新型顏色轉換器的制造方法
【專利摘要】一種顏色轉換器，其包括至少一個包含至少一種有機熒光著色劑的層和至少一個具有低氧滲透率的阻隔層。
【專利說明】新型顏色轉換器
[0001]本發(fā)明的主題為顏色轉換器，其包括至少一個包含至少一種有機熒光著色劑的層和至少一個具有低氧滲透率的阻隔層。
[0002]本發(fā)明進一步提供了發(fā)光器件，其包括至少一個LED和至少一個顏色轉換器，所述顏色轉換器包括至少一個包含至少一種有機熒光著色劑的層和至少一個具有低氧滲透率的阻隔層。
[0003]本發(fā)明進一步提供了太陽能電池，其包括顏色轉換器，所述顏色轉換器包括至少一個包含至少一種有機熒光著色劑的層和至少一個具有低氧滲透率的阻隔層。
[0004]顏色轉換器為能吸收特定波長的光并將其轉換成其他波長的光的器件。
[0005]顏色轉換器在各種工業(yè)應用中起作用，例如在包括發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光器件以及在基于有機熒光染料的太陽能電池中。
[0006]由于其具有相當長的壽命和非常好的能量效率，發(fā)光二極管(LED)在發(fā)光技術中起著日益重要的作用。其發(fā)光基于電子-空穴配對(激子)在正向偏壓半導體pn結的結點區(qū)域中的復合。該半導體的帶隙大小決定了近似波長。LED可產生各種顏色。
[0007]穩(wěn)定且具有能量效率的藍光LED可通過顏色轉換而發(fā)出白光。根據用于該目的的已知方法，將包含熒光著色劑的聚合物材料直接施加至LED光源(LED芯片)上。
[0008]通常將所述聚合物 材料以近似滴狀或半球狀提供至LED芯片上，因此使得發(fā)光具有特定的光效應。其中將處于聚合物基體中的熒光著色劑直接且無中間空間地施加至LED芯片上的該類結構也稱為“芯片上的磷光體”。在LED芯片上的磷光體中，迄今為止所用的熒光著色劑通常為無機材料?？衫缬赦嫇诫s的釔鋁石榴石構成的熒光著色劑吸收特定比例的藍光并發(fā)出具有寬發(fā)射光譜帶的較長波長的光，從而使得所轉換的藍光與所發(fā)出的光混合以產生白光。
[0009]為了改善該發(fā)光器件的顏色復制，可額外引入發(fā)紅光的二極管以及所述的白光二極管。這可產生對許多人而言感覺更愉悅的光。然而，這在技術上更為復雜且成本更高。
[0010]在LED芯片上的磷光體中，聚合物材料和熒光著色劑經歷較高的熱和輻射應力。出于該原因，迄今為止有機熒光著色劑仍不適用于LED芯片上的磷光體中。有機熒光染料原則上可在其寬發(fā)射光譜帶范圍內產生良好的顏色復制效果。然而，迄今為止其穩(wěn)定性不足以應付直接置于LED芯片上時的應力。迄今為止尚不清楚有機熒光染料的分解機理及其穩(wěn)定性不足的直接原因。
[0011]為了通過顏色轉換由藍光產生白光，存在另一種構思，其中將通常包括載體和聚合物層的顏色轉換器(也簡稱為“轉換器”)置于距LED芯片一定的距離。該結構稱為“遠磷光體”。
[0012]主光源一LED與顏色轉換器之間的空間距離將由熱和輻射所產生的應力降至可借助合適的有機熒光染料滿足穩(wěn)定性要求的程度。此外，“遠磷光體”構思的LED的能量效率甚至比“芯片上的磷光體”構思的那些更高。
[0013]有機熒光染料在這些顏色轉換器中的應用提供了各種優(yōu)點。首先，由于其顯著更高的質量-比吸收率，有機熒光染料具有高得多的產率，這意味著有效輻射轉換所需的材料要比無機輻射轉換器情況下的顯著更少。其次，其能實現良好的顏色復制且能產生令人愉悅的光。此外，其不需要任何包含稀土元素(其必須以昂貴且不便的方式開采并提供且僅以有限的程度獲得)的材料。
[0014]因此，希望提供顏色轉換器，其包含有機熒光染料且具有長壽命。
[0015]DE102008057720A1描述了遠磷光體LED的構思且公開了包含無機輻射轉換磷光體的轉換層以及包埋入聚合物基體中的有機輻射轉換磷光體的用途。所述聚合物基體例如為聚硅氧烷、環(huán)氧化物、丙烯酸酯或聚碳酸酯。
[0016]US2010/0230693A1描述了發(fā)光器件，其中熒光著色劑由聚硅氧烷材料包封成透鏡狀。然而未公開有機熒光著色劑的使用。
[0017]US2010/0291313A1描述了發(fā)光器件，其中LED無機熒光著色劑存在于遠磷光體結構中。
[0018]JP2007/273498描述了顏色轉換器，其中將熒光著色劑分散于樹脂中并用具有小于10mL/m2*d的氧滲透率和小于lmL/m2*d的水蒸氣滲透率的膜密封。未公開有機熒光著色劑的使用。
[0019]JP2007/207532描述了包括顏色轉換器的發(fā)光器件，其中將熒光著色劑分散于樹脂中并用具有低氧滲透率的聚合物密封。未公開有機熒光著色劑的使用。
[0020]EP1927141公開了熒光轉換太陽能電池，其包含三萘嵌二苯(terrylene)熒光染料。`
[0021]本發(fā)明的目的是提供基于有機熒光著色劑的顏色轉換器，其不具有現有技術的缺點且尤其具有長壽命。
[0022]此外，還提供包含該顏色轉換器的發(fā)光器件和太陽能電池。
[0023]所述目的通過開頭所述的顏色轉換器、發(fā)光器件和太陽能電池實現。
[0024]本發(fā)明的顏色轉換器包含至少一種包埋于聚合物基體中的有機熒光著色劑。
[0025]熒光著色劑包括所有能吸收特定波長的光并將其轉換成其他波長的光的材料。
[0026]該類材料也稱為磷光體或輻射轉換磷光體。
[0027]根據熒光著色劑和吸收波長的選擇，本發(fā)明的顏色轉換器可發(fā)出許多顏色的光。然而，在許多情況下，其目的是獲得白光。
[0028]有機熒光著色劑可為有機熒光顏料或有機熒光染料。
[0029]合適的有機熒光著色劑原則上為所有能吸收特定波長的光并將其轉換成其他波長的光的有機染料或顏料，其可溶于或均勻分布于聚合物基體中且對熱和輻射應力具有足夠的穩(wěn)定性。
[0030]合適的有機顏料通常具有0.01-10 μ m，優(yōu)選0.1-1 μ m的DIN13320平均粒度。
[0031]合適的有機熒光染料在光譜的可見光區(qū)域中發(fā)熒光，且例如為顏色索引中所列的發(fā)綠色、橙色或紅色熒光的熒光染料。其他合適的有機熒光染料在光譜的可見光區(qū)域內發(fā)熒光，且例如為顏色索引中所列的發(fā)黃色或淺綠-黃色熒光的熒光染料。在此處和下文中，術語“發(fā)淺綠-黃色熒光”和“發(fā)淺黃-綠色熒光”同義使用。
[0032]優(yōu)選的有機突光染料為官能化的萘或萘嵌苯(rylene)衍生物。
[0033]優(yōu)選的萘衍生物為包含萘單元的發(fā)綠色、橙色或紅色熒光的熒光染料。其他優(yōu)選的萘衍生物為包含萘單元的發(fā)黃色或淺綠色-黃色熒光的熒光染料。[0034]此外，優(yōu)選具有一個或多個選自鹵素、氰基、苯并咪唑或具有一個或多個羰基官能團的基團的取代基的萘衍生物。合適的羰基官能團例如為羧酸酯、二羧酰亞胺、羧酸、羧酰胺。
[0035]優(yōu)選的萘嵌苯衍生物包含茈單元。優(yōu)選的實施方案包括發(fā)綠色、橙色或紅色熒光的茈類。
[0036]優(yōu)選具有一個或多個選自鹵素、氰基、苯并咪唑或具有一個或多個羰基官能團的基團的取代基的茈衍生物。合適的羰基官能團例如為羧酸酯、羧酰亞胺、羧酸、羧酰胺。
[0037]優(yōu)選的茈衍生物例如為W02007/006717第I頁第5行至第22頁第6行所述的茈衍生物。
[0038]在特別優(yōu)選的實施方案中，合適的有機熒光染料為選自式I1-VI的茈衍生物:
[0039]
【權利要求】
1.一種顏色轉換器，其包括至少一個包含至少一種有機熒光著色劑的層和至少一個具有低氧滲透率的阻隔層。
2.根據權利要求1的顏色轉換器，其中所述至少一個阻隔層基本上由至少一種具有低比氧滲透率的阻隔材料構成。
3.根據權利要求1或2的顏色轉換器，其中所述至少一個阻隔層基本上由至少一種選自玻璃、不同于玻璃的金屬氧化物和至少一種聚合物的阻隔材料構成。
4.根據前述權利要求中任一項的顏色轉換器，其中所述阻隔材料選自玻璃、石英、金屬氧化物、SiO2、氮化鈦、SiO2/金屬氧化物多層材料、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚偏二氯乙烯(PVDC)、液晶聚合物(LCP)、聚苯乙烯-丙烯腈(SAN)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸丁二醇酯(PBN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚丁酸乙烯基酯(PVB)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺、聚甲醛、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、衍生自乙烯-乙酸乙烯基酯(EVA)的聚合物和衍生自乙烯-乙烯醇(EVOH)的聚合物。
5.根據前述權利要求中任一項的顏色轉換器，其中所述至少一個阻隔層具有低水蒸氣滲透率。
6.根據前述權利要求中任一項的顏色轉換器，其中所述顏色轉換器在其上側和下側上各自具有至少一個阻隔層。
7.根據前述權利要求中任一項的顏色轉換器，其中所述至少一種有機熒光著色劑為有機熒光染料。
8.根據前述權利要求中任一項的顏色轉換器，其中所述至少一種有機熒光著色劑選自發(fā)黃色、綠色、紅色和橙色熒光的有機熒光染料。
9.根據前述權利要求`中任一項的顏色轉換器，其中所述至少一種有機熒光著色劑為萘或茈衍生物。
10.根據前述權利要求中任一項的顏色轉換器，其中所述至少一種有機熒光染料選自如下組:
11.根據前述權利要求中任一項的顏色轉換器，其中所述至少一種有機熒光染料選自N，N，-二 (2，6-二異丙基苯基)-1，7-二 (2，6-二異丙基苯氧基)茈_3，4:9，10-四甲酰亞胺、N, N’ - 二(2，6- 二異丙基苯基)-1，6- 二(2，6- 二異丙基苯氧基)花-3，4:9, 10-四甲酰亞胺、3，9- 二氰基茈-4，10- 二(甲酸異丁酯)、3，10- 二氰基茈-4，9- 二(甲酸異丁酯)、3，9- 二氰基茈_4，10- 二(甲酸仲丁酯)、3，10- 二氰基茈_4，9- 二(甲酸仲丁酯)、9_氰基-N-(2，6- 二(異丙基)苯基)茈-3，4- 二甲酰單酰亞胺及其混合物。
12.根據前述權利要求中任一項的顏色轉換器，其中所述至少一種有機熒光染料選自N，N，-二 (2，6-二異丙基苯基)-1，7-二 (2，6-二異丙基苯氧基)茈_3，4:9，10-四甲酰亞胺、N, N’ - 二(2，6- 二異丙基苯基)-1，6- 二(2，6- 二異丙基苯氧基)花-3，4:9, 10-四甲酰亞胺及其混合物。
13.根據前述權利要求中任一項的顏色轉換器，其中所述顏色轉換器為膜、板或片。
14.根據前述權利要求中任一項的顏色轉換器在轉換由LED所產生的光中的用途。
15.一種發(fā)光器件，其包括至少一個LED和至少一個根據權利要求1-13中任一項的顏色轉換器。
16.根據權利要求15的發(fā)光器件，其中LED和顏色轉換器存在于遠磷光體結構中。
17.—種突光轉換太陽能電池,其包括根據權利要求1-13中任一項的顏色轉換器。
【文檔編號】C09K11/06GK103517964SQ201280022046
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年5月9日 優(yōu)先權日:2011年5月10日
【發(fā)明者】G·瓦根布拉斯特, M·克內曼, S·伊娃諾維茨, G·德凱澤, R·森德 申請人:巴斯夫歐洲公司