DE19836943A1

DE19836943A1 - Wavelength conversion layer, e.g. for white light production, light coupling or radiation detection or as an ideal point light source, comprises a metal sub oxide matrix with a low organic dye molecule content

Info

Publication number: DE19836943A1
Application number: DE19836943A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Froeb; Matthias Kuroiers; Karl Leo
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: DE19836943B4; DE19836943B9; DE19836943B8

Abstract

A wavelength conversion layer comprises a metal sub oxide matrix with a low organic dye molecule content. A wavelength conversion layer, for producing light in the optical and adjacent spectral regions, comprises a metal oxide matrix material which has a slightly sub stoichiometric oxygen content and which contains a small concentration of organic dye molecules. Independent claims are also included for the following: (i) production of the above wavelength conversion layer by co-evaporation of organic dye and metal oxide onto a substrate; and (ii) an apparatus for carrying out the above production process.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wellenlängen-Konversionsschicht im optischen und angrenzenden Spektralbereichen auf der Basis einer Festkörper-Lösung organischer Farbstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Anwendung der Wellenlängen-Konversionsschicht wird in der Erzeugung von weißem Licht, als Schicht zur Ein- und Auskopplung von Licht in einen Wellenleiter, als Strahlungsdetektor, als ideale Punktlichtquelle für den Test von Nahfeldmikroskopen o. dgl. gesehen, wobei für den jeweiligen Anwendungsfall die Wellenlängen-Konversionsschicht auf einem entsprechenden Substrat aufgebracht ist.The invention relates to a wavelength conversion layer in the optical and adjacent Spectral ranges based on a solid solution of organic dyes according to the Preamble of claim 1. The application of the wavelength conversion layer is in the Generation of white light, as a layer for coupling and decoupling light into a waveguide, as a radiation detector, as an ideal point light source for testing near-field microscopes or the like seen, the wavelength conversion layer on a for the respective application corresponding substrate is applied.

Eine mehr oder weniger effektive Wellenlängen-Konversion wird auf verschiedenen Gebieten, beispielsweise in der Strahlungsdetektor-Technik, schon länger angewandt. Im allgemeinen basieren Funktionselemente, die zur Wellenlängen-Konversion eingesetzt werden, auf Absorptions- /Emissionsprozessen. Ausgenutzt wird, daß es aus energetischen Gründen in den meisten Fällen zu einer Verschiebung der Lumineszenz zu größeren Wellenlängen gegenüber der Absorption kommt. Diese Erscheinung kann z. B. zur spektralen Anpassung einer Detektorempfindlichkeit an eine Strahlungsquelle genutzt werden. Darüber hinaus ist die Eigenschaft der Lumineszenzstrahlung, nicht mehr an die Richtung der einfallenden Strahlung gebunden zu sein, von Interesse, da hiermit eine Konzentration von Strahlung in einem Medium durch Totalreflexion an den Grenzflächen realisiert werden kann.A more or less effective wavelength conversion is going on in different areas, for example in radiation detector technology, has long been used. Generally based Functional elements that are used for wavelength conversion on absorption / Emission processes. It is exploited that it is used for energy reasons in most cases a shift of the luminescence to longer wavelengths compared to the absorption. This phenomenon can e.g. B. for spectral adjustment of a detector sensitivity to a Radiation source can be used. In addition, the property of luminescent radiation is not to be more tied to the direction of the incident radiation, because it Concentration of radiation in a medium realized by total reflection at the interfaces can be.

Ein neueres Beispiel ist die Erzeugung "weißen" Lichtes auf dem Wege einer teilweisen Konversion der Strahlung einer blauen Lumineszenzdiode. Dieses Prinzip nutzt die LUCOLED (P. Schlotter, R. Schmidt, J. Schneider, Appl. Phys. A 64, 417 (1997)). Ein Teil der energiereichen blauen Lumineszenzstrahlung wird durch eine geeignete Schicht in Abstrahlrichtung absorbiert und als Fluoreszenzlicht zu niedrigeren Energien verschoben wieder emittiert, so daß durch additive Mischung ein weißer Farbeindruck entsteht.A more recent example is the generation of "white" light through partial conversion the radiation from a blue luminescent diode. LUCOLED (P. Schlotter, R. Schmidt, J. Schneider, Appl. Phys. A 64, 417 (1997)). Part of the high-energy blue Luminescence radiation is absorbed by a suitable layer in the direction of radiation and as Fluorescent light shifted back to lower energies, so emitted by additive Mixture creates a white color impression.

In der DE 196 25 622 A1 wird ein derartiges Licht abstrahlendes Halbleiterbauelement mit einem Strahlung aussendenden Halbleiterkörper und einem Lumineszenzkonversionselement beschrieben. Der Halbleiterkörper besitzt eine Halbleiterschichtenfolge, die eine elektromagnetische Strahlung der Wellenlänge λ von ≦ 520 nm aussendet und das Lumineszenzkonversionselement Strahlung eines ersten spektralen Teilbereiches der von dem Halbleiterkörper ausgesandten, aus einem ersten Wellenlängenbereich stammenden Strahlung in Strahlung eines zweiten Wellenlängenbereiches umwandelt, derart, daß das Halbleiterbauelement Strahlung aus einem zweiten spektralen Teilbereich des ersten Wellenlängenbereiches und Strahlung des zweiten Wellenlängenbereiches aussendet. So wird z. B. von dem Lumineszenzkonversionselement eine vom Halbleiterkörper ausgesandte Strahlung spektral selektiv absorbiert und im längerwelligen Bereich (im zweiten Wellenlängenbereich) emittiert. Bei dieser Lösung werden organische Farbstoff-Moleküle in eine organische Matrix eingebaut.DE 196 25 622 A1 describes such a light-emitting semiconductor component with a Radiation-emitting semiconductor body and a luminescence conversion element described. The semiconductor body has a semiconductor layer sequence which emits an electromagnetic radiation Wavelength λ of ≦ 520 nm and the luminescence conversion element emits radiation first spectral portion of the emitted from the semiconductor body, from a first Radiation originating radiation in radiation of a second wavelength range converts such that the semiconductor component radiation from a second spectral sub-range of the first wavelength range and radiation of the second wavelength range. So z. B. from the luminescence conversion element emitted from the semiconductor body Radiation selectively absorbed and in the longer-wave range (in the second Wavelength range) is emitted. This solution converts organic dye molecules into one organic matrix built in.

Aus der DE 196 38 667 A1 ist weiterhin ein mischfarbiges Licht abstrahlendes Halbleiterbauelement mit einem Strahlung aussendenden Halbleiterkörper und einem Lumineszenzkonversionselement bekannt, wobei das Lumineszenzkonversionselement einen anorganischen Leuchtstoff, insbesondere einen Phosphor, aufweist.DE 196 38 667 A1 is also a mixed-color light-emitting semiconductor component with a radiation-emitting semiconductor body and a luminescence conversion element known, wherein the luminescence conversion element is an inorganic phosphor, in particular has a phosphor.

Neben der spektralen Paßfähigkeit bezüglich der entsprechenden Anwendung sind zwei Hauptforderungen an eine solche Schicht zu stellen: Die Photolumineszenz-Quantenausbeute muß hoch, meist deutlich größer 50%, sein, und die Stabilität muß große Betriebsdauern, meist mehr als 10 000 Stunden, erlauben.In addition to the spectral fit with regard to the corresponding application, there are two The main demands placed on such a layer: The photoluminescence quantum yield must high, usually significantly greater than 50%, and the stability must last long operating times, usually more than 10,000 hours, allow.

Die Grundidee für die Realisierung einer solchen Schicht mit organischen Farbstoffen besteht darin, daß durch Separation und Immobilisierung von Molekülen in einer Matrix sich diese wie Monomere mit optischen Eigenschaften analog zur flüssigen Lösung, insbesondere mit hoher Quantenausbeute, verhalten. Polymere und Sol-Gel-Schichten sind als Matrizen bekannt.The basic idea for realizing such a layer with organic dyes is that by separating and immobilizing molecules in a matrix, they become like monomers with optical properties analogous to the liquid solution, in particular with high quantum yield, behavior. Polymers and sol-gel layers are known as matrices.

In H. Fröb, M. Kurpiers, K. Leo, CLEO'98, San Francisco/CA, May 1998, 210, 1998 OSA Technical Digest Series Vol. 6, publ. by Optical Society of America werden Mischschichten, die aus dem organischen Farbstoff 3,4,9,10-Perylen-tetra-carbonsäure-dianhydrid (PTCDA) und SiO₂ durch Co-Verdampfung auf Quarzsubstrate im Hochvakuum hergestellt wurden, beschrieben. Der untersuchte Konzentrationsbereich lag bei 0,65 . . . 100 Vol.-%. Dabei wurde beobachtet, daß sich die Absorptions- und Emissionsspektren für sinkende Konzentrationen immer mehr denjenigen in einer flüssigen Lösung annähern und für die kleinste Konzentration eine Photolumines zenz-Quantenausbeute bei Raumtemperatur von ca. 50% erreicht wird (Abb. 6). In H. Fröb, M. Kurpiers, K. Leo, CLEO'98, San Francisco / CA, May 1998, 210, 1998 OSA Technical Digest Series Vol. 6, publ. mixed layers produced by the organic dye 3,4,9,10-perylene-tetra-carboxylic acid dianhydride (PTCDA) and SiO ₂ by co-evaporation on quartz substrates in high vacuum are described by Optical Society of America. The concentration range examined was 0.65. . . 100 vol%. It was observed that the absorption and emission spectra for decreasing concentrations increasingly approach those in a liquid solution and for the lowest concentration a photoluminescence quantum yield of around 50% is achieved at room temperature ( Fig. 6).

Abb. 7 zeigt die normierte Absorption und Emission von 30 nm dicken Schichten für eine reine und eine verdünnte Farbstoff-Schicht. Wichtig ist, daß sich die Spektren durch die von Monomeren mit ihrer typischen Schwingungsprogression fitten lassen. Es zeigt sich, daß die Linienbreite für alle niedrigen Konzentrationen konstant bleibt, deren Vergrößerung gegenüber der in flüssiger Lösung beobachteten ist aufgrund der inhomogeneren Umgebungsbedingungen der Moleküle nicht überraschend. Fig. 7 shows the standardized absorption and emission of 30 nm thick layers for a pure and a dilute dye layer. It is important that the spectra can be fitted by those of monomers with their typical vibration progression. It turns out that the line width remains constant for all low concentrations, the enlargement of which compared to that observed in liquid solution is not surprising due to the inhomogeneous environmental conditions of the molecules.

Für das Ansteigen der Quantenausbeute zu kleineren Konzentrationen hin machen die Autoren einen schwächer werdenden Förster-Transfer aufgrund des sich vergrößernden mittleren Molekülabstandes verantwortlich und erwarten deren Maximum bei ca. 0,1 Vol.-%, ohne dies allerdings experimentell zu bestätigen. Aussagen zur Lebensdauer, an der bisher alle organischen Konversionsschichten scheitern, werden nicht gemacht.The authors do one for increasing the quantum yield towards smaller concentrations weaker Förster transfer due to the increasing average molecular distance responsible and expect their maximum at about 0.1 vol .-%, but without this experimentally to confirm. Statements on the lifespan of all organic conversion layers fail, are not made.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, für eine Wellenlängen-Kon versionsschicht auf der Basis einer Festkörper-Lösung organischer Farbstoffe eine hinreichend große optische Stabilität, gemessen an der mittleren Zahl der Anregungs-/Abregungszyklen pro Molekül bis zu einem festgelegten Wert des Abfalls der Lumineszenz des Gesamtsystems, zu erzielen.The invention specified in claim 1 is based on the problem for a wavelength Kon A sufficient version layer based on a solid solution of organic dyes great optical stability, measured by the average number of excitation / de-excitation cycles per Molecule to achieve a set value of the fall in the luminescence of the overall system.

Dieses Problem wird durch eine Wellenlängen-Konversionsschicht mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Das Problem wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Schicht mit den im Anspruch 4 genannten Verfahrensschritten gelöst. Schließlich wird das Problem außerdem durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den im Anspruch 8 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Varianten und Ausgestaltungen sind Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.This problem is solved by a wavelength conversion layer with those mentioned in claim 1 Features resolved. The problem is further exacerbated by a method of making such Layer solved with the method steps mentioned in claim 4. Eventually the problem also by a device for performing the method with the in claim 8 mentioned features solved. Advantageous variants and configurations are the subject of associated subclaims.

Wesentlich für die Lösung des Problems ist, daß organische Farbstoffmoleküle in eine anorganische, amorphe oder nanokristalline Matrix eingebettet werden. Für die optische Stabilität der Wellenlängen-Konversionsschicht ist vor allem die Verwendung eines Metallsuboxids bei der Verdampfring maßgeblich. Bei der Abscheidung des Metallsuboxids, in Mischverdampfung der Komponenten im Hochvakuum auf dem Substrat, reagiert das Suboxid mit Restsauerstoff des Hochvakuums, wobei sich beim Matrixmaterial, bei geeigneten Aufdampfbedingungen (gekennzeichnet durch das Verhältnis von Sauerstoff-Partialdruck und Aufdampfrate), ein geringfügig unterstöchiometrischer Sauerstoffgehalt einstellt. Eine genaue Einstellung der FS-Aufdampfrate ist erforderlich. Für eine niedrige Farbstoffkonzentration ist eine definierte Einstellung einer niedrigen Farbstoff-Aufdampfrate (bis zu < 10^-5 nm/s) von entscheidender Bedeutung. Dazu wird ein temperaturgeregelter Farbstoff-Verdampfer gemäß Anspruch 8 eingesetzt.It is essential for solving the problem that organic dye molecules are embedded in an inorganic, amorphous or nanocrystalline matrix. For the optical stability of the wavelength conversion layer, the use of a metal suboxide in the evaporation ring is particularly important. When the metal suboxide is deposited, in mixed evaporation of the components in a high vacuum on the substrate, the suboxide reacts with residual oxygen from the high vacuum, with a slightly sub-stoichiometric oxygen content occurring in the matrix material under suitable vapor deposition conditions (characterized by the ratio of oxygen partial pressure and vapor deposition rate) . A precise setting of the FS evaporation rate is required. For a low dye concentration, a defined setting of a low dye evaporation rate (up to <10 ^-5 nm / s) is of crucial importance. For this purpose, a temperature-controlled dye evaporator according to claim 8 is used.

Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung ergibt sich aus den im Anspruch 3 angegebenen Merkmalen. Die spezielle Ausgestaltung der Wellenlängen-Konversionsschicht ermöglicht es, durch extrem niedrige Farbstoff-Flächendichten z. B. Lumineszenz-Standards mit nahezu idealen Punktlichtquellen für entsprechend ausgestattete Mikroskope (z. B. Optische Nahfeld-Mikroskope, Konfokale Lumineszenz-Mikroskope) zur Bestimmung von Auflösungsvermögen und optischen Übertragungsfunktionen oder Proben für die Bestimmung optischer Eigenschaften einzelner Moleküle zur Verfügung zu stellen.An advantageous application of the invention results from that specified in claim 3 Characteristics. The special design of the wavelength conversion layer enables through extremely low dye surface densities e.g. B. Luminescence standards with almost ideal Point light sources for appropriately equipped microscopes (e.g. optical near-field microscopes, Confocal luminescence microscopes) for the determination of resolution and optical Transfer functions or samples for the determination of optical properties of individual To provide molecules.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß ein Material zur Verfügung steht, das mit einer mittleren Zahl der Anregungs-/Abregungszyklen pro Molekül größer 10¹¹ praktische Anforderungen bezüglich der optischen Stabilität erfüllt, das in einer trockenen Technologie (Mischverdampfung der Komponenten im Hochvakuum) auf verschiedenste Substrate aufgebracht werden kann und das gleichzeitig die höchste bekannte Konzentration von Farbstoffen in Lösungen ohne durch Aggregation oder durch Förster-Transfer begrenzte Photolumines zenz-Quantenausbeute besitzt.The advantages achieved by the invention are, in particular, that a material is available which, with an average number of excitation / de-excitation cycles per molecule greater than 10 ^11, fulfills practical requirements with regard to optical stability, which in dry technology (mixed evaporation of the components in the High vacuum) can be applied to a wide variety of substrates and at the same time has the highest known concentration of dyes in solutions without photoluminescence quantum yield limited by aggregation or by Förster transfer.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. In the Drawings show:

Abb. 1 eine Darstellung der Photolumineszenz-Quantenausbeute von 30 nm dicken Schichten verschiedener Farbstoff-Konzentrationen Fig. 1 shows the photoluminescence quantum yield of 30 nm thick layers of different dye concentrations

Abb. 2 eine Darstellung der Änderung der Photolumineszenz bei Bestrahlung mit hoher Intensität Fig. 2 shows the change in photoluminescence when irradiated with high intensity

Abb. 3 eine Darstellung der Lumineszenz von SiO₂-Schichten mit gleicher Farbstoffmenge MPP mit unterschiedlicher Farbstoff-Konzentration Fig. 3 shows the luminescence of SiO ₂ layers with the same amount of MPP dye with different dye concentration

Abb. 4 ein erfindungsgemäßer Farbstoff-Verdampfer im Schnitt Fig. 4 shows an inventive dye evaporator in section

Abb. 5 ein Arrhenius-Plot zur Kalibrierung des Farbstoff-Verdampfers Fig. 5 an Arrhenius plot for calibration of the dye evaporator

Abb. 6 eine Darstellung der Photolumineszenz-Quantenausbeute von PTCDA- SiO₂-Mischschichten bei Raumtemperatur Fig. 6 shows the photoluminescence quantum yield of PTCDA-SiO ₂ mixed layers at room temperature

Abb. 7 eine normierte Absorption und Emission von 30 nm dicken Schichten für eine reine und eine verdünnte PTCDA-Schicht Fig. 7 shows a standardized absorption and emission of 30 nm thick layers for a pure and a diluted PTCDA layer

example 1

Im Beispiel 1 wurde 3,4,9,10-Perylen-tetra-carbonsäure-dianhydrid (PTCDA) in eine SiO₂-Matrix eingebaut. Die Schichtherstellung erfolgt durch thermische Verdampfung bei Arbeitsdrücken von ca. 10^-4Pa erzeugt durch eine Turbomolekularpumpe, wobei für die Herstellung der Matrix SiO mit einer Aufdampfrate von 10^-2 nm/s verdampft wurde, das auf dem Substrat mit Restgassauerstoff zu SiO₂ reagiert. Die bei dieser Mehrquellen-Verdampfung zur unabhängigen Aufdampfraten- und Schichtdickenkontrolle eingesetzten Schwingquarze sind gegenüber der jeweils anderen Quelle abgeschirmt. Um auch sehr kleine Aufdampfraten messen zu können, befindet sich der Meßkopf für PTCDA in geringem Abstand vom Verdampfer, dies ist aufgrund der vergleichsweise niedrigen Verdampfungstemperatur (typisch 300 . . . 400°C) problemlos möglich. Für extrem kleine Aufdampfraten wurde ein temperaturgeregelter Farbstoff-Verdampfer entwickelt, der stabile Raten bis < 10^-5 nm/s über Zeiträume von mindestens 1 h ermöglicht.In Example 1, 3,4,9,10-perylene-tetra-carboxylic acid dianhydride (PTCDA) was installed in an SiO ₂ matrix. The layer is produced by thermal evaporation at working pressures of approx. 10 ^-4 Pa generated by a turbomolecular pump, whereby for the production of the matrix SiO was evaporated with an evaporation rate of 10 ^-2 nm / s, which reacts on the substrate with residual gas oxygen to SiO ₂ . The quartz crystals used in this multi-source evaporation for independent evaporation rate and layer thickness control are shielded from the other source. In order to be able to measure even very low evaporation rates, the measuring head for PTCDA is located at a short distance from the evaporator, which is possible without any problems due to the comparatively low evaporation temperature (typically 300 ... 400 ° C). For extremely low evaporation rates, a temperature-controlled dye evaporator was developed, which enables stable rates of up to <10 ^-5 nm / s over periods of at least 1 h.

Strahlungslose Energieübertragung zu nichtstrahlenden Traps ist der begrenzende Faktor für die Lumineszenz-Quantenausbeute. Um eine Quantenausbeute ähnlich der in flüssiger Lösung zu erreichen, sind im vorliegenden System Volumenkonzentrationen von ca. 0,1% erforderlich (Abb. 1). Gegenüber den in H. Fröb, M. Kurpiers, K. Leo, CLEO'98, San Francisco/CA, May 1998, 210, 1998 OSA Technical Digest Series Vol. 6, publ. by Optical Society of America gemachten Angaben wurden sowohl eine niedrigere Konzentration erreicht als auch die Quantenausbeuten mit größerer Genauigkeit bestimmt und korrigiert. Zu berücksichtigen ist, daß es sich bei PTCDA um ein Molekül mit großer Absorptionsstärke handelt.Radiation-free energy transfer to non-radiation traps is the limiting factor for the luminescence quantum yield. In order to achieve a quantum yield similar to that in liquid solution, volume concentrations of approx. 0.1% are required in the present system ( Fig. 1). Compared to the OSA Technical Digest Series Vol. 6, publ. In H. Fröb, M. Kurpiers, K. Leo, CLEO'98, San Francisco / CA, May 1998, 210, 1998. information provided by Optical Society of America has both achieved a lower concentration and quantum yields have been determined and corrected with greater accuracy. It should be noted that PTCDA is a molecule with a high absorption strength.

Ergebnisse von Untersuchungen zur optischen Stabilität der Schicht sind in Abb. 2 dargestellt. Um hinreichend hohe Anregungsdichten zu erreichen, wurde ein konfokales Mikroskop verwendet (Anregungswellenlänge 532 nm), detektiert wurde die Lumineszenz. Nach einem anfänglich starken, nichtexponentiellen Abfall wird ein Zustand erreicht, der sich durch eine Lebensdauer mit ca. 10¹¹ Anregungszyklen pro Molekül beschreiben läßt, ein Wert, der etwa 2 Größenordnungen über dem in derartigen Systemen besten bekannten liegt.Results of studies on the optical stability of the layer are shown in Fig. 2. In order to achieve sufficiently high excitation densities, a confocal microscope was used (excitation wavelength 532 nm) and the luminescence was detected. After an initially strong, non-exponential decay, a state is reached which can be described by a lifespan with approximately 10 ¹¹ excitation cycles per molecule, a value which is approximately two orders of magnitude higher than the best known in such systems.

Eine Anwendungsmöglichkeit ergibt sich als Wellenlängen-Konversionsschicht in einem System analog zur LUCOLED (P. Schlotter, R. Schmidt, J. Schneider, Appl. Phys. A 64, 417 (1997)). Angewandt auf in Lumineszenzdioden auftretende Leuchtdichten wären aufgrund der Aussagen lt. Abb. 2 Betriebsdauern in der Größenordnung 10⁵ Stunden zu erwarten.One possible application arises as a wavelength conversion layer in a system analogous to LUCOLED (P. Schlotter, R. Schmidt, J. Schneider, Appl. Phys. A 64, 417 (1997)). Applied to luminances occurring in luminescent diodes, operating times in the order of 10 ⁵ hours would be expected based on the statements according to Fig. 2.

Example 2

Die Herstellung erfolgt analog Ausführungsbeispiel 1, und es werden die im Sinne der Erfindung relevanten gleichen Effekte beobachtet: Anstieg der Photolumineszenz-Quantenausbeute bei sinkender Konzentration (Abb. 3) und eine optische Stabilität im o.g. Sinne von ca. 10¹¹ Anregungszyklen pro Molekül. Daß die Quantenausbeute bei vergleichsweise höheren Konzentrationen maximal wird, liegt an der gegenüber PTCDA geringeren Absorptionsstärke von MPP.Production takes place analogously to embodiment 1, and the same effects relevant for the purposes of the invention are observed: increase in the photoluminescence quantum yield with decreasing concentration ( FIG. 3) and optical stability in the above sense of approximately 10 ¹¹ excitation cycles per molecule. The fact that the quantum yield becomes maximal at comparatively higher concentrations is due to the lower absorption strength of MPP compared to PTCDA.

Example 3

Die Herstellung erfolgt analog Ausführungsbeispiel 1 mit der Besonderheit, daß (a) die Aufdampfrate von PTCDA extrem niedrig, typischerweise < 10^-5 nm/s, gewählt und (b) der PTCDA-Dampfstrahl zum Substrat mittels geeigneter Blenden nur für eine sehr kurze Zeit freigegeben wird. Unter der Voraussetzung, daß extrem sauber und exakt gearbeitet wird, können auf diese Weise Farbstoffmoleküle in einer Ebene, umschlossen vom Matrixmaterial, angeordnet werden, wobei ein mittlerer lateraler Molekülabstand von mehr als 100 nm erreichbar ist. Ein optisches Nahfeldmikroskop kann derzeit ein Auflösungsvermögen besser 50 nm erreichen; mit einer Deckschicht von 5 nm SiO₂ über der Farbstoff-Schicht ist damit eine Probe gegeben, die z. B. auf direktem Wege die Punktübertragungsfunktion zu bestimmen gestattet oder mit der optische Eigenschaften einzelner Moleküle bestimmt werden können.The production takes place analogously to embodiment 1 with the special feature that (a) the evaporation rate of PTCDA is chosen to be extremely low, typically <10 ^-5 nm / s, and (b) the PTCDA steam jet to the substrate by means of suitable apertures only for a very short time is released. Provided that the work is extremely clean and precise, dye molecules can be arranged in one plane, enclosed by the matrix material, an average lateral molecular distance of more than 100 nm being achievable. An optical near-field microscope can currently achieve a resolution better than 50 nm; with a cover layer of 5 nm SiO ₂ over the dye layer, a sample is thus given, for. B. allows to determine the point transfer function directly or with the optical properties of individual molecules can be determined.

Abb. 4 zeigt einen Farbstoff-Verdampfer, der zur Durchführung des Verfahrens, mit einem Metalloxid-Verdampfer in einer Vakuumkammer angeordnet ist. Der Dampfstrahl der beiden Verdampfer ist auf ein Substrat ausgerichtet. Zwischen Verdampfer und Substrat können Blenden vorgesehen werden, um das Aufdampfen zu unterbrechen. Der in Abb. 4 dargestellte Farbstoff-Ver dampfer besteht, von innen nach außen gesehen, aus einer Quarz-Küvette 1, einem Graphit-Block 2, einer Heizung 3, einer Schirmung 4 und einem wassergekühlten Kupfermantel 5. Zwischen der Quarz-Küvette i und dem Grahpit-Block 2 ist in der Mitte des Topfbodens ein Thermoelement 7 vorgesehen. In der topfförmigen Öffnung des Farbstoff-Verdampfers ist ein auf einen Lochausschnitt begrenzte Abdeckung vorgesehen, die mit der Quarz-Küvette 1 verbunden und zum Farbstoff 6 hin versetzt angeordnet ist, so daß der Lochausschnitt in der Abdeckung eine Temperatur wie die beheizte Quarz-Kuvette 1 aufweist. Fig. 4 shows a dye evaporator, which is arranged to carry out the method with a metal oxide evaporator in a vacuum chamber. The steam jet from the two evaporators is aligned with a substrate. Apertures can be provided between the evaporator and the substrate in order to interrupt the evaporation. The dye evaporator shown in Fig. 4, seen from the inside out, consists of a quartz cuvette 1 , a graphite block 2 , a heater 3 , a shield 4 and a water-cooled copper jacket 5 . A thermocouple 7 is provided in the middle of the bottom of the pot between the quartz cuvette i and the grahpit block 2 . In the pot-shaped opening of the dye evaporator, a cover limited to a hole cutout is provided, which is connected to the quartz cuvette 1 and is arranged offset to the dye 6 , so that the hole cutout in the cover has a temperature like the heated quartz cuvette 1 having.

Mit diesem Farbstoff-Verdampfer ist die Möglichkeit der definierten Einstellung einer extrem niedrigen Farbstoff-Aufdampfrate < 10^-5 nm/s gegeben, da derartige Raten einer direkten Messung nicht zugänglich sind. Durch die Verwendung des temperaturgeregelten Farbstoff-Verdampfers mit einer hohen Homogenität der Temperaturverteilung in der Quarz-Küvette 1 mit einem kleinen beheizten Lochausschnitt in der Abdeckung der Quarz-Küvette 1 und Extrapolation aufgrund einer Kalibrierung mit Arrhenius-Plot (Abb. 5), werden derartig niedrige Aufdampfraten erreicht.With this dye vaporizer there is the possibility of a defined setting of an extremely low dye vapor deposition rate <10 ^-5 nm / s, since such rates are not accessible for a direct measurement. By using the temperature-controlled dye evaporator with a high homogeneity of the temperature distribution in the quartz cuvette 1 with a small heated hole cutout in the cover of the quartz cuvette 1 and extrapolation due to a calibration with Arrhenius plot ( Fig. 5), such low evaporation rates achieved.

Claims

1. wavelength conversion layer for application to a substrate, for generating light in the optical and adjacent spectral ranges, characterized in that the wavelength conversion layer consists of organic dye molecules with a low dye concentration and a matrix material made of metal oxides, the matrix material being slightly has substoichiometric oxygen content.

2. wavelength conversion layer according to claim 1, characterized in that the matrix material with the slightly sub-stoichiometric oxygen content is SiO ₂ or TiO ₂ .

3. wavelength conversion layer according to claim 1 or 2, characterized in that the Dye molecules are arranged in only one plane with an average lateral distance at least as large as the lateral resolution of one used for observation high resolution optical instrument.

4. Process for producing a wavelength conversion layer on a substrate, the light emits in the optical and adjacent spectral ranges, in which in mixed evaporation in High vacuum organic dye and metal oxide are deposited on a substrate, the desired volume concentration of the dye in the matrix material by adjustment the evaporation rate of the components is achieved, and for the deposition of the metal oxide Metal suboxide is evaporated.

5. The method according to claim 4, in which SiO or Ti ₂ O _{3 is} evaporated as the metal suboxide.

6. The method of claim 4 or 5, wherein the evaporation rate of the dye by Temperature control of the evaporator source is set.

7. The method according to claim 6, wherein the evaporation rate and the opening time of between Vaporizer source and substrate located aperture set the desired layer thickness becomes.

8. An apparatus for performing the method according to one of claims 4 to 7, in which a dye evaporator and a metal oxide evaporator are provided in a vacuum chamber, the steam jet of which is aligned with a substrate, the dye evaporator being cup-shaped and of seen inside out from a quartz cuvette ( 1 ), a Gra phit block ( 2 ), a heater ( 3 ), a shield ( 4 ) and a jacket ( 5 ), with between quartz cuvette ( 1 ) and Grahpit block ( 2 ) a thermocouple ( 7 ) is provided in the middle of the bottom of the pot and a cover limited to a hole cutout is provided in the cup-shaped opening of the dye evaporator, which is connected to the quartz cuvette ( 1 ) and to the dye ( 6 ) is arranged offset so that the hole cutout in the cover has a temperature like the heated quartz cuvette ( 1 ).

9. The device according to claim 8, wherein the jacket ( 5 ) is a water-cooled copper jacket.