利用FluoTime 300光谱仪对量子点LED的时间分辨光致发光和电致发光进行了表征

Eugeny Ermilov, Maria Loidolt-Krüger, Bita Rezania,Asim Önal, Sedat Nizamoglu

PicoQuant GmbH, Rudower Chaussee 29, 12489 Berlin, Germany, info@picoquant.com

电气与电子工程系，科奇大学，Rumelifeneri Yolu 34450

土耳其伊斯坦布尔 萨利耶, gsse@ku.edu.tr

利用量子点提高LED的能效和色彩质量

目前的材料科学研究旨在提高 LED 的能效、色彩质量和稳定性。一种备受关注实现高效照明的方法，就是加入胶体量子点（QDs），因为这些量子点的量子产率高达 80% 以上。此外，QDs 还具有可调发射带宽的特点，而且只需改变其尺寸和成分，就能对发射光谱进行微调。这为开发具有卓越色彩质量的设备带来了希望。为了优化发光特性，有必要在开发过程中对新材料和器件的电致发光和光致发光进行表征。

表征电致发光和光致发光特性的方法

存在一个工具箱，它汇集了多种研究材料发光特性的方法。这些方法包括但不限于：

▪ 电致发光光谱，借助光致发光光谱仪分析 LED 在电激励下的发射光谱。

▪ 时间分辨电致发光，此方法有助于理解载流子动力学，评估LED的时间响应，并监测材料在老化和降解过程中载流子寿命和复合动力学的变化。

▪ 光致发光光谱，利用光致发光光谱仪研究LED被光源（cw 灯或激光）激发后的发射光谱。

▪ 使用脉冲（通常为皮秒脉冲）激光激发的时间分辨光致发光，结合时间分辨光致发光光谱仪或显微镜来研究激发态的动态、重组过程以及载流子寿命。

▪ 光致发光量子产率测量，通过积分球测量光致发光量子产率，以确定材料在光激发时的光子发射效率。

值得一提的是，FluoTime 300时间分辨光致发光光谱仪能够支持上述所有方法的实施。

本应用说明将展示使用FluoTime 300光谱仪对量子点LED的时间分辨光致发光和电致发光测量。

样品由土耳其伊斯坦布尔科奇大学电子电气工程系 Nizamoglu 小组友情提供。

结果：光学表征

获取稳态发射光谱是为了确定材料的峰值波长，评估光谱形状（即光谱纯度），并检测可能表明材料缺陷的次峰或峰肩。

图1.显示了这两个组件的发射光谱，其中 QD 发出 525 nm左右的绿光，LED 芯片发出 450nm 左右的蓝光。混合 QD-LED 的总发射光谱的最高峰与 QD 发射相对应，与溶液相比，QD 发射略有红移。425 nm到 500 nm之间的发射波段与 LED 芯片相对应，而与标准 LED 芯片相比，混合器件的发射带结构和强度有所不同。

图1.440 nm波长激发下溶液中 QDs 的发射光谱（左），以及在电激发下LED（中）和混合 QD-LED（右）的电致发光光谱。

接着，研究小组将发射光谱转换成色度坐标，以便绘制色度图。图 2 中的色度图显示了 QD-LED 发出的光的感知颜色与单独的 LED 芯片发出的蓝色光相比，QD-LED 发出的光的感知颜色偏向绿色。这些信息可用于进一步调整量子点的发射光谱和浓度，并计算相关色温，即白光的色调。

图 2.CIE 1931 色度图上显示的 LED 芯片和混合 QD-LED 的光谱

研究小组还利用FluoTime 300，对QD-LED器件的时间分辨光致发光进行了表征。图3.显示了溶液中量子点的复杂衰减模式，可以用4个指数表示。当混合 LED 中加入 QD 时，电致发光的时间会更长，并且以 QD 发光的最长成分为主，而单独 LED 的电致发光时间则极短。

图3. 左图：438 nm脉冲激发后 530 nm波长下溶液中 QDs 的时间分辨光致发光衰减。

图中记录了通过 4 指数衰减拟合得到的光致发光寿命。

右图：LED（红色）和QD-LED器件（蓝色）的时间分辨电致发光衰减。

记录了双指数衰减拟合得到的寿命。

通过将衰减曲线与适当的模型（如单或多指数衰变）相结合，可以提取载流子寿命并研究载流子复合动力学。

展望

通过微区光致发光升级，可以用显微镜获取额外的空间信息，来研究材料的局部变化或观察载流子可视化扩散。

此外，时间分辨光致发光还可以通过显示延迟发射成分来揭示陷阱态的存在 。