DE10132329B4

DE10132329B4 - Light-emitting device and method for its production

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Publication number: DE10132329B4
Application number: DE10132329A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Prof. Dr. Brehmer; Sigurd Dr. Schrader; Peter Dr. Neumann; Ulrich Dr. Schülke; Michael Dr. Kant
Original assignee: SCHRADER KARL HEINZ SIGURD
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2021-06-30
Also published as: DE10132329A1

Abstract

Lichtemittierende Vorrichtung mit einem aktiven Bereich, in welchem Lichterzeugung stattfindet oder an dessen Grenzflächen Lichterzeugung stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Bereich überwiegend aus einer Metallphosphonat-Struktur oder aus mehreren, unterschiedlichen Metallphosphonat-Strukturen besteht, die Bestandteil einer anorganisch-organischen Kompositschicht sind, wobei die Metallionen in dieser mit Sauerstoff koordiniert sind und eine Fernordnung und/oder Nahordnung der Moleküle und/oder Atome aufweisen.light emitting Device with an active area, in which light generation takes place or at whose interfaces light generation takes place, characterized in that the active region consists predominantly of a metal phosphonate structure or from several different metal phosphonate structures which forms part of an inorganic-organic composite layer are, with the metal ions in this coordinated with oxygen are and a distant order and / or proximity of the molecules and / or Atoms have.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine lichtemittierende Vorrichtung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung gemäß Oberbegriff und Merkmalen der Patentansprüche 1 bis 27.The The invention relates to a light emitting device and a method for their preparation according to the preamble and features of the claims 1 to 27.

Eine lichtemittiernde Vorrichtung kann Licht aufgrund unterschiedlicher Prozesse emittieren. Zwei Beispiele für lichtemittierende (oder lichtaussendende) Vorrichtungen sind Bauelemente wie lichtemittierende Dioden (LEDs) oder Laserdioden (LDs), die durch Anlegen einer elektrischen Spannung an das Bauelement die notwendige Energie, welche zur Emission von Licht erforderlich ist, erhalten. Die LEDs stellt man gegenwärtig aus Halbleitermaterialien wie Galliumarsenid, Gallium-Aluminium-Arsenid, Galliumphosphid, Gallium-Arsen-Phosphid, Aluminium-Indium-Galliumphosphid, Indium-Galliumphosphid, Gallium-Aluminiumnitrid, Galliumnitrid oder anderen Legierungshalbleitern her. Laserdioden benötigen neben einem typischen LED-Aufbau, welcher die Konvertierung elektrischer Energie in Licht ermöglicht, zusätzlich eine Anordnung, die einen optischen Resonator darstellt, der den Laser-Effekt, das Lasing, ermöglicht.A light emitting device may light due to different Emit processes. Two examples of light-emitting (or light-emitting) Devices are devices such as light emitting diodes (LEDs) or laser diodes (LDs) by applying an electrical voltage to the component, the necessary energy, which for the emission of Light is required. The LEDs are currently off Semiconductor materials such as gallium arsenide, gallium aluminum arsenide, Gallium phosphide, gallium arsenic phosphide, Aluminum indium gallium phosphide, indium gallium phosphide, gallium aluminum nitride, Gallium nitride or other alloy semiconductors. laser diodes need in addition to a typical LED structure, which is the conversion of electrical energy in light, additionally an arrangement that represents an optical resonator, the Laser effect, which allows lasing.

Ein drittes Beispiel für lichtemittierende Vorrichtungen bilden fluoreszierende Bauelemente, die unter Einwirkung energiereicher Strahlung, z.B. UV-Licht, Röntgen- oder γ-Strahlung bzw. unter Einwirkung von Elementarteilchen wie α-Teilchen, Elektronen, Protonen, Neutronen etc. Licht emittieren, welches als Maß für die am Ort des Bauelementes herrschende Bestrahlungsstärke bzw. Teilchendichte dienen kann. Die emittierte Lichtintensität muß in diesem Falle quantitativ durch eine geeignete Nachweiseinrichtung detektiert werden, die gemeinsam mit dem lichtemittierenden Bauelement, welches als Sensor fungiert, einen Detektor für die entsprechende energiereiche Strahlung darstellt.One third example for light-emitting devices form fluorescent components, which are exposed to high-energy radiation, e.g. UV light, X-ray or γ radiation or under Exposure of elementary particles such as α-particles, electrons, protons, Neutrons etc. emit light, which is a measure of the prevailing at the site of the device irradiance or particle density can serve. The emitted light intensity must be in this Quantum detected quantitatively by a suitable detection device which, together with the light-emitting component, which acting as a sensor, a detector for the corresponding high-energy Represents radiation.

Neuere Entwicklungen im Bereich der LEDs basieren nicht mehr ausschließlich auf anorganischen Halbleitern sondern auf organischen Materialien. Die damit hergestellten LEDs bezeichnet man deshalb als organische lichtemittierende Dioden oder Devices (OLEDs). Ein typischer Aufbau für OLEDs läßt sich wie folgt beschreiben: Auf einem optisch transparenten Substrat, z.B. einem Glasobjektträger geeigneter Größe, befindet sich ein im sichtbaren Spektralbereich weitgehend transparenter Halbleiter wie Indium-Zinnoxid (ITO) oder Zinkoxid (ZnO). Auf diese Schicht des transparenten Halbleiters, hier sei exemplarisch ITO genannt, bringt man durch ein geeignetes Verfahren einen organischen Halbleiter auf. Dieser kann ein konjugiertes Polymer wie Polyparaphenylen vinylen (PPV) sein, welches man in einem ersten Verfahrensschritt durch Spincoating in Form eines noch löslichen Precursorpolymeren auf die ITO-Schicht aufschleudert oder rakelt. In einem zweiten Schritt wird das Precursorpolymer in ein konjugiertes, unlösliches Polymer (PPV) überführt. Der erste Schritt dieses Verfahrens wird unter Normaldruckbedingungen und unter Schutzgasatmosphäre ausgeführt, um schädliche Ambientien wie Sauerstoff oder Wasser auszuschließen.Recent developments in the field of LEDs are no longer based exclusively on inorganic semiconductors but on organic materials. The LEDs thus produced are referred to as organic light-emitting diodes or devices (OLEDs). A typical structure for OLEDs can be described as follows: On an optically transparent substrate, for example a glass slide of suitable size, there is a semiconductor which is substantially transparent in the visible spectral range, such as indium tin oxide (ITO) or zinc oxide (ZnO). In this layer of the transparent semiconductor, here is exemplified ITO, brought by a suitable method to an organic semiconductor. This can be a conjugated polymer such as polyparaphenylene vinylene (PPV), which is spin-coated or doctored onto the ITO layer in a first process step by spin coating in the form of a still soluble precursor polymer , In a second step, the precursor polymer is converted into a conjugated, insoluble polymer (PPV). The first step of this process is carried out under normal pressure conditions and under a protective gas atmosphere to exclude harmful environments such as oxygen or water.

Beim Einsatz niedermolekularer organischer Halbleiter, z.B. Triphenylamin oder seinen Derivaten, erfolgt die Abscheidung der Schicht im Vakuum durch thermisches Verdampfen der organischen Substanz, welche sich auf der ITO-Schicht abscheidet. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß Sauerstoff und Wasser weitestgehend aus dem Prozeß ausgeschlossen werden können.At the Use of low molecular weight organic semiconductors, e.g. triphenylamine or its derivatives, the deposition of the layer takes place in a vacuum by thermal evaporation of the organic substance which is on the ITO layer. This method has the advantage that oxygen and water can be largely excluded from the process.

Typische Schichtdicken, die man durch Spincoating oder Aufdampfen einstellt, bewegen sich im Bereich zwischen 20 nm und 100 nm.typical Layer thicknesses which are set by spin coating or vapor deposition, range between 20 nm and 100 nm.

Nach Abscheidung des organischen Halbleiters wird dieser mit einem Metall wie Aluminium (Al) bedampft, dessen Austrittsarbeit in einer bestimmten Beziehung zur energetischen Lage der molekularen Niveaus bzw. des Valenz- und Leitungsbandes des organischen Halbleiters stehen muß.To Deposition of the organic semiconductor becomes this with a metal as aluminum (Al) steams, its work function in a certain relationship to the energetic position of the molecular levels or valence and conduction band of the organic semiconductor must be.

Im Ergebnis dieses Verfahrens entsteht eine sogenannte Einschicht-OLED, die nur eine Schicht eines aktiven organischen Halbleiters enthält. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung werden nach Überschreiten einer bestimmten Spannung an der ITO-Elektrode Defektelektronen (Löcher) injiziert (Anode), wogegen an der Al-Elektrode, welche die Kathode bildet, Elektronen in den organischen Halbleiter injiziert werden. Treffen beide Ladungsträgerarten im Volumen des organischen Halbleiters oder an dessen Grenzschicht zu einem anderen Medium aufeinander, so kann ein bestimmter Prozentsatz der Elektronen mit Löchern unter Emission von Licht rekombinieren.in the The result of this process is a so-called single-layer OLED, which contains only one layer of an active organic semiconductor. When investing an electrical voltage will be exceeded after a certain Voltage at the ITO electrode holes (holes) injected (anode), whereas at the Al electrode, which forms the cathode, electrons be injected into the organic semiconductor. Meet both types of charge carriers in the volume of the organic semiconductor or at its boundary layer to another medium on each other, so can a certain percentage the electrons with holes recombine with the emission of light.

Baut man die OLED als Sandwich aus zwei unterschiedlichen organischen Halbleitern (Doppelschicht-OLED) auf, so läßt sich unter bestimmten Umständen die Effizienz der OLED, d.h. die Zahl emittierter Quanten pro injiziertem Ladungsträger deutlich erhöhen. Ein typisches Beispiel für eine Doppelschicht-OLED, enthält neben einem typischen Lochleiter wie TPD noch einen sogenannten Elektronenleiter wie den Aluminiumchinolin komplex (Alq₃)'. Diese Zweischicht-OLED wird derart hergestellt, daß man zunächst auf die ITO-Schicht eine TPD-Schicht im Vakuum aufdampft. Anschließend erfolgt das Aufdampfen des Alq₃, auf die TPD-Schicht. Schließlich wird auf die Alq₃-Schicht die Kathode in Form einer Al-Schicht oder einer Schicht anderer unedler Metalle oder Legierungen aufgedampft. Das ganze Bauelement wird schließlich verkapselt, um es gegen den zerstörenden Einfluß von Sauerstoff und Wasser zu schützen. Erste OLEDs auf Basis verdampfbarer niedermolekularer organischer Verbindungen erscheinen gegenwärtig auf dem Markt, wobei in jüngster Zeit auch verdampfbare oder durch Spincoating und verwandte Techniken verarbeitbare metall-organische Komplexverbindungen eingesetzt werden, die eine besonders hohe Effizienz des Bauelementes ermöglichen. Zu diesen gehören verschiedene Iridiumkomplexe und Metallphosphonatverbindungen. OLEDs auf Polymerbasis befinden sich ebenfalls in der Markteinführungsphase. Eine organische Laserdiode, basierend auf einem Tetraceneinkristall ist ebenfalls demonstriert worden, wobei die Verifikation der Entdechung durch andere Gruppen noch aussteht. Fluoreszierende Baulemente auf Basis anorganischer oder organischer Materialien, die als Sensoren für elektromagnetische oder Teilchenstrahlung dienen können, sind bekannt. Als Beispiel seien hier farbstoffdotierte Polymerfasern genannt, die man als Sensoren für Teilchen- oder γ-Strahlung bei der Überwachung von Reaktoren oder Beschleunigern einsetzt. Es ist bekannt, daß Metallphosphonate schichtweise auf Trägermaterialien wie Silizium oder Gold aufgebracht werden können.If one builds the OLED as a sandwich of two different organic semiconductors (double-layer OLED), then under certain circumstances the efficiency of the OLED, ie the number of emitted quanta per injected charge carrier can be determined increase significantly. A typical example of a double-layer OLED, in addition to a typical hole conductor such as TPD still contains a so-called electron conductor such as the aluminum quinoline complex (Alq ₃ ) '. This two-layer OLED is prepared by first evaporating a TPD layer on the ITO layer in vacuo. This is followed by vapor deposition of the Alq ₃ on the TPD layer. Finally, the cathode is vapor-deposited on the Alq ₃ layer in the form of an Al layer or a layer of other base metals or alloys. The entire device is finally encapsulated to protect it against the destructive influence of oxygen and water. The first OLEDs based on vaporizable low molecular weight organic compounds are currently on the market, and more recently vaporizable or spin-coating and related techniques processable metal-organic complex compounds are used, which allow a particularly high efficiency of the device. These include various iridium complexes and metal phosphonate compounds , Polymer-based OLEDs are also in the market introduction phase. An organic laser diode based on a tetracene single crystal has also been demonstrated , where the verification of the decryption by other groups is still outstanding. Fluorescent building elements based on inorganic or organic materials which can serve as sensors for electromagnetic or particle radiation are known. As an example, dye-doped polymer fibers may be mentioned which are used as sensors for particle or γ radiation in the monitoring of reactors or accelerators. It is known that metal phosphonates can be applied in layers to support materials such as silicon or gold ,

Die von uns angestellten Untersuchung zur Herstellung von ungeordneten und geordneten Metallphosphonatschichten, die u.a. als Katalysatoren dienen können, führten überraschenderweise zu dem Ergebnis, dass Metallphosphonat-Strukturen, die Bestandteil einer anorganisch-organischen Kompositschicht sind, wobei die Metallionen in dieser mit Sauerstoff koordiniert sind und eine Fernordnung und/oder Nahordnung der Moleküle und/oder Atome aufweisen, Elektrolumineszenz sowie Fluoreszenz und/oder Phosphoreszenz unter Einwirkung verschiedener Anregungsformen wie elektrischem Strom, elektromagnetischer Felder oder Strahlung oder Teilchenstrahlung zeigen.The our investigation into the production of disorderly and ordered metal phosphonate layers, i.a. serve as catalysts can, led surprisingly to the result that metal phosphonate structures that are part of an inorganic-organic composite layer, wherein the metal ions in this are coordinated with oxygen and a long-range order and / or Close arrangement of the molecules and / or atoms, electroluminescence and fluorescence and / or Phosphorescence under the influence of different excitation forms such as electric current, electromagnetic fields or radiation or Show particle radiation.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, lichtemittierende Vorrichtungen zu entwickeln, die auf einer neuen Substanzklasse, den Metallphosphonat-Strukturen basieren und die nach einem neuartigen Prinzip hergestellt werden. Die Vorteile dieser lichtemittierenden Vorrichtungen im Vergleich zu bekannten lichtemittierenden Vorrichtungen wie den OLEDs bestehen darin, daß sie wesentlich stabiler als letztere sein können und das beschriebene Herstellungsverfahren kostengünstiger als bekannte Verfahren gestaltet werden kann. Auch ergeben sich neue Anwendungsgebiete.Of the The invention is based on the object, light-emitting devices to develop on a new class of compounds, the metal phosphonate structures based on a novel principle. The advantages of these light-emitting devices in comparison consist of known light-emitting devices such as the OLEDs in that she can be much more stable than the latter and the described manufacturing process cost-effective can be designed as a known method. Also arise new Application areas.

Aufbau einer organisch/anorganischen lichtemittierenden Diode (OLED) auf einem ITO-beschichteten GlasträgerBuilding an organic / inorganic light-emitting diode (OLED) on an ITO-coated glass substrate

Die Anordnung der einzelnen Funktionsschichten der OLED ist in 1 schematisch wiedergegeben. Der Aufbau erfolgt prinzipiell in der Weise, daß man auf dem transparenten Glasträger 1 eine ITO-Schicht 4, meist durch Sputtern, aufbringt, die anschließend mit einer Ankerschicht versehen wird. Die Ankerschicht ermöglicht dann den Aufbau von Mehrfachschichten aus Kationen und bifunktionellen Anionen (Phosphonatschichten) 2. Die Mehrfachschichten werden mit einer Metallschicht 3 oder einer Elektronentransportschicht (nicht dargestellt) und Metallschicht 3 abgedeckt, wobei die Metallschicht 3 als Elektrode dient. Als letzte Schicht wird eine Deckschicht bzw. ein Multischichtsystem zum Schutz gegen das Eindringen von Wasser, Sauerstoff oder anderen schädigenden Substanzen bzw. gegen andere schädigende äußere Einwirkungen aufgebracht (nicht dargestellt). Der eingesetzte ITO beschichtete Glasträger wurde in einem Ultraschallbad 30 Minuten in einer Lösung aus drei Teilen 25%igen wässrigen Ammoniak und einem Teil 30%igen H₂O₂ gereinigt. Danach wurden die beschichteten Glasträger mit Aqua-Bidest gespült und bei 393 K im Stickstoffstrom getrocknet.The arrangement of the individual functional layers of the OLED is in 1 shown schematically. The structure is in principle in such a way that one on the transparent glass carrier 1 an ITO layer 4 , usually by sputtering, applying, which is then provided with an anchor layer. The anchor layer then allows the construction of multiple layers of cations and bifunctional anions (phosphonate layers) 2 , The multilayers are covered with a metal layer 3 or an electron transport layer (not shown) and metal layer 3 covered, with the metal layer 3 serves as an electrode. The last layer applied is a cover layer or a multilayer system for protection against the penetration of water, oxygen or other harmful substances or against other damaging external influences (not shown). The ITO coated glass slide used was cleaned in an ultrasonic bath for 30 minutes in a solution of three parts of 25% aqueous ammonia and one part of 30% H ₂ O ₂ . Thereafter, the coated glass slides were rinsed with Aqua-Bidest and dried at 393 K in a stream of nitrogen.

Auf dem so vorbereiteten ITO-Glasträger wird als 1. Schicht durch 30minütiges Tauchen des Trägers bei 25°C in eine 0,5 bis 1 mM wässrige Lösung einer Bisphosphonsäure, wie 4,4'-Diphenylbisphosphonsäure, eine Ankerschicht erzeugt. Der mit der Ankerschicht versehene ITO-Glasträger wird unter Einwirkung von Ultraschall mit Wasser gewaschen und im Stickstoffstrom getrocknet. In den folgenden Reaktionsschritten erfolgt der Aufbau der Metallbisphosphonatschichten mehrfach, hier demonstriert am Beispiel von Zirkonium- 4,4'-Diphenylbisphosphonat- oder 4,4''-Terphenylbisphosphonatschichten. Die Metallionen werden als 2 mM Lösungen ihrer Salze und die Bisphosphonationen als 1 mM Lösungen in Form der freien Säuren oder ihrer Ammoniumsalze in Wasser eingesetzt.On the ITO glass slide prepared in this way, an anchor layer is produced as the 1st layer by immersing the support for 30 minutes at 25.degree. C. in a 0.5 to 1 mM aqueous solution of a bisphosphonic acid, such as 4,4'-diphenylbisphosphonic acid. The provided with the anchor layer ITO glass carrier is un The action of ultrasound washed with water and dried in a stream of nitrogen. In the following reaction steps, the structure of the metal bisphosphonate layers is repeated several times, as demonstrated by the example of zirconium-4,4'-diphenylbisphosphonate or 4,4 "-terphenyl bisphosphonate layers. The metal ions are used as 2 mM solutions of their salts and the bisphosphonate ions as 1 mM solutions in the form of the free acids or their ammonium salts in water.

Der Schichtaufbau erfolgt durch alternierendes Tauchen des mit der Haftschicht versehenen Trägers in eine Zirkoniumchlorid- bzw. 4,4'-Diphenylbisphosphonsäurelösung. Die Temperatur der Lösungen kann zwischen 0°C und 50°C gewählt werden. Die Expositionszeit beträgt jeweils 30 Minuten. Zwischen den einzelnen Tauchschritten wird der beschichtete Träger unter Einstrahlung von Sonoenergie intensiv mit Wasser gewaschen.Of the Layer construction is carried out by alternating immersion of the adhesive layer provided vehicle in a Zirkoniumchlorid- or 4,4'-Diphenylbisphosphonsäurelösung. The Temperature of the solutions can be between 0 ° C and 50 ° C chosen become. The exposure time is every 30 minutes. Between the individual diving steps is the coated carrier intensively washed with water under irradiation of sonoenergie.

Durch Wiederholung der Tauch- und Waschoperationen läßt sich eine beliebige Zahl an anorganisch-organischen Kompositschichten abscheiden. In 2 ist schematisch der chemische Aufbau einer geordneten Zirkonium-Bisphosphonatschicht als Beispiel für eine derartige anorganisch-organische Kompositschicht dargestellt.By repeating the dipping and washing operations, any number of inorganic-organic composite layers can be deposited. In 2 schematically the chemical structure of an ordered zirconium bisphosphonate layer is shown as an example of such an inorganic-organic composite layer.

Die Metallionen sind in den Kompositschichten mit Sauerstoff koordiniert und verknüpfen auf diese Weise die entsprechenden Phosphonate. Durch dieses Verknüpfungsprinzip können entweder amorphe oder geordnete Phosphonatschichten hergestellt werden. In geordneten Schichten können die aktiven organischen Komponenten (Chromophore) unterschiedliche Winkel relative zur Substratnormalen einnehmen. In 3 sind zwei Beispiele für die Chromophororientierung angegeben, die stehende und die gekippte Anordnung.The metal ions are coordinated in the composite layers with oxygen and link in this way the corresponding phosphonates. By this linking principle, either amorphous or ordered phosphonate layers can be prepared. In ordered layers, the active organic components (chromophores) can occupy different angles relative to the substrate normal. In 3 there are two examples of chromophore orientation, the standing and the tilted arrangement.

Dabei ist die Zunahme der Schichtdicke je aufgebrachter Monoschicht im Falle der gekippten Anordnung geringer als im Falle der stehenden Anordnung, da der Cosinus des Kippwinkels τ zu berücksichtigen ist.there is the increase of the layer thickness per applied monolayer in Fall of the tilted arrangement less than in the case of standing Arrangement, since the cosine of the tilt angle τ is to be considered.

In 4 ist die ellipsometrisch gemessene Dicke einer anorganisch-organischen Komposit-Multischicht auf Basis von Zirkonium-4,4'-Terphenylbisphosphonat in Abhängigkeit von der Anzahl der Einzelschichten wiedergegeben. Danach nimmt die Schichtdicke mit steigender Zahl an Einzelschichten stetig zu. Aus 4 ergibt sich eine mittlere Dicke der Monoschicht von ca. 1.8 nm.In 4 is the ellipsometrically measured thickness of an inorganic-organic composite multilayer based on zirconium-4,4'-terphenyl bisphosphonate depending on the number of individual layers reproduced. Thereafter, the layer thickness increases steadily with increasing number of individual layers. Out 4 results in an average thickness of the monolayer of about 1.8 nm.

Vergleicht man die Molekülgröße der eingesetzten Organobisphosphonsäuren mit der Dickenzunahme je aufgewachsener Schicht, wie am Beispiel der 4,4''-Terphenylbisphosphonsäure ermittelt, so wird deutlich, daß die Organophosphonsäuren nahezu senkrecht auf der Oberfläche des Substrates stehen. Es sind auch andere Anordnungen möglich, bei denen ein Winkel von typischerweise 45° bis 60° zwischen Moleküllängsachse und Schichtnormale vorliegt.comparing one the molecular size of the used Organobisphosphonsäuren with the increase in thickness of each layer grown, as in the example 4,4 '' - terphenylbisphosphonic acid, so it becomes clear that the organophosphonic almost perpendicular to the surface of the substrate. There are also other arrangements possible at an angle of typically 45 ° to 60 ° between the longitudinal axis of the molecule and layer normal.

Untersuchungen zur Ordnung in den Schichten haben gezeigt, daß die laterale Ordnung oft nicht perfekt ist, da vielfach Domänen mit unterschiedlicher Orientierung vorliegen. Dieser Fall ist schematisch in 5 dargestellt. Man hat es in diesem Falle nicht mit dicht gepackten Materialien zu tun, sondern mit Filmen, die eine gewisse Defektdichte aufweisen. Im Beispiel werden die Komposite nach Aufbringen von 25 Einzelschichten im Stickstoffstrom getrocknet und im Vakuum mit einer 50 bis 500 nm dicken Aluminiumschicht durch Aufdampfen beschichtet. Abschließend wird das Bauelement mit einer Glasplatte, einem anorganisch gefüllten Lack oder einem Multischicht-Barriere-System (z.B. alternierend aufgedampfte Schichten aus MgF₂ und SiO₂) versiegelt.Studies on the order in the layers have shown that the lateral order is often not perfect, since there are often domains with different orientations. This case is schematic in 5 shown. In this case, one does not deal with densely packed materials but with films that have a certain defect density. In the example, the composites are dried after application of 25 individual layers in a stream of nitrogen and coated in vacuum with a 50 to 500 nm thick aluminum layer by vapor deposition. Finally, the component is sealed with a glass plate, an inorganically filled lacquer or a multi-layer barrier system (eg alternately vapor-deposited layers of MgF ₂ and SiO ₂ ).

Das Fluoreszenz-Eimissionsspektrum einer Multischicht auf Basis von Zirkonium-4,4'-Terphenylbisphosphonat zeigt 6. Mit einer maximalen Fluoreszenzintensität bei 386 nm stellen diese Schichten blaue Emitter dar. Genaugenommen handelt es sich bei diesem Beispiel um einen UV-Emitter. In 6 ist deutlich zu sehen, wie die Fluoreszenzintensität mit der Zahl der emittierenden Fluorophore wächst. Die koordinierenden Metallatome sorgen nicht für ein Quenchen der Fluoreszenz.The fluorescence emission spectrum of a zirconium-4,4'-terphenyl bisphosphonate based multilayer shows 6 , With maximum fluorescence intensity at 386 nm, these layers are blue emitters. Strictly speaking, this example is a UV emitter. In 6 It can be clearly seen how the fluorescence intensity increases with the number of emitting fluorophores. The coordinating metal atoms do not quench the fluorescence.

Die im Beispiel beschriebene LED-Struktur besitzt die in 7 dargestellte Strom-Spannungs-Luminanz-Kennlinien. Deutlich ist eine Asymmetrie der Strom-Spannungskennlinie beim Wechsel der Polarität der anliegenden Spannung zu sehen. Dies unterstreicht den Diodencharakter der hergestellten Struktur. Blaue Elektrolumineszenz tritt sowohl bei positiver als auch bei negativer Spannung auf, allerdings bei unterschiedlichen Einsatzspannungen. Positive Spannung bedeutet, daß die Diode in Durchlaßrichtung gepolt ist und negative Spannung heißt, daß die Diode in Sperrichtung betrieben wird. Die Einsatzspannung für die Elektrolumineszenz liegt bei der im Beispiel vorgestellten "Einschicht"-Diode bei +7,5 V in Durchlaßrichtung und bei –10 V in Sperrichtung. Aus den unterschiedlichen Anstiegen der Elektrolumineszenzintensität mit der Spannung wird deutlich, daß die Konversionseffizienz in Durchlaßrichtung anders als in Sperrichtung ist. Das Emissionsspektrum der Elektrolumineszenz gleicht dem Spektrum der Photolumineszenz.The LED structure described in the example has the in 7 illustrated current-voltage-luminance characteristics. Clearly, an asymmetry of the current-voltage characteristic can be seen when changing the polarity of the applied voltage. This underlines the diode character of the fabricated structure. Blue electroluminescence occurs at both positive and negative voltages, but at different threshold voltages. Positive voltage means that the diode is forward biased and negative voltage means that the diode is reverse biased. The threshold voltage for the electroluminescence in the case of the "single-layer" diode presented in the example is +7.5 V in the forward direction and -10 V in the reverse direction. From the different increases of the electroluminescence intensity with the voltage, it becomes clear that the conversion efficiency is different in the forward direction than in the reverse direction. The emission spectrum of electroluminescence is similar to the spectrum of photoluminescence.

Aus den in 7 dargestellten Kennlinien wird deutlich, daß es sich bei der im Beispiel beschriebenen Struktur um ein lichtemittierende Vorrichtung im Sinne der Ansprüche dieser Patentanmeldung handelt.From the in 7 it is clear that the structure described in the example is a light-emitting device within the meaning of the claims of this patent message.

Erläuterungen zu den AbbildungenExplanations to the pictures

1: Aufbau einer Luminiszensdiode mit anorganisch-organischer Kompositschicht auf ITO-beschichtetem Glasträger 1 Structure of a Luminiszensdiode with inorganic-organic composite layer on ITO-coated glass substrate

2: Schematische Darstellung der chemischen Struktur einer geordneten, Zirkonium-4,4'-Diphenylbisphosphonatschicht. 2 : Schematic representation of the chemical structure of an ordered, zirconium-4,4'-diphenylbisphosphonate layer.

3: Schematische Darstellung der Chromophororientierung in organischen Bisphosphonatschichten; (a) stehende Anordnung (Schichtdicke D); (b) gekippte Anordnung (Schichtdicke Dcosτ, mit τ – Winkel zwischen Moleküllängsachse und Substratnormale) 3 : Schematic representation of chromophore orientation in organic bisphosphonate layers; (a) standing arrangement (layer thickness D); (b) tilted arrangement (layer thickness Dcosτ, with τ - angle between molecular longitudinal axis and substrate normal)

4: Ellipsometrisch ermittelte Dicke von Zirconiumterphenylphosphonat-Komposit-Multischichten in Abhängigkeit von der Anzahl der molekularen Schichten 4 : Ellipsometrically determined thickness of zirconium thphenylphosphonate composite multilayers as a function of the number of molecular layers

5: Schematische Darstellung einer Bisphosphonatschicht mit Domänen unterschiedlicher Orientierung 5 : Schematic representation of a bisphosphonate layer with domains of different orientation

6: Fluoreszenz-Emissionsspektrum von Multischichten auf Basis von Zirkonium-4,4'-Terphenylbisphosphonat für 20, 25 und 33 Monoschichten. Das Emissionsmaximum liegt bei 386 nm. 6 : Fluorescence emission spectrum of multilayers based on zirconium 4,4'-terphenyl bisphosphonate for 20, 25 and 33 monolayers. The emission maximum is 386 nm.

7: Strom-Spannungs-Kennlinie (durchgezogene Linie) und Luminanz-(EL)-Spannungs-Kennlinie einer Einschichtdiode auf Basis von Zirkonium-4,4''-Terphenylbisphosphonat. 7 : Current-voltage characteristic (solid line) and luminance (EL) voltage characteristic of a monolayer diode based on zirconium-4,4 "-terphenyl bisphosphonate.

Claims

A light-emitting device having an active region in which light generation takes place or at whose interfaces light generation takes place, characterized in that the active region consists predominantly of a metal phosphonate structure or of several, different metal phosphonate structures which are part of an inorganic-organic composite layer, wherein the metal ions in this are coordinated with oxygen and have a long-range order and / or proximity of the molecules and / or atoms.

Light-emitting device according to claim 1, characterized characterized in that electromagnetic radiation in one or several of the following spectral ranges with supply of Energy emitted: THz region, far infrared, infrared, near Infrared, visible area, ultraviolet.

A light-emitting device according to any one of claims 1 or 2, characterized in that energy by applying an electrical DC and / or AC voltage and / or pulsed electrical Voltage of the device is supplied.

A light-emitting device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the device by applying with a mold or simultaneous or sequential loading with several of the following electromagnetic forms Radiation energy supplied radio waves, microwaves, light of all spectral ranges, X-rays, Gamma radiation or with one or more forms of particle radiation - protons, Neutrons, electrons, alpha particles, all other elementary particles.

A light-emitting device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that energy by magnetic DC or alternating fields or by magnetic fields in combination with the excitation forms mentioned in claim 3 and / or claim 4 supplied becomes,

A light-emitting device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the metal phosphonate structures consist of multilayers that are disordered.

A light-emitting device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the metal phosphonate structures Metal ions such as titanium, zirconium, hafnium, germanium, tin, lead and / or lanthanides contain.

Light-emitting device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the metal phosphonate structures following organic compounds or molecular building blocks and / or derivatives thereof include: alkanes, alkenes, alkynes, paraphenylenes, Paraphenylenevinylenes, thiophenes, pyrroles, oxadiazoles, triazoles, thiazines, Quinolines, quinoxalines, triazines, aromatic amines, ferrocenes, Metal chelate complexes, acenes, phenazines, phenothiazines, phenoxazines, Perylene, rylenes, phthalocyanines, porphyrins, fullerenes, fullerene derivatives or silanes.

Process for producing a light-emitting Device according to one of the claims 1 to 8, characterized in that the metal phosphonate structures, which are part of an inorganic-organic composite layer, wherein the metal ions in this are coordinated with oxygen, on a carrier material be fixed.

Process for producing a light-emitting Device according to claim 9, characterized in that the support material a metal is.

Method according to claim 9, characterized in that that this support material is a semiconductor.

Method according to claim 9, characterized in that that this support material an electrical insulator is.

Process according to claims 10 or 11, characterized that the metal phosphonate structure or the semiconductor and / or the metal or metals completely or partially covered.

Method according to claim 13, characterized in that that the carrier material wholly or partly with a monolayer and / or with multilayers one or more other materials that do not contain metal phosphonates are covered, to which bound the metal phosphonate structure is.

Method according to claim 13, characterized in that that the Metal phosphonate structure with one or more cover layers consisting of at least one Monolayer of another material, is provided.

Method according to claim 15, characterized in that that the cover layer is a metal.

Method according to claim 15, characterized in that that the Cover layer is a semiconductor.

Method according to claim 15, characterized in that that the Cover layer is an electrical insulator.

A light-emitting device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the metal phosphonate structure with at least one cover layer is provided, which has the function of a Encapsulation against the invasion of ambients in the active Area of the device exercises.

Light emitting device according to claim 19, characterized in that at least one of the cover layers has the function of an optical reflector / mirror for light (ultraviolet, visible, infrared).

A light-emitting device according to claim 19 or 20, characterized in that a plurality of cover layers a dielectric Mirror / reflector for Light (ultraviolet, visible, infrared) form.

A light-emitting device according to claim 20 or 21, characterized in that at least two mirrors / reflectors are in an arrangement with each other, which is an optical resonator forms.

A light-emitting device according to claim 22, characterized in that at least two mirrors / reflectors are in an arrangement with each other, an electrically or optically pumped laser forms.

Light emitting device according to claim 19, characterized in that external mirrors / reflectors on or are mounted near the device such that an optical resonator arises, which increased shows spontaneous emission in a narrow spectral range or one Laser forms.

Light emitting device according to claim 19, characterized in that the active cover layer through the mold or in combination with other materials a waveguide and / or forms an optical resonator, which increases spontaneous emission in one narrow spectral range or forms a laser.

Method according to claim 9, characterized in that that the metal phosphonate structure or metal phosphonate structures on an optically transparent Fixed carrier material become.

Method according to claim 9, characterized in that that the Metal phosphonate structure or metal phosphonate structures fixed on a support material such be that one optical waveguide is formed.