ОПТИЧЕСКАЯ КОМПОЗИЦИЯ Российский патент 2018 года по МПК G02B1/04 G02B1/02 B82Y20/00 B82Y40/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к композиции, оптической композиции, а также светоизлучающему устройству и оптическому составному элементу, содержащим оптическую композицию. Настоящее изобретение также относится к способу получения оптической композиции.

Уровень техники изобретения

Во многих светоизлучающих устройствах, содержащих твердотельный источник света, например, LED (светоизлучающий диод), твердотельный источник света заключен в оболочку из прозрачного материала для увеличения извлечения света из устройства и защиты твердотельного источника света. В качестве герметизирующего материала важно использовать материалы с высоким показателем преломления, например, силиконы, а также с высокой фотохимической стабильностью. Герметизирующий материал, содержащий материал с высоким показателем преломления, может значительно увеличить эффективность системы при использовании в составном элементе, например, элементе преобразования длины волны, или прозрачном покрывающем элементе таких светоизлучающих устройств.

Было предложено диспергировать нанокристаллы в матрице из материала с высоким показателем преломления, такой как полимерная матрица, например, силиконовая матрица, для дополнительного увеличения показателя преломления матрицы. Нанокристаллы как правило получают и поверхностно модифицируют до диспергирования в матрице. Нанокристаллы являются поверхностно-модифицированными для увеличения совместимости с материалом матрицы, имеющим высокий показатель преломления. Однако, этот способ имеет свойство давать увеличение избыточного рассеяния света из-за агрегации нанокристаллов.

В US 2012/0068118 A1 рассматривается проблема нежелательного рассеяния света и предлагается матрица, легированная полупроводниковыми нанокристаллами, которые содержат лиганды, которые позволяют смешиваться с различными материалами матрицы, включая полимеры, таким образом, чтобы рассеивалась минимальная часть света. Раскрыта композиция, которая содержит наноструктуру, а также полимерный лиганд, связанный с поверхностью наноструктуры. Лиганд содержит линейную основную кремнийорганическую цепь и один или несколько образующих связи с наноструктурой фрагментов, присоединенных к основной кремнийорганической цепи.

Однако, в данной области все еще имеется потребность в композициях с высоким показателем преломления, а также с уменьшенным избыточным рассеянием света. Также в данной области имеется потребность в улучшенных способах получения композиций с высоким показателем преломления и уменьшенным избыточным рассеянием света.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является, по меньшей мере, частичное преодоление данной проблемы, а также обеспечение оптической композиции и способа получения оптической композиции, позволяющих добиться дополнительного уменьшения рассеяние света.

Недостаток предшествующего уровня техники состоит в том, что если исходить из нанокристаллов в текучем носителе, то высокая подвижность нанокристаллов, как правило, приводит к агрегации нанокристаллов. В настоящем изобретении авторы изобретения предлагают осуществить образование нанокристаллов непосредственно внутри прозрачной матрицы. В настоящем изобретении обеспечивается композиция, содержащая прозрачную матрицу и металлоорганический комплекс. Как следствие, нанокристаллы могут образовываться непосредственно в прозрачной матрице по мере того, как металлоорганический комплекс контактирует с агентом, содержащим, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена. Низкая подвижность металлоорганического комплекса внутри прозрачной матрицы способствует затруднению и предотвращению агрегации нанокристаллов.

Согласно первому аспекту изобретения обеспечивается композиция для получения оптической композиции, содержащая прозрачную матрицу, содержащую органические анионные фрагменты, а также катионы металла, распределенные в матрице. Указанные органические анионные фрагменты и указанные катионы металла образуют металлоорганический комплекс. Кроме того указанные катионы металла способны образовывать прозрачные нанокристаллы при контакте с агентом, содержащим, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена.

Преимущества композиции согласно настоящему изобретению заключаются в том, что отсутствует потребность в образовании или поверхностной модификации нанокристаллов до получения оптической композиции. Кроме того, показатель преломления композиции регулируется в зависимости от времени воздействия агента, содержащего, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена. Кроме того, металлоорганический комплекс не агрегируется в композиции, и таким образом ничто не делает нанокристаллы склонными к агрегации при воздействии указанного агента. Предотвращение агрегации приводит к предотвращению избыточного рассеяния света.

Согласно одному из вариантов осуществления, металлоорганический комплекс равномерно распределен в матрице.

Согласно одному из вариантов осуществления матрица содержит полимер и органические анионные фрагменты, являющиеся органическими анионными боковыми группами указанного полимера.

В одном из примеров органическая анионная боковая группа полимера является карбоксилатной группой, выбираемой из группы, состоящей из, например, COO^-, HCOO⁻, CH₃COO⁻, CH₃CH(ОH)COO⁻, (COO)₂^2-, C₃H₅O(COO)₃^3-, C₅H₇O₂^-, C₆H₅COO^-. Органическая анионная боковая группа может также быть сульфонатной группой (RSO₂O^-).

Согласно одному из вариантов осуществления матрица является силиконовой матрицей или матрицей на основе производного силикона, содержащей, по меньшей мере, одно соединение из полисилоксана и кремнийорганического каучука.

Согласно одному из вариантов осуществления указанные ионы металлов выбирают из группы, состоящей из ионов цинка, ионов кадмия и ионов железа.

В одном из примеров композиция может также содержать нанокристаллы, распределенные в матрице.

В одном из примеров металлоорганический комплекс имеет реакционноспособные группы для химического присоединения к полимерной сети матрицы.

Согласно второму аспекту изобретение обеспечивает оптическую композицию, содержащую прозрачную матрицу, содержащую соответствующие органическим фрагментам остатки и распределенные в матрице немодифицированные нанокристаллы, состоящие из катионов металла и, по меньшей мере, одного элемента, выбираемого из группы, состоящей из серы и селена.

Преимущество оптической композиции заключается в увеличенном и регулируемом показателе преломления. Кроме того, прозрачные нанокристаллы не поглощают свет. Кроме того нанокристаллы не требуют ни какой-либо поверхностной модификации, ни каких-либо лигандов, связанных с их поверхностью, для предотвращения агрегации.

Согласно одному из вариантов осуществления нанокристаллы равномерно распределены в содержащей их матрице. Равномерное распределение предполагает предотвращение рассеяния света за счет уменьшения агрегатов нанокристаллов.

Согласно одному из вариантов осуществления оптическая композиции имеет показатель преломления в диапазоне от 1,6 до 1,9.

Согласно одному из вариантов осуществления матрица является сшитой.

В одном из примеров нанокристаллы выбирают из группы, состоящей из ZnS, CdS, ZnSe, CdSe и PbS.

В одном из примеров соответствующий органическому фрагменту остаток выбирают из группы, состоящей из, например, COOH, HCOOH, CH₃COOH, CH₃CH(О)COOH, (COOH)₂, C₃H₅O(COOH)₃, C₅H₈O₂, C₆H₅COOH, RSO₂OH. Соответствующие органическому фрагменту остатки легко обнаружить в оптической композиции.

Согласно третьему аспекту обеспечивается светоизлучающее устройство, содержащее твердотельный источник света и оптическую композицию, расположенную поверх указанного твердотельного источника света.

Согласно четвертому аспекту, обеспечивается оптический составной элемент, содержащий оптическую композицию.

В одном из примеров обеспечивается прозрачный покрывающий элемент, содержащий оптическую композицию. Например, прозрачный покрывающий элемент может покрывать твердотельный источник света в светоизлучающем устройстве.

В одном из примеров обеспечивается элемент преобразования длины волны для светоизлучающего устройства, содержащий оптическую композицию и материал преобразования длины волны.

В пятом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ получения оптической композиции, содержащий стадии:

a) обеспечения прозрачной матрицы, содержащей органические анионные фрагменты,

b) диспергирования катионов металла в матрице таким образом, чтобы органические анионные фрагменты и катионы металла образовывали металлоорганический комплекс,

c) обеспечения контактирования металлоорганического комплекса с агентом, содержащим, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена, чтобы обеспечить превращение, по меньшей мере, части катионов металла в прозрачные нанокристаллы непосредственно в матрице.

Образование нанокристаллов непосредственно в матрице обеспечивает более легкое и более эффективное получение оптических композиций с уменьшенным избыточным рассеянием света. Способ является простым, поскольку он не требует стадии поверхностной модификации нанокристаллов. Способ является более эффективным, поскольку образование непосредственно в матрице обеспечивает пониженное образование агрегатов нанокристалла, и благодаря этому также способствует уменьшенному избыточному рассеянию света. Кроме того, показатель преломления оптической композиции можно регулировать в процессе получения оптической композиции.

Согласно одному из вариантов осуществления способ получения оптической композиции содержит стадии:

a) обеспечения композиции согласно настоящему изобретению,

c) обеспечения контактирования металлоорганического комплекса с агентом, содержащим, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена, чтобы обеспечить превращение, по меньшей мере, части катионов металла в прозрачные нанокристаллы непосредственно в матрице.

Согласно одному из вариантов осуществления стадию c) проводят до тех пор, пока не будет достигнут показатель преломления оптической композиции, соответствующий 100% степени превращения металлоорганического комплекса.

Согласно одному из вариантов осуществления способ дополнительно содержит стадию сшивания матрицы с помощью излучения высокой энергии, выбираемого из группы, состоящей из: ультрафиолетового излучения (UV), гамма-излучения, электронов. Стадия сшивания матрицы может быть также осуществлена путем нагревания.

В одном из примеров способ получения оптической композиции содержит стадии: подготовки смеси, необязательно очищенной и совместимой, содержащей реакционноспособные мономеры и металлоорганический комплекс; полимеризации указанной смеси с использованием излучения высокой энергии; и обеспечения контактирования металлоорганического комплекса с агентом, содержащим, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена, для реакции непосредственно в матрице с участием, по меньшей мере, части катионов металла с образованием прозрачных нанокристаллов, например, сульфида или селенида металла. Смесь может быть пришита к матрице до или после стадии контактирования.

В одном из примеров способ может дополнительно включать стадию создания прозрачного покрывающего элемента или элемента преобразования длины волны, содержащих оптическую композицию согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

В одном из примеров матрица обеспечивается путем полимеризации мономеров с реакционноспособными группами. Например, полимеризация может быть реакцией присоединения. В случае силиконов реакционноспособные группы могут включать винильные группы, а сшивающий агент может содержать Si-H группы. Полимеризацию можно инициировать с помощью катализатора, такого как Pt-катализатор. Также если мономеры снабжены винильными группами можно использовать радикально инициированную полимеризацию. В случае силоксанов обычно используется инициированная пероксидом полимеризация. Кроме того, также можно использовать полимеризацию за счет реакции конденсации, чтобы обеспечить матрицу из сшитых полимеров.

В одном из примеров обеспечивается оптическая композиция, полученная в соответствии со способом согласно настоящему изобретению.

Отмечается, что изобретение относится ко всем возможным комбинациям признаков, изложенных в формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

Эти и другие аспекты настоящего изобретения теперь будут описаны более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, показывающие вариант(ы) осуществления изобретения.

На Фиг. 1 показана схема реакции образования нанокристаллов непосредственно в матрице согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 2 схематически изображено светоизлучающее устройство, содержащее прозрачный покрывающий элемент, содержащий оптическую композицию согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 3a-c показаны примеры элементов преобразования длины волны, содержащих оптическую композицию согласно вариантам осуществления изобретения и материал преобразования длины волны.

На Фиг. 4a-b схематически показан способ получения оптической композиции согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На Фиг. 5 представлен показатель преломления оптической композиции согласно вариантам осуществления настоящего изобретения до и после контактирования с газообразным H₂S, соответственно.

Касательно того, что проиллюстрировано на фигурах, размеры слоев и областей преувеличены в иллюстративных целях и, таким образом, представлены для иллюстрации общих структур согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Одинаковые номера позиций относятся к одинаковым элементам во всем документе.

Подробное описание

Настоящее изобретение будет теперь описано более подробно далее со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения. Это изобретение может, однако, быть осуществлено во многих различных видах и не должно рассматриваться как ограниченное вариантами осуществления, изложенными в данном документе; скорее эти варианты осуществления представлены для полноты и законченности и в полной мере передают объем изобретения специалисту.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что показатель преломления композиции для использования, например, в светоизлучающих устройствах можно увеличить, при отсутствии увеличения рассеяние света, путем образования нанокристаллов непосредственно в композиции.

Композиция содержит прозрачную матрицу, содержащую органические анионные фрагменты и катионы металла, распределенные в матрице. Катионы металла и органические анионные фрагменты образуют металлоорганический комплекс. Прозрачная матрица может быть подвержена полимеризации для обеспечения химически сшитой сети. Когда распределенные катионы металла контактируют с агентом, содержащим, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена, катионы металла могут непосредственно в матрице образовывать нанокристаллы, по меньшей мере, с одним элементом, выбираемым из группы, состоящей из серы и селена.

Диспергирование катионов металла и образование нанокристаллов непосредственно в матрице, как правило, дополнительно уменьшает риск агрегации и благодаря этому также избыточное рассеяние света.

За счет образования нанокристаллов непосредственно в матрице отсутствует потребность в образовании или поверхностной модификации нанокристаллов до получения оптической композиции. Таким образом, полученная оптическая композиция может содержать прозрачную матрицу, содержащую соответствующие органическим фрагментам остатки, и распределенные в матрице немодифицированные (то есть поверхностно-немодифицированные) нанокристаллы, содержащие катионы металла и, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена.

Термин "непосредственно в матрице", в данном документе используется, чтобы описать то, что нанокристаллы образуются не до контакта с матрицей, как в обычных способах, а внутри матрицы, когда катионы металла металлоорганических комплексов контактируют с агентом, содержащим, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена.

При образовании нанокристаллов непосредственно в матрице согласно настоящему изобретению, подвижность металлоорганического комплекса значительно ниже, чем подвижность предварительно образованных нанокристаллов согласно обычным способам. Таким образом, образование нанокристаллов непосредственно в матрице, описанное в данном документе, как правило, уменьшает агрегацию нанокристаллов, уменьшая таким образом избыточное рассеяние света.

Термином "органический анионный фрагмент" в данном документе означается органическая молекула или соединение или органическая часть молекулы или соединения, имеющая большее количество электронов, чем протонов, обладая, таким образом отрицательным зарядом. Органический анионный фрагмент может быть молекулой с органическими анионными группами. В соответствии с другим вариантом органический анионный фрагмент может быть органической анионной боковой группой полимера матрицы. Органический анионный фрагмент может быть выбран из группы, состоящей из, например, карбоксилатных, сульфонатных и ацетонатных групп.

Термином "соответствующий органическому фрагменту остаток" в данном документе означается незаряженное состояние органического анионного фрагмента. Как правило, соответствующий органическому фрагменту остаток состоит из органического анионного фрагмента и дополнительного атома водорода. Примеры соответствующих органическому фрагменту остатков могут быть выбраны из группы, состоящей из, например, карбоновой кислоты и сульфокислоты.

Термином "катион металла" означаются положительно заряженные ионы металлов, то есть ионы металлов, имеющие меньшее количество электронов, чем протонов, тем самым имеющие положительный заряд. Примеры катионов металла могут быть выбраны из группы, состоящей из, например, цинка, кадмия, железа. Как правило, предпочтительным является двухвалентный катион металла.

Термином "нанокристалл" в данном документе означаются наноструктуры, которые в значительной степени являются монокристаллическими. Нанокристалл имеет размер, по меньшей мере, в одном измерении менее 100 нм, как правило менее 50 нм, или менее чем приблизительно 1 нм. Нанокристаллы могут иметь размер, по меньшей мере, в одном измерении приблизительно 10 нм. Нанокристаллы могут быть практически однородными по свойствам материала. Оптические свойства нанокристаллов могут определяться их размером, химическим составом или составом поверхности. Нанокристаллы могут быть созданы из полупроводника.

Термином “немодифицированный нанокристалл” в данном документе означаются нанокристаллы, которые не были поверхностно модифицированы перед их объединением с прозрачной матрицей. Кроме того немодифицированный нанокристалл, как правило, не имеет каких-либо молекулы, соединения или иона, связанных, сопряженных, координируемых, присоединенных или ассоциированных с их поверхностью.

Термином “металлоорганический комплекс” в данном документе означается комплекс, который образуется при взаимодействии органических анионных фрагментов и катионов металла друг с другом, например, с образованием соли. Металлоорганический комплекс может иметь связь металл-углерод, как правило, с промежуточным между ионной связью и ковалентной связью характером.

Термином “агент, содержащий, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена” в данном документе означается вещество, содержащее элемент, который может образовывать нанокристалл с катионом металла металлоорганического комплекса, когда металлоорганический комплекс подвергают контактированию с агентом. Как правило, агент является газом. Примеры агентов, содержащих, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена, могут быть выбраны из группы, состоящей из, например, H₂S и H₂Se.

Термином "равномерно распределенный", в данном документе означается то, что катионы металла, металлоорганический комплекс или нанокристаллы распределены в матрице при отсутствии образования агрегатов или кластеров друг с другом. Таким образом, распределенные катионы металла, металлоорганический комплекс или нанокристаллы согласно вариантам осуществления настоящего изобретения не образуют агрегаты или кластеры в матрице, которые могут вызвать избыточное рассеяние света. Предпочтительно, катионы металла, металлоорганический комплекс или нанокристаллы равномерно распределены также в том смысле, что концентрация катионов металла, металлоорганического комплекса или нанокристаллов в каждом образце матрицы является схожей или равной средней концентрации катионов металла, металлоорганического комплекса или нанокристалла во всей матрице.

Термином “оптический составной элемент” в данном документе означается прозрачный составной элемент, подходящий для использования в оптическом устройстве, таком как светоизлучающее устройство. Примеры оптических составных элементов представляют собой линзы, связующие слои, материалы матрицы для люминофоров.

Термином "прозрачный" в данном документе означается физическое свойство, заключающееся в том, чтобы позволять свету проходить через материал при отсутствии рассеяния.

Как правило, реакция между агентом, содержащим, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена, например, газообразный H₂S, и композицией, содержащей матрицу, содержащую как органические анионные фрагменты, так и распределенные катионы металла, может протекать согласно следующему уравнению:

(Уравнение 1),

в котором Y обозначает элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена; M²⁺ обозначает катион металла, который может быть двухвалентным, например, Zn²⁺ или Cd²⁺; X^- обозначает органический анионный фрагмент, например, карбоксилатные группы, такие как COO^-, C₅H₇O₂^- или RSO₂O^-; (M²⁺)(Y^2-) обозначает нанокристалл, например, ZnS, CdS, ZnSe, CdSe или PbS; и XH обозначает соответствующий органическому фрагменту остаток, например, COOH, C₅H₈O₂ или RSO₂OH. В зависимости от степеней окисления катионов металла и органических анионных фрагментов, уравнение 1, вероятно, придется адаптировать с учетом относительных мольных количеств М, X и H₂Y.

Прозрачная матрица согласно вариантам осуществления изобретения может быть полимерной матрицей или матрицей на основе силоксана. Матрица на основе силоксана может содержать силиконы, такие как полисилоксаны и модифицированные полисилоксаны. Полимерная матрица может содержать полимеры на основе углеводородов, такие как полиакрилаты. Предпочтительно, матрица является сшиваемой.

Соответственно, материал матрицы может иметь способность образовывать комплекс с катионами металла композиции. Полимер прозрачной матрицы может содержать органические анионные фрагменты, например, органические анионные боковые группы. Органические анионные фрагменты можно выбирать из группы, состоящей из карбоксилатных групп, таких как ацетатная группа, формиатная группа, цитратная группа, лактатная группа, оксалатная группа, сульфонатной группы и ацетонатной группы. Полимер прозрачной матрицы может быть образован путем прямой полимеризацией смеси, содержащей мономеры и металлоорганический комплекс.

На фиг. 1 схематически показан пример реакции между металлоорганическим комплексом, содержащим органические анионные фрагменты и катионы металла, и агентом, содержащим по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена, которая, как правило, может протекать в прозрачной матрице. В данном примере органические анионные фрагменты представляют собой бензоатные фрагменты, то есть органические анионные боковые группы полимера матрицы. Распределенные катионы металла являются ионами Cd. Агент, содержащий, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена, является сухим газообразным H₂S.

В одном из примеров акрилатные мономеры, ионы кадмия, карбоксилатные группы могут использоваться в композиции совместно с диакрилатным соединением. После полимеризации мономеров можно получить полимер с органическими анионными боковыми группами, взаимодействующими с ионами кадмия. При воздействии, например, газообразного H₂S, непосредственно внутри данной композиции могут образовываться нанокристаллы.

До реакции с H₂S композиция содержит металлоорганический комплекс, состоящий из катионов кадмия и органических анионных фрагментов в сети матрицы. На фиг. 1 сеть матрицы представляет собой сеть акрилатного полимера. При реакции с H₂S образуются нанокристаллы сульфида кадмия (CdS), окруженные матрицей, содержащей соответствующие органическим фрагментам остатки, присоединенные к сети акрилатного полимера.

В схеме реакции на фиг. 1 образуются нанокристаллы сульфида кадмия (CdS) вместе с соответствующими органическим фрагментам остатками бензойной кислоты (RCOOH). Соответствующие органическим фрагментам остатки, как правило, не связаны, сопряжены, координируемы, присоединены или ассоциированы с поверхностью нанокристаллов.

До контактирования металлоорганического комплекса с агентом, содержащим, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена, взаимодействие между органическими анионными фрагментами и катионами металла металлоорганического комплекса может включать координационные связи, также именуемые диполярными связями, которые, как правило, имеют характер, являющийся промежуточным между ионной и ковалентной связями. После контактирования металлоорганического комплекса с агентом, содержащим, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена, катионы металлов вместо прежнего металлоорганического комплекса могут взаимодействовать посредством, например, ионных связей, по меньшей мере, с одним элементом, выбираемым из группы, состоящей из серы и селена.

Предпочтительно, металлоорганические комплексы равномерно распределены в прозрачной матрице перед контактированием металлоорганических комплексов с агентом, содержащим, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена. Предпочтительно, нанокристаллы также равномерно распределены в прозрачной матрице после контактирования металлоорганического комплекса с агентом, содержащим, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена.

Оптическая композиция согласно изобретению может использоваться во многих областях применения, в том числе в оптических составных элементах, например, составных элементах, использующих эффект полного внутреннего отражения (TIR), так называемых TIR оптических элементах.

Например, прозрачный покрывающий элемент (то есть прозрачный компонент, подходящий для того, чтобы покрывать твердотельный источник света в светоизлучающем устройстве), например, силиконовый купол LED, может содержать оптическую композицию. Светоизлучающее устройство может содержать твердотельный источник света и оптическую композицию, расположенную поверх указанного твердотельного источника света.

Источники света могут представлять собой LED (светоизлучающие диоды), ультрафиолетовые (UV) LED или лазерные диоды, но одинаково допустимыми являются другие источники света. Например, LED могут представлять собой полупроводниковые LED чипы с плоской поверхностью, RGB (красный, синий, зеленый) LED, люминофорные LED, или голубые LED, фиолетовые LED или UV LED в сочетании с технологией удаленного люминофора. Светоизлучающие поверхности могут быть непокрытыми, покрытыми и т.д.

На фиг. 2 схематически показано светоизлучающее устройство, содержащее прозрачный покрывающий элемент. Прозрачный покрывающий элемент 30 содержащий оптическую композицию согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, расположен поверх твердотельного источника 20 света. Твердотельный источник 20 света расположен на подложке 10.

Элемент преобразования длины волны для светоизлучающего устройства (то есть составной элемент, подходящий для светоизлучающего устройства, используемый в нем для обеспечения преобразования света с первой длиной волны в свет со второй длиной волны), может содержать оптическую композицию и материал преобразования длины волны. Элемент преобразования длины волны может располагаться в непосредственном контакте, вблизи, или в отдаленности от твердотельного источника света, например, LED.

Примерами подходящих органических материалов преобразования длины волны являются органические люминесцентные материалы на основе производных перилена, например соединения, продаваемые под наименованием Lumogen® BASF. Примеры подходящих соединений включают, в частности, Lumogen® Red F305, Lumogen® Orange F240, Lumogen® Yellow F083 и Lumogen® F170.

В некоторых вариантах осуществления материал преобразования длины волны может представлять собой квантовые точки или квантовые стержни. Квантовые точки представляют собой маленькие кристаллы полупроводника, как правило, имеющие ширину или диаметр всего несколько нанометров. При возбуждении падающим светом квантовая точка излучает свет с цветом, определяемым размером и веществом кристалла. Поэтому регулируя размер точек можно получить свет определенного цвета. Наиболее известные квантовые точки с излучением в видимом диапазоне являются точками на основе селенида кадмия (CdSe) с оболочкой, такой как из сульфида кадмия (CdS) и сульфида цинка (ZnS). Также могут использоваться не содержащие кадмий квантовые точки, такие как фосфид индия (InP), а также сульфид меди-индия (CuInS₂) и/или сульфид серебра-индия (AgInS₂). Квантовые точки имеют очень узкую полосу испускания, и поэтому они имеют насыщенные цвета. Кроме того цвет испускания можно легко настраивать путем регулирования размера квантовых точек. В настоящем изобретении можно использовать любой тип квантовых точек, известных в данной области. Однако из соображений охраны и заботы об окружающей среде может быть предпочтительным использование квантовых точек, не содержащих кадмия или, по меньшей мере, квантовых точек, имеющих очень низкое содержание кадмия.

Элемент преобразования может также содержать неорганические материалы преобразования длины волны. Примеры неорганических материалов преобразования длины волны включают, в частности, церий (Ce), легированный YAG (Y₃Al₅O₁₂) или LuAG (Lu₃Al₅O₁₂). Легированный YAG Ce излучает желтоватый свет, тогда как Ce, легированный LuAG, излучает зеленовато-желтый свет. Примеры других неорганических материалов преобразования длины волны, которые излучают красный свет, могут включать, в частности ECAS и BSSN; при этом ECAS представляет собой Ca_1-xAlSiN₃:Eu_x где 0<x≤1, предпочтительно 0<x≤0,2; а BSSN представляет собой Ba_2-x-zM_xSi_5-yAl_yN_8-yO_y:Eu_z, где М обозначает Sr или Ca, 0≤x≤1, 0≤y≤4, а 0,0005≤z≤0,05 и предпочтительно 0≤x≤0,2.

Примеры того, как элемент преобразования длины волны, содержащий оптическую композицию согласно вариантам осуществления изобретения и материал преобразования длины волны, может быть размещен в светоизлучающем устройстве, показаны на фиг. 3a-c.

На фиг. 3a элемент 42 для преобразования длины волны размещен в соответствии с так называемой прямой конфигурацией, в которой элемент 42 для преобразования длины волны расположен в непосредственном контакте с твердотельным источником 20 света, предпочтительно LED. Твердотельный источник 20 света может размещаться на носителе 10.

На фиг. 3b элемент 41 преобразования длины волны размещен в соответствии с так называемой близкорасположенной конфигурацией, в которой элемент 41 преобразования длины волны расположен вблизи, но не в непосредственном контакте с твердотельным источником 20 света, предпочтительно LED. Твердотельный источник 20 света может размещаться на носителе 10.

На фиг. 3c, элемент 43 преобразования длины волны размещен в соответствии с так называемой отдаленной конфигурации, в которой элемент 43 преобразования длины волны расположен в отдаленности от твердотельного источника 20 света, предпочтительно LED. Твердотельный источник 20 света может размещаться на носителе 10. В отдаленной конфигурации элемент 43 преобразования длины волны размещен еще дальше от твердотельного источника 20 света, чем элемент 41 преобразования длины волны в близкорасположенной конфигурации.

На фиг. 4a-b, схематически изображен способ получения оптической композиции. На фиг. 4a изображена блок-схема стадий способа согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг. 4b стадии показаны в виде условных изображений.

Стадия обеспечения прозрачной матрицы, содержащей органические анионные фрагменты 101, может быть осуществлена путем полимеризации с получением подходящего для матрицы полимера. Например, матрица может быть создана путем полимеризации тщательно смешанной смеси мономеров с реакционноспособными группами и необязательно также органических анионных фрагментов, например, карбоксильных кислотных групп, с реакционноспособными группами.

Стадию диспергирования катионов металла в матрицу таким образом, чтобы органические анионные фрагменты и катионы металла образовывали металлоорганический комплекс 102 можно осуществлять путем диспергирования катионов 60 металла в матрице 50, нейтрализуя органические анионные фрагменты, путем наполнения полимера раствором катионов металла, например, в виде соли металла. Предпочтительно, катионы 60 металла образуют внутри матрицы металлоорганический комплекс, который предпочтительно равномерно распределен в матрице.

В другом варианте способа композицию по п. 1 можно обеспечить сразу и заменить описанные выше стадии 101 и 102. Вместо этого композиция по п. 1 обеспечивается перед стадией 103, на которой металлоорганический комплекс подвергают контактированию с агентом, чтобы обеспечить превращение катионов металла в нанокристаллы непосредственно в матрице.

Можно обеспечить смесь мономеров, содержащую металлоорганический комплекс, и затем мономеры можно подвергнуть полимеризации. После этого полимерную матрицу, содержащую металлоорганический комплекс, можно подвергнуть воздействию, например, газообразного H₂S или газообразного H₂Se для получения нанокристаллов сульфида металла и/или нанокристаллов селенида металла непосредственно в матрице.

В одном из примеров контактирование металлоорганического комплекса с агентом для превращения катионов 60 металла в нанокристаллы 70 непосредственно в матрице, можно осуществить путем помещения матрицы 50, содержащей катионы 60 металла, в трубку с сухим газообразным H₂S на 4 часа при комнатной температуре и атмосферном давлении. Время воздействия на металлоорганический комплекс, например, газообразного H₂S будет, по меньшей мере, частично определять точную долю металлоорганического комплекса, которая превращается в нанокристаллы. Таким образом, регулируя долю превращенного металлоорганического комплекса за счет, например, времени воздействия, можно регулировать показатель преломления оптической композиции.

Показатель преломления композиции может меняться по мере того, как катионы металла непосредственно в матрице превращаются в нанокристаллы. Оптическая композиция может иметь регулируемый показатель преломления, что указывает на то, что ни один, все или часть катионов металла могут превращаться в нанокристаллы непосредственно в матрице. Предпочтительно композиция подвергается контактированию с агентом, чтобы обеспечивать превращение катионов металла в нанокристаллы непосредственно в матрице, до тех пор, пока не будет достигнут показатель преломления оптической композиции, соответствующей, по меньшей мере, 100% превращения металлоорганического комплекса в нанокристаллы.

Показатель преломления (RI) оптической композиции может иметь любое значением между показателем преломления чистого материала матрицы (например, RI_{силикон} имеет значение в диапазоне от 1,4 до 1,6; RI_{полиакрилат} имеет значение в диапазоне от 1,4 до 1,6), и показателем преломления самих нанокристаллов (например, в диапазоне от 2 до 3 при 540 нм). Например, показатель преломления ZnS при 540 нм составляет 2,6. Предпочтительно, RI оптической композиции имеет значение более 1,5, более предпочтительно в диапазоне от 1,5 до 2,5, например, 1,8.

Способ согласно настоящему изобретению может дополнительно включать стадию сшивания матрицы. Матрица может быть сшита при использовании полифункциональных реакционноспособных мономеров, которые приводят к образованию химических поперечных связей при подвергании мономеров воздействию излучения высокой энергии или нагреву. Такие полифункциональные реакционноспособные мономеры могут иметь реакционноспособные группы, такие как акрилатные группы, винильные группы и т.д.

Пример 1: Получение оптической композиции

Прозрачную матрицу на основе акрилатного мономера снабдили фотоинициатором, и вызвали полимеризацию с помощью UV излучения от люминесцентной лампы мощностью 10 Вт.

Полимеризованную матрицу, имеющую форму пленки, нейтрализовали в растворе, содержащем 3% масс. безводного ацетата кадмия, 40% масс. этанола, 7% масс. деминерализованной воды и 50% масс. дихлорметана. Образец погрузили в нейтрализующий раствор на половину дня. На стадии нейтрализации водород в карбоксильных группах был замещен ионами металла, то есть ионами кадмия.

Затем образец промыли смесью, содержащей 42% масс. этанола, 8% масс. деминерализованной воды и 50% масс. дихлорметана, чтобы смыть ионы, которые не были связаны с сетью полимера в ходе нейтрализации.

Затем образец высушили при комнатной температуре (приблизительно 20°C). Остатки растворителя удалили путем нагревания образца до 150°C.

После этого была получена оптическая композиция, содержащая нанокристаллы CdS, путем помещения нейтрализованной кадмием матрицы в трубку, содержащую сухой газообразный H₂S на 4 часа при атмосферном давлении (приблизительно 101,3 кПа) и комнатной температуре.

Пример 2: Повышение показателя преломления

Композицию, содержащую матрицу, то есть акрилатную матрицу; органические анионные фрагменты, то есть карбоксигруппы; и катионы металла, то есть ионы кадмия; подвергли контактированию с сухим газообразным H₂S для образования нанокристаллов непосредственно внутри акрилатной матрицы.

Показатель преломления композиции был проанализирован до и после контактирования с сухим газообразным H₂S. Стало ясно, что при контакте с сухим газообразным H₂S было получено значительное повышение показателя преломления из-за образования нанокристаллов непосредственно в матрице.

На фиг. 5 показана зависимость показателя преломления от температуры до и после контактирования с сухим газообразным H₂S. Зависимость показателя преломления от температуры до контактирования композиции с сухим газообразным H₂S на фиг. 5 показана черными квадратами. Зависимость показателя преломления от температуры после контактирования композиции с сухим газообразным H₂S на фиг. 5 показана черными точками.

Специалисту в данной области понятно, что настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается предпочтительными вариантами осуществления, описанными выше. Напротив, допускается множество модификаций и изменений в пределах объема приложенной формулы изобретения.

Кроме того изменения в отношении раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и произведены специалистом при осуществлении заявленного изобретения в результате исследования чертежей, раскрытия и приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает другие элементы или стадии, а упоминание в единственном числе не исключает множественности. Простой факт, что некоторые показатели указаны в отличающихся друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения не указывает на то, что для получения какого-либо преимущества не может быть использована комбинация этих показателей.

Изобретение относится к оптическим композициям и способу их получения для светоизлучающих устройств. Оптическая композиция содержит прозрачную матрицу, содержащую органические анионные фрагменты и катионы металла, распределенные в матрице. Органические анионные фрагменты и катионы металла образуют металлоорганический комплекс, при этом катионы металла способны образовывать прозрачные нанокристаллы при контакте с агентом, содержащим, по меньшей мере, один элемент из группы, состоящей из серы и селена. Также раскрыта оптическая композиция, содержащая прозрачную матрицу, содержащую соответствующие органическим фрагментам остатки и немодифицированные нанокристаллы. Способ получения оптической композиции включает стадии обеспечения прозрачной матрицы, содержащей органические анионные фрагменты; диспергирования катионов металла в матрице; обеспечения контактирования металлоорганического комплекса с агентом, для превращения, по меньшей мере, части катионов металла в прозрачные нанокристаллы непосредственно в матрице. Изобретение позволяет повысить показатель преломления и уменьшить избыточное рассеяние в светоизлучающих устройствах. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 пр.

1. Композиция для получения оптической композиции, содержащая:

- прозрачную матрицу, содержащую органические анионные фрагменты, и

- катионы металла, распределенные в матрице,

в которой указанные органические анионные фрагменты и указанные катионы металла образуют металлоорганический комплекс и в которой указанные катионы металла способны образовывать прозрачные нанокристаллы при контакте с агентом, содержащим, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена.

2. Композиция по п.1, в которой металлоорганический комплекс равномерно распределен в матрице.

3. Композиция по п.1, в которой матрица содержит полимер, а органические анионные фрагменты представляют собой органические анионные боковые группы указанного полимера.

4. Композиция по п.1, в которой матрица является силиконовой матрицей или матрицей на основе производного силикона, содержащей, по меньшей мере, одно соединение из полисилоксана и кремнийорганического каучука.

5. Композиция по п.1, в которой указанные ионы металла выбирают из группы, состоящей из ионов цинка, ионов кадмия и ионов железа.

6. Оптическая композиция, содержащая:

- прозрачную матрицу, содержащую соответствующие органическому фрагменту остатки, представляющие собой незаряженное состояние указанного органического фрагмента, и

- распределенные в матрице немодифицированные нанокристаллы, содержащие катионы металла и, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена.

7. Оптическая композиция по п.6, в которой нанокристаллы равномерно распределены в содержащей их матрице.

8. Оптическая композиция по п.6, в которой оптическая композиция имеет показатель преломления в диапазоне от 1,6 до 1,9.

9. Оптическая композиция по п.6, в которой матрица является сшитой.

10. Светоизлучающее устройство, содержащее твердотельный источник света и оптическую композицию по п.6, расположенную поверх указанного твердотельного источника света.

11. Оптический составной элемент, содержащий оптическую композицию по п.6.

12. Способ получения оптической композиции, включающий стадии:

a) обеспечения прозрачной матрицы, содержащей органические анионные фрагменты,

b) диспергирования катионов металла в матрице таким образом, чтобы органические анионные фрагменты и катионы металла образовывали металлоорганический комплекс,

c) обеспечения контактирования металлоорганического комплекса с агентом, содержащим, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена, чтобы обеспечить превращение, по меньшей мере, части катионов металла в прозрачные нанокристаллы непосредственно в матрице.

13. Способ по п.12, в котором стадию c) проводят до тех пор, пока не будет достигнут показатель преломления оптической композиции, соответствующий 100% степени превращения металлоорганического комплекса.

14. Способ по п.12, дополнительно содержащий стадию сшивания матрицы с помощью нагрева или излучения высокой энергии, выбираемого из группы, состоящей из: ультрафиолетового излучения (UV), гамма-излучения, электронов.

15. Способ получения оптической композиции, включающий стадии:

a) обеспечения композиции по п.1,

c) обеспечения контактирования металлоорганического комплекса с агентом, содержащим, по меньшей мере, один элемент, выбираемый из группы, состоящей из серы и селена, чтобы обеспечить превращение, по меньшей мере, части катионов металла в прозрачные нанокристаллы непосредственно в матрице.