
對于以上這樣的情景,可能一部分的小伙伴并不陌生(暴露年齡)。電視剛剛開始走進千家萬戶時,屏幕也就成為了我們對顯示技術直觀的認識。尺寸大小和“黑白”、“彩色”也作為對其常見的描述而掛于口上。
那時,人們所熟知的顯示屏幕大部分都是依靠的顯像管技術,而后隨著液晶(LCD)、等離子體(PDP)等顯示技術的發展,從清晰度、節能、尺寸等各個方面,我們對顯示屏的認知都不斷地在發生著變化。

你還記得這樣的屏幕嗎?
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近些年,各種新穎的概念更是層出不窮,比如說被各大手機廠商炒得火熱的可以“彎彎扭扭”的“柔性屏”等等。而這些新的變化,也都有源于新的顯示技術——電致發光。

可以“彎彎扭扭”的神奇柔性屏
來源:itbear.com.cn
什么是電致發光?
電致發光(Electroluminescent,簡稱EL),是通過加在兩電ji的電壓產生電場,被電場激發的電子碰擊發光Center,而引致電子在能級間的躍遷、變化、復合導致發光的一種物理現象。
除了剛剛提到的可彎曲這一引人目光的特點外,電致發光產品主要還具有發光效率高、器件壽命長、響應速度快、視角特性好、色彩度強、造價低等特點。這也使它在顯示器和照明領域有著非常廣闊的應用前景。
決定電致發光產品性能是否優良的,就是電致發光器件了。我們常說到的OLED、QLED都屬于這類器件。它們主要包括五層結構:陰極、電子傳遞層、發光層、空穴傳遞層和陽極。其中發光層的材料稱為電致發光材料,OLED器件的發光層為有機分子材料,QLED器件的發光層為量子點材料。

電致發光器件結構示意
電致發光器件結構示意
電致發光器件好不好?先看看EQE吧!
想要產品化,光致發光器件的性能就應該滿足應用的需求。那該如何知道呢?一般來講,我們會關注以下幾個關鍵參數表征:
| 1、外量子效率(EQE) |
| 2、電流-電壓-亮度(IVL)參數 |
| 3、發射光譜色度 |
| 4、器件熒光壽命 |
由于是決定器件封裝以后光效的重要參數之一,也是決定電致發光器件是否能夠商業化的重要參數之一。外量子效率(EQE)受到了更多的關注。
無論對于顯示器還是照明,從電能轉化為光能的發光效率都非常重要,其主要反映了輸入功率的利用率。發光效率越高,器件的熱損耗越小,能量利用率越高。在電致發光器件的研究中,對應的參數則為外量子效率(EQE,External Quantum Efficiency)。
當發光器件通電時,電子和空穴會在發光層結合,產生的能量會激發發光層材料發出熒光/磷光,所謂器件的EQE,就是此時把單位時間內出射到空間的光子數/單位時間內注入到發光層的電子數之比。
EQE的測量中,核心是分子部分“單位時間內出射到空間的光子數”的測量。現在高精度的測量方法主要有兩種:
| 1、光分布法 |
| 2、積分球法 |
光分布法
之前許多用戶可能會采用通過亮度計測量法線方向的亮度,以及通過標準朗伯體分布理論計算得到器件的EQE值。這是比較常見的、傳統的測量方式,但其實存在很大的缺陷。
由于實際中器件的朗伯體分布并非標準的余弦分布,會有部分分布不均的現象,此時通過理論計算的結果會非常不準確。而光分布法就可以解決這個問題,下圖便是很好的說明:

光分布法測試值(實心點)與朗伯體預測值(空心點)的區別(H. Fujimoto, et.al,Appl. Phys. Exp., 8(2015), 082102)
相對于傳統的方法,光分布法可以更準確的檢測出發光器件的實際亮度分布。該實驗中,研究者使用光分布測試系統(濱松C9920-11)通過轉動電動轉臺,以1°的角步長描繪出器件的實際朗伯體分布,并且計算出EQE實際值(實心點)與理論值(空心點)之間的校準系數,更加準確地計算EQE。
當然,濱松光分布測試系統也為該實驗中帶去了全測量過程的自動化,這也大大減少了由于調節角度引起的結果不穩定性和操作復雜性。
積分球法
還有一種EQE的測量方法是通過積分球配件,將器件的整體光通量收集,并通過計算得到器件的EQE。該方法又有兩種測量方案,一種是將器件至于積分球球壁上,僅測量器件的前向通量,稱為2π法;一種是將器件置于積分球內部,測量器件的整體通量,稱為4π法。
------------- 前方硬廣預警 -------------
是的,濱松C9920-12外量子效率測試系統都能支持該兩種測量方案。并可以實現更便捷的操作,以及更高的測量精度。

積分球法EQE測試結果實例:四種顏色的OLED電致發光器件(H. nakanotani, et.al,Nat. Comm., 5(2014), 4016)
# 操作簡便:定制化夾具
在實際中,同一實驗室/用戶的電致發光器件一般采用同一種封裝外形,以及具有同樣的電極分布。為了簡化樣品夾持的方式,便捷使用,我們提供樣品夾具支持的定制化服務,避免了鱷魚鉗使用中的不穩定和不方便。

標準夾具與定制夾具
# 精準測量:基底反射補償配件
積分球法簡單快捷有效,但是器件本身的基底反射對于積分球的工作會有一定的影響。
濱松C9920-12外量子效率測試系統可以提供對應的補償配件,在器件未通電發光時給與一個已知強度的光照并測量,得到測量結果與已知強度的比值,由于器件本身的基底反射,此比值一般小于1;在對器件通電測量時,這個比值就能夠被用來對測量結果進行校正,得到電致發光器件的發光強度,繼而計算出準確的EQE數值。
不光是EQE
IVL也能進行一體化、自動化的測量
除了可以實現對EQE測量外,針對電致發光器件的另一個重要性能電流-電壓-亮度(IVL),濱松的電致發光器件測量系統C9920-11/12也可以提供一體化、自動化測量方案。
電流參數(電流、電流密度等)隨電壓參數的變化曲線反映了器件的電學性質。亮度隨電壓參數的變化曲線反映了器件的光學性質。這類電學和光學參數之間的關系統稱為IVL(電流-電壓-亮度)關系,對于電致發光器件也非常重要。
通常情況下,IVL關系的測量需要多套電學測量系統和光學測量系統分別測量,測量全部的參數非常繁瑣。通過軟件整合電流源和光譜探測器的功能,C9920-11/12可以測量電流、電流密度、電壓、電流效率、功率效率、發射光譜、色度等一系列參數,并且逐一對應,形成關系曲線,將測量操作化繁為簡。

IVL關系測量的軟件界面示例
實際上,濱松不僅只針對電致發光器件提供了C9920-11/12測量系統,所有產品基本上可覆蓋器件與材料的研究需求。而且,針對上游的電致發光材料研究(如OLED,量子點,熒光粉材料等)也提供有Quantaurus-QY(C9920-02)量子效率測試系統。而這三套系統共用同一個核心的探測器部件,也大大降低了未來功能及系統升級的成本。

睿光科技是濱松公司光譜類產品在北方地區的指定合作伙伴,負責市場推廣、銷售及售后服務等業務。