LQ100提供測量LED與發光材料發光特性的最佳測量系統,採用4 PTFE高反射率積分球,收集LED各角 度發光,能精準地測量LED發光材料:(1)EQE外部量子效率 (2)PLQY熒光量子產率 (3)各項參數值:電流 效率(cd/A)、發光效率(lm/W)、絕對輻射光通量(lm)、光度(cd)、輝度(cd/m2)CIE色度圖、IV Curve、壽 命測試等等;可應用於發光器件發光效率的研究,並檢測元件特性優劣分析。此外,LQ100可選配超低發 光效率SOLAR-ELTM模塊,可測試太陽能電池器件的PL光致發光光譜與EL電致發光光譜。


 鈣 鈦 礦 L E D 效 率 測 試 的 挑 戰 
                 
鈣鈦礦LED效率發展快,但傳統測量方式不適用!

◆ 挑戰一:低亮度、衰減快 < 50,000 cd/m2
測試系統要快!才能測得高效率!
LQ-100 提供350 nm-1000 nm全光譜快速測量
◆ 挑戰二:發光半寬(FWHM)窄
OLED ~100 nm ; PVSK LED ~ 50 nm
LQ-100 提供需要記錄發光光譜與計算光譜的失配誤差

◆ 挑戰三:非Lambertian分布cd/m2 =>EQE 換算誤差大
選配超低光強探測器,可達0.1 cd/m2以下的輝度偵測,可測得完美EQE曲線
◆ 挑戰四:發光波長超過視函數波段,無法以光 通量與輝度評價
I-PVSK主要在NIR波段(>670 nm~800 nm),在視函數 分佈之外,故得到的輝度值很低


L Q 1 0 0 指 標 文 獻 引 用

S O L A R ™ E L 太 陽 能 電 池 E L 光 譜 測 試




型號 項目 規格
LQE-100-PL
絕對螢光量子效率PL光學系統
激發光源 a. 368 nm高功率LED光源系統
最多可選四種其他波長的激發光源365 nm, 405 nm, 505 nm, 530 nm, 617 nm, 730 nm
b. 中心波長368 nm ±5 nm
c. 波長半寬~10 nm
d. 壽命> 10,000 hr
e. 光強不穩定度<0.5 %
f. 最大光強度可>50 mW/cm2 (聚焦後)
g. PL測量功能
h. 絕對熒光量子產率PLQY測試軟體
100 mm積分球 a. 鋁合金外殼
b. 硫酸鋇塗布≧99 % (Purity)
c. 反射率≧96±2 % (380-1100 nm)
多通道光譜測試儀 a. USB 控制介面
b. 曝光時間:1 ms to 1000 ms
c. 校正波長/照度可追溯至NIST(VIS range)
d. 波長範圍:350-1000 nm
e. 波長解析:1 nm
f. 2048陣列矽CCD探測器
g. 高靈敏感測探頭
LQE-100-EL
電致發光測量
垂直式收光光路設計,探針系統(不含源表) a. 兩個彈簧針座,針座具備磁性,可吸附樣品檯面
b. 四線Kelvin Probe香蕉頭介面,可與源表4線測試配合
c. 源表接線:兩端均為V+V-I+I- 香蕉接接頭(公頭)
d. 適用標準樣品尺寸:小於30 mm x 30 mm
測試軟體 a. 光通量 ( Lumens ) : lm
b. 量子效率
c. 發光強度 (Luminous Intensity): cd
d. 輝度 (Luminance): cd/m2
e. 色座標 (x,y),(u',v') : Color Coordinate: (x,y), (u',v')
f. 相關色溫 Tc : Correlated Color Temperature
g. 峰波長 Wp : Peak Wavelength
h. 發光效率 Lum./W : Efficiency
i. LIV掃描曲線與圖面輸出
操作電腦 a. 工業級電腦
b. LCD顯示器

選件項目 規格
紅外擴展 a. 探測器:InGaAs線性陣列
b. 波長範圍900-1700 nm
測量源表 a. Keysight B2901a SMU
b. 支援單通道配置
c. 最小電源精度1 pA/1 uV,最小量測精度:100 fA/100 Nv
d. 最大輸出:210 V,3 A直流/10.5 A脈衝電流
長時間壽命測試 a. 固定電流或電壓,量測器件亮度與發光效率等參數對時間的變化
b. V-t Curve定電流下電壓對時間的曲線
c. J-t Curve定電壓下電流密度對時間的曲線
d. I_Eff-t Curve:電流效率(Current Efficiency)對時間的曲線
e. P_Eff-t Curve:功率效率(Power Efficiency)對時間的曲線
f. EQE-t Curve:外量子效率對時間的曲線

 LQ-100 特色
● 採用PTFE積分球測量系統:產業化LED的標準
● 準確測量絕對輻射光通量(1m)與功率(W)  
● LED EQE最低亮度測量能力可<0.1 cd/m 
● 智能調變光譜儀曝光時間,提升測試速度
● 多種 LED EQE 測試夾具 
● 支持多種源錶
● 手動多點切換器
● (選配)可升級發光材料PLQY測量功能
● (選配)SOLAR-ELTM 太陽能電池ELPL光譜測試模塊


LQ-100 PLQY LED EQE
測試能力 QY<1%/td> EQE:min 0.1%
亮度:min 0.05 cd/m2
電流效率:6000 cd/m2:<50 ms
光譜測試速度 1 ms ~ 1 sec 高亮度>6000 cd/m2:<50m2
光譜測試範圍 350~1000 nm 350~1000 nm

  測 試 速 度 決 定 器 件 效 率

新型材料LED器件的開發過程中,均會面對初期器件穩定性問題,測量系統如何有效、準確測出器件最高轉換效率的潛力,是新材料、新結構器件科研突破的關鍵。
● 效率衰減快
以鈣鈦礦LED器件為例,下圖為注入定電流到鈣鈦礦LED器件,隨時間測量其亮度隨時間的變化。 在4秒內,亮度衰減了超過20 %



● 測量速度的加快,測出器件最高轉換效率潛力

LQ100積分球系統,測試鈣鈦礦LED器件:
條件ALQ100智能曝光時間控制(1毫秒~1秒/單點) 
條件B:模擬一般輝度計的測量時間(1秒/單)

LQ100系統的智能曝光測試,鈣鈦礦LEDEQE 測量結果可以提高超過20 %以上。


 低 亮 度 快 速 、 準 確 測 量 能 力
● 無法取得完美EQE曲線原因

當低亮度(<50 cd/m2)的測試不準確,會造成低電壓時的EQE曲線亂跳;一來無法準確判斷器件的起始電壓,二則無法準確評價器件最高EQE效率。


● 超靈敏光探測器

LQ-100具單光子偵測能力,可達0.1 cd/m2 輝度偵測(曝光時間< 0.5 sec內),確保器件啟動電壓的測 量正確性(要求<1 cd/m2),並得到完美的EQE曲線。



 L E  D 器 件 老 化 測 試 記 錄 功 能
固定電流或電壓,量測器件亮度與發光效率等 參數對時間的變化,亦是新器件科研重點
● V-t Curve:定電流下電壓對時間的曲線 
● J-t Curve:定電壓下電流密度對時間的曲線 
● I_Eff-t Curve:電流效率(Current Efficiency)對時間的曲線 
 P_Eff-t Curve:功率效率(Power Efficiency) 對時間的曲線
● EQE-t Curve:外量子效率對時間的曲線 
● L-t Curve:輝度對時間的曲線


 積 分 球 式 全 光 譜 效 率 測 量

● 無機LED測試 ➤不重複性<0.2 %

LQ-100可快速測試每個電壓下的發光光譜,並可取得 輻照度、輝度、CIE座標等多項參數值。

發光光譜 單點光譜測量時間
高亮度>6000 cd/m2 < 50 ms
低亮度>100 cd/m2 < 100 ms
超低亮度>10 cd/m2 < 0.5 ms

● NIST溯源-準確度測試 ➤差異值<0.5 %

LQ100NIST溯源,與國外校正的白光與綠光LED 比對,差異值均小於0.5 %


Certified Value (lm) LQ-100 (lm) Deviation(%)
G-LED 3.426 % 3.453% 0.39 %
W-LED 4.652% 4.629% 0.25 %


 PLQY 測量:

● PL(Photo-Luminescence,光致發光):當材料吸收光子後,電子躍遷致激發態,再回到低能態,將能量以光的形式發出。
● PLQY(Photo-Luminescence Quantum Yield, 光致發光量子產率):發光物質所放射的螢光光子數,與所吸收的激發光子數之比值。一般而言,此數值的數值愈大,代表發光物質發光愈強。
PLQY= 放射光子數/吸收光子數 (最小量測可到 0.1 %)

Principle of quantum yield measurement

鈣鈦礦發光樣品-EL測量:

目前鈣鈦礦LED效率發展快,但獲得準確的測量數據是研究人員面臨最大的挑戰!
鈣鈦礦LED擁有以下特性:

低亮度、衰減快

  • 50,000 cd/m2
  • LQE-100解決方案:測試系統速度要快,才能測得高效率

發光半寬(FWHM)

  • OLED ~100 nm;PVSK LED ~50 nm
  • LQE-100解決方案:需要記錄發光光譜與計算光譜的失配誤差

非Lambertian分佈

  • cd/m2轉換EQE ,換算誤差大
  • LQE-100解決方案:選配超低光強探測器,可達0.1 cd/m2以下的輝度偵測,亦可得到完美的EQE曲線

高效率紅外光發展

  • 發光波長超過視函數波段,無法用光通量(lm)與輝度(cd /m2)評價


全 方 位 解 決 方 案:
LQE-100系列,採用高功率LED激發光源,在高激發密度下,可快速激發樣品以測量PLQY、EQE、輻照度、輝度、CIE等測量參數,解決研究人員面臨鈣鈦礦LED低亮度、衰減快的挑戰。


輝度值 單點光譜時間
高亮度:>6000 cd/m2 <50 ms
低亮度:>100 cd/m2 <100 ms
超低亮度:>10 cd/m2 <0.5 sec


鈣鈦礦發光樣品
EnliTech Electroluminescence (EL) of Perovskite LEDs
CIE色座標(0.218, 0.742)
CIE coordinate




EL Intensity variation with Wavelength for Perovskite LEDs
不同偏壓下EL光譜測量
Luminance variation with Bias for Perovskite LEDs
不同偏壓下輝度測量
QE variation with Bias for Perovskite LEDs
不同偏壓下量子效率測量
Current Efficiency variation with Bias for Perovskite LEDs
不同電流密度下光通量測量
QE variation with Current Density for Perovskite LEDs
不同電流密度下光通量測量
QE variation with Current Density for Perovskite LEDs
不同電流密度下量子效率測量
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Xiaolei Yang, Xingwang Zhang, Jinxiang Deng, Zema Chu, Qi Jiang, Junhua Meng, Pengyang Wang, Liuqi Zhang, Zhigang Yin and Jingbi You

Nature Communications, Volume 9, Article number: 570

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