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円偏光発光組成物及びその製造方法、並びに円偏光発光方法 NEW

国内特許コード P180015409
整理番号 (S2016-0283-N0)
掲載日 2018年11月5日
出願番号 特願2017-555091
出願日 平成28年12月7日(2016.12.7)
国際出願番号 JP2016086331
国際公開番号 WO2017099110
国際出願日 平成28年12月7日(2016.12.7)
国際公開日 平成29年6月15日(2017.6.15)
優先権データ
  • 特願2015-239565 (2015.12.8) JP
発明者
  • 伊原 博隆
  • 高藤 誠
  • 桑原 穣
出願人
  • 国立大学法人 熊本大学
発明の名称 円偏光発光組成物及びその製造方法、並びに円偏光発光方法 NEW
発明の概要 ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子が会合してなり、2次キラリティを有する超分子配向体と、前記超分子配向体の2次キラリティに基づいて配向したホスト官能基に分子間相互作用によって配向して固定化された発光性ゲスト分子と、から構成されるホスト-ゲスト複合体を含み、前記配向して固定化された発光性ゲスト分子が誘起キラリティを有することを特徴とする円偏光発光組成物。当該円偏光発光組成物は、超分子配向体の2次キラリティに基づいて配向したホスト官能基との分子間相互作用によって、発光性ゲスト分子にキラリティを誘起させることができるため、発光性ゲスト分子がキラリティを有していない場合でも、CPL強度に優れる。
従来技術、競合技術の概要


光は、照明はもとより、情報伝達のための手段として極めて重要な役割を果たしてきた。その中でも、近年、円偏光ルミネッセンス(CPL: circularly polarized luminescence)を示す、円偏光発光材料の開発が注目を集めている。
CPLは、位相の異なる2つの直線偏光からなる特殊な異方性を有する光である。そのため、CPLは、光のオンオフ以外に、左右円偏光のオンオフを加えた4つの情報を有するだけでなく、偏光特性を有しつつ角度依存性がないという利点も有している。このような利点から、CPLは次世代光源の一つとして、3Dディスプレイ等での立体視や、LED照明、光記録、分子センシング、光セキュリティシステム、バイオプローブなど様々な用途での応用が期待されている。



CPL特性を評価するにあたって重要視されるファクターが、円偏光発光度(glum)であり、glum=2×(IL-IR)/(IL+IR)で算出される。このときILとIRは、それぞれ左円偏光発光強度と右円偏光発光強度である。高いglum値を示す例として、キラルな金属錯体、キラルな包接複合体、ラセン状分子、キラル液晶などが報告され、glum値において、10-3~10-2レベルの数値が実現されている。



しかしながら、従来、円偏光発光材料の開発は、分子自体にキラリティを導入したものがほとんどであるため、円偏光発光材料の構造は一般的に複雑であった(非特許文献1~3)。そのため、円偏光発光材料は、難易度の高い合成化学的なアプローチを経て開発されたものが多く、構造やCPL特性の多様化が困難であるだけでなく、高コスト化が弱点となっている。



一方で、特許文献1には、ピレン又はナフタレン等とシクロデキストリンとの包接化合物が円偏光を示すという周知技術をベースとして、ピレンとシクロデキストリンとの包接化合物のpHを調整して、左又は右の円偏光を制御する技術が開示されている。
シクロデキストリン系は、合成化学的には難易度が高いものではないが、空孔のサイズが決まっており、選択できる発光性色素が制限的になるため、やはり、CPL特性の多様化が困難であるという問題があった。

産業上の利用分野


本発明は、次世代光シグナルとして期待される円偏光発光を示す有機系組成物に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子が会合してなり、2次キラリティを有する超分子配向体と、
前記超分子配向体の2次キラリティに基づいて配向したホスト官能基に分子間相互作用によって配向して固定化された発光性ゲスト分子と、
から構成されるホスト-ゲスト複合体を含み、
前記配向して固定化された発光性ゲスト分子が誘起キラリティを有することを特徴とする円偏光発光組成物。

【請求項2】
前記発光性ゲスト分子が、非キラルな発光分子である請求項1に記載の円偏光発光組成物。

【請求項3】
前記超分子配向体が、前記自己配向性ホスト分子が会合した二分子膜からなる超分子配向体である請求項1又は2に記載の円偏光発光組成物。

【請求項4】
前記自己配向性ホスト分子が、下記式(1)で表される化合物である請求項1から3のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
【化1】


(但し、式(1)中、
1及びR2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい、炭素数2~30の炭化水素基を表し、
1及びX2は、それぞれ同一でも異なっていてもよい2価の連結基を表し、
3は、2価の連結基を含む構造を表し、
4は、炭素数1~11のメチレン鎖、又は鎖中に芳香環を有する炭素数1~11のメチレン鎖を表し、
Yは、前記ホスト官能基を表し、
Zは、水素原子、又は炭素数1~3の炭化水素基を表し、
*は不斉炭素を表す。)

【請求項5】
前記自己配向性ホスト分子が、式(1-1)又は式(1-2)で表される化合物である請求項4に記載の円偏光発光組成物。
【化2】


【化3】



(但し、式(1-1)又は式(1-2)中、
1及びR2は、式(1)と同義であり、
nは、1~4の整数を表し、
5は、炭素数1~10のメチレン鎖、-NH-及び-O-からなる群から選択される1種以上を含む構造、又は単結合を表し、
Yは、前記ホスト官能基を表し、
*は不斉炭素を表す。)

【請求項6】
前記自己配向性ホスト分子が、式(1-1)で表される化合物である請求項5に記載の円偏光発光組成物。

【請求項7】
式(1-1)において、n=2である請求項6に記載の円偏光発光組成物。

【請求項8】
1及びR2が、同一の基であって、炭素数2~22の直鎖アルキル基である請求項4から7のいずれかに記載の円偏光発光組成物。

【請求項9】
前記ホスト官能基が、ピリジル基及びその4級化体、イミダゾリル基及びその4級化体、キノリル基及びその4級化体、イソキノリル基及びその4級化体、アミノ基及びその4級化体、カルボン酸基、スルホン酸基、硫酸基、ホスホン酸基、リン酸基及びボロン酸基からなる群から選択される1種以上である請求項1から8のいずれかに記載の円偏光発光組成物。

【請求項10】
前記ホスト官能基が、正電荷を有する基である請求項1から9のいずれかに記載の円偏光発光組成物。

【請求項11】
前記ホスト官能基が、負電荷を有する基である請求項1から9のいずれかに記載の円偏光発光組成物。

【請求項12】
前記発光性ゲスト分子が、負電荷を有する発光分子である請求項10に記載の円偏光発光組成物。

【請求項13】
前記発光性ゲスト分子が、正電荷を有する発光分子である請求項11に記載の円偏光発光組成物。

【請求項14】
前記発光性ゲスト分子が、芳香環あるいは複素環を有し、分子内に電荷分布を有する発光分子である請求項1から11のいずれかに記載の円偏光発光組成物。

【請求項15】
前記発光性ゲスト分子が下記のいずれかである請求項1から11のいずれかに記載の円偏光発光組成物。
【化4】



【請求項16】
前記ホスト-ゲスト複合体と液体分散媒とを含み、
前記ホスト-ゲスト複合体が液体分散媒に分散した液状組成物である請求項1から15のいずれかに記載の円偏光発光組成物。

【請求項17】
前記ホスト-ゲスト複合体とベースポリマーとを含み、
前記ホスト-ゲスト複合体がベースポリマーに分散したポリマー組成物である請求項1から15のいずれかに記載の円偏光発光組成物。

【請求項18】
前記ベースポリマーが、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、エチレン・酢酸ビニル共重合体樹脂、エチレン・ビニルアルコール共重合体樹脂、ブチラール樹脂、ビニロン樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルアクリレート樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリ(ヒドロキシエチルメタクリレート)樹脂、ポリ(ヒドロキシエチルアクリレート)樹脂、ポリジビニルベンゼン樹脂、ポリエチレングリコールジメタクリレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリアミド樹脂からなる群のうち少なくとも1種を含む請求項17に記載の円偏光発光組成物。

【請求項19】
前記ベースポリマーが、ポリメチルメタクリレート樹脂及び/又はポリスチレン樹脂を含む請求項18に記載の円偏光発光組成物。

【請求項20】
前記ベースポリマー100質量部に対する、前記円偏光発光組成物中の発光性ゲスト分子の割合が、0.0001質量部以上10質量部以下である請求項17から19のいずれかに記載の円偏光発光組成物。

【請求項21】
請求項16に記載の円偏光発光組成物の製造方法であって、以下の工程を含む製造方法。
工程(i):前記ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子を、溶媒中で会合させ、2次キラリティを有する超分子配向体を形成する工程
工程(ii):得られた前記超分子配向体を含む溶媒中で、前記ホスト官能基と分子間相互作用を介して結合する発光性ゲスト分子とを結合させ、前記発光性ゲスト分子を前記超分子配向体に固定化する工程

【請求項22】
請求項17から20のいずれかに記載の円偏光発光組成物の製造方法であって、以下の工程を含む製造方法。
工程(I-1):ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子を、ベースポリマーを含む溶媒中で会合させ、2次キラリティを有する超分子配向体を形成する工程
工程(II-1):前記超分子配向体と前記ベースポリマーとを含む溶媒中で、前記ホスト官能基と分子間相互作用を介して結合する発光性ゲスト分子とを結合させ、前記発光性ゲスト分子を前記超分子配向体に固定化し、ホスト-ゲスト複合体とベースポリマーとを含有する塗布液を得る工程
工程(III-1):前記塗布液を塗布して塗布膜を形成した後に溶媒を乾燥させて、ポリマー組成物を得る工程

【請求項23】
請求項17から20のいずれかに記載の円偏光発光組成物の製造方法であって、以下の工程を含む製造方法。
工程(I-2):ホスト官能基を有するキラルな自己配向性ホスト分子を、ベースモノマー中で会合させ、2次キラリティを有する超分子配向体を形成する工程
工程(II-2):前記超分子配向体を含むベースモノマー中で、前記ホスト官能基と分子間相互作用を介して結合する発光性ゲスト分子とを結合させ、前記発光性ゲスト分子を前記超分子配向体に固定化し、ホスト-ゲスト複合体を形成する工程
工程(III-2):前記ホスト-ゲスト複合体を含むベースモノマー中に熱重合開始剤あるいは光重合開始剤を加え、かき混ぜた後に、加熱あるいは光照射することでベースモノマーを重合することで、ポリマー組成物を得る工程

【請求項24】
請求項1から20のいずれかに記載の円偏光発光組成物に励起光を照射して、円偏光発光させることを特徴とする円偏光発光方法。
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 公開
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