新型颜色转换器的制造方法
【专利摘要】一种颜色转换器，其包括至少一个包含至少一种有机荧光着色剂的层和至少一个具有低氧渗透率的阻隔层。
【专利说明】新型颜色转换器
[0001]本发明的主题为颜色转换器，其包括至少一个包含至少一种有机荧光着色剂的层和至少一个具有低氧渗透率的阻隔层。
[0002]本发明进一步提供了发光器件，其包括至少一个LED和至少一个颜色转换器，所述颜色转换器包括至少一个包含至少一种有机荧光着色剂的层和至少一个具有低氧渗透率的阻隔层。
[0003]本发明进一步提供了太阳能电池，其包括颜色转换器，所述颜色转换器包括至少一个包含至少一种有机荧光着色剂的层和至少一个具有低氧渗透率的阻隔层。
[0004]颜色转换器为能吸收特定波长的光并将其转换成其他波长的光的器件。
[0005]颜色转换器在各种工业应用中起作用，例如在包括发光二极管(LED)的发光器件以及在基于有机荧光染料的太阳能电池中。
[0006]由于其具有相当长的寿命和非常好的能量效率，发光二极管(LED)在发光技术中起着日益重要的作用。其发光基于电子-空穴配对(激子)在正向偏压半导体pn结的结点区域中的复合。该半导体的带隙大小决定了近似波长。LED可产生各种颜色。
[0007]稳定且具有能量效率的蓝光LED可通过颜色转换而发出白光。根据用于该目的的已知方法，将包含荧光着色剂的聚合物材料直接施加至LED光源(LED芯片)上。
[0008]通常将所述聚合物 材料以近似滴状或半球状提供至LED芯片上，因此使得发光具有特定的光效应。其中将处于聚合物基体中的荧光着色剂直接且无中间空间地施加至LED芯片上的该类结构也称为“芯片上的磷光体”。在LED芯片上的磷光体中，迄今为止所用的荧光着色剂通常为无机材料。可例如由铈掺杂的钇铝石榴石构成的荧光着色剂吸收特定比例的蓝光并发出具有宽发射光谱带的较长波长的光，从而使得所转换的蓝光与所发出的光混合以产生白光。
[0009]为了改善该发光器件的颜色复制，可额外引入发红光的二极管以及所述的白光二极管。这可产生对许多人而言感觉更愉悦的光。然而，这在技术上更为复杂且成本更高。
[0010]在LED芯片上的磷光体中，聚合物材料和荧光着色剂经历较高的热和辐射应力。出于该原因，迄今为止有机荧光着色剂仍不适用于LED芯片上的磷光体中。有机荧光染料原则上可在其宽发射光谱带范围内产生良好的颜色复制效果。然而，迄今为止其稳定性不足以应付直接置于LED芯片上时的应力。迄今为止尚不清楚有机荧光染料的分解机理及其稳定性不足的直接原因。
[0011]为了通过颜色转换由蓝光产生白光，存在另一种构思，其中将通常包括载体和聚合物层的颜色转换器(也简称为“转换器”)置于距LED芯片一定的距离。该结构称为“远磷光体”。
[0012]主光源一LED与颜色转换器之间的空间距离将由热和辐射所产生的应力降至可借助合适的有机荧光染料满足稳定性要求的程度。此外，“远磷光体”构思的LED的能量效率甚至比“芯片上的磷光体”构思的那些更高。
[0013]有机荧光染料在这些颜色转换器中的应用提供了各种优点。首先，由于其显著更高的质量-比吸收率，有机荧光染料具有高得多的产率，这意味着有效辐射转换所需的材料要比无机辐射转换器情况下的显著更少。其次，其能实现良好的颜色复制且能产生令人愉悦的光。此外，其不需要任何包含稀土元素(其必须以昂贵且不便的方式开采并提供且仅以有限的程度获得)的材料。
[0014]因此，希望提供颜色转换器，其包含有机荧光染料且具有长寿命。
[0015]DE102008057720A1描述了远磷光体LED的构思且公开了包含无机辐射转换磷光体的转换层以及包埋入聚合物基体中的有机辐射转换磷光体的用途。所述聚合物基体例如为聚硅氧烷、环氧化物、丙烯酸酯或聚碳酸酯。
[0016]US2010/0230693A1描述了发光器件，其中荧光着色剂由聚硅氧烷材料包封成透镜状。然而未公开有机荧光着色剂的使用。
[0017]US2010/0291313A1描述了发光器件，其中LED无机荧光着色剂存在于远磷光体结构中。
[0018]JP2007/273498描述了颜色转换器，其中将荧光着色剂分散于树脂中并用具有小于10mL/m2*d的氧渗透率和小于lmL/m2*d的水蒸气渗透率的膜密封。未公开有机荧光着色剂的使用。
[0019]JP2007/207532描述了包括颜色转换器的发光器件，其中将荧光着色剂分散于树脂中并用具有低氧渗透率的聚合物密封。未公开有机荧光着色剂的使用。
[0020]EP1927141公开了荧光转换太阳能电池，其包含三萘嵌二苯(terrylene)荧光染料。`
[0021]本发明的目的是提供基于有机荧光着色剂的颜色转换器，其不具有现有技术的缺点且尤其具有长寿命。
[0022]此外，还提供包含该颜色转换器的发光器件和太阳能电池。
[0023]所述目的通过开头所述的颜色转换器、发光器件和太阳能电池实现。
[0024]本发明的颜色转换器包含至少一种包埋于聚合物基体中的有机荧光着色剂。
[0025]荧光着色剂包括所有能吸收特定波长的光并将其转换成其他波长的光的材料。
[0026]该类材料也称为磷光体或辐射转换磷光体。
[0027]根据荧光着色剂和吸收波长的选择，本发明的颜色转换器可发出许多颜色的光。然而，在许多情况下，其目的是获得白光。
[0028]有机荧光着色剂可为有机荧光颜料或有机荧光染料。
[0029]合适的有机荧光着色剂原则上为所有能吸收特定波长的光并将其转换成其他波长的光的有机染料或颜料，其可溶于或均匀分布于聚合物基体中且对热和辐射应力具有足够的稳定性。
[0030]合适的有机颜料通常具有0.01-10 μ m，优选0.1-1 μ m的DIN13320平均粒度。
[0031]合适的有机荧光染料在光谱的可见光区域中发荧光，且例如为颜色索引中所列的发绿色、橙色或红色荧光的荧光染料。其他合适的有机荧光染料在光谱的可见光区域内发荧光，且例如为颜色索引中所列的发黄色或浅绿-黄色荧光的荧光染料。在此处和下文中，术语“发浅绿-黄色荧光”和“发浅黄-绿色荧光”同义使用。
[0032]优选的有机突光染料为官能化的萘或萘嵌苯(rylene)衍生物。
[0033]优选的萘衍生物为包含萘单元的发绿色、橙色或红色荧光的荧光染料。其他优选的萘衍生物为包含萘单元的发黄色或浅绿色-黄色荧光的荧光染料。[0034]此外，优选具有一个或多个选自卤素、氰基、苯并咪唑或具有一个或多个羰基官能团的基团的取代基的萘衍生物。合适的羰基官能团例如为羧酸酯、二羧酰亚胺、羧酸、羧酰胺。
[0035]优选的萘嵌苯衍生物包含茈单元。优选的实施方案包括发绿色、橙色或红色荧光的茈类。
[0036]优选具有一个或多个选自卤素、氰基、苯并咪唑或具有一个或多个羰基官能团的基团的取代基的茈衍生物。合适的羰基官能团例如为羧酸酯、羧酰亚胺、羧酸、羧酰胺。
[0037]优选的茈衍生物例如为W02007/006717第I页第5行至第22页第6行所述的茈衍生物。
[0038]在特别优选的实施方案中，合适的有机荧光染料为选自式I1-VI的茈衍生物:
[0039]
【权利要求】
1.一种颜色转换器，其包括至少一个包含至少一种有机荧光着色剂的层和至少一个具有低氧渗透率的阻隔层。
2.根据权利要求1的颜色转换器，其中所述至少一个阻隔层基本上由至少一种具有低比氧渗透率的阻隔材料构成。
3.根据权利要求1或2的颜色转换器，其中所述至少一个阻隔层基本上由至少一种选自玻璃、不同于玻璃的金属氧化物和至少一种聚合物的阻隔材料构成。
4.根据前述权利要求中任一项的颜色转换器，其中所述阻隔材料选自玻璃、石英、金属氧化物、SiO2、氮化钛、SiO2/金属氧化物多层材料、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)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸丁二醇酯(PBN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(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、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、环氧树脂、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.根据前述权利要求中任一项的颜色转换器，其中所述至少一个阻隔层具有低水蒸气渗透率。
6.根据前述权利要求中任一项的颜色转换器，其中所述颜色转换器在其上侧和下侧上各自具有至少一个阻隔层。
7.根据前述权利要求中任一项的颜色转换器，其中所述至少一种有机荧光着色剂为有机荧光染料。
8.根据前述权利要求中任一项的颜色转换器，其中所述至少一种有机荧光着色剂选自发黄色、绿色、红色和橙色荧光的有机荧光染料。
9.根据前述权利要求`中任一项的颜色转换器，其中所述至少一种有机荧光着色剂为萘或茈衍生物。
10.根据前述权利要求中任一项的颜色转换器，其中所述至少一种有机荧光染料选自如下组:
11.根据前述权利要求中任一项的颜色转换器，其中所述至少一种有机荧光染料选自N，N，-二 (2，6-二异丙基苯基)-1，7-二 (2，6-二异丙基苯氧基)茈_3，4:9，10-四甲酰亚胺、N, N’ - 二(2，6- 二异丙基苯基)-1，6- 二(2，6- 二异丙基苯氧基)花-3，4:9, 10-四甲酰亚胺、3，9- 二氰基茈-4，10- 二(甲酸异丁酯)、3，10- 二氰基茈-4，9- 二(甲酸异丁酯)、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(异丙基)苯基)茈-3，4- 二甲酰单酰亚胺及其混合物。
12.根据前述权利要求中任一项的颜色转换器，其中所述至少一种有机荧光染料选自N，N，-二 (2，6-二异丙基苯基)-1，7-二 (2，6-二异丙基苯氧基)茈_3，4:9，10-四甲酰亚胺、N, N’ - 二(2，6- 二异丙基苯基)-1，6- 二(2，6- 二异丙基苯氧基)花-3，4:9, 10-四甲酰亚胺及其混合物。
13.根据前述权利要求中任一项的颜色转换器，其中所述颜色转换器为膜、板或片。
14.根据前述权利要求中任一项的颜色转换器在转换由LED所产生的光中的用途。
15.一种发光器件，其包括至少一个LED和至少一个根据权利要求1-13中任一项的颜色转换器。
16.根据权利要求15的发光器件，其中LED和颜色转换器存在于远磷光体结构中。
17.—种突光转换太阳能电池,其包括根据权利要求1-13中任一项的颜色转换器。
【文档编号】C09K11/06GK103517964SQ201280022046
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年5月9日 优先权日:2011年5月10日
【发明者】G·瓦根布拉斯特, M·克内曼, S·伊娃诺维茨, G·德凯泽, R·森德 申请人:巴斯夫欧洲公司