稳定的有机发光涂层制造技术

本发明专利技术公开一种稳定的白光发光二极管(WLED)涂层，是由多个生物及有机材料所组成且不含稀土元素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】稳定的有机发光涂层
本文公开整体上涉及稳定的有机发光涂层及其用途。
技术介绍
标准的发光二极管(LED)器件的操作原理是基于半导体p-n结的电致发光：施加电流至器件后，电子与空穴发生重组，并伴随有热及/或光子的发射，其中后者可产生具有特征波长的光，所述特征波长的光与n型及p型半导体的导带及价带之间的差异有关。此专利技术自上世纪末以来，由于发光二极管技术的显著进步(诸如使用寿命长、低功耗、高可靠性及高环境效益)，此等器件已对日常生活产生一革命性的影响。彼等被广泛用于照明应用，自家用至手持式电子产品再至汽车和航空。于2016年，占260亿美元的全球市场价值，预计至2022年时翻倍。由于白光发射是发光二极管最常被使用的应用，因此白光发光二极管(W发光二极管)已被特别的关注。由于白光的产生需要发射可见光谱的一宽带部分，因此发光二极管通常为接近单色光的来源，因此不能被直接使用于产生白光的工作。取而代之，此等需要发光二极管与三种原色(红色，R、绿色，G及蓝色B)的一组合或互补的混合(蓝色及黄色)。白色成分之间的比例提供不同的“水平”的白光，所述白光可通过数种标准的方法以而进行定量。两种实用的方法可产生白光发光二极管。第一种为在一个器件中组合三种原色RGB，并对彼等独立地操作，以发出白光。第二种为利用蓝光或紫外光(UV)发光二极管通过一光子对光子的方法而激发一荧光体材料(所述第一种是由发光二极管产生的，而所述第二种是由涂层中所存在的荧光体材料产生)的能量转换而发出白光。目前，适用于此作业的磷光体材料的数量有限。此等化合物主要包含稀土元素(REE)，诸如铈、铕、钆、镧、铽及钇。所述稀土元素的独特电子结构(f轨域的相继填补)提供彼等出色的光学的、发光的、电子的及磁性的性能，因此彼等亦被使用于各种消费产品，诸如计算机、手机及电视。全球对于稀土元素的需求以每年8-12％的速度增长。然而，存在许多与稀土元素的采矿、单离、再利用及再循环相关的环境议题及成本问题。因此，开发出一种低成本且不含REE的涂层是非常重要的，所述涂层相较于习知的白光发光二极管具有竞争优势。发光二极管荧光体材料被掺入一聚合的“主体”基体中。虽然其非为涂层的光学活性成分，然而所述主体基体在发光二极管性能中扮演重要的角色。可使用各种聚合材料，例如环氧树脂、环氧/硅酮混合物、硅酮或玻璃。彼等的制造方法以及彼等的最终性能极度受到诸如湿度及温度的环境参数的影响，所述环境参数亦会影响最终的发光二极管的性能及其制造成本。由于此等限制，因此本领域技术人员持续寻找可能替代REE的替代材料。此等包括无机材料，例如Sb3+-、Mn2+-掺杂的卤代磷酸钙、聚合材料，例如聚[((9,9-二己基芴)-共-交替-(9,9-二己基双(6-迭氮基己基)芴)](PFA)、聚[(9,9-二己基芴)-co-交替-(9,9-双(6-溴己基)芴)](PFB)及聚[9,9-二己基-9氢-芴](PF)，以及诸如罗丹明B(RhB)及异硫氰酸荧光素(FITC)的有机材料。目前，常见的商用白光发光二极管是由一发光二极管蓝色芯片所制成，所述发光二极管蓝色芯片的Ce3+：Y3Al5O12(Ce：YAG)黄色荧光体是封装于硅酮/环氧树脂内。此种类型的一有机聚合物粘合剂的热稳定性差，且于来自芯片的所累积的热能下会老化。因此，有关高功率或短波长的激发光源，其操作会受到限制。在制备白光发光二极管涂层的另一挑战在于其架构。仅有严格控制组件之间的能量转移激子扩散，方能通过混合所述原色而实现白光。此是由于经物理封闭的染料于激发时可产生非辐射的交互作用(例如Foerster共振能量转移)，从而导致不良的发射位移。针对此问题，数个解决方案已被提出，包括将荧光体材料以足够远的距离彼此分开，或者保持在分隔层中的方式掺杂至一发射层(基体填充材料)中。在先前的研究中[1-3]，面对目前的白光发光二极管制造的挑战，一新的范例已被证实。已建议利用自然界形成许多类型的稳定的及可控制的主体-顾客系统的能力，以降低在紧邻的染料中有害的非辐射能量转移机制。此是通过将染料引入寡糖蛋白而证明的，所述寡糖蛋白可有效地将包覆彼等且显著地降低FRET的过程。此允许成功的构建基于白蛋白质的发光膜及器件，然而由于彼等的生物本质，彼等并未显示声音稳定性特征(依据抗热、湿度及紫外线的特性而言)。文献：[1]N.Hendler,B.Belgorodsky,E.D.Mentovich,M.Gozin,S.Richter.AdvMater2011,23:4261–4264[2]R.Nudelman,E.Gloukhikh,A.Rekun,S.Richter,ProteinSci2016,25,1918[3]N.Hendler,J.Wildeman,E.Mentovich,T.Schnitzler,B.Belgorodsky,D.K.Prusty,D.Rimmerman,A.Herrmann,S.Richter.MacromolBiosci2014,14,320[4]US8,917,018
技术实现思路
本专利技术的专利技术人已开发一稳定的白光发光二极管(WLED)涂层，其完全是由生物及有机材料组成，且不含有稀土元素(REE)。专利技术人利用蛋白质的封装特性以及利用诸如纳米纤维素晶体(CNC)的纤维素主体基体材料的优异特性。尽管彼等具有生物本质，本专利技术的复合物仍展现优异的光学及机械性能以及抗热、湿气及紫外线特性。根据一些实施例，亦提供一完整的白光发光二极管装置，所述白光发光二极管装置是由蓝色/紫外线发光二极管芯片及一不含REE的涂层所组成。图1示出制造一薄膜的概念以及可作为用于白光发光二极管的一涂层。如图所示，在第一阶段，选择在相同波长范围内进行光学激发的两种类型的染料(红色，R及绿色，G)，所述两种类型的染料被封装于一高度糖基化的宿主蛋白黏蛋白内，例如PGM(猪胃黏蛋白)。之后将所述经PGM封装的染料(PGM-RG)掺入由纳米纤维素晶体(CNC)所组成的一透明及保护的基体中，以产生一发光的CNC-PGM-RG复合物。此发光的CNC-PGM-RG复合物在一蓝色或紫外线发光二极管上形成一涂层。一旦执行后者，通过由发光二极管波长及经光学激发的R-及G-染料所组成的宽发射光谱，而产生白光。因此，本专利技术提供一可靠且稳定的白光发光二极管(WLED)，所述白光发光二极管是目前发光二极管工业的主要技术的挑战之一。尽管一般是通过在一蓝色发光二极管的一外部聚合物涂层内掺入发光稀土元素(REEs)材料以完成此一挑战，然而本文所公开的技术并未利用稀土元素，因此提供完全不含有REE的白色发光二极管涂层由生物成分(纳米纤维素晶体及猪胃粘蛋白)所组成，且作为携带一或多种发光染料的一基体。因此，在其最普遍的范围内，本专利技术涉及一组合物，所述组合物包含纳米纤维素晶体(CNC)及至少一粘蛋白或转铁蛋白。在一些实施例中，所述组合物进一步包含至少一有机材料，例如至少一染料。CNC是高度结晶的纳米粒子，在经控制的纤维素纤维的酸水解过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合物，其特征在于：所述组合物包含纳米纤维素晶体(CNC)、至少一粘蛋白或转铁蛋白及至少一有机材料，其中所述至少一有机材料与下述中的至少一者相联结：(a)所述粘蛋白或转铁蛋白的一亲水性区域，及(b)所述粘蛋白或转铁蛋白的一疏水性区域。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180102 US 62/612,8521.一种组合物，其特征在于：所述组合物包含纳米纤维素晶体(CNC)、至少一粘蛋白或转铁蛋白及至少一有机材料，其中所述至少一有机材料与下述中的至少一者相联结：(a)所述粘蛋白或转铁蛋白的一亲水性区域，及(b)所述粘蛋白或转铁蛋白的一疏水性区域。


2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述粘蛋白是一猪胃粘蛋白(PGM)。


3.如权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述至少一有机材料是选自亲水性及/或疏水性材料。


4.如权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述有机材料是一染色材料或一发色团。


5.如权利要求4所述的组合物，其特征在于：所述染色材料是两个或多个染料或发色团，任选地在相同波长或在不同波长下被激发。


6.如前述权利要求任一项所述的组合物，其特征在于：所述至少一有机材料是选自以下的一染料：青色素、吲哚、吲哚酚染料、卟啉、咔咯、酞菁、多环芳香族化合物、芴、罗丹明、吖啶、吖嗪及恶嗪染料、三芳基甲烷染料、偶氮染料，及醌。


7.如权利要求6所述的组合物，其特征在于：所述染料是选自多个荧光聚合物，所述多个荧光聚合物任选地选自聚((4,4'-六氟异亚丙基)二邻苯二甲酸酐-交替-硫堇)、聚(2-萘基甲基丙烯酸酯)、聚(3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐-交替-溴化乙锭)、聚(9-蒽基甲基丙烯酸酯)、聚(荧光素O-丙烯酸酯)、聚[(4,4'-六氟异亚丙基)二邻苯二甲酸酐-交替-吖啶黄G]、聚[(甲基丙烯酸甲酯)-共-(2-萘基丙烯酸酯)，及聚[N-(1-萘基)-N-苯基甲基丙烯酰胺。


8.如权利要求6所述的组合物，其特征在于：所述染料是选自多个金属络合物染料，所述多个金属络合物染料任选地选自8-羟基喹啉铜(II)盐、双(2-甲基-8-羟基喹啉基)锌、酞菁铜(II)、四(2-甲基-8-羟基喹啉基)硼锂、三(2,2'-联吡啶基)二氯钌(II)六水合物、三(苯甲酰丙酮)单(菲咯啉)铕(III)，及三-(8-羟基喹啉)铝。


9.如权利要求6所述的组合物，其特征在于：所述染料是选自多个发光染料，所述多个发光染料任选地选自1,1,4,4-四苯基-1,3-丁二烯、1-芘丁酸、2-乙基蒽醌、3,8-二氨基-6-苯基菲啶、5,8-二羟基-1,4-萘醌、5-甲氧基补骨脂素、9,10-菲醌、苯并[k]荧蒽、菲、吩嗪、芘、醌茜、红荧烯及对-三联苯。


10.如权利要求6所述的组合物，其特征在于：所述染料是选自多个酞菁，所述多个酞菁任选地选自1,4,8,11,15,18,22,25-八丁氧基-29氢,31氢-酞菁、2,9,16,23-四苯氧基-29氢,31氢-酞菁、1,4,8,11,15,18,22,25-八丁氧基-29氢,31氢-酞菁三乙基氧化硅铝、亚-2,3-萘酞菁氯化硼、2,3-萘酞菁钴(II)、1,4,8,11,15,18,22,25-八丁氧基-29氢,31氢-酞菁铜(II)、酞菁二钠、氢氧化镓(III)酞菁、氯化铟(III)酞菁、酞菁铁(II)、酞菁铅(II)、氯化锰(III)酞菁、2,9,16,23-四苯氧基-29氢,31氢酞菁镍(II)、2,3-萘酞菁二氯化硅、酞菁银、四(4-枯基苯氧基)酞菁、酞菁锡(II)、2,3,9,10,16,17,23,24-辛基(辛氧基)-29氢,31氢-酞菁锌、四硝基酞菁锌(II)。


11.如权利要求6所述的组合物，其特征在于：所述染料是选自多个卟啉，所述多个卟啉任选地选自2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21氢,23氢-卟吩钴(II)、2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21氢,23氢-卟吩铜(II)、2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21氢,23氢-卟吩乙酸铁(III)、2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21氢,23氢-卟吩氯化锰(III)、2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21氢,23氢-卟吩镍(II)、2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21氢,23氢-钯、2,3,7,8,12,13,17,17,17,18-八乙基-21氢,23氢-卟吩羰基钌(II)、2,3,7,8,12,13,17,18-八乙基-21氢,23氢-卟吩、5,10,15,20-四(1-甲基-4-吡啶基)卟啉四(对-甲苯磺酸盐)、5,10,15,20-四(4-甲氧基苯基)-21氢,23氢-卟吩钴(II)、5,10,15,20-四(4-磺酰基苯基)-21氢,23氢-卟吩氯化锰(III)、5,10,15,20-四(五氟苯基)-21氢,23氢-卟吩钯(II)、5,10,15,20-四[4-(烯丙氧基)苯基]-21氢,23氢-卟吩、5,10,15,20-四苯基-21氢,23氢-卟吩羰基钌(II)、5,10,15,20-四苯基-21氢,23氢-卟吩锌、5,10,15,20-四-对-甲苯基-21氢,23氢-卟吩、八...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙查·里希特，朱莉亚·古塔，奥代德·舒斯约夫，塔尔·本·夏洛姆，
申请(专利权)人：耶路撒冷希伯来大学伊森姆研究发展有限公司，拉莫特特拉维夫大学有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL