のような電気的光源に関する。
好ましくは、光源は、動作中に少なくとも200〜490nmの範囲から選択される波長の光を放出する光源であり、特に、動作中に少なくとも400〜499nmの範囲、とりわけ440〜490nmの範囲から選択される波長の光を放出する光源である。この光は、部分的にルミネッセンス物質(複数のルミネッセンス物質)によって使用され得る(以下を参照のこと)。特定の実施形態では、光源は固体LED光源(LED又はレーザダイオード等)を含む。また、「光源」という言葉は、2〜20の(固体)LED光源等、複数の光源にも関連し得る。従って、LEDという言葉は複数のLEDを意味することもある。このため、特定の実施形態では、光源は青色光を発生させるように構成されている。別の実施形態では、照明デバイスはLCD用途のバックライトユニットとして適用され得る。従って本発明は、別の態様において、本明細書に規定されるような1つ以上の照明デバイスを備えたバックライトユニットを含む液晶表示デバイスを提供する。
本明細書における白色光という言葉は、当業者には既知である。これは特に、相関色温度(CCT)が約2000から20000Kまで、特に2700から20000Kまで、一般的な照明では特に約2700Kから6500Kの範囲内、バックライトの目的では特に約7000Kから20000Kの範囲内の色に関し、特にBBL(黒体軌跡)から約15SDCM(カラーマッチング標準偏差)内、特にBBLから約10SDCM内、とりわけBBLから約5SDCM内である。
ある実施形態では、光源は、相関色温度(CCT)が約5000から20000Kまでの光源光を提供することができ、例えば直接燐光体変換LEDである(例えば10000Kを得るため薄い燐光体層を有する青色発光ダイオード)。従って特定の実施形態において、光源は、相関色温度が5000〜20000Kの範囲内、特に6000〜20000Kの範囲内、例えば8000〜20000Kの光源光を与えるように構成されている。比較的高い色温度の利点は、光源光に比較的大きい青色光成分が存在し得ることである。
照明デバイスは、本明細書に規定されるような(FRETベースの)有機ルミネッセンス物質を含む少なくとも光コンバータを備えている。他の(別の)ルミネッセンス物質も存在し得る。1つ以上の第2のルミネッセンス物質は各々、マトリックスに個別に含まれてもよいが、マトリックス上のコーティング又は層として設けてもよく、又は照明デバイス内のどこか他の箇所に配置してもよい。照明デバイスは、特に白色光を提供できるように構成され得る。任意選択的に、照明デバイスは、この照明デバイスがどのように制御されるかに応じて、有色光を与えるように構成されるか、又は有色光と白色光とを与え得るように構成される。優先的に(preferentially)、燐光体(複数の燐光体)(特に本明細書に規定されるような有機ルミネッセンス物質等のルミネッセンス物質(複数のルミネッセンス物質))は、システム有効性の全体的な向上をもたらす遠隔燐光体構成である。この構成は、TLED(チューブLED構成。例えば、T8チューブ内のLED実施(蛍光照明として当技術分野では既知である)又は他のチューブ状構成)のような低電力低動作温度の適用例に最も適している。しかしながら、固体光源ダイ上に直接設けるような他のタイプの適用例も可能である。
別の態様において、本発明は光コンバータ自体も提供する。別の態様において、本発明は、ルミネッセンス物質及び任意選択的な第2の(有機)ルミネッセンス物質を含むマトリックスを備える光コンバータを提供する。従って、更に別の態様において本発明は、2つの(有機)燐光体の組み合わせを備えるルミネッセンス物質を含むマトリックスを備えた光コンバータも提供する。この2つのうち、特に少なくとも1つは、本明細書に規定されるような有機ルミネッセンス物質を含む。以下で明らかになるように、そのようなマトリックスは、量子ドットベースの材料及び/又は窒化物ベースの材料、及び/又は他のルミネッセンス物質等、特に赤色の冷光を発することができる1つ以上の第2のルミネッセンス物質を含み得る。
更に別の態様において、本発明は、(有機)ルミネッセンス物質自体も提供する。更に別の態様において、本発明は、有機ルミネッセンス分子自体も提供する。ルミネッセンス物質は前記の有機ルミネッセンス分子を含む。ある実施形態において、ルミネッセンス物質は本質的に、本明細書で上記したような有機ルミネッセンス分子から成る(この場合、上記のように「有機ルミネッセンス分子」という言葉は、本明細書に規定されるような複数の異なる有機ルミネッセンス分子も意味することがある)。
「上流」及び「下流」という言葉は、光発生手段(ここでは特に第1の光源)からの光の伝搬に対するアイテム又はフィーチャ(features)の配置に関する。光発生手段からの光ビーム内の第1の位置に対して、光発生手段に近い方の光ビーム内の第2の位置は「上流」であり、光発生手段から遠い方の光ビーム内の第3の位置は「下流」である。
照明デバイスは、例えばオフィス照明システム、家庭用アプリケーションシステム、店舗照明システム、住居照明システム、アクセント照明システム、スポット照明システム、劇場照明システム、光ファイバアプリケーションシステム、投影システム、自己照明ディスプレイシステム、画素化ディスプレイシステム、セグメント化ディスプレイシステム、警戒標識システム、医療用照明アプリケーションシステム、インジケータ標識システム、装飾照明システム、携帯型システム、自動車用アプリケーション、温室照明システム、園芸照明、又はLCDバックライトの一部とするか、又はこれらにおいて適用することができる。
上記のように、照明ユニットは、LCDデバイスにおけるバックライトユニットとして使用され得る。従って本発明は、バックライトユニットとして構成された、本明細書に規定されるような照明ユニットを含むLCDデバイスも提供する。本発明は、別の態様において、本明細書に規定されるような1つ以上の照明デバイスを含むバックライトユニットを備えた液晶ディスプレイデバイスも提供する。
好ましくは、光源は、動作中に少なくとも200〜490nmの範囲から選択される波長の光(光源光)を放出する光源であり、特に、動作中に少なくとも400〜490nmの範囲、とりわけ440〜490nmの範囲から選択される波長の光を放出する光源である。この光は、部分的に波長コンバータナノ粒子によって使用され得る(以下も参照のこと)。このため、特定の実施形態では、光源は青色光を発生させるように構成されている。
特定の実施形態では、光源は固体LED光源(LED又はレーザダイオード等)を含む。
「光源」という言葉は、2〜20の(固体)LED光源のような複数の光源に関連することもある。従って、LEDという言葉は複数のLEDを意味し得る。
本明細書における白色光という言葉は、当業者には既知である。これは特に、相関色温度(CCT)が約2000から20000Kまで、特に2700から20000Kまで、一般的な照明では特に約2700Kから6500Kの範囲内、バックライトの目的では特に約7000Kから20000Kの範囲内の色に関し、特にBBL(黒体軌跡)から約15SDCM(カラーマッチング標準偏差)内、特にBBLから約10SDCM内、とりわけBBLから約5SDCM内である。
「紫色光」又は「紫色放出」という言葉は、特に波長が約380〜440nmの範囲内にある光に関する。「青色光」又は「青色放出」という言葉は、特に波長が約440〜490nmの範囲内にある光に関する(ある程度の紫及びシアンの色調を含む)。「緑色光」又は「緑色放出」という言葉は、特に波長が約490〜560nmの範囲内にある光に関する。「黄色光」又は「黄色放出」という言葉は、特に波長が約540〜570nmの範囲内にある光に関する。「オレンジ色光」又は「オレンジ色放出」という言葉は、特に波長が約570〜600の範囲内にある光に関する。「赤色光」又は「赤色放出」という言葉は、特に波長が600〜750nmの範囲内にある光に関する。「ピンク色光」又は「ピンク色放出」という言葉は、青色及び赤色成分を有する光に関する。「可視」、「可視光」、又は「可視放射」という言葉は、特に波長が約380〜750nmの範囲内にある光に関する。
本明細書において、「実質的に全ての光」又は「実質的に成る」等に見られる「実質的に」という言葉は、当業者によって理解されるはずである。また、「実質的に」という言葉は、「全体的に」、「完全に」、「全て」等を用いた実施形態も含み得る。このため、実施形態において、形容詞的な「実質的に」は削除してもよいことがある。適用できる場合、「実質的に」という言葉は、100%を含めて、90%以上、例えば95%以上、特に99%以上、とりわけ99.5%以上に関連し得る。また、「備える(comprise)」という言葉は、この「備える」という言葉が「から成る(consists of)」を意味している実施形態も含む。「及び/又は」という言葉は、特に、「及び/又は」の前後に述べたアイテムの1つ以上に関する。例えば、「アイテム1及び/又はアイテム2」というフレーズ及び同様のフレーズは、アイテム1及びアイテム2のうち1つ以上に関連し得る。「備える(comprising)」という言葉は、ある実施形態では「から成る(consisting of)」を意味し得るが、別の実施形態では「少なくとも規定された種を含み、任意選択的に1つ以上の他の種も含む」ということも意味し得る。
更に、第1、第2、第3等の言葉は、記載において及び特許請求の範囲において、同様の要素間を区別するため用いられており、必ずしも連続した又は時系列の順序を記述するためのものではない。そのように使用される言葉が適切な状況では交換可能であること、本明細書に規定される本発明の実施形態は本明細書に記載又は図示するもの以外のシーケンスで動作可能であることは理解されよう。
本明細書のデバイスは、とりわけ動作中の説明が行われる。当業者には明らかであろうが、本発明は動作の方法又は動作中のデバイスに限定されない。
上述の実施形態は本発明の限定でなく例示であること、当業者は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的な実施形態を設計できることに留意すべきである。特許請求の範囲において、カッコ内に記すいずれの参照符号も、特許請求の範囲を限定するものとは解釈されないものとする。動詞「備える(to comprise)」及びその活用形の使用は、ある請求項に述べたもの以外の要素又はステップの存在を除外しない。ある要素の前の冠詞「a(1つの)」又は「an(1つの)」は、複数のそのような要素の存在を除外しない。本発明は、いくつかの別個の要素を含むハードウェアによって、及び適切にプログラミングしたコンピュータによって実施され得る。いくつかの手段を列挙したデバイスの請求項では、これらの手段のいくつかはハードウェアの同一のアイテムによって具現化され得る。相互に異なる従属項に特定の尺度(measures)が記載されているという事実だけで、これらの尺度を組み合わせて有利に使用することが不可能であると示されるわけではない。
本発明は更に、記載に述べられた及び/又は添付図面に図示された特徴付けるフィーチャの1つ以上を含むデバイスに該当する。本発明は更に、記載に述べられた及び/又は添付図面に図示された特徴付けるフィーチャの1つ以上を含む方法又はプロセスに関係する。
追加の利点を与えるため、本特許において検討される様々な態様を組み合わせることができる。更に、フィーチャのいくつかは1つ以上の分割出願のための基礎を形成することができる。
これより本発明の実施形態について、添付の概略図面を参照して一例としてのみ説明する。図面において、対応する参照符号は対応する部分を示す。
照明デバイスのいくつかの実施形態の1つを概略的に示す。この図は必ずしも一定の縮尺どおりに描かれていない。 照明デバイスのいくつかの実施形態の1つを概略的に示す。 照明デバイスのいくつかの実施形態の1つを概略的に示す。 照明デバイスのいくつかの実施形態の1つを概略的に示す。 照明デバイスのいくつかの実施形態の1つを概略的に示す。 照明デバイスのいくつかの実施形態の1つを概略的に示す。 照明デバイスのいくつかの実施形態の1つを概略的に示す。 照明デバイスのいくつかの実施形態の1つを概略的に示す。 燐光体についてのいくらかの情報及びいくらかの実験結果の1つを示す。 燐光体についてのいくらかの情報及びいくらかの実験結果の1つを示す。 燐光体についてのいくらかの情報及びいくらかの実験結果の1つを示す。 燐光体についてのいくらかの情報及びいくらかの実験結果の1つを示す。 燐光体についてのいくらかの情報及びいくらかの実験結果の1つを示す。 燐光体についてのいくらかの情報及びいくらかの実験結果の1つを示す。 燐光体についてのいくらかの情報及びいくらかの実験結果の1つを示す。 実行された合成の一部を概略的に示す。 実行される合成の一部を概略的に示す。 実行される合成の一部を概略的に示す。 実行される合成の一部を概略的に示す。
図1a〜図1h及び図3aは、必ずしも一定の縮尺どおりに描かれていない。
図1aは、光コンバータ100を有する照明デバイス1を概略的に示す。この実施形態において、光コンバータ100は、本明細書に規定されるようなルミネッセンス分子300を含むルミネッセンス物質140を少なくとも備えている。ルミネッセンス物質140は、この実施形態ではPET等の(ポリマー)マトリックスに埋め込まれているが、任意選択的に層として又はコーティングとして塗布することも可能である。見てわかるように、(光コンバータ100内の)ルミネッセンス物質と参照番号(複数の参照番号)10で示される光源(複数の光源)との間に非ゼロの距離dを有する遠隔バージョンが示されている。照明デバイス1は、光源光11、特に青色光及び/又はUV光を与えるように構成された1つ以上の光源10を備えている。照明デバイス1は複数のそのような光源を備えてもよい。白色性の、参照番号2で示される照明デバイス光が望ましい場合、RGB概念が必要となり得る。その場合、赤色又は少なくともその一部が赤色ルミネッセンス物質140によって与えられ、緑色光及び/又は黄色光、及び任意選択的に青色光が、光源及び光源と別のルミネッセンス物質、特に第2のルミネッセンス物質との組み合わせのうち1つ以上によって与えられる。任意選択的な第2のルミネッセンス物質は参照番号130で示され、第2のルミネッセンス物質光131を与える。
化学式Iに従ったルミネッセンス物質140は、光源光11によって、及び/又は1つ以上の他のルミネッセンス物質の放出光、例えば第2のルミネッセンス物質光131によって励起されると、ルミネッセンス物質光141を与える。ここで、光コンバータ100は光源10から遠隔にあり、従って光コンバータ100に埋め込まれたルミネッセンス物質も遠隔にある。任意選択的な第2のルミネッセンス物質130も遠隔に配置することができる(以下を参照のこと)が、一例では、例えばドーム形状で及び/又はLEDダイ上の層として、光源10の近傍にある。
単なる例示として、第2のルミネッセンス物質130なしの1つの光源を図示した。しかしながら別の実施形態では、全ての光源10が少なくとも第2のルミネッセンス物質130を用いて構成され得る。また、例示として3つの光源10を図示した。しかしながら、3つよりも多数又は少数の光源を適用してもよい。光源10は青色光及び/又はUV光を与え得ることに留意すべきである。第2のルミネッセンス物質130は、特に、(前記の光源10の光によって)励起されると、黄色光及び/又は緑色光を与えることができる。任意選択的に、第2のルミネッセンス物質130は赤色光も与えることができる。
図1a及び他の図は、透過性部分173を有するキャビティ172を少なくとも部分的に取り囲むエンクロージャ171を有する光チャンバ170を備えたデバイスを概略的に示す。ある実施形態では、透過性部分173は光コンバータ100を含むか、又は特に光コンバータ100から構成され得る。エンクロージャの非透過性部分の表面は参照番号171で示されている。表面171の少なくとも一部は、反射性コーティング等の反射体を含み得る。
光コンバータ100は、励起されると光変換光111を与える。この光は少なくともルミネッセンス物質光141を含むが、任意選択的に他のルミネッセンス光も含み得る(以下を参照のこと)。参照番号2で示される照明デバイス光は、少なくとも光変換光111/ルミネッセンス物質光141を含むが、任意選択的に、光源光11、第2のルミネッセンス物質光131、及び他のルミネッセンス物質(図示せず)の光のうち1つ以上も含み得る。
図1bは、光コンバータ100が第2のルミネッセンス物質130を有する上流層を含み得る実施形態を概略的に示す。任意選択的に、これは、同一のマトリックスを構成するが異なるルミネッセンス物質を含む2つの層を備えた光コンバータとすることができる。光源に対する第2のルミネッセンス物質130を有する層の距離はd1で示されている。図1aに概略的に示す実施形態とは異なり、この距離は、この実施形態では非ゼロである。
図1cは、光コンバータ100が、例えば量子ドットの形態の第2のルミネッセンス物質130と、本明細書に記載されるようなルミネッセンス物質140と、を含む実施形態を概略的に示す。ルミネッセンス物質140及び第2のルミネッセンス物質130は双方とも、この実施形態では(遠隔)光コンバータに埋め込まれている、すなわち、光コンバータ100の(ポリマー)マトリックスに埋め込まれている。
図1dは、透過性部分173が、0.25cmを超える体積の少なくとも2つのタイプのセグメントを含み、これら2つのタイプのセグメントが異なる重量比のルミネッセンス物質と第2のルミネッセンス物質とを含む実施形態を概略的に示す。例えば、第1のセグメントはルミネッセンス物質としてルミネッセンス物質140のみを含み、第2のセグメントはルミネッセンス物質として第2のルミネッセンス物質130のみを含む。ルミネッセンス物質140は、この実施形態ではPET等の(ポリマー)マトリックスに埋め込まれ得る。同様に、第2のルミネッセンス物質130は、PET等の(ポリマー)マトリックスに埋め込まれ得る。
図1eは、エンクロージャ170が(透過性部分173として)透過性拡散体(diffuser)160を含み、光コンバータがエンクロージャ171の非透過性部分の少なくとも一部に適用されている実施形態を概略的に示す。
図1fは反射性構成を概略的に示す。上述のように、ルミネッセンス物質140及び任意選択的な第2のルミネッセンス物質140は(双方とも)、(ポリマー)マトリックスに埋め込まれ得る。
実施形態の組み合わせも適用可能である。例えば、図1dのセグメント化光コンバータを、図1a、図1b、図1e、図1fのような他の図に示す光コンバータ(複数の光コンバータ)と組み合わせるか又はそれらの代わりに用いることができる。
図1gは、本明細書に規定されるような照明デバイス1の特定の実施形態である改造ランプを概略的に示す。図1hは、本明細書に規定されるような照明デバイス1の別の実施形態であり得る照明器具を概略的に示す。
図1a〜図1dにおいて、照明デバイスは、マトリックスを含むか又はマトリックスから成る光透過性ウィンドウを備えている。従って、マトリックスは光透過性ウィンドウとして適用され得る。図1e〜図1fでは、透過性拡散体が透過性ウィンドウとして用いられる。透過性ウィンドウは、エンベロープとして又はエンベロープの一部として用いられる。ここで、透過性ウィンドウはキャビティ172の少なくとも一部を取り囲む。透過性ウィンドウが必ずしも平坦とは限らないことに留意すべきである。実施形態ではマトリックスを含む透過性ウィンドウは、TLEDの実施形態又は改造白熱ランプ(電球)におけるように湾曲していることもある。
図2aは、左側にルミネッセンス分子300を極めて概略的に示す。これは、相互に共有結合された第2の基320(赤色光を発生させるためのアクセプタ)と第1の基310(青色光及び/又はUV光を受光すると共にエネルギをアクセプタに移動させるためのドナー)を含み、更に、一例として第1の基と第2の基との間に配置されたかさ高い基330を含む。参照番号315はリンカーを示し、これらの概略図では第1の基と第2の基との間の共有結合リンカーを与え、任意選択的にかさ高い基(複数の基)330を含み得る。ここで、破線MLは、破線22で極めて概略的に示されている(ポリマー)マトリックスとの結合を示す。分子300はそのようなマトリックス内に分子的に分散され得るので、ポリマーマトリックスは分子を完全に取り囲むことができる。ルミネッセンス基は、一例としてのみ、6環として概略的に示されている。図2aは右側に別の分子300を示す。この分子では、かさ高い基は第1の基310に付着し、第1の基310と第2の基との間には配置されていない。更に、一例としてリンカーは用いられず、第1の基310は第1の基に直接結合されている。右の例に合致した該当する第1の基の例は、例えば分子又は基2324及び2363である(上記を参照のこと)。一例として、分子300のこれらの実施形態は双方とも、(ポリマー)マトリックス22に付着している。例えばこれらは、マトリックス内に分子的に分散され、マトリックスとの結合を形成することができる。例えば、結合mlは交差結合が可能な基に基づき得る。
図2bは、第2の基の例として、各自由位置にG基を有する分子F300(又はF305)を示す。従って図2bは、F300の誘導体である分子を示し、F300は化学式I(上記を参照のこと)をベースとする想定される分子の1つである。この分子又は基は第2の基として使用可能である。これらのG基は各位置ごとに異なる場合があるが、理解を助けるために全てGと称する。G基は、とりわけ、H、R、OR、及びハロゲン(例えばRの定義について、上記も参照のこと)から別個に選択され得る。更に、この分子が(ポリマー)マトリックスに埋め込まれている場合、G基の1つ以上をマトリックスに共有結合することができる。特定の実施形態では、ほぼ全てのGはH原子であり、(ただし)特に1つ以上のG、例えば1〜6のG基は別のルミネッセンス基(第1の基(複数の基))に共有結合されている。更に、分子300がマトリックスに埋め込まれている場合、1つ以上のGをマトリックスに共有結合することができる。とりわけ図2a〜図2bを参照すると、(同一の分子における)2つの隣接した第1及び第2の基310、320は特に、相互に対して最短の距離、例えば約10nm以下、特に約5nm以下、例えば約2.5nm以下に配置され得る。そのような距離では、フェルスター共鳴エネルギ移動(FRET)が起こり得る。図2cは、第1の基の例として、各自由位置にG基を有するF084を概略的に示す。従って、図2cに示す分子はF084の誘導体である。この場合も、G基は、H、R、OR、及びハロゲン(例えばRの定義について、上記も参照のこと)から別個に選択され得る。更に、この分子がマトリックスに埋め込まれている場合、G基の1つ以上をマトリックスに共有結合することができる。特定の実施形態では、ほぼ全てのGはH原子であり、(ただし)特に1つ以上のG、例えば1〜6のG基は別のルミネッセンス基(第2の基(複数の基))に共有結合されているか又はマトリックスに共有結合されている。図2b及び図2cは特に、本明細書に規定される各基又は分子が、1つ以上の置換基(例えばH以外)を有するその誘導体も表し得ることを示すために図示されている。
化合物2452(上記を参照のこと)を合成した。中央の赤色部分の構造はF−300と類似している。2452は化合物2409(上記を参照のこと)から誘導され、4つの黄色部分は黄色染料F−084(上記を参照のこと)から誘導される。
また、化合物2455(上記を参照のこと)を合成した。中央の赤色部分の構造は、F−300と類似し、公式には化合物2354(上記を参照のこと)から誘導される。(2455における)4つの黄色部分は黄色染料F−084(上記を参照のこと)から誘導される。
PMMA又はクロロホルムにおける2452及び2455の吸収(又は励起)スペクトルは、それぞれ正確にF084及び2409並びにF084及び2354の4:1混合物の追加スペクトルである。しかしながら、双方の分子において、500nm付近の黄色部分の放出(F084の放出と同様の)は完全に欠如している(PMMAにおける2455の正規化励起(EX)及び放出スペクトル(EM)を示す図2dを参照のこと。x軸のλはnmで示し、y軸の強度は任意の単位で示し、最大強度は1に正規化されている)。これと同じことが化合物2452で観察される。赤色部分の放出(2354又は2409の放出と同様の)のみが観察される。これは、黄色部分から赤色部分への励起状態の定量的なエネルギ移動を示すものである。
しかしながら、PLQE(フォトルミネッセンス量子効率)を測定した場合、比較的低い値が得られた。赤色化合物2409及び2354のPLQEは0.9であるので、黄色部分でエネルギ損失が生じると思われる。これらの黄色部分は赤色部分に共有結合し、従って相互に密接するか、又は凝集構造(aggregated structure)を形成する場合もある。この結果、励起状態の消光が生じる。この消光を回避するため、赤色2409(上記を参照のこと)及び黄色2363からの誘導により新しい分子2440(上記を参照のこと)を生成した。化合物2363(上記を参照のこと)は、密接又は凝集を妨げるジイシプロピルフェニルイミド部分を含有する。図2e(2440の正規化した励起EX及び放出スペクトル(EM)を示す)は、この化合物がほぼ定量的なエネルギ移動を示すことを表している。この化合物のPLQE値は、2409の値、すなわち0.9に等しい。このため、ジイシプロピルフェニルイミドによって導入される立体障害(sterical hindrance)は、「黄色」分子部分の消光を回避する。
更に、60℃で2.8W/cmの青色レーザ光による照明下で寿命を測定することにより、PMMAフィルム内の分子の安定性を試験した。赤色放出の低減を測定し、指数プロットから減衰率を計算して表1に提示した。
この表は、2409が、照明ソリューションに適用可能な染料であるF−305とほぼ同じ寿命を有することを示す。これは、2363から誘導される2440における黄色部分の安定性が、2363自体よりもはるかに良好な寿命を有することを示す。このため、これらの材料の光劣化は、蛍光条件下に比べてエネルギ移動条件下の方がはるかに遅い。分子2440は2409に比べて8倍速く減衰する。これはおそらく、450nmでの2440の吸収係数が2409のほぼ8倍の大きさである事実によるものである。
青色LED、2440を含有する「赤色」層(図3aの上流層、参照番号140)、及び有機黄色染料2389とYAG:Ceの混合から生成した「黄色」層(図3aの下流、参照番号130)から、改造チューブを作製した。
このチューブは、相関色温度(CCT)が4000Kであり、黒体線(BBL:black body line)上の演色評価数(CRI:color rendering index)が約80である。化合物2440及び上述の黄色混合物を用いて、変換効率が248lm/W(青色光)のランプを製造した。これにより、電気−光変換効率(wall plug efficiency)が70%のLEDと共にこの燐光体を用いた場合、電気的有効性(electrical efficacy)が173lm/W(電気)のランプが得られる。
いくつかの染料について、黄色部分のかさ高いジイソプロピル基の存在と関連付けて、量子効率を調べた。以下の表2を参照のこと。2409(上記を参照のこと)及び2324(上記を参照のこと)から誘導して、これら同一のかさ高い基を含有する別の分子2517(上記を参照のこと)を生成した。この分子2517も、2452又は2455よりもはるかに高いPLQEを示した。
更に、FRETに対する混合物濃度の影響を評価した(図3bも参照のこと。図3は、4:1モル比の2363及び2409の混合物の放出スペクトル(λex=410nm)を、PMMAにおける様々な全重量パーセントの2363及び2409について示す)。エネルギ移動に対する混合物濃度の影響を調べるため、2363(黄色放出有機分子を示す)及び2409(赤色放出有機分子を示す)の混合物を、PMMAにおいて4:1のモル比で、2363及び2409の様々な全重量パーセントで作製した。フィルム厚さは、450nmで0.1よりも低い吸収率を保証するように制御した。これは、極めて低い吸収率でのみ有効である蛍光強度と濃度との線形の関係を保証するため行われる。高濃度では、自己消光(励起状態間の衝突)及び自己吸収(吸収及び蛍光帯が重複する場合)を無視することができない。これは、とりわけ、黄色放出の赤色シフトから判断することができる(このシフトは自己吸収を示す)。
図3bでは、410nmで励起される放出スペクトルが約460nmで黄色最大値に正規化されている。濃度が高くなると、相対的な赤色放出の強度が高くなり、これはエネルギ移動がいっそう効率的に起こることを意味する。0.95の値は、4:1モル比の0.95wt%の2363及び2409を示し、同様に、0.43、0.065、及び0.02の値は、PMMAにおける4:1モル比の2363及び2409の重量パーセントを示す。
2452の合成(図4Aのスキーム)
A:2414
2411(1.5g、1.19mモル、Yang等のJ.Am.Chem.Soc.2011、133、9964〜9967に従って調製された)の懸濁液及びDMF(2滴)に、塩化オキサリル(1.2mL、14.28mモル)を0℃で滴下した。懸濁液から透明な溶液にゆっくり変化した混合物を、室温で一晩撹拌し、次いで減圧下で濃縮した。得られた固体をヘプタンで洗浄し、真空乾燥した。化合物2414(1.5g、95%)が赤色の固体として得られた。
B:2523
1.3−プロパンジオール(1.4mL、20.0mモル)、DMAP(1.5g、12.0mモル)、及びピリジン(1.2mL)のTHF(150mL)に、酸クロリド2522(1.6g、3.8mモル)のTHF(160mL)を0℃で加えた。10分後、DCC(800mg、3.9mモル)を加え、この混合物を室温で一晩撹拌した。次いで混合物をDCMで希釈し、水で洗浄し、乾燥させ(Na2SO4)、濾過し、濃縮した。次いで、化合物2523を、カラムクロマトグラフィ(SiO)で精製し、DCM/TBME4/1から3/1で溶出させた。化合物2523(1.5g、86%)がオレンジ色の固体として得られた。
C:2452
化合物2523(1.5g、3.3mモル)のDCM(50mL)、THF(100mL)、及びピリジン(2mL)に、DMAP(417mg、3.4mモル)及びテトラ酸クロリド2414(758mg、0.57mモル)を0℃で加えた。反応混合物を50℃で50時間撹拌し、減圧下で濃縮した。残留物をシリカゲル上にコーティングし、SiOを含有するカラムの上に注いだ。DCM/TBME40/1の溶出により、完全には純粋でない異なる比の異性体(黄色部分)を含有する化合物2452の2留分を得た。ヘプタン及びMeOHで粉砕し、ガラスフィルタで濾過し(2x)、減圧下で50℃で乾燥させることで、2452が暗赤色の粉末として得られた(175mg及び440mg、36%)。M+Na=3024,1(MALDIで100%ピーク)、λmax(クロロホルム)=468nm、ε=104900及び560nm、ε=44500、λ(em)(クロロホルム)591nm。
2455の合成(図4Bのスキーム)
A:2521
ジエステル1(5g、11.05mモル、TCIから得た)の1,4−ジオキサン懸濁液(300mL)、トルエン(100mL)、及び水(2mL)を、透明なオレンジ色の溶液が得られるまで還流した。1,4−ジオキサン(200mL)及び水(3mL)中のKOH(741mg、13.20mモル)を1時間かけて滴下した。この混合物を一晩還流させ、室温まで冷却し、減圧下で濃縮した。残留物をDCMで粉砕し、濾過して、残りのジエステル1を除去した。化合物1が全て除去されたことが1,4−ジオキサン中の固体残留物のTLCによって示されるまで、DCMによる洗浄を繰り返した。オレンジ色の固体を1,4−ジオキサンに溶解し、4N HClの1,4−ジオキサン溶液(80mモル、20mL)を加えた。この混合物を10分間撹拌し、減圧下で濃縮した。残留物を水中で粉砕し、濾過して、塩を除去した。収集した固体を再び水で、次いでヘプタンで洗浄し、真空中で乾燥させて、化合物2521をオレンジ色の固体として得た(1.5g、36%)。
B:2522
2521(1.5g、4.0mモル)の懸濁液及びDMF(2滴)に、塩化オキサリル(3.4mL、40mモル)を0℃で滴下した。懸濁液から透明なオレンジ色の溶液にゆっくり変化した混合物を、室温で3時間撹拌し、次いで減圧下で濃縮した。得られた固体をヘプタンで洗浄し、真空乾燥した。化合物2522(1.6g、96%)がオレンジ色の固体として得られた。
C:2455
化合物2354(378g、0.30mモル、Klok等のMacromol.Biosci.2003、3、729〜741に従って調製された)のDCM(50mL)、THF(100mL)、及びピリジン(2mL)溶液に、DMAP(147mg、1.20mモル)、酸クロリド2522(1.0g、0.241mモル)、及びDCC(62mg、0.30mモル)を0℃で加えた。反応混合物を50℃で50時間撹拌し、減圧下で濃縮した。残留物をヘプタン及びMeOHで洗浄して、黄色の不純物を除去した。化合物2455を更に第1のカラムクロマトグラフィによって精製した(SiO、DCM/TBME30/1で溶出)。第2のカラムクロマトグラフィ(SiO、DCM/MeOH200/1で溶出)によって、純粋な化合物2455(445mg、53%)が暗赤色の粉末として得られた。M+Na=2792,2(MALDIで100%ピーク)、λmax(クロロホルム)=466nm、ε=99100及び579nm、ε=41600、λ(em)(クロロホルム)607nm。
2517の合成(図4Cのスキーム)
化合物2326(450mg、0.83mモル、米国特許第2014153247号に従って調製された)のDCM(20mL)、THF(20mL)、及びピリジン(0.5mL)溶液に、DMAP(98mg、0.80mモル)、テトラ酸クロリド2414(213mg、0.16mモル)、及びDCC(132mg、0.64mモル)を0℃で加えた。反応混合物を60℃で50時間撹拌し、減圧下で濃縮した。残留物をシリカゲル上にコーティングし、SiOを含有するカラムの上に注いだ。DCM/TBME50/1から30/1の溶出により、化合物2517を含有する第1留分を得た。完全には純粋でない化合物2517をヘプタン及び熱いMeCNで粉砕し、ガラスフィルタで濾過し(2x)、減圧下で50℃で乾燥させることで、2517が暗赤色の粉末として得られた(220mg、41%)。M+Na=3364,2(MALDIで100%ピーク)、λmax(酢酸エチル)=504nm、ε=125000及び558nm、ε=40800、λ(em)(酢酸エチル)599nm。
また、本発明は、特に上記の化合物から出発し、特に上記とほぼ同じ条件下での、化合物2452、2455、2440、2517の1つ以上を得るために処理された上記の化学物質にも関する。
2440の合成(図4Dのスキーム)
A:2493
無水物2460(1.7g、5.9mモル、Peters等のJ.Soc.Dyes and Colorants 1989、105、29に従って調製された)、アニリン2323(1.7g、7.1mモル、Schrekker等のMacromolecules 2006、39、6341〜6354に従って調製された)、及び酢酸亜鉛二水和物(1.5g、7.1mモル)を、イミダゾール(30g)と共に混合した。反応混合物を160℃で窒素下で3時間撹拌した。室温まで冷却した後、酸性pHが得られるまで、混合物に5Nの塩酸水溶液を加え、水層をDCM(4x)で抽出した。結合した有機層を、1NのHCl水溶液、水で洗浄し、Na2SO4で乾燥させ、濾過し、減圧下で溶剤を除去した。DCM/EtOAc50/1から10/1を用いたカラムクロマトグラフィ(SiO)によって、化合物2493(2.3g、77%)が黄色い固体として得られた。
B:2440
化合物2493(2.8g、5.5mモル)のDCM(150mL)、THF(50mL)、及びピリジン(2mL)溶液に、DMAP(677mg、5.5mモル)及びテトラ酸クロリド2414(1.2g、0.9mモル)を0℃で加えた。反応混合物を35℃で50時間撹拌し、減圧下で濃縮した。残留物をシリカゲル上にコーティングし、カラムクロマトグラフィ(SiO)の上に注いだ。DCM/TBME50/1から30/1の溶出により、化合物2440を含有する第1留分を得た。更に、DCM/TBME20/1の溶出により、化合物2493(800mg)が回収された。固体化合物2440を、ガラスフィルタ上でMeOH及びヘプタン(2x)で洗浄し、減圧下で50℃で乾燥させることで、赤い粉末が得られた(2.2g、76%)。M+Na=3228.3(MALDIで100%ピーク)、λmax(クロロホルム)=427nm、ε=162000及び562nm、ε=61600、λ(em)(クロロホルム)593nm。
また 本発明は、特に上記の化合物から出発し、特に上記とほぼ同じ条件下での、化合物2452、2455、2440、2517の1つ以上を得るために処理された上記の化学物質にも関する。

Claims (14)

  1. 青色光成分を有する光源光を与える光源と、前記光源光の少なくとも一部を変換光に変換する光コンバータと、を備える照明デバイスであって、前記光コンバータがルミネッセンス物質を用いたポリマーマトリックスを備え、前記ルミネッセンス物質が、前記青色光成分の少なくとも一部を吸収することができる第1の基と、赤色光成分を有するルミネッセンス分子光を放出することができる第2の基と、を備える有機ルミネッセンス分子を備え、前記第1の基が、前記青色光成分の前記少なくとも一部の前記吸収によって獲得したエネルギーの少なくとも一部を、赤色光成分を有する前記ルミネッセンス分子光の発生のために前記第2の基へ移動させ、前記第2の基が、
    又はその自由位置における各水素を相互に無関係に別の基に変更した誘導体を含み、
    前記第1の基が、
    及びその自由位置における各水素を相互に無関係に別の基に変更した誘導体のうちの1つ以上を含む、照明デバイス。
  2. 前記第1の基が、前記青色光成分の少なくとも一部を吸収する基を含み、緑色光及び黄色光のうち1つ以上に変換することができ、前記第2の基が前記緑色光及び黄色光のうち1つ以上を吸収し、前記第1の基がフェルスター共鳴エネルギー移動ドナーとして構成され、前記第2の基がフェルスター共鳴エネルギー移動アクセプタとして構成されている、請求項1に記載の照明デバイス。
  3. 前記ルミネッセンス分子が第3級又は第4級炭素を含む基をさらに含む、請求項1又は2に記載の照明デバイス。
  4. 前記第3級又は第4級炭素を含む基が前記第1の基と前記第2の基との間に配置されている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の照明デバイス。
  5. 前記第3級又は第4級炭素を含む基が、
    又はその誘導体を含む、請求項3又は4に記載の照明デバイス。
  6. 青色光成分を有する光源光を与える光源と、前記光源光の少なくとも一部を変換光に変換する光コンバータと、を備える照明デバイスであって、前記光コンバータがルミネッセンス物質を用いたポリマーマトリックスを備え、前記ルミネッセンス物質が、前記青色光成分の少なくとも一部を吸収することができる第1の基と、赤色光成分を有するルミネッセンス分子光を放出することができる第2の基と、を備える有機ルミネッセンス分子を備え、前記第1の基が、前記青色光成分の前記少なくとも一部の前記吸収によって獲得したエネルギーの少なくとも一部を、赤色光成分を有する前記ルミネッセンス分子光の発生のために前記第2の基へ移動させ、前記第2の基が、
    又はその自由位置における各水素を相互に無関係に別の基に変更した誘導体を含み、
    前記第1の基が、
    及びその自由位置における各水素を相互に無関係に別の基に変更した誘導体のうちの1つ以上を含む、照明デバイス。
  7. 前記第1の基及び前記第2の基が、少なくとも4つの化学結合の共有結合鎖によって相互に分離され、前記鎖がC、O、N、及びSi原子のうち1つ以上を含む、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の照明デバイス。
  8. 前記ルミネッセンス分子中の第1の基の数が第2の基の数よりも多い、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の照明デバイス。
  9. 青色光成分を有する光源光を与える光源と、前記光源光の少なくとも一部を変換光に変換する光コンバータと、を備える照明デバイスであって、前記光コンバータがルミネッセンス物質を用いたポリマーマトリックスを備え、前記ルミネッセンス物質が、前記青色光成分の少なくとも一部を吸収することができる第1の基と、赤色光成分を有するルミネッセンス分子光を放出することができる第2の基と、を備える有機ルミネッセンス分子を備え、前記第1の基が、前記青色光成分の前記少なくとも一部の前記吸収によって獲得したエネルギーの少なくとも一部を、赤色光成分を有する前記ルミネッセンス分子光の発生のために前記第2の基へ移動させ、
    前記有機ルミネッセンス分子が、
    及びそれらの自由位置における各水素を相互に無関係に別の基に変更した誘導体から成る群から選択される、照明デバイス。
  10. 前記光源が固体光源を含み、前記マトリックスが、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、及びポリエチレンナフタレート(PEN)のうち1つ以上を含み、前記照明デバイスが、緑色光成分及び黄色光成分のうち1つ以上を有する第2のルミネッセンス物質光を与える第2のルミネッセンス物質を更に含む、請求項1乃至9のいずれか1項に記載の照明デバイス。
  11. 青色光成分の少なくとも一部を吸収することができる第1の基と、赤色光成分を有するルミネッセンス分子光を放出することができる第2の基と、を備える有機ルミネッセンス分子を備えるルミネッセンス物質であって、前記第1の基が、前記青色光成分の前記少なくとも一部の吸収によって獲得した前記エネルギーの少なくとも一部を、赤色光成分を有する前記ルミネッセンス分子光の発生のために前記第2の基へ移動させ、前記第2の基が、
    又はその自由位置における各水素を相互に無関係に別の基に変更した誘導体を含み、
    前記第1の基が、
    及びその自由位置における各水素を相互に無関係に別の基に変更した誘導体のうちの1つ以上を含む、ルミネッセンス物質。
  12. 青色光成分の少なくとも一部を吸収することができる第1の基と、赤色光成分を有するルミネッセンス分子光を放出することができる第2の基と、を備える有機ルミネッセンス分子を備えるルミネッセンス物質であって、前記第1の基が、前記青色光成分の前記少なくとも一部の吸収によって獲得した前記エネルギーの少なくとも一部を、赤色光成分を有する前記ルミネッセンス分子光の発生のために前記第2の基へ移動させ、前記第2の基が、
    又はその自由位置における各水素を相互に無関係に別の基に変更した誘導体を含み、
    前記第1の基が、
    及びその自由位置における各水素を相互に無関係に別の基に変更した誘導体のうちの1つ以上を含む、ルミネッセンス物質。
  13. 青色光成分の少なくとも一部を吸収することができる第1の基と、赤色光成分を有するルミネッセンス分子光を放出することができる第2の基と、を備える有機ルミネッセンス分子を備えるルミネッセンス物質であって、前記第1の基が、前記青色光成分の前記少なくとも一部の吸収によって獲得した前記エネルギーの少なくとも一部を、赤色光成分を有する前記ルミネッセンス分子光の発生のために前記第2の基へ移動させ、
    前記有機ルミネッセンス分子が、
    及びそれらの自由位置における各水素を相互に無関係に別の基に変更した誘導体のうち1つ以上を含む、ルミネッセンス物質。
  14. 光源光を与える光源と、前記光源光の少なくとも一部をルミネッセンス分子光に変換する、請求項11乃至13のいずれか1項に記載のルミネッセンス物質と、を備える、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の照明デバイス。
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