JP2003214945A - 発光素子の外部量子効率測定方法及び装置 - Google Patents
発光素子の外部量子効率測定方法及び装置Info
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- JP2003214945A JP2003214945A JP2002015940A JP2002015940A JP2003214945A JP 2003214945 A JP2003214945 A JP 2003214945A JP 2002015940 A JP2002015940 A JP 2002015940A JP 2002015940 A JP2002015940 A JP 2002015940A JP 2003214945 A JP2003214945 A JP 2003214945A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の発光素子の外部量子効率測定方法は、
そのいずれもが、不確かさを生む仮定に基づいている
か、もしくは不確かさを含む校正方法に基づいているた
め、求められた外部量子効率の信頼性に疑問が残ってい
た。また、不確かさの低減のためにも、測定中に発生す
る発光素子の経時変化を最小限に抑えるためにも、測定
は極力簡便でなければならない。 【解決手段】本願発明においては、分光放射照度標準電
球を用いて装置全体の分光感度校正を行なう。次に、素
子を積分球内で点灯させ、CCD検出器にて測定された発
光スペクトルは、校正データを用いて分光放射束(W・nm-
1)に直され、外部量子効率が求められる。
そのいずれもが、不確かさを生む仮定に基づいている
か、もしくは不確かさを含む校正方法に基づいているた
め、求められた外部量子効率の信頼性に疑問が残ってい
た。また、不確かさの低減のためにも、測定中に発生す
る発光素子の経時変化を最小限に抑えるためにも、測定
は極力簡便でなければならない。 【解決手段】本願発明においては、分光放射照度標準電
球を用いて装置全体の分光感度校正を行なう。次に、素
子を積分球内で点灯させ、CCD検出器にて測定された発
光スペクトルは、校正データを用いて分光放射束(W・nm-
1)に直され、外部量子効率が求められる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本願発明は、照明やディス
プレイ機器に用いられる、有機及び無機エレクトロルミ
ネッセンス（EL）素子、発光ダイオード(LED) の外部量
子効率を測定する方法及びそれに用いる測定装置に関す
る。
プレイ機器に用いられる、有機及び無機エレクトロルミ
ネッセンス（EL）素子、発光ダイオード(LED) の外部量
子効率を測定する方法及びそれに用いる測定装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】 発光素子の外部量子効率を求める簡便
な方法としては、分光放射計を用いる方法がある（T. W
atanabe et al. "Synthetic Metals" 122 (2001) 20
3.）。これによると、分光放射計を用いて発光素子正面
の分光放射輝度F(λ)(W・m-2・sr-1・nm-1)を測定し、発光
の配光分布(放射輝度の放射方向依存性)を理想的配光
（ランバーシャン）であると仮定して、外部量子効率を
得ている。
な方法としては、分光放射計を用いる方法がある（T. W
atanabe et al. "Synthetic Metals" 122 (2001) 20
3.）。これによると、分光放射計を用いて発光素子正面
の分光放射輝度F(λ)(W・m-2・sr-1・nm-1)を測定し、発光
の配光分布(放射輝度の放射方向依存性)を理想的配光
（ランバーシャン）であると仮定して、外部量子効率を
得ている。
【０００３】しかし、発光素子においては、必ずしもラ
ンバーシャンを満たしているとは限らない。この場合、
ランバーシャンからの外れにより、上記方法によって求
めた外部量子効率に最大30％もの誤差が生じる可能性が
ある（T. Tsutsui et al. "Jpn. J. Appl. Phys." 38
(1999) 2799.）。そこで、外部量子効率を求めるにあた
っては、配光の寄与を正しく評価する必要があるが、そ
の方法には配光測定を用いる方法と、積分球を用いる方
法とがある。
ンバーシャンを満たしているとは限らない。この場合、
ランバーシャンからの外れにより、上記方法によって求
めた外部量子効率に最大30％もの誤差が生じる可能性が
ある（T. Tsutsui et al. "Jpn. J. Appl. Phys." 38
(1999) 2799.）。そこで、外部量子効率を求めるにあた
っては、配光の寄与を正しく評価する必要があるが、そ
の方法には配光測定を用いる方法と、積分球を用いる方
法とがある。
【０００４】配光測定は、発光素子、もしくは検出器を
回転させ、全空間に放射された発光の角度分布を測定
し、発光フォトン総数を求める方法であり、例えば特許
公開2001-250675（2001.9.14公開）に記載されている方
法である（図２参照）。しかし、上記公開公報に記載さ
れている配光測定装置は、一軸のみの回転となってい
て、全球空間の角度分布を測定することはできない。ま
た、回転機構を駆動させながらの測定には多くの時間を
要するため、発光性能の経時変化が無視できない素子の
場合には、経時変化に起因する不確かさが生じる。角度
の刻みを粗く取れば時間は短縮出来るが、その場合、分
布関数の不確かさが大きくなる。
回転させ、全空間に放射された発光の角度分布を測定
し、発光フォトン総数を求める方法であり、例えば特許
公開2001-250675（2001.9.14公開）に記載されている方
法である（図２参照）。しかし、上記公開公報に記載さ
れている配光測定装置は、一軸のみの回転となってい
て、全球空間の角度分布を測定することはできない。ま
た、回転機構を駆動させながらの測定には多くの時間を
要するため、発光性能の経時変化が無視できない素子の
場合には、経時変化に起因する不確かさが生じる。角度
の刻みを粗く取れば時間は短縮出来るが、その場合、分
布関数の不確かさが大きくなる。
【０００５】一方、積分球を用いた測定においては、球
内での多重拡散反射によって発光を一様化させるため、
配光分布については考慮する必要がなく、また測定時間
が短くて済むという利点がある一方、積分球を含む装置
全体の分光感度を精密に決定する必要がある。
内での多重拡散反射によって発光を一様化させるため、
配光分布については考慮する必要がなく、また測定時間
が短くて済むという利点がある一方、積分球を含む装置
全体の分光感度を精密に決定する必要がある。
【０００６】積分球を用いた方法には、光パワーメータ
と光スペクトラムアナライザを用いた方法が提案されて
いる（例えば、特開平3-162634「光源の外部量子効率測
定方法」参照）。しかしながら、この方法においては、
装置全体の絶対分光感度校正を行わないため、積分球の
分光拡散反射率の波長依存性や導入ファイバまでを含め
た光スペクトラムアナライザの分光感度が考慮されない
という問題がある。
と光スペクトラムアナライザを用いた方法が提案されて
いる（例えば、特開平3-162634「光源の外部量子効率測
定方法」参照）。しかしながら、この方法においては、
装置全体の絶対分光感度校正を行わないため、積分球の
分光拡散反射率の波長依存性や導入ファイバまでを含め
た光スペクトラムアナライザの分光感度が考慮されない
という問題がある。
【０００７】積分球を用いた他の例として、分光放射輝
度標準電球と輝度計とを用いて装置を校正する方法があ
る（Y. He et al. Rev. Sci. Instrum. 71 (2000) 210
4、図３参照）。この方法において、絶対感度校正を行
なうためには、積分球壁面に輝度むらがないこと、及び
分光拡散反射率に波長依存性がないことを仮定しなけれ
ばならない。しかし、この仮定は一般には成り立たな
い。
度標準電球と輝度計とを用いて装置を校正する方法があ
る（Y. He et al. Rev. Sci. Instrum. 71 (2000) 210
4、図３参照）。この方法において、絶対感度校正を行
なうためには、積分球壁面に輝度むらがないこと、及び
分光拡散反射率に波長依存性がないことを仮定しなけれ
ばならない。しかし、この仮定は一般には成り立たな
い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】 従来の発光素子の外
部量子効率測定方法においては、配光分布、積分球壁面
の輝度むらや分光拡散反射率の波長依存性等について、
本来理想的ではないにも拘わらず、理想的であることを
仮定する必要があるか、もしくはこれらを仮定する必要
がないとしても、回転駆動方式のために素子の経時変化
が無視出来ないため、これらに起因する測定結果の不確
かさが生じるという問題があった。
部量子効率測定方法においては、配光分布、積分球壁面
の輝度むらや分光拡散反射率の波長依存性等について、
本来理想的ではないにも拘わらず、理想的であることを
仮定する必要があるか、もしくはこれらを仮定する必要
がないとしても、回転駆動方式のために素子の経時変化
が無視出来ないため、これらに起因する測定結果の不確
かさが生じるという問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】 本願発明は、積分球を
使用することにより測定時間の短縮ならびに測定精度の
向上を図り、かつ測定装置全体の絶対感度校正において
不確かな仮定を排除した校正方法を用いることにより、
より簡便で、かつ精密な発光素子の外部量子効率測定方
法ならびに装置を提供するものである。
使用することにより測定時間の短縮ならびに測定精度の
向上を図り、かつ測定装置全体の絶対感度校正において
不確かな仮定を排除した校正方法を用いることにより、
より簡便で、かつ精密な発光素子の外部量子効率測定方
法ならびに装置を提供するものである。
【００１０】本願発明においては、分光放射照度標準電
球を用いて装置全体の分光感度校正を行なう。即ち、開
口面積が校正された入射ポートを積分球に取り付け、分
光放射照度標準電球からの光を入射させることにより、
入射する分光放射束(W・nm-1)が精密に求まる。この入射
光に対してCCD検出器の測定したスペクトルは、積分
球、ファイバーバンドル、分光器及び光検出器を含む装
置全体の分光感度(counts・W-1 nm-1) を与える。素子を
積分球内で点灯させ、CCD検出器にて測定された発光ス
ペクトルは、校正データを用いて分光放射束(W・nm-1)に
直される。外部量子効率は下記の式に従って求められ
る。
球を用いて装置全体の分光感度校正を行なう。即ち、開
口面積が校正された入射ポートを積分球に取り付け、分
光放射照度標準電球からの光を入射させることにより、
入射する分光放射束(W・nm-1)が精密に求まる。この入射
光に対してCCD検出器の測定したスペクトルは、積分
球、ファイバーバンドル、分光器及び光検出器を含む装
置全体の分光感度(counts・W-1 nm-1) を与える。素子を
積分球内で点灯させ、CCD検出器にて測定された発光ス
ペクトルは、校正データを用いて分光放射束(W・nm-1)に
直される。外部量子効率は下記の式に従って求められ
る。
【数１】
ただし、Φ(λ)は分光放射束、λは波長、hはプランク
定数、cは光速、eは素電荷、Iは電流をそれぞれ表す。
定数、cは光速、eは素電荷、Iは電流をそれぞれ表す。
【００１１】本願発明における測定装置は、入射ポー
ト、素子用アタッチメント付きポート及びファイバー出
射ポートを備えた積分球、ファイバーバンドル、分光
器、光検出器、光検出器用コントローラ、制御用コンピ
ュータ、発光素子用DC電源及びエレクトロメータ、校正
用分光放射照度標準電球および標準電球用電源により構
成される。DC電源及びエレクトロメータは、ソースメジ
ャーユニット（例えばケースレー社モデル2400など）1
台で置換えることもできる。検出器はフォトダイオード
であっても、光電子増倍管であっても、CCDマルチチャ
ンネル検出器であっても構わないが、測定時間の短縮お
よび簡便さの観点からCCDマルチチャンネル検出器が望
ましく、さらには感度の観点から液体窒素冷却もしくは
電子冷却タイプのCCD検出器が望ましい。また、分光放
射照度標準電球については、国家標準にトレーサブルな
ものとしてウシオ電機社製品(100V, 500W)を用いること
が望ましい。
ト、素子用アタッチメント付きポート及びファイバー出
射ポートを備えた積分球、ファイバーバンドル、分光
器、光検出器、光検出器用コントローラ、制御用コンピ
ュータ、発光素子用DC電源及びエレクトロメータ、校正
用分光放射照度標準電球および標準電球用電源により構
成される。DC電源及びエレクトロメータは、ソースメジ
ャーユニット（例えばケースレー社モデル2400など）1
台で置換えることもできる。検出器はフォトダイオード
であっても、光電子増倍管であっても、CCDマルチチャ
ンネル検出器であっても構わないが、測定時間の短縮お
よび簡便さの観点からCCDマルチチャンネル検出器が望
ましく、さらには感度の観点から液体窒素冷却もしくは
電子冷却タイプのCCD検出器が望ましい。また、分光放
射照度標準電球については、国家標準にトレーサブルな
ものとしてウシオ電機社製品(100V, 500W)を用いること
が望ましい。
【００１２】
【実施例】 以下、図1を用いて本願発明の実施例を説
明する。１は、積分球、2は、ファイバーバンドル用出
射ポート、3は、入射ポート、4は、アタッチメント取り
付け用ポート、9は、バッフルである。出射ポート2に
は、ファイバーバンドル5を装着することができる。入
射ポート3には、開口面積の値のついたアパーチャ−6を
装着することができる。7は、発光素子8を取り付けるた
めのアタッチメントであり、電流端子(+)(-)を備える。
16は、発光素子8のための電源と電流測定とを兼ねたソ
ースメジャーユニットである。発光素子8は、発光素子8
からの発光が、直接、出射ポート2から出射しないよう
に配置しなければならない。バッフル９は、出射ポート
2に対し、発光素子8からの発光の直入射光、および標準
電球10からの積分球壁面への入射光の一次反射光を遮光
することができれば、積分球内の取り付け位置は問わな
い。分光放射照度標準電球10は、入射ポート3からちょ
うど50cm離れた位置に設置する。このとき入射ポート3
から標準電球10までの距離は、厳密に測ることが必要で
ある。11は、標準電球10のためのDC電源である。12は、
分光器であり、ファイバーバンドル5を装着することが
できる。分光器12で分光された光は、光検出器13に入射
する。光検出器13は、コントローラ14を介して、分光器
12とともにコンピュータ15により制御される。
明する。１は、積分球、2は、ファイバーバンドル用出
射ポート、3は、入射ポート、4は、アタッチメント取り
付け用ポート、9は、バッフルである。出射ポート2に
は、ファイバーバンドル5を装着することができる。入
射ポート3には、開口面積の値のついたアパーチャ−6を
装着することができる。7は、発光素子8を取り付けるた
めのアタッチメントであり、電流端子(+)(-)を備える。
16は、発光素子8のための電源と電流測定とを兼ねたソ
ースメジャーユニットである。発光素子8は、発光素子8
からの発光が、直接、出射ポート2から出射しないよう
に配置しなければならない。バッフル９は、出射ポート
2に対し、発光素子8からの発光の直入射光、および標準
電球10からの積分球壁面への入射光の一次反射光を遮光
することができれば、積分球内の取り付け位置は問わな
い。分光放射照度標準電球10は、入射ポート3からちょ
うど50cm離れた位置に設置する。このとき入射ポート3
から標準電球10までの距離は、厳密に測ることが必要で
ある。11は、標準電球10のためのDC電源である。12は、
分光器であり、ファイバーバンドル5を装着することが
できる。分光器12で分光された光は、光検出器13に入射
する。光検出器13は、コントローラ14を介して、分光器
12とともにコンピュータ15により制御される。
【００１３】測定は下記の手順により行われる。最初
に、積分球１、ファイバーバンドル５、分光器１２及び
光検出器１３の全てを含む装置全体の絶対分光感度の校
正を行う。入射ポート3にアパーチャー6を装着し、発光
素子8をアタッチメント7に固定し、標準電球10を指示通
りの方法で点灯させ、光検出器13によりスペクトルC
(λ)を測定する。標準電球10からの光は、積分球１によ
る一次反射光がアパーチャー6から戻って行かないよう
に、垂直入射に対して角度qをつけて入射させる。発光
素子8は、点灯させないが、校正の際は、積分球内の発
光測定位置とほぼ同じ位置に設置しなければならない。
このとき、波長λ(nm)における装置全体の絶対分光感度
G(λ)(counts・W-1・nm-1)は、下記の式で与えられる。
に、積分球１、ファイバーバンドル５、分光器１２及び
光検出器１３の全てを含む装置全体の絶対分光感度の校
正を行う。入射ポート3にアパーチャー6を装着し、発光
素子8をアタッチメント7に固定し、標準電球10を指示通
りの方法で点灯させ、光検出器13によりスペクトルC
(λ)を測定する。標準電球10からの光は、積分球１によ
る一次反射光がアパーチャー6から戻って行かないよう
に、垂直入射に対して角度qをつけて入射させる。発光
素子8は、点灯させないが、校正の際は、積分球内の発
光測定位置とほぼ同じ位置に設置しなければならない。
このとき、波長λ(nm)における装置全体の絶対分光感度
G(λ)(counts・W-1・nm-1)は、下記の式で与えられる。
【数２】
上式において、S (m2)は、アパーチャー6の開口面積、E
(λ)(W・m-2・ nm-1)は、標準電球10につけられた分光放
射照度校正値である。
(λ)(W・m-2・ nm-1)は、標準電球10につけられた分光放
射照度校正値である。
【００１４】次に、標準電球10を消灯し、発光素子8を
点灯させ、光検出器13により発光スペクトルR(λ)を測
定する。発光素子８の分光放射束Φ(λ)(W)は、
点灯させ、光検出器13により発光スペクトルR(λ)を測
定する。発光素子８の分光放射束Φ(λ)(W)は、
【数３】
と表せる。上記［数１］を用いて、外部量子効率を正確
にもとめることができる。
にもとめることができる。
【００１５】
【発明の効果】 本願発明によれば、発光素子に関し
て、信頼性の高い外部量子効率値を求めることができ
る。
て、信頼性の高い外部量子効率値を求めることができ
る。
【図1】本願発明に係る発光素子の外部量子効率測定装
置の構成図
置の構成図
【図２】従来の配光測定装置の例
【図３】従来の分光放射輝度標準電球と輝度計とを用い
て装置を校正する方法の説明図
て装置を校正する方法の説明図
１ 積分球
２ バンドルファイバー用出射ポート
３ 入射ポート
４ アタッチメント取り付け用ポート
５ ファイバーバンドル
６ アパーチャー
７ アタッチメント
８ 発光素子
９ バッフル
１０ 分光放射照度標準電球
１１ ＤＣ電源
１２ 分光器
１３ 光検出器
１４ コントローラ
１５ コンピュータ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
// Ｇ０９Ｆ 9/00 ３５２ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３５２
(72)発明者 蔀 洋司
茨城県つくば市東１−１−１ 独立行政法
人 産業技術総合研究所 つくばセンター
内
(72)発明者 八瀬 清志
茨城県つくば市東１−１−１ 独立行政法
人 産業技術総合研究所 つくばセンター
内
(72)発明者 高田 徳幸
茨城県つくば市東１−１−１ 独立行政法
人 産業技術総合研究所 つくばセンター
内
Ｆターム(参考） 2G020 CC49 CD22 CD59
2G065 BB02 BB42 CA25 DA01
2G086 EE04
5F041 AA46 FF01 FF11
5G435 AA17 AA19 BB01 FF01 KK10
Claims (2)
- 【請求項１】 発光素子の外部量子効率測定方法であ
り、積分球内に分光放射照度標準電球からの光を入射さ
せ、この入射光に起因する光を測定することにより装置
全体の分光感度を求め、次に、該発光素子を該積分球内
で点灯させ、該発光素子からの光を測定することにより
該発光素子の外部量子効率を求めることを特徴とする発
光素子の外部量子効率測定方法。 - 【請求項２】 発光素子の外部量子効率測定装置であ
り、積分球、分光放射照度標準電球、該積分球に取り付
けられる開口面積が校正された入射ポート及び該発光素
子を支持するアタッチメント用のポートを備え、該標準
電球からの入射光及び該発光素子からの光を検出する光
検出器を有することを特徴とする発光素子の外部量子効
率測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002015940A JP2003214945A (ja) | 2002-01-24 | 2002-01-24 | 発光素子の外部量子効率測定方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002015940A JP2003214945A (ja) | 2002-01-24 | 2002-01-24 | 発光素子の外部量子効率測定方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003214945A true JP2003214945A (ja) | 2003-07-30 |
| JP2003214945A5 JP2003214945A5 (ja) | 2004-07-15 |
Family
ID=27652154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002015940A Pending JP2003214945A (ja) | 2002-01-24 | 2002-01-24 | 発光素子の外部量子効率測定方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003214945A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2011108813A2 (en) * | 2010-03-02 | 2011-09-09 | Korea Research Institute Of Standards And Science | Integrating sphere photometer and measuring method of the same |
| WO2012018182A2 (en) * | 2010-08-02 | 2012-02-09 | Korea Research Institute Of Standards And Science | Integrating sphere photometer and measuring method of the same |
| CN103308280A (zh) * | 2013-05-24 | 2013-09-18 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种ccd器件量子效率校准装置及校准方法 |
| CN103808497A (zh) * | 2014-03-05 | 2014-05-21 | 中国科学院半导体研究所 | 一种测量led内量子效率的方法 |
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| JP2017120200A (ja) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 分光放射測定装置 |
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| CN109211524A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-01-15 | 中国人民解放军国防科技大学 | 大功率光纤激光器参数一体化同步测试装置 |
| CN112539831A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-03-23 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 面阵探测器的标定方法、系统及积分球均匀性标定方法 |
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-
2002
- 2002-01-24 JP JP2002015940A patent/JP2003214945A/ja active Pending
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