共聚焦的成像大赛

光致发光和电致发光是有机发光二极管（OLED）视觉显示发展的重要技术。

近年来，有机发光二极管（OLED）已成为高端智能手机和电视全彩显示面板的领先技术之一¹。使用量的快速增长是因为OLED提供了比液晶显示器（LCD）更卓 越的性能。例如，它们更薄、更轻、更灵活、功耗更低、更明亮²。

测试样品为磷光OLED器件，由圣安德鲁斯大学有机半导体光电研究组提供。将样品放置在冷热台（LINKAM）上，通过两个钨探针连接到器件电极上实现成像。使用RMS1000共聚焦显微拉曼光谱仪进行PL、EL、时间分辨PL（TRPL）和时间分辨EL（TREL）成像，如图1。

图1  PL、TRPL、EL和TREL成像的实验装置。

对于EL测试，使用Keithley 2450 SMU向OLED器件加电压，并用CCD探测器检测；对于TREL测试，使用Tektronix 31102 AFG向OLED加一系列短脉冲电压，使用MCS模式测试每个脉冲下的衰减。

图2  (a)安装在RMS1000上的冷热台；(b) OLED器件电致发光宽场成像。

大面积光致发光和电致发光光谱成像

OLED首次采用PL和EL光谱相结合的方法进行研究。当使用共聚焦显微拉曼光谱仪成像时，可以表征材料在整个器件中的分布以及在发光强度和颜色均匀性方面的整体质量。图3中的PL成像和相应的光谱提供了器件上4个区域发光层分布的信息，还显示了电极的位置。

图3  (a)OLED器件的PL光谱强度成像；(b)a中标记的点1和点2的PL光谱。

白色和灰色代表PL强度，显示了有机发光层的位置。灰色区域为发光层被顶部电极覆盖的位置。在顶部电极穿过发光层的地方，PL强度降低为未覆盖区域强度的一半以下。这是由于顶部电极材料削弱了激光强度和光致发光强度。

对于EL成像，钨探针连接到与区域2相交的电极上。图4中得到的EL图像和相应的光谱表明了EL发光仅发生在区域2中的发光层与电极重叠的区域。在PL成像中，空间分辨率主要取决于样品上激光光斑的大小。而在EL成像中，由于没有激光，因此是通过改变共焦针孔直径来改变空间分辨率（将针孔直径减小到25 μm）。

图4  (a)OLED器件的EL光谱强度成像；(b)a中标记的点1和点2的EL光谱。

图5  (a) OLED器件电致发光宽场成像；(b)a网格内的高分辨率宽场成像；(c)PL强度成像；(d)相同区域的PL峰值波长成像；(e)EL强度成像；(f)相同区域的EL峰值波长成像。

图6   (a)OLED的时间分辨PL成像；(b)OLED的时间分辨EL成像；(c)a中选定区域的PL衰减曲线；(d)b中图像的EL衰减曲线。

RMS1000共聚焦显微拉曼光谱仪用于测试OLED器件的PL、EL、TRPL和TREL成像。这些不同的成像模式提供了关于发光层和电极在整个器件中位置的详细信息，在工作条件下器件的发光强度和颜色均匀性，以及关于PL和EL过程中带隙能量的相对信息。

1. A. Salehi et al., Recent Advances in OLED Optical Design, Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1808803, DOI: 10.1002/adfm.201808803.

2. J. M. Ha et al., Recent Advances in Organic Luminescent Materials with Narrowband Emission, NPG Asia Mater., 2021, 13, 1–36, DOI: 10.1038/s41427-021-00318-8.