發光材料電致發光/光致發光量測系統 (LQ-100) 可測試發光材料之發光

LQ-100 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。

 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/m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


: 積分球

: 405 nm 雷射

: 多通道光譜儀測試系統



型號 項目 規格
1-1 LQ-100R
發光效率測
量系統
- 採用積分球測量系統 :產業化 LED 標準
- 準確測量絕對輻射光通量 (lm) 與功率 (W)
- LED EQE 最低亮度測量能力可 < 0.1cd/m2
- 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
1-2  100 mm 積分球 - 100 mm 積分球
- 鋁合金外殼
1-3  HS3011-PMT
增強型多通道光譜儀測試系統
- 波長範圍: 350 - 1100 nm
- 波長解析度: 0.35 – 1 nm (依實際光柵與狹縫而定)
- 靈敏度可 < 0.1 cd/m2
1-4 訂製化 EL 測試夾具 訂製化背探針夾具盒
- 依據客戶樣品客製夾具
1-5  LQ-SW   EL 測量軟體
- 支援所有 CIE 相關參數
- LIV 掃描曲線與圖面輸出
- 老化記錄功能
- 可搭配多款源表
選配型號 選配項目 規格
2-1 電源電表 - Keysight B2901A / B2911A / B2912A
- Keithley 2400 Series
- Keithley 2600 Series
3-1 光致發光量測模組 PL 光譜整合測試
- 405 nm 雷射器
- PL 薄膜樣品架
3-2 PL 量測軟體 - 絕對螢光量子產率 PLQY 測試軟體
- 光致發光量子產率 PLQY 計算
- 螢光光譜 Peak/ 半寬分析,強度-波長圖
4 手套箱整合套件

特點:

- 針對新型電致發光材料設計

- 快速超低亮度    0.1 cd/m2 測量能力

-   LED   老化測量功能

-   絕對外部量子效率測試

-   可與手套箱整合

-   具備   NIR   波段   (700   -   1000   nm)   測試能力

-   LED   全參數測定能力


 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   EL   與   PL   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)

以   LQ100   系統的智能曝光測試,鈣鈦礦   LED的   EQE 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 %

LQ100 NIST 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 %


 LQ-100R 可測試項目:

1.      LED / 發光器件 EL spectrum太陽能電池電致發光光譜

2.      LED / 發光器件 EL EQE

3.      LED / 發光器件 PL spectrum (NIR)

4.      LED / 發光器件 PL quenching rate analysis

5.      LED / 發光器件 PLQY

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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軟體畫面

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Efficient green light-emitting diodes based on quasi-two-dimensional composition and phase engineered perovskite with surface passivation

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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