电致发光器件评价之滨松解决方案_滨松光子学商贸(中国)有限公司

电致发光器件评价之滨松解决方案

丁珏，郑一哲，王宁波（销售，wnb@hamamatsu.com.cn）

本网页为滨松绝对量子产率分析仪Quantaurus-QY在实际使用中的FAQ。

# 应用背景——电致发光器件与关键参数

电致发光（Electroluminescent，简称EL），是通过加在两电极的电压产生电场，被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子在能级间的跃迁、变化、复合导致发光的一种物理现象。由于电致发光产品具有发光效率高、器件寿命长、响应速度快、视角特性好、色彩度强、成本价格低、可弯曲等特点，在显示器和照明领域有非常广阔的应用前景。

电致发光器件性能是电致发光产品性能是否优良的决定性因素，电致发光器件组成包括五层，阴极、电子传递层、发光层、空穴传递层和阳极，其中发光层的材料称为电致发光材料，OLED器件的发光层为有机分子材料，QLED器件的发光层为量子点材料。

图1. 电致发光器件结构示意

一般而言，电致发光器件性能有几个关键参数表征，其中包括外量子效率（EQE）、电流-电压-亮度（IVL）参数、发射光谱色度和器件荧光寿命。

# 外量子效率（EQE）

无论对于显示器还是照明，从电能转化为光能的发光效率都是非常重要的，其主要反映了输入功率的利用率，发光效率越高，器件的热损耗越小，能量利用率越高。在电致发光器件的研究中，对应的参数为外量子效率（EQE，External Quantum Efficiency）：当发光器件通电时，电子和空穴会在发光层结合，产生的能量会激发发光层材料发出荧光/磷光，此时把单位时间内出射到空间的光子数/单位时间内注入到发光层的电子数之比称为器件的外量子效率。

EQE的测量中，核心是分子部分“单位时间内出射到空间的光子数”的测量，滨松提供了光分布法和积分球法等2个方法3套适配的测量方案（光分布法测量器件朗伯体特性、积分球2π法以及积分球4π法)以适应于各种不同的测量需求，并且支持客户对积分球和样品夹具的定制化。

# 电流-电压-亮度（IVL）参数

此外，在器件中，电流参数（电流、电流密度等）随电压参数的变化曲线反映了器件的电学性质。亮度随电压参数的变化曲线反映了器件的光学性质。这类电学和光学参数之间的关系统称为IVL（电流-电压-亮度）关系，对于电致发光器件也非常重要。通常情况下，IVL关系的测量需要多套电学测量系统和光学测量系统分别测量，测量全部的参数非常繁琐。

滨松的电致发光器件测量系统C9920-11，C9920-12可以提供IVL关系的一体化自动化测量方法。通过软件整合电流源和光谱探测器的功能，C9920-11&12可以测量电流、电流密度、电压、电流效率、功率效率、发射光谱、色度等一系列参数，并且逐一对应，形成关系曲线。

图2. IVL关系测量的软件界面示例

# 滨松方案：EQE测试之光分布法（C9920-11）

电致发光器件的EQE（外量子效率）值是决定器件封装以后光效的重要参数之一，也是真正决定电致发光器件是否能够商业化的重要参数之一。现在普遍的EQE测量方法有两种，第一种是通过亮度计测量法线方向的亮度，通过标准朗伯体分布理论计算得到器件的EQE值。该方法有严重的缺点：实际中器件的朗伯体分布并非标准的余弦分布，会有部分分布不均的现象，此时通过理论计算的结果会非常不准确。

C9920-11型光分布测试系统通过转动电动转台，可以以1°的角步长精确描绘出器件的实际朗伯体分布，并且计算出EQE实际值(如图3中的实心点）与理论值(如图3中的空心点）之间的校准系数，更加准确地计算EQE。全测量过程的自动化，大大减少了由于调节角度引起的结果不稳定性和操作复杂性。

图3. 光分布法测试值（实心点）与朗伯体预测值（空心点）的区别 (H. Fujimoto, et.al, Appl. Phys. Exp., 8(2015), 082102)

# 滨松方案：EQE测试之积分球法（C9920-12）

第二种EQE的测量方法是通过积分球配件，将器件的整体光通量收集，并通过计算得到器件的EQE。该方法又有两种测量方案，一种是将器件至于积分球球壁上，仅测量器件的前向通量，称为2π法；一种是将器件置于积分球内部，测量器件的整体通量，称为4π法。滨松C9920-12外量子效率测试系统对两种测量方案都支持。

图4. 积分球法EQE测试结果实例——四种颜色的OLED电致发光器件 (H. nakanotani, et.al, Nat. Comm., 5(2014), 4016)

# 操作简便：定制化夹具

在实际中，同一实验室/用户的电致发光器件一般采用同一种封装外形以及具有同样的电极分布。为了简化样品夹持的方式，让使用更加方便，滨松提供样品夹具支持的定制化服务，避免了鳄鱼钳使用中的不稳定和不方便。

图5. 标准夹具与定制夹具

# 精准测量：基底反射补偿配件

积分球法简单快捷有效，但是器件本身的基底反射对于积分球的工作会有一定的影响。滨松C9920-12外量子效率测试系统可以提供对应的补偿配件，在器件未通电发光时给与一个已知强度的光照并测量，得到测量结果与已知强度的比值，由于器件本身的基底反射，此比值一般小于1；在真正对器件通电测量时，这个比值就能够被用来对测量结果进行校正，得到电致发光器件真正的发光强度，继而计算出准确的EQE数值。

# 灵活的搭配，完整的产品线

滨松的产品线覆盖了器件与材料的研究需求——不仅针对电致发光器件提供了C9920-11和C9920-12两套测量系统；而且针对上游的电致发光材料研究（如OLED，量子点，荧光粉材料等）还提供有Quantaurus-QY（C9920-02）绝对量子效率测试系统。值得一提的是，这三套系统共用同一个核心的探测器部件，大大降低了未来功能及系统升级的成本。

图6. 滨松相关产品配置图

# 相关产品


C9920-02绝对量子效率测试系统	C9920-11光分布测试系统	C9920-12外量子效率测试系统

# 相关论文

文献	关键词	测量项目	所用滨松产品
Qin C. et al.Centrifugal-Coated Quasi-Two-Dimensional Perovskite CsPb2Br5 Films for Efficient and Stable Light-Emitting Diodes. J. Phys. Chem. Lett. 8, 5415-5421 (2017)	电致发光，钙钛矿	Tau, PLQY, EQE, I-V-L, EL Spectra	C11367, C11347, C9920-12
Nakanotani H. et al. High-efficiency organic light-emitting diodes with fluorescent emitters. Nat. Commun. 5, 4016 (2014)	电致发光，TADF	Tau, PLQY, EQE, I-V-L, TREL	C4334, C11347, C9920-12
Fujimoto H. et al. Improvement in the light outcoupling efficiency of organic light-emitting diodes using a hemispherical lens and a multipatterned one-dimensional photonic crystal fabricated by autocloning. Appl. Phys. Exp. 8, 082102 (2015)	电致发光，TADF	EQE, I-V-L, 光分布	C9920-11, C9920-12
Fujimoto H. et al. Influence of vacuum chamber impurities on the lifetime of organic light-emitting diodes. Sci. Rep. 6, 38482 (2016)	电致发光，OLED	EQE	C9920-12
Cui L. et al. Long-lived efficient delayed fluorescence organic light-emitting diodes using n-type hosts. Nat. Commun. 8, 2250 (2017)	电致发光，OLED	PLQY, EQE, Prompt and Delayed I-V-L	C4334, C11347, C9920-12
Masui K. et al. Analysis of exciton annihilation in high-efficiency sky-blue organic light-emitting diodes with thermally activated delayed fluorescence. Org. Electr. 14, 2721-2726 (2013)	电致发光，TADF	EQE, I-V-L	C9920-12
Tan Y. et al. Novel bipolar D-π-A type phenanthroimidazole/carbazole hybrid material for high efficiency nondoped deep-blue organic light-emitting diodes with NTSC CIEy and low efficiency roll-off. J. Mater. Chem. C 5, 11901-11909 (2017)	电致发光，OLED	PLQY, EQE, I-V-L	C9920-02, C9920-12
Kim D. et al. Organic light emitting diodes with horizontally oriented thermally activated delayed fluorescence emitters. J. Mater. Chem. C 5, 1216-1223 (2017)	电致发光，Molecular Orientation	EQE, I-V-L, EL Spectra	PMA-12, C9920-12
Tavgeniene D. et al. New carbazole-indan-1,3-dione- based host materials for phosphorescent organic light emitting diodes. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 640, 145-151 (2016)	电致发光，OLED	EQE, I-V-L	C9920-12

# 相关工程师

针对以上内容，如您有任何问题，欢迎联系我们

上一个：上转换材料研究之滨松解决方案

下一个： LED荧光粉评价之滨松解决方案

文章中心

产品

应用

其他

电致发光器件评价之滨松解决方案