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CN109804042A - 发光设备和包括发光设备的电子装置 - Google Patents

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CN109804042A
CN109804042A CN201680089959.4A CN201680089959A CN109804042A CN 109804042 A CN109804042 A CN 109804042A CN 201680089959 A CN201680089959 A CN 201680089959A CN 109804042 A CN109804042 A CN 109804042A
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李扬
王秀艳
黄焱
任小凡
吕博
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Dow Global Technologies LLC
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Abstract

提供一种具有高质量色彩并且节能的发光设备和一种包括所述发光设备的电子装置。

Description

发光设备和包括发光设备的电子装置
技术领域
本发明涉及一种发光设备和一种包括其的电子装置。
背景技术
常规液晶显示器(LCD)装置包含LCD单元和用白光均匀照亮LCD单元的背光单元。决定LCD装置的最大色彩性能的主要因素为从背光单元发射的光与LCD单元的滤色器阵列之间的光谱相互作用。滤色器阵列由可个别寻址的像素的马赛克(mosaic)组成，像素中的每一个由红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)子像素组成。
常规LCD装置的主要问题为与背光源上方的LCD单元有关的大的光损耗。通常从背光源发射的仅小于10％的光得到利用，并且剩余超过90％经LCD单元吸收，所述单元包含偏振滤光器、薄膜晶体管(TFT)阵列、液晶单元和滤色器阵列。确切地说，穿过RGB子像素滤色器的透射率最低(约30％)，因为每一子像素仅允许三种原色中之一穿过。
常规LCD装置的另一问题为由具有钇铝石榴石(YAG)黄色磷光体涂层的蓝色发光二极管(LED)芯片制成的双色(bichromatic)白色背光。这一双色白色背光并非RGB滤色器的光谱透射的理想匹配，导致显示器色彩质量并不令人满意。为解决这一问题，近期已引入新颖显示技术，如RGB LED、广色域(wide color gamut)磷光体和量子点(QD)强化膜，以改进LCD装置的色彩性能。然而，仍需要提供一种提供高质量色彩并且节能的发光设备。
发明内容
本发明提供一种包括蓝色背光单元和色彩转换阵列(color conversion array)的新颖发光设备，所述色彩转换阵列包括至少红色、绿色和蓝色像素。在色彩转换阵列中采用具有窄发射带宽(例如小于100纳米的发射带半高宽(full width half maximum)或FWHM)的表面经改质粒子以替代常规滤色器阵列中的现有光吸收材料。表面经改质粒子通过均匀蓝色背光激发，其通过液晶组件调变。吸收蓝光并且生成绿光的表面经改质粒子可位于绿色像素中。吸收蓝光并且生成红光的表面经改质粒子可位于红色像素中。对于蓝色像素区域，光可直接来自蓝色背光单元。在一个实施例中，这一新颖发光设备经由高纯度R、G和B颜色的组合而产生高质量色彩。更重要地，相对于常规滤色器阵列，此类设计可潜在地引起功率消耗下降将近50％。
在第一方面，本发明提供一种发光设备，其包括：
背光单元，其发射可见蓝光；和
色彩转换阵列，其接收来自所述背光单元的蓝光，
其中所述色彩转换阵列包括绿色转换层和红色转换层，
其中所述绿色转换层和所述红色转换层中的至少一个包括分别发射绿光或红光的第一或第二表面经改质粒子，并且所述第一或第二表面经改质粒子包括溶胶-凝胶纳米粒子和多个附着到所述溶胶-凝胶纳米粒子表面的发光团，其中所述发光团在430至500纳米(nm)的光谱区中具有至少1000M-1cm-1的吸光值，并且展现小于100nm的发射带半高宽；并且
其中所述色彩转换阵列允许所述背光单元的至少一部分蓝光穿过，使得所述发光设备发射至少红光、绿光和蓝光，以生成包括红色、绿色和蓝色组分的色彩。
在第二方面，本发明提供一种包括第一方面的发光设备的电子装置。
附图说明
图1a、图1b和图1c各自为本发明的发光设备的一个实施例的示意性透视图。
图2a、图2b和图2c各自为本发明的发光设备的一个实施例中的色彩转换阵列的横截面。
图3为实例1的表面经改质粒子的扫描透射电子显微镜(STEM)图像。
图4为实例2的表面经改质粒子的STEM图像。
图5为实例3的表面经改质粒子的STEM图像。
具体实施方式
“发光团”在本文中指代化合物中的化学单元，当暴露于电磁辐射其负责其发光特性。发光团在本文中可称作发光基团并且反过来也如此。
“溶胶-凝胶粒子”在本文中指代由溶胶凝胶方法形成的粒子，所述溶胶凝胶方法涉及单体经由水解和缩合反应的转化以形成胶体。
“共价键结”在本文中指代形成于溶胶-凝胶粒子与发光团之间的至少一个化学键。
“电子装置”在本文中指代应用电子原理并且使用电子流的操纵用于其操作的装置。
“烷基”在本文中指代非环状饱和单价烃基，并且包含其中氢未经取代或经卤素、羟基、氰基、磺酸基、硝基、烷基、全氟烷基或其组合取代的直链和支链基团。
“杂烷基”在本文中指代具有直链或支链结构的饱和烃基，其中烷基内的一个或多个碳原子已经杂原子或含有至少一个杂原子的杂官能团置换。杂原子可包含例如O、N、P、S等。本文中含有至少一个杂原子的杂官能团可包含例如COOR'、OCOOR'、OR'、NR'2、PR'2、P(＝O)R'2或SiR'3；其中每一R'为H、经取代或未经取代的C1-C30烃基、或经取代或未经取代的C6-C30芳香族基。
“烯基”在本文中指代含有至少一个碳碳双键的不饱和烃。经取代的烯基指代其中碳双键上至少一个氢经除H以外的原子或基团(例如C1-C30烷基或C6-C30芳香族基)置换的烯基。“炔基”指代含有至少一个碳碳三键的不饱和烃。经取代的烯基指代其中碳双键上至少一个氢经除H以外的原子或基团(例如C1-C30烷基或C6-C30芳香族基)置换的烯基。在烯基或炔基含有多于一个不饱和键的情况下，这些键通常不累积，但可以如-[CH＝CH-]p的交替顺序排列，其中p可在2至50范围内。当未另行限定时，优选烷基含有1至22个碳原子；优选烯基和炔基含有2至22个碳原子。
“烷氧基”在本文中指代单一键结于氧的烷基。如C1-C24烷氧基的烷氧基为直链或支链基团，例如甲氧基、乙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、庚氧基、辛氧基、异辛氧基、壬氧基、癸氧基、十一烷氧基、十二烷氧基、十四烷氧基、十六烷氧基和十八烷氧基。经取代的烷氧基指代单一键结于氧的经取代烷基。
“脂肪族环基”在本文中指代同时为脂肪族和环状的有机基团。脂肪族环基含有一个或多个可为饱和或不饱和的碳环。经取代的脂肪族环基可附接有一个或多个侧链，其中侧链可为经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的杂烷基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的炔基、或经取代或未经取代的烷氧基。脂肪族环基的实例包含环丁基、环戊基、环己基、甲基环己基、二甲基环己基、三甲基环己基、1-金刚烷基和2-金刚烷基。
“杂环基”在本文中指代具有至少两种不同元素的原子作为其环成员的环状化合物。杂环基通常含有5至7个环成员，其中至少1个、尤其1至3个杂部分通常选自O、S和NR'。实例包含间杂有O、S或NR'的C4-C18环烷基，如哌啶基、四氢呋喃基、哌嗪基和吗啉基。通过提取相邻环成员上的氢原子同时在其之间形成双键，可使这些结构衍生不饱和变体；所述部分的一个实例为环己烯基。经取代的杂环基可附接有一个或多个侧链，其中侧链可为经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的杂烷基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的炔基、经取代或未经取代的烷氧基或另一种直接键联在一起或经由键联基团键联的杂环基。
“芳香族基”在本文中指代在形成环的碳原子之间具有σ键和离域π电子的烃，通常为基于苯的烃或芳基。芳基定义为含有1至4个芳环(每一环含有6个共轭碳原子并且不含杂原子)的芳香族或聚芳香族取代基，所述芳环任选地彼此稠合或通过碳碳单键彼此键结。经取代的芳香族基或芳基指代具有一个或多个置换环上的氢原子的取代基的芳基环。芳基未经取代或任选地并且独立地经任何可合成获得并且化学稳定的取代基的组合取代，所述取代基独立地为卤素、氰基、磺酸基、羧基、烷基、全氟烷基、烷氧基、烷硫基、氨基、单烷氨基或二烷氨基。实例包含以下的经取代或未经取代的衍生物：苯基；联苯基；邻联三苯、间联三苯或对联三苯；1-萘；2-萘；1-蒽基、2-蒽基或9-蒽基；1-菲基、2-菲基、3-菲基、4-菲基、或9-菲基和1-芘基、2-芘基或4-芘基。优选芳香族基或芳基为苯基、经取代的苯基、萘基或经取代的萘基。
“杂芳香族基”或“杂芳基”在本文中指代5或6元杂芳环，其任选地与其它6元芳环稠合，或任选地与5或6元杂芳环稠合。杂芳环含有至少1个并且多达3个选自由O、S和N组成的组的杂原子。经取代的杂芳香族基或杂芳基指代具有一个或多个置换环上的氢原子的取代基的杂芳香族环或杂芳基环。杂芳香族基或杂芳基未经取代或任选地并且独立地经任何可合成获得并且化学稳定的取代基的组合取代，所述取代基独立地为卤素、氰基、磺酸基、羧基、烷基、全氟烷基、烷氧基、烷硫基、氨基、单烷氨基或二烷氨基。实例包含以下的经取代或未经取代的衍生物：2-呋喃基或3-呋喃基；2-噻吩基或3-噻吩基；N-吡咯基、2-吡咯基或3-吡咯基；2-苯并呋喃基或3-苯并呋喃基；2-苯并噻吩基或3-苯并噻吩基；N-吲哚基、2-吲哚基或3-吲哚基；2-吡啶基、3-吡啶基或4-吡啶基；2-喹啉基、3-喹啉基或4-喹啉基；1-异喹啉基、3-异喹啉基或4-异喹啉基；2-苯并恶唑基；2-(1,3-恶唑基)、4-(1,3-恶唑基)或5-(1,3-恶唑基)；2-(1,3-噻唑基)、4-(1,3-噻唑基)或5-(1,3-噻唑基)；2-苯并噻唑基；3-异恶唑基、4-异恶唑基或5-异恶唑基；N-咪唑基、2-咪唑基或4-咪唑基；N-苯咪唑基、或2-苯咪唑基；1-萘呋喃基、或2-萘呋喃基；1-萘噻吩基、或2-萘噻吩基；N-苯并吲哚基、2-苯并吲哚基或3-苯并吲哚基；或2-苯并喹啉基、3-苯并喹啉基或4-苯并喹啉基。
本文中的“激发态”为分子的电子能态，其中电子处于高于分子的另一能态的能态中。
本发明的发光设备包括针对色彩转换层发射蓝光的背光单元。蓝光的常见来源为LED灯。另一蓝光源为有机发光装置(OLED)。这些蓝光源必须向色彩转换层后表面提供均匀蓝光。用于提供所述均匀蓝光的常见技术为以光学方式使光源耦合到通常称作光导的透明塑料薄片边缘。光导可使光弯曲，近似垂直于薄片的顶部表面，使得光从光导的前表面发射。反射器可放置于光导后表面之后方以改进亮度和均匀性。光源也可放置于具有扩散器的显示器后方，以在整个显示器中均匀分配光。来自背光单元的蓝光的波长可为430nm至500nm、444nm至495nm或450nm至475nm。蓝光强度可取决于最终应用来调节。
本发明的发光设备进一步包括接收来自背光单元的蓝光的色彩转换阵列。适用于本发明的色彩转换阵列可允许背光单元的至少一部分蓝光穿过，使得发光设备发射红光、绿光和蓝光，以生成包括红色、绿色和蓝色组分的色彩。举例来说，色彩转换阵列可允许背光单元的最多30％、最多25％、最多20％、最多15％、最多10％或最多5％蓝光穿过。
适用于本发明的色彩转换阵列包括绿色转换层和红色转换层，其中绿色转换层和红色转换层中的至少一个包括第一或第二表面经改质粒子并且分别发射绿光或红光。即，第一或第二表面经改质粒子将来自背光单元的蓝光分别转换成绿色或红色。在一个实施例中，色彩转换阵列包括绿色转换层，所述绿色转换层包括第一表面经改质粒子，所述粒子将来自背光单元的蓝光转换成绿光；和红色转换层，所述红色转换层包括有机发红光化合物、无机磷光体、量子点或其混合物。在另一实施例中，色彩转换阵列包括红色转换层，所述红色转换层包括第二表面经改质粒子，所述粒子将来自背光单元的蓝光转换成红光；和绿色转换层，所述绿色转换层包括有机发绿光化合物、无机磷光体、量子点或其混合物。在另一实施例中，色彩转换阵列包括绿色转换层，所述绿色转换层包括第一表面经改质粒子，所述粒子将来自背光单元的蓝光转换成绿光；和红色转换层，所述红色转换层包括第二表面经改质粒子，所述粒子将来自背光单元的蓝光转换成红光。在一个实施例中，色彩转换阵列允许背光单元的至少一部分蓝光穿过，使得发光设备发射红光、绿光和蓝光，以生成具有红色、绿色和蓝色组分的色彩。
适用于色彩转换阵列中的第一和第二表面经改质粒子可各自独立地展现小于100nm、小于90nm、小于70nm或甚至小于50nm的发射带半高宽(FWHM)；并且在430至500nm光谱区中具有至少1000M-1cm-1的吸光值。第一和第二表面经改质粒子可为球形。第一和第二表面经改质粒子可各自独立地具有小于0.7、小于0.5或甚至小于0.2的多分散性指数，如通过动态光散射所测量。第一和第二表面经改质粒子优选独立地具有单峰分布。
适用于色彩转换阵列中的第一和第二表面经改质粒子可各自独立地包括溶胶-凝胶纳米粒子和多个附着到溶胶-凝胶纳米粒子表面的发光团。发光团可展现小于100nm的发射带FWHM，并且在430至500nm光谱区中具有至少1000M-1cm-1的吸光值。优选地，发光团展现小于90nm、小于70nm或甚至小于50nm的发射带FWHM。第一和第二表面经改质粒子可包括两种或更多种类型的附着到溶胶-凝胶粒子表面的发光团，以实现所期望光谱发射色彩输出。
第一或第二表面经改质粒子中的发光团可进一步分类为单峰发光团(荧光团)或三重峰发光团(磷光体)，其取决于负责光子发射的激发态的性质。另一方面，一些发光团不可分类为仅仅单峰发光团或三重峰发光团。大多数荧光团由共轭π系统组成。典型发光团为芳香族或杂芳香族化合物，如芘、蒽、吖啶、芪、吲哚或苯并吲哚、卟啉、苝、花青、香豆素、萘二甲酰亚胺、罗丹明(rhodamine)、荧光素、咕吨(xanthene)、苯并咕吨、二酮基吡咯并吡咯等。
第一和第二表面经改质粒子中的发光团独立地衍生自有机发光化合物(即“含发光团的化合物”)，举例来说，发光团可为在有机发光化合物与可水解硅烷前体形成共价键之后通过有机发光化合物的反应获得的化学单元或部分。第一和第二表面经改质粒子中的发光团可独立地例如经由如以下的键：-Si-O-Si-、-Al-O-Si-、-Ti-O-Si-、-Zr-O-Si-、-Al-O-Al-或其组合，与溶胶-凝胶纳米粒子直接或间接共价键结。优选地，第一和第二表面经改质粒子中的发光团经由-Si-O-Si-键分别与溶胶-凝胶纳米粒子直接或间接共价键结。
适用于本发明的有机发光化合物可包含有机和金属-有机络合物发光化合物。金属-有机络合物发光化合物的实例包含过渡金属络合物，如三(2-苯基吡啶基)铱。有机发光化合物可具有与上文所述的发光团大体上相同的发光特性，例如发射带的FWHM和430至500nm光谱区中的吸光值。
第一表面经改质粒子中的发光团可衍生自具有式(I)结构的有机发光化合物：
其中R11至R16各自独立地选自由以下组成的组：H、卤素、-CN、-CF3、-NO2、经取代或未经取代的C1-C24烷基、经取代或未经取代的C2-C24烯基、经取代或未经取代的C2-C24炔基、经取代或未经取代的C1-C24烷氧基、经取代或未经取代的C3-C20环基或杂环基、-SO3H、磺酸酯基、-SO2O-、硫醚、醚、脲、-CO2H、酯、酰胺、胺、经取代或未经取代的C6-C20芳香族基和经取代或未经取代的C5-C20杂芳香族基；R11和R12可连接在一起以与其键结的原子一起形成5、6、7元环；R12和R13可连接在一起以与其键结的原子一起形成5、6、7元环；R14和R15可连接在一起以与其键结的原子一起形成5、6、7元环；并且R15和R16可连接在一起以与其键结的原子一起形成5、6、7元环，其可经取代或未经取代；
其中X1为N或CR17，其中R17选自由以下组成的组：H、卤素、-CN、-CF3、经取代或未经取代的C1-C24烷基、经取代或未经取代的C2-C24烯基、经取代或未经取代的C2-C24炔基、经取代或未经取代的C1-C24烷氧基、经取代或未经取代的C3-C20环基或杂环基、经取代或未经取代的C6-C20芳香族基、经取代或未经取代的C5-C20杂芳香族基、醚、酯、羧酸、-OH、酰胺、胺和硫化物；并且
其中X2和X3各自独立地选自由以下组成的组：卤素、经取代或未经取代的C1-C24烷基、经取代或未经取代的C2-C24烯基、经取代或未经取代的C2-C24炔烃、经取代或未经取代的C3-C20环基或杂环基、C6-C20经取代或未经取代的芳香族基、经取代或未经取代的C5-C20杂芳香族基和经取代或未经取代的C1-C24烷氧基；并且X2和X3可连接在一起以形成单个取代基。
优选地，式(I)中的R11至R16各自独立地选自H、-CN、-COOH、-OH、卤素、甲基、乙基、丙基异丙基、全氟甲基、苯基、经取代苯基、萘基、经取代萘基、甲氧基、乙氧基、苯乙烯基、吡啶基、经取代吡啶基、噻吩基、经取代噻吩基、吡咯基、经取代吡咯基、酯、磺酸酯基、硝基、胺、酰胺或其组合。
优选地，式(I)中的R12和R15各自独立地为选自以下的吸电子基团：三卤化物、酰胺、酯、铵、季胺、季铵碱、磺酸酯基、-SO3H、-CN或-NO2。更优选地，式(I)中的R12和R15各自独立地选自由以下组成的组：-CN、-NO2、酯、酰胺、三氟甲基和磺酸酯基。
优选地，式(I)中的X1为CR17，其中R17为H、-CN、甲基、乙基、苯基、经取代的苯基、萘基、经取代的萘基、经取代或未经取代的C1-C3烷基、经取代或未经取代的C1-C4烯基、硫醇、杂环基和杂芳香族基。更优选地，R17为甲基。此外优选地，R17为经取代或未经取代的C6-C10芳香族基，例如苯基或经取代苯基。
式(I)中的X2和X3可各自独立地选自由以下组成的组：F、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、金刚烷基、经取代或未经取代的苯基、C1-C6烷氧基(如甲氧基)、经取代或未经取代的乙炔基(如乙炔基甲苯、乙炔基芘和乙炔基苯基)。优选地，X2和X3各自为F。
在一个实施例中，第一表面经改质粒子中的发光团衍生自具有式(II)结构的有机发光化合物：
其中R21至R25各自独立地选自由以下组成的组：H、卤素、-CN、-CF3、-NO2、经取代或未经取代的C1-C24烷基、经取代或未经取代的C2-C24烯基、经取代或未经取代的C2-C24炔基、经取代或未经取代的C1-C24烷氧基、经取代或未经取代的C3-C20环基或杂环基、-SO3H、磺酸酯基、-SO2O-、硫醚、醚、脲、-CO2H、酯、酰胺、胺、经取代或未经取代的C6-C20芳香族基和经取代或未经取代的C5-C20杂芳香族基；并且
R26和R27各自独立地选自由以下组成的组：经取代或未经取代的C1-C20烷基、经取代或未经取代的C2-C20烯基、经取代或未经取代的C2-C24炔基、经取代或未经取代的C1-C24烷氧基、经取代或未经取代的C6-C24芳基；经取代或未经取代的C3-C20环基或杂环基、和经取代或未经取代的C5-C20杂芳香族基。
上文式(I)或式(II)中经取代或未经取代的C1-C24烷基可包含经取代或未经取代的C1-C22、C1-C16、C1-C12或C1-C5烷基。烷基的实例包含甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基戊基、己基、庚基、辛基或其组合。
上文式(I)或式(II)中经取代或未经取代的C2-C24烯基可包含C2-C22、C2-C16、C2-C12或C2-C5经取代或未经取代的烯基。经取代或未经取代的烯基的实例包含乙烯；正丙烯；异丙烯；正丁烯、异丁烯、仲丁烯、叔丁烯；正戊烯；正己烯；正庚烯；正辛烯；或其组合。
上文式(I)或式(II)中经取代或未经取代的C2-C24炔基可包含经取代或未经取代的C2-C20、C2-C16、C2-C5或C2-C3炔基。经取代或未经取代的炔基的实例包含乙炔基、丙炔基、苯基乙炔基或其组合。
上文式(I)或式(II)中经取代或未经取代的C1-C24烷氧基可包含经取代或未经取代的C1-C20、C1-C16、C1-C12或C1-C5烷氧基。经取代或未经取代的烷氧基的实例包含甲氧基；乙氧基；正丙氧基、异丙氧基；正丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基；正戊氧基；正己氧基；正庚氧基；正辛氧基；或其组合。
上文式(I)或式(II)中经取代或未经取代的C3-C20环基或杂环基可包含经取代或未经取代的C3-C18、C6-C14或C6-C8环基或杂环基。经取代或未经取代的环基或杂环基的实例包含环丙基、环丁基、环戊基、甲基环戊基、环己基、甲基环己基、二甲基环己基、环庚基、环辛基、环壬基、环癸基、1-金刚烷基、2-金刚烷基、哌啶基、四氢呋喃、哌嗪基、吗啉基、环戊氧基、环己氧基、环庚氧基、环辛氧基或其混合物。通过减去2个相邻环成员上的氢原子同时在其之间形成双键，可使这些结构衍生不饱和变体，此类部分的一个实例为环己烯基。
上文式(I)或式(II)中经取代或未经取代的C6-C30芳香族基可包含经取代或未经取代的C6-C20、C6-C18、C6-C14或C6-C10芳香族基。实例包含苯基；联苯基；邻联三苯、间联三苯或对联三苯；1-萘基；2-萘基；1-蒽基、2-蒽基或9-蒽基；1-菲基、2-菲基、3-菲基、4-菲基或9-菲基；1-芘基、2-芘基或4-芘基；或其组合。
上文式(I)或式(II)中经取代或未经取代的C5-C30杂芳香族基可包含经取代或未经取代的C5-C20、C5-C16、C5-C12或C5-C8杂芳香族基。实例包含2-呋喃基或3-呋喃基；2-噻吩基或3-噻吩基；N-吡咯基、2-吡咯基或3-吡咯基；2-苯并呋喃基或3-苯并呋喃基；2-苯并噻吩基或3-苯并噻吩基；N-吲哚基、2-吲哚基或3-吲哚基；2-吡啶基、3-吡啶基或4-吡啶基；2-喹啉基、3-喹啉基或4-喹啉基；1-异喹啉基、3-异喹啉基或4-异喹啉基；2-苯并恶唑基；2-(1,3-恶唑基)、4-(1,3-恶唑基)或5-(1,3-恶唑基)；2-(1,3-噻唑基)、4-(1,3-噻唑基)或5-(1,3-噻唑基)；2-苯并噻唑基；3-异恶唑基、4-异恶唑基或5-异恶唑基；N-咪唑基、2-咪唑基或4-咪唑基；N-苯咪唑基、或2-苯咪唑基；1-萘呋喃基、或2-萘呋喃基；1-萘噻吩基、或2-萘噻吩基；N-苯并吲哚基、2-苯并吲哚基或3-苯并吲哚基；2-苯并喹啉基、3-苯并喹啉基或4-苯并喹啉基；或其组合。
第一表面经改质粒子中的发光团可衍生自有机发光化合物，包含例如
或其混合物。
第二表面经改质粒子中的发光团可衍生自选自以下的有机发光化合物：苝二酰亚胺(perylenediimide)、硼-二吡咯亚甲基、二酮基吡咯并吡咯、4-二氰基亚甲基-2-叔丁基-6-1,1,7,7-四甲基久咯雷啶基-9-烯基-4H-吡喃、香豆素、罗丹明、荧光素、花青或其混合物。适合的有机发光化合物的特定实例包含，
或其混合物。
第一和第二表面经改质粒子中的溶胶-凝胶纳米粒子可独立地选自二氧化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化钛或其混合物。第一和第二表面经改质粒子中的溶胶-凝胶纳米粒子可独立地具有10至2,000nm、20至200nm或30至100nm范围内的粒径，即速溶胶-凝胶纳米粒子的直径。粒径可使用扫描透射电子显微镜测量。
适用于色彩转换阵列中的第一和第二表面经改质粒子可各自独立地通过使一种或多种类型的羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子经由溶胶凝胶方法与一种或多种具有式(III)结构：D-L-SiX3的硅烷官能性发光化合物和任选的一种或多种有机硅烷化合物反应，以便实现所期望光谱发射色彩输出。“羟基官能性”在本文中指代一个或多个羟基存在于羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子表面上。在一个实施例中，适用于色彩转换阵列中的第一和第二表面经改质粒子各自独立地通过以下获得：
(i)提供羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子；和
(ii)使来自步骤(i)的羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子经由羟基与具有式(III)结构的硅烷官能性发光化合物反应，
D-L-SiX3 (III)，
其中D为上文所述的发光团，L为直接键或有机基团，并且X为可水解取代基。可使用两种或更多种类型的此类化合物的混合物。式(III)中的L可包括二价、三价、四价或五价部分。举例来说，L可为经取代或未经取代的烷基，如经取代或未经取代的C1-C12、C1-C8或C1-C4烷基；经取代或未经取代的烷氧基，如经取代或未经取代的C1-C12、C1-C8或C1-C4烷氧基；经取代或未经取代的烯基，如经取代或未经取代的C2-C12、C2-C8或C2-C4烯基；经取代或未经取代的炔基，如经取代或未经取代的C2-C12、C2-C8或C2-C4炔基；经取代或未经取代的脂肪族环基，如经取代或未经取代的C3-C20、C5-C10或C5-C6脂肪族环基；经取代或未经取代的杂环基，如经取代或未经取代的C3-C20、C5-C10或C5-C6杂环基；经取代或未经取代的芳香族基，如经取代或未经取代的C6-C20、C6-C14或C6-C10芳香族基；经取代或未经取代的杂芳香族基，如经取代或未经取代的C5-C20、C5-C14或C5-C6杂芳香族基；醚、酯、氨基甲酸酯、硫化物、酰胺或胺。优选地，L为C1-C8经取代或未经取代的烷基或C1-C10经取代或未经取代的烷氧基。
式(III)中的X为可水解取代基。本发明中的可水解取代基或化合物指代通过添加水，任选地在催化剂存在下经历化学键断裂的官能团或化合物。适合的X基团的实例包含经取代或未经取代的C1-C18烷氧基，并且优选为经取代或未经取代的C1-C4烷氧基。更优选地，X为甲氧基、乙氧基或2-甲氧基-乙氧基。X也可为-OH基。
适用于制备第一和第二表面经改质粒子的硅烷官能性发光化合物可通过已知方法制备，其中上文所述的发光化合物首先与一个或多于一个反应性基团(如烯丙基、环氧基、胺基、羧酸或其组合)连接，形成反应性发光化合物，其随后与可水解硅烷前体反应以形成硅烷官能性发光化合物D-L-SiX3。适用于形成硅烷官能性发光化合物的可水解硅烷前体含有至少一个可与反应性发光化合物的反应性基团反应以形成共价键(例如-Si-C-)的官能团。可水解硅烷前体可具有通式R(4-n)SiXn，其中X为如上文式(III)中所述的可水解取代基，如乙氧基、甲氧基或2-甲氧基-乙氧基；R可为H、具有1至12个碳原子并且含有官能性有机基团(如巯基、环氧基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基和氨基)的单价有机基团；并且n为1至4的整数，优选2至4的整数。在一个实施例中，适用于形成硅烷官能性发光化合物的可水解硅烷前体为HSi(OEt)3。
在另一实施例中，制备第一和第二表面经改质粒子的步骤(ii)包括使羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子与包括以下的混合物反应：(a)硅烷官能性发光化合物，和(b)具有SiX1 4的结构的有机硅烷化合物，和任选的(c)MX1 4或MX1 3的有机金属化合物或其混合物，其中每一X1相同或不同并且独立地为可水解取代基，并且M选自Al、Zr、Ti或其组合。X1可包含上文针对式(III)中的X所述的那些基团，并且X1优选为C1-C18烷氧基。适合的有机硅烷化合物的实例包含经取代或未经取代的四C1-C8烷氧基硅烷，如四甲氧基硅烷(TMOS)、四乙氧基硅烷(TEOS)、四正丙氧基硅烷和四正丁氧基硅烷；四(甲氧基乙氧基)硅烷；四(乙氧基乙氧基)硅烷；四(甲氧基乙氧基乙氧基)硅烷；四(甲氧基丙氧基)硅烷；四(2-甲基-己氧基)硅烷；二C1-C4烷基-四C1-C8烷氧基二硅烷，如二甲基四乙氧基二硅烷；四C1-C4酰氧基硅烷，如四乙酰氧基硅烷；四C2-C4烯氧基硅烷，如四烯丙氧基硅烷；或其混合物。有机硅烷化合物优选为TEOS、TMOS或其混合物。
在制备第一和第二表面经改质粒子中，如果使用有机金属化合物，那么可形成Al2O3、ZrO2或TiO2。适合的有机金属化合物的实例包含三C1-C4烷氧基铝酸酯，如三正丙氧基铝酸酯、三异丙氧基铝酸酯、三正丁氧基铝酸酯，如二C1-C4烷氧基铝氧基三C1-C4烷氧基硅烷，如二丁氧基-铝氧基-三乙氧基-硅烷；四正丁氧基锆酸酯、四乙氧基锆酸酯和四正丙氧基锆酸酯、四异丙氧基锆酸酯；四C1-C4烷氧基锆酸酯，如钛酸四正丁酯、四乙氧基钛酸酯、四甲氧基钛酸酯和四正丙氧基钛酸酯、四异丙氧基钛酸酯；或其混合物。优选地，如正丁醇锆的有机氧化锆ZrX2 4用作有机金属化合物。此外优选地，如正钛酸四丁酯的有机钛化合物TiX2 4用作有机金属化合物。在使用一种或多种有机硅烷化合物和一种或多种有机金属化合物的混合物时的情况下，有机硅烷化合物与有机金属化合物的摩尔比可为0.001:1至1000:1、0.01:1至100:1、0.1:1至100:1或1:1至100:1。优选地，使用TEOS与有机氧化锆的混合物。此外优选地，使用TEOS与有机钛化合物的混合物。
适用于制备第一和第二表面经改质粒子的羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子可各自独立地通过合并催化剂和以下物质获得：具有SiX1 4结构的有机硅烷化合物，其中X1为可水解取代基；和
任选的具有MX1 3或MX1 4或其混合物的结构的有机金属化合物；其中X1为可水解取代基，并且M选自Al、Zr、Ti或其组合；
任选的具有式(III)的结构的硅烷官能性发光化合物，
D-L-SiX3 (III)
其中D为发光团，L为直接键或有机基团，并且X为可水解取代基；和
任选的溶剂。
适用于制备羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子的具有SiX1 4结构的有机硅烷化合物、硅烷官能性发光化合物和有机金属化合物可包含上文制备第一和第二表面经改质粒子的步骤(ii)中所描述的化合物。在使用一种或多种有机硅烷化合物和一种或多种有机金属化合物的混合物时的情况下，有机硅烷化合物与有机金属化合物的摩尔比可为0.001:1至1000:1、0.01:1至100:1、0.1:1至100:1或1:1至100:1。优选地，使用TEOS与有机氧化锆的混合物。此外优选地，使用TEOS与有机钛化合物的混合物。硅烷官能性发光化合物(D-L-SiX3)与有机硅烷化合物和有机金属化合物的组合量的摩尔比可为0.0001:1至0.2:1、0.0002:1至0.05:1或0.0005:1至0.01:1。
制备适用于本发明的羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子一般通过已知溶胶-凝胶化学方法进行，例如通过有机硅烷化合物和/或有机金属化合物的水解。在催化剂存在下，有机硅烷化合物和任选的有机金属化合物经历水解并且与硅烷官能性发光化合物(如果存在)共冷凝，以形成羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子。适合的催化剂的实例包含HCl、H2SO4、CH3COOH、HF或NH4OH。用于形成羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子的反应可在溶剂存在下进行。优选溶剂为有机溶剂。适合的溶剂的实例包含醇，如乙醇、甲醇、1-丙醇、2-丙醇、1-甲氧基-2-丙醇或其混合物。在一个实施例中，乙醇用作溶剂。以溶剂的体积计，反应物浓度可在0.05至1mol/L、0.1至0.8mol/L或0.1至0.5mol/L范围内。所述反应的持续时间可在1小时至48小时、1小时至24小时或2小时至12小时范围内。反应可在20℃至100℃、40℃至70℃或50℃至60℃范围内的温度下进行。
上文所述的羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子、硅烷官能性发光化合物、和任选的有机硅烷化合物和/或有机金属化合物可反应以形成第一和第二表面经改质粒子。所述反应可在溶胶凝胶方法中进行，例如与如在上文制备羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子中所描述类似的方式。用于制备羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子的硅烷官能性发光化合物与有机硅烷化合物的摩尔比可为0.0001:1至0.2:1、0.002:1至0.05:1或0.005:1至0.01:1。
在一个实施例中，在反应之后，羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子表面上的至少5％、至少10％、至少15％或甚至至少20％的羟基通过溶胶凝胶方法与硅烷官能性发光化合物反应，以形成至少一个上文所述的共价键。
色彩转换阵列中的绿色转换层可进一步包括聚合粘合剂。适合的聚合粘合剂的实例选自聚苯乙烯、聚硅氧树脂、丙烯酸类树脂、环氧树脂或其混合物。聚合物粘合剂优选为透明的，或至少为半透明的。在一个实施例中，粘合剂为包括粘合剂树脂、交联剂、光聚合引发剂、溶剂和添加剂的光刻胶树脂。广泛使用的粘合剂树脂包含丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯酸酰胺、顺丁烯二酸、丙烯腈、苯乙烯、乙酸乙烯酯、偏二氯乙烯和顺丁烯二酰亚胺的均聚物或共聚物。其中，包含丙烯酸和羧基的丙烯酸酯的共聚物为最优选的。光聚合引发剂可包含例如酯基，如丙烯酸2-羟乙酯、乙基乙二醇二丙烯酸酯、季戊四醇二丙烯酸酯、甘油丙烯酸酯、肟酯和双酚环氧二丙烯酸酯。溶剂可选自酯，如乙酸乙酯和乙酸丁酯；酮，如环己酮和乙基丁基酮；醇衍生物，如乙二醇单乙醚乙酸酯和丙二醇甲醚乙酸酯；和含有氮的基团，如二甲基甲酰胺。这些有机溶剂可单独或呈至少两种成分的组合形式采用。最终，在光刻胶树脂中可额外采用添加剂，如热聚合抑制剂、增塑剂、辅助稳定剂、表面保护剂、调平剂、涂布剂或其混合物。在绿色转换层包括第一表面经改质粒子时的情况下，第一表面经改质粒子可嵌入于由一种或多种上文所述的聚合粘合剂形成的膜中。聚合粘合剂中第一表面经改质粒子的含量可为第一表面经改质粒子加上聚合粘合剂的总固体重量的0.001重量％至80重量％、0.01重量％至60重量％、0.1重量％至30重量％或1重量％至30重量％。在一个实施例中，除第一表面经改质粒子以外，绿色转换层可进一步包括其它类型的发绿光材料，如发射绿光的如上文所述的有机发光化合物、无机磷光体或量子点。
色彩转换阵列中的红色转换层可进一步包括聚合粘合剂，包含如在绿色转换层中所描述的聚合粘合剂。在红色转换层包括第二表面经改质粒子时的情况下，红色转换层中第二表面经改质粒子的含量可与上文所述的绿色转换层中第一表面经改质粒子的含量大体上相同。在一个实施例中，除第二表面经改质粒子以外，红色转换层可进一步包括其它类型的发红色材料，如发射红光的如上文所述的有机发光化合物、无机磷光体或量子点。红色转换层可通过与如形成绿色转换层中所描述相同的方法形成。
适用于本发明的色彩转换阵列可进一步包括一个或多个包括一种或多于一种蓝光吸收材料的蓝光阻挡层。蓝光阻挡层可放置于红色转换层和/或绿色转换层顶部，远离背光单元。蓝光吸收材料可为苝、芘、香豆素、乙炔基蒽或其它适合的黄色着色剂。在一个实施例中，放置于绿色转换层顶部的蓝光阻挡材料还可阻挡红光。在另一实施例中，放置于红色转换层顶部的蓝光阻挡材料还可阻挡绿光。
色彩转换层可通过间隔涂布、滴落涂布、喷涂、滚涂、油墨喷射、旋涂或其它适合的涂布技术制备。可采用像素化方法制造色彩转换阵列。像素化方法可为光刻方法，其中使紫外(UV)光线照射以便以依序方式选择性地曝光红色转换层和绿色转换层。经曝光层随后经显影以形成色彩转换图案。显影方法使用浸渍法、鼓泡法和喷头喷雾法之一进行。在显影之后，色彩转换层可在约200℃至230℃高温条件下硬化。在像素化方法之后，可采用丙烯酸类树脂或聚酰胺树脂在整个色彩转换阵列表面上沉积平坦化层，由此形成透明外涂层。
在一个实施例中，除上文所述的色彩转换阵列以外，本发明的发光设备进一步包括发射蓝光的背光单元。背光单元优选为主动矩阵发光二极管。背光单元更优选为主动矩阵OLED。
在另一实施例中，本发明的发光设备可进一步包括可充当光阀的液晶组件。在这种情况下，背光单元可为蓝光灯。背光单元优选为蓝色LED灯。在一个实施例中，液晶组件可包夹于背光单元与色彩转换阵列之间。在另一实施例中，液晶组件可放置于覆迭背光单元的色彩转换阵列顶部。
本发明的发光设备可用于各种装置中，包含例如电视、移动电话、平板计算机和汽车电子装置。本发明还涉及包括发光设备的电子装置。电子装置可为LCD显示器、OLED显示器或LED显示器。
参考图1a，展示本文公开的发光设备10的一个实施例的示意性透视图，包括色彩转换阵列11和背光单元12。
参考图1b，展示本文公开的发光设备20的一个实施例的示意性透视图，包括色彩转换阵列21、背光单元22和包夹于其间的液晶组件23。
参考图1c，展示本文公开的发光设备30的一个实施例的示意性透视图，包括色彩转换阵列31、背光单元32和液晶组件33，使得色彩转换阵列31存在于背光单元32与液晶组件33之间。
参考图2a，展示本发明的发光设备中色彩转换阵列40的一个实施例的横截面。色彩转换阵列40包括蓝色像素区41、包括第一表面经改质粒子的绿色转换层42和包括第二表面经改质粒子的红色转换层43。
参考图2b，展示本发明的发光设备中色彩转换阵列50的一个实施例的横截面。色彩转换阵列50包括蓝色像素区51、包括第一表面经改质粒子的绿色转换层52和包括第二表面经改质粒子的红色转换层53。色彩转换阵列50进一步包括在绿色转换层52和红色转换层53顶部上的蓝光阻挡层54。
参考图2c，展示本发明的发光设备中色彩转换阵列60的一个实施例的示意性透视图。色彩转换阵列60包括蓝色像素区61、包括第一表面经改质粒子的绿色转换层62和包括第二表面经改质粒子的红色转换层63。色彩转换阵列60进一步包括在蓝色像素区61、绿色转换层62和红色转换层63顶部上的光阻挡层64。
实例
现将在以下实例中描述本发明的一些实施例，其中除非另外规定，否则所有份数和百分比均以重量计。
实例中使用以下材料：
所有溶剂和试剂均从商业供货商获得，并且除非另外规定，否则以最高可用纯度或分析级使用。
正硅酸四乙酯(“TEOS”)、甲基三乙氧基硅烷(“MTES”)、三乙氧基硅烷、2-烯丙基-苯酚、POCl3、苯酚和烯丙基溴化物(CAS编号106-95-6)均可从西格玛奥德里奇(SigmaAldrich)获得。
无水乙醇、2-丙醇、氨(25-28wt％)、2,3-二氰基-5,6-二氯苯醌(“DDQ”)、N-甲基-吡咯烷酮(“NMP”)、石油醚、NH4Cl、NaHCO3、Na2SO4、K2CO3、四氢呋喃(“THF”)、乙酸乙酯(“EA”)和甲醇均可从中国医药化学试剂有限公司(Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd)获得。
丙二醇单甲醚乙酸酯(“PGMEA”)和N,N'-双(2,6-二异丙基苯基)-1,6,7,12-四苯氧基-3,4,9,10-苝四羧酸二酰亚胺(CAS编号123174-58-3)两者均可从TCI化学(TCIChemicals)获得。
可从J&K科学有限公司(J&K Scientific Ltd.)获得的卡尔施泰特氏催化剂(Karstedt's catalyst)为在二甲苯(3wt％)中的二乙烯基四甲基铂-硅氧烷络合物。
PLEXIGLAS 6N聚甲基丙烯酸甲酯(“PMMA”)可从赢创德固赛(Evonik Degussa)获得，用作粘合剂。
可从昭和电工(Showa Denko)获得的样品A为丙烯酸类粘合剂(于PGMEA中30％)。
1-[9-乙基-6-(2-甲基苯甲酰基)-9H-咔唑-3-基]-乙酮-1-(O-乙酰肟)(“OXE-02”，CAS编号478556-66-0)可从巴斯夫(BASF)获得并且用作光引发剂。
实例1合成表面经改质粒子1A
(1)合成硅烷官能性发光化合物1
合成硅烷官能性发光化合物1的示意图展示如下，
向4-羟基苯甲醛(4.0克(g)，32.7mmol，1.0当量(equiv.))于丙酮(40mL)中的溶液中添加K2CO3(13.6g，3.0equiv.)和烯丙基溴化物(4.3mL，1.5equiv.)。反应混合物在室温下搅拌2小时并且进一步加热到回流过夜。冷却到室温后，过滤溶液，用丙酮洗涤并且在真空中浓缩，得到4-(烯丙氧基)苯甲醛。
将数滴三氟乙酸添加到200mL 2,4-二甲基-1H-吡咯-3-甲酸乙酯(2.1g，2.0equiv.)和醛(1.0g，1.0equiv.)的二氯甲烷溶液中。在室温下搅拌深色反应混合物直到耗尽醛，其通过薄层色谱法追踪。依次添加氧化剂(DDQ，1.4g)，随后在30分钟后添加13.0mLEt3N，并且最后添加15.0mL三氟硼酸酯醚合物(trifluoroborate etherate)。将混合物滤过二氧化硅垫或所用粗产物。浓缩过滤物，并且残余物通过二氧化硅色谱或氧化铝凝胶或通过自动色谱纯化，得到烯丙基官能化硼-二吡咯亚甲基(BODIPY)衍生物(产率75％)。
将100毫克(mg)上文合成的烯丙基官能化BODIPY衍生物(0.2mmol)溶解于甲苯中。在氮气(N2)下，通过注射器注入HSi(OEt)3(125mg，4.0equiv.)，随后添加一滴卡尔施泰特氏催化剂。在60℃下搅拌所得混合物过夜。在减压下蒸发溶液。获得硅烷官能性发光化合物1的粗产物，不进行进一步纯化。
(2)合成表面经改质粒子1A
将100mL乙醇添加到250mL三颈烧瓶中，随后添加5mL氨。缓慢搅拌混合物同时加热到50℃。将3mL TEOS添加到反应烧瓶中。在50℃下搅拌所得混合物3小时。将2mL TEOS溶解于18mL乙醇中，随后通过蠕动泵在180分钟内滴入到反应烧瓶中，并且在50℃下保持搅拌过夜。将17mg的硅烷官能性发光化合物1溶解于30mL乙醇中，添加到反应烧瓶中并且在50℃下保持搅拌4至5小时。经由离心收集所获得胶态悬浮液，并且用乙醇洗涤三次，并且随后在50℃的真空烘箱中干燥，得到实例1的表面经改质粒子1A的固体动力。所获得的表面经改质粒子1A的STEM图像展示于图3中。
实例2合成表面经改质粒子1B
将70mL乙醇添加到250mL三颈烧瓶中，随后添加5mL氨。缓慢搅拌混合物并且用N2鼓泡，同时加热到50℃。将80mg的硅烷官能性发光化合物1(与实例1相同的发光体)溶解于40mL乙醇中以获得发光体-乙醇溶液。将10mL的发光体-乙醇溶液以及1.5mL TEOS添加到反应烧瓶中。在50℃下搅拌所得混合物1.5小时。随后将2.5mL TEOS和剩余30mL的发光体-乙醇溶液混合在一起，并且随后通过蠕动泵在2.5小时的时间段内滴入反应烧瓶中，并且在50℃下保持搅拌。1mL TEOS与10ml乙醇混合并且将其滴入反应烧瓶中，并且在50℃下保持搅拌2小时。将2.7mL MTES添加到反应烧瓶中并且反应再次保持2至3小时。经由离心收集所获得胶态悬浮液，并且用乙醇洗涤三次，并且随后在50℃的真空烘箱中干燥，得到实例2的表面经改质粒子1B的固体动力。所获得的表面经改质粒子1B的STEM图像在图4中给出。所获得的表面经改质粒子1B的热稳定性如下评估，
将表面经改质粒子1B置于230℃的对流烘箱中1小时，并且随后取出用于光致发光测试。用光谱荧光计(HORIBA FluoroMax-4)表征样品的光致发光光谱的发射峰强度。结果展示在230℃下烘烤1小时之后，表面经改质粒子1B的95％初始发射峰强度得到保持。
实例3合成表面经改质粒子2
(1)合成硅烷官能性发光化合物2
合成硅烷官能性发光化合物2的示意图展示如下，
用N-甲基-吡咯烷酮(50mL)中的2-烯丙基-苯酚(1.42g，10.58mmol)和K2CO3(1.46g，10.58mmol)处理N,N'-双(2,6-二异丙基苯基)-1,6,7,12-四氯苝-3,4:9,10-四甲酸二酰亚胺(1.50g，1.76mmol)。在80℃下在N2下加热反应混合物16小时，随后使其冷却到室温，并且添加稀释盐酸(100mL)。形成沉淀并且滤出，用水洗涤到中性pH，并且在真空下干燥。粗产物随后通过具有二氯甲烷/石油醚(1:1)溶剂混合物的硅胶管柱色谱纯化。在干燥后获得纯紫色固体(1.15g，53％产率)。
将0.5g上文所得产物溶解于30mL NMP中，并且随后添加4.0equiv.过量苯酚和K2CO3。混合物在100℃下搅拌超过24小时。随后添加稀释剂(HCl水溶液)。形成沉淀并且滤出，用水、随后热水洗涤到中性pH，并且在真空下干燥。粗产物随后通过具有二氯甲烷/石油醚(1:1)溶剂混合物的硅胶管柱色谱纯化。所获得烯丙基官能化产物用于通过三乙氧基硅烷进一步硅氢化。
将60mg的所制备烯丙基官能化产物(0.05mmol)溶解于5mL THF中。在N2下，通过注射器注入HSi(OEt)3(0.1mL，10.0equiv.)，随后添加一滴卡尔施泰特氏催化剂(于二甲苯中的二乙烯基四甲基铂-硅氧烷络合物，3wt％)。在60℃下搅拌所得混合物过夜。在减压下蒸发溶液。获得硅烷官能性发光化合物2的粗产物，不进行进一步纯化。
(2)合成表面经改质粒子2
合成表面经改质粒子2遵循与实例1的制备表面经改质粒子1A相同的程序。所获得第二表面经改质粒子2的STEM图像在图5中给出。
实例4
将150mg来自上文实例2的表面经改质粒子1B溶解于1g PGMEA中以形成澄清溶液。随后使溶液与3g PMMA溶液(于PGMEA中30wt％)均匀混合，涂布于聚对苯二甲酸伸乙酯(PET)膜上，并且随后在80℃烘箱中干燥2小时以蒸发PGMEA溶剂。干燥膜的厚度为约80-100μm。所得膜的光稳定性特性根据下文的测试方法测定。
使用光强度为1450至1500Cd/m2的蓝色背光单元作为光源。将表面经改质粒子1B-PMMA膜样品放置于蓝色背光单元前方用于在开放空气中连续照射。用光谱荧光计(HORIBAFluoroMax-4)随时间推移追踪光致发光光谱的峰强度。初始发射峰强度的保留对比照射时间的结果在表1中给出。
实例5
表面经改质粒子2-PMMA膜根据与上文针对制备实例4的表面经改质粒子1B-PMMA膜所述相同的程序制备，但在实例5中使用表面经改质粒子2。根据上文实例4中所述的测试方法评估表面经改质粒子2-PMMA膜的光稳定性。
表1提供实例4和实例5的膜的光稳定性特性。如表1中所示，表面经改质粒子1B-PMMA和表面经改质粒子2-PMMA膜展示良好光稳定性，在通过蓝色背光照射100小时之后分别保留约90％和100％的初始光强度。
表1
实例6
将150mg从上文实例1获得的表面经改质粒子1A溶解于1.2g PGMEA中以形成澄清溶液。溶液随后与研发用于传统滤色器的光刻胶丙烯酸类粘合剂(样品A丙烯酸类粘合剂(于PGMEA中30wt％)，可从昭和电工获得)和9mg光引发剂OXE-02均匀混合。在充分混合之后，经由旋涂将混合物涂布于玻璃衬底上，并且随后在100℃烘箱中预烘烤2分钟。所得膜在强度为50mJ/cm2的365nm UV下照射，随后在230℃下烘烤60分钟。在每一步骤之前和之后通过分光荧光计(HORIBA FluoroMax-4)记录样品的光致发光光谱。表面经改质粒子1A在UV固化和硬烘烤条件下的稳定性在表2中给出。
表2展示丙烯酸类粘合剂中的表面经改质粒子1A对常用于形成常规滤色器阵列的UV固化和硬烘烤条件的稳定性性能。如表2中所示，丙烯酸类粘合剂中的表面经改质粒子1A对UV固化条件稳定。在230℃下烘烤60分钟之后，保留其初始发射峰强度的56％。
表2
总之，所制备表面经改质粒子展现良好色彩性能，和良好光稳定性以及热稳定性。当应用于常用于制备滤色器的方法中时，其也展示有前景的结果。因此，表面经改质粒子为用于色彩转换阵列中的潜在候选物。

Claims (18)

1.一种发光设备，其包括：
背光单元，其发射可见蓝光；和
色彩转换阵列，其接收来自所述背光单元的所述蓝光，
其中所述色彩转换阵列包括绿色转换层和红色转换层，
其中所述绿色转换层和所述红色转换层中的至少一个包括分别发射绿光或红光的第一或第二表面经改质粒子，并且所述第一或第二表面经改质粒子包括溶胶-凝胶纳米粒子和多个附着到所述溶胶-凝胶纳米粒子表面的发光团，其中所述发光团在430至500nm的光谱区中具有至少1000M-1cm-1的吸光值，并且展现小于100nm的发射带半高宽(full widthhalf maximum)；并且
其中所述色彩转换阵列允许所述背光单元的至少一部分所述蓝光穿过，使得所述发光设备发射至少红光、绿光和蓝光，以生成包括红色、绿色和蓝色组分的色彩。
2.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述色彩转换阵列包括绿色转换层，所述绿色转换层包括所述第一表面经改质粒子；和红色转换层，所述红色转换层包括所述第二表面经改质粒子；并且
其中所述色彩转换阵列允许所述背光单元的至少一部分所述蓝光穿过，使得所述发光设备发射红光、绿光和蓝光，以生成具有红色、绿色和蓝色组分的色彩。
3.根据权利要求1所述的发光设备，其中所述溶胶-凝胶纳米粒子选自二氧化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化钛或其混合物。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的发光设备，其中所述多个发光团经由-Si-O-Si-、-Al-O-Si-、-Ti-O-Si-、-Zr-O-Si-、-Al-O-Al或其组合与所述溶胶-凝胶纳米粒子共价键结。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的发光设备，其中所述第一和第二表面经改质粒子各自独立地经由以下获得
(i)提供羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子；和
(ii)使来自步骤(i)的所述羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子与具有式III的结构的硅烷官能性发光化合物反应，
D-L-SiX3 (III)
其中D为所述发光团，L为直接键或有机基团，并且X为可水解取代基。
6.根据权利要求5所述的发光设备，其中所述羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子表面上的至少5％羟基通过溶胶凝胶方法与所述硅烷官能性发光化合物反应以形成共价键。
7.根据权利要求5所述的发光设备，其中所述第一和第二表面经改质粒子各自独立地经由以下获得
(i)提供羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子；和
(ii)使来自步骤(i)的所述羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子与包括以下的混合物反应：
(a)具有所述式(III)的结构的硅烷官能性发光化合物，
D-L-SiX3 (III)
其中D为所述发光团，L为直接键或有机基团，并且X为可水解取代基；和
(b)具有SiX1 4的结构的有机硅烷化合物，其中X1为可水解取代基。
8.根据权利要求5所述的发光设备，其中所述羟基官能性溶胶-凝胶纳米粒子通过合并以下而获得
具有所述SiX1 4的结构的有机硅烷化合物，其中X1为可水解取代基；
催化剂；
任选的具有MX1 3或MX1 4或其混合物的结构的有机金属化合物；其中
X1为可水解取代基，并且M选自Al、Zr、Ti或其组合；
任选的具有所述式(III)的结构的硅烷官能性发光化合物，
D-L-SiX3 (III)
其中D为所述发光团，L为直接键或有机基团，并且X为可水解取代基；和
任选的溶剂。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的发光设备，其中所述第一表面经改质粒子中的所述发光团衍生自具有式(I)结构的有机发光化合物：
其中R11至R16各自独立地选自由以下组成的组：H、卤素、-CN、-CF3、-NO2、经取代或未经取代的C1-C24烷基、经取代或未经取代的C2-C24烯基、经取代或未经取代的C2-C24炔基、经取代或未经取代的C1-C24烷氧基、经取代或未经取代的C3-C20环基或杂环基、-SO3H、磺酸酯基、-SO2O-、硫醚、醚、脲、-CO2H、酯、酰胺、胺、C6-C20经取代或未经取代的芳香族基和C5-C20经取代或未经取代的杂芳香族基；R11和R12能够连接在一起以与其键结的原子一起形成5、6、7元环；R12和R13能够连接在一起以与其键结的原子一起形成5、6、7元环；R14和R15能够连接在一起以与其键结的原子一起形成5、6、7元环；并且R15和R16能够连接在一起以与其键结的原子一起形成5、6、7元环；
其中X1为N或CR17，其中R17选自由以下组成的组：H、卤素、-CN、-CF3、经取代或未经取代的C1-C24烷基、经取代或未经取代的C2-C24烯基、经取代或未经取代的C2-C24炔基、经取代或未经取代的C1-C24烷氧基、经取代或未经取代的C3-C20环基或杂环基、经取代或未经取代的C6-C20芳香族基、经取代或未经取代的C5-C20杂芳香族基、醚、酯、羧酸、-OH、酰胺、胺和硫化物；并且
其中X2和X3各自独立地选自由以下组成的组：卤素、经取代或未经取代的C1-C24烷基、经取代或未经取代的C2-C24烯基、经取代或未经取代的C2-C24炔烃、经取代或未经取代的C3-C20环基或杂环基、C6-C20经取代或未经取代的芳香族基、经取代或未经取代的C5-C20杂芳香族基和经取代或未经取代的C1-C24烷氧基；并且X2和X3能够连接在一起以形成单个取代基。
10.根据权利要求9所述的发光设备，其中所述第一表面经改质粒子中的所述发光团衍生自具有式(II)结构的有机发光化合物：
其中R21至R25各自独立地选自由以下组成的组：H、卤素、-CN、-CF3、-NO2、经取代或未经取代的C1-C24烷基、经取代或未经取代的C2-C24烯基、经取代或未经取代的C2-C24炔基、经取代或未经取代的C1-C24烷氧基、经取代或未经取代的C3-C20环基或杂环基、-SO3H、磺酸酯基、-SO2O-、硫醚、醚、脲、-CO2H、酯、酰胺、胺、经取代或未经取代的C6-C20芳香族基和经取代或未经取代的C5-C20杂芳香族基；并且R26和R27各自独立地选自由以下组成的组：经取代或未经取代的C1-C20烷基、经取代或未经取代的C2-C20烯基、经取代或未经取代的C2-C24炔基、经取代或未经取代的C1-C2烷氧基、经取代或未经取代的C6-C24芳基；经取代或未经取代的C3-C20环基或杂环基、和经取代或未经取代的C5-C20杂芳香族基。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的发光设备，其中所述第二表面经改质粒子中的所述发光团衍生自选自以下的有机发光化合物：苝二酰亚胺、硼-二吡咯亚甲基、二酮基吡咯并吡咯、4-二氰基亚甲基-2-叔丁基-6-1,1,7,7-四甲基久咯雷啶基-9-烯基-4H-吡喃、香豆素、罗丹明(rhodamine)、荧光素和花青。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的发光设备，其中所述第一或第二表面经改质粒子中的所述溶胶-凝胶纳米粒子独立地具有10nm至2,000nm范围内的粒径。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的发光设备，其中来自所述背光单元的所述蓝光的波长为430nm至500nm。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的发光设备，其中所述色彩转换阵列进一步包括一个或多个包括一种或多于一种蓝光吸收材料的蓝光阻挡层，所述蓝光阻挡层放置于所述红色转换层和/或所述绿色转换层顶部，远离所述背光单元。
15.根据权利要求1至3中任一项所述的发光设备，其中所述红色转换层进一步包括有机发红光化合物、无机磷光体、量子点或其混合物。
16.根据权利要求1至3中任一项所述的发光设备，其中所述绿色转换层进一步包括有机发绿光化合物、无机磷光体、量子点或其混合物。
17.一种包括根据权利要求1至16中任一项所述的发光设备的电子装置。
18.根据权利要求17所述的电子装置，其中所述电子装置为LCD显示器、LED显示器或OLED显示器。
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