IVL 与EL 光谱联合测试：电致发光器件高亮度下的效率与光谱稳定性判读

从亮度、效率到峰值波长与色度：电致发光器件高亮度性能的联合判读，本文围绕IVL 与 EL光谱的联合判读展开。重点不是增加测试项目，而是在统一驱动条件下，把亮度、效率、峰位、谱宽和色度放到同一分析框架中。

1. IVL 告诉我们什么，EL光谱又补充了什么？

IVL通常用于获得电流—电压—亮度之间的关系。对研究人员而言，更有价值的并不是“曲线越高越好”，而是不同驱动区间中，电流注入与光输出之间的关系如何变化。

常见指标包括电流I、电压V、电流密度J、亮度L，以及电流效率CE、外量子效率EQE、功率效率PE。三种效率的物理含义不同，讨论“效率下降”时应先明确具体指标。

EQE更准确地说，是外部出射光子数与注入电子数之间的比值；CE表示单位电流对应的光度学输出；PE则表示光学输出功率与电功率之间的关系。因此，EQE、CE和 PE不能直接互换。

EL光谱则提供发射峰位置λpeak、半高全宽FWHM、光谱形状以及随驱动条件变化的谱形演化；进一步还可以计算CIE 色度坐标。

更完整的判断链条可以写成：驱动条件 → 电流/电压 → 亮度与效率 → EL 光谱 → 峰位、谱宽与色度变化。因此，仅有IVL 数据并不能替代EL 光谱。

图1. IVL 与 EL光谱同步解析示意图。原创科研示意图，用于方法说明，非实测数据。

2. 亮度升高，并不等于光谱一定稳定

当注入电流增加时，亮度通常随之增加，但亮度增加本身不能证明发射光谱保持不变。

情形A：亮度增加、峰位基本稳定。此时仍应结合FWHM 和色度坐标判断光谱稳定性。

情形B：亮度增加，同时峰位发生变化。此时应进一步分析峰位变化与电流密度、温度、器件结构及材料体系之间的关系。MicroLED文献中已经观察到峰位随电流密度变化，而且在不同器件中可能呈现不同的变化区间和方向，涉及带填充、器件自热以及量子受限斯塔克效应（QCSE）屏蔽等因素，不能用单一机制概括。［2，8］

情形C：亮度增加，同时FWHM 发生变化。此时说明发射谱形也在变化，需要结合材料发光态、器件结构和测量条件进一步分析。

情形D：亮度、峰位和色度同时变化。这类变化尤其值得关注，因为器件输出变化已经不只是亮度变化。

对于钙钛矿发光器件，EL光谱随工作时间或驱动条件变化可用于观察光谱稳定性。已有研究将特定混卤或低维体系中的谱移与卤素相关相分离、相歧化等过程联系起来，但这属于特定材料体系中的证据，不能直接推广到所有PeLED。［3，7］

图2. 亮度与光谱稳定性的联合观察。图中曲线为方法示意，非实测数据。原创科研示意图，用于方法说明，非实测数据。

3. 效率滚降与波长漂移：相关，但不能画等号

“效率滚降”（efficiency roll-off）首先是一个性能现象：随着驱动强度提高，某一效率指标相对于其峰值或参考状态下降。它不是某一种唯一的微观机制。

以OLED 为例，文献通常用EQE 随电流密度或亮度提高而下降来描述efficiency roll-off。2024年 Nature的系统分析指出，TADF OLED 的效率滚降不能简单归因于单一材料参数；高激发密度下，TTA、TPA、STA等过程可能参与，同时器件设计、载流子平衡和复合区等因素也会影响结果。［1］

“波长漂移”则是另一类可观测的光谱现象。它可以与效率滚降同时发生，也可以不明显相关。

因此可能出现四种组合：仅效率滚降、效率滚降与谱移同时出现、仅谱移/色漂，以及两者都不明显。不能把效率滚降直接写成“发生了波长漂移”，也不能仅凭波长漂移就认定存在某一种效率损失机制。

QLED研究也说明了这一点：有些器件在不同驱动电压下EL 峰位基本保持稳定，而其他器件可能出现小幅峰位变化。具体变化需要结合器件结构和独立证据判断。［5，6］

图3. 效率滚降与波长漂移应分别观察。图中曲线为概念示意，非实测数据。原创科研示意图，用于方法说明，非实测数据。

4. 为什么不能给OLED、QLED、PeLED套用同一种“谱移机制”？

看到EL 峰位变化，首先应描述现象，再讨论机制。更稳妥的表述是：在给定驱动条件变化下，EL峰位由λ1 变化至λ2，同时记录是否伴随FWHM、色度、亮度或效率变化。

对于OLED，发光过程涉及有机分子激发态、载流子输运和激子复合；不同发光体系（如荧光、磷光、TADF、超荧光）对应的动力学过程并不相同，因此谱形和效率变化需要结合具体材料与器件结构解释。

对于QLED，EL响应与量子点能级、载流子注入与输运、界面状态以及器件光学结构有关。近期研究既报道了不同驱动电压下EL 峰位保持稳定的器件，也讨论了FRET、电场诱导Stark 效应等因素对PL/EL 差异的影响。［5，6］

对于PeLED，尤其是混卤或宽禁带体系，离子迁移、卤素组分重新分布、相分离以及缺陷和界面状态都可能与光谱稳定性有关。2025年的深蓝PeLED 研究明确把相分离诱导的EL 谱移和不期望的红移作为重要问题，但这些结论仍对应具体材料体系。［3，4］

所以，“谱移”可以是共同的观测现象，但机制不能跨器件体系简单一一对应。

图4. 不同器件体系的谱移现象需要结合材料、器件结构和驱动条件分别解释。原创科研示意图，用于方法说明，非实测数据。

5. 真正有价值的测试，不只是“测一条谱”

如果目标是比较不同器件、分析高亮度性能或追踪稳定性，测试流程本身也会影响结果是否具有可比性。

建议至少采用：样品与环境准备 → 驱动条件定义 → IVL测量 →EL 光谱同步采集 → 重复性/稳定性检查 → 联合分析。

第一，明确比较变量。不同有效发光面积的器件不宜只用总电流直接比较，通常还应考虑电流密度J 或其他统一的工作状态指标。

第二，保持光学几何和采集条件一致，包括样品位置、收集角度、积分时间、探测器动态范围和校准状态。

第三，记录温度和等待时间。高电流工作可能引起器件温升，若不同样品的预热和等待条件不同，得到的光谱差异未必来自材料或结构本身。

第四，做重复测试。如果观察到1–2 nm 的峰位变化，应先判断它是否超过系统重复性、波长校准和采集条件带来的不确定度，再讨论物理意义。

图5. 可复现的IVL + EL 光谱联合测试序列。原创科研示意图，用于方法说明，非实测数据。

6. 数据判读时，先排除测量因素，再讨论器件机制

研究人员真正需要确认的不是“仪器测出了一个峰”，而是这个峰位变化是否可信、是否可重复，以及是否足以支持后续机制讨论。

建议优先排查六类因素：

(1)光学收集几何：收集角度、样品位置或光轴状态变化，都可能改变测得的光谱形态和强度。

(2)积分时间与探测器动态范围：过长可能导致饱和或截顶，过短则可能降低信噪比，两者都可能影响峰位、FWHM和相对强度判断。

(3)器件温升：工作状态温度变化可能同时影响材料发光性质和器件电学/光学状态，因此温度应作为实验变量记录。

(4)扫描路径与滞后：存在电学滞后、离子迁移或慢过程的器件，正向和反向扫描可能不同，应记录扫描方向和等待时间。

(5)波长与强度校准：讨论小幅峰位变化或不同样品的谱强度差异前，应确认校准状态和重复性。

(6)单一指标判读：亮度、效率、λpeak、FWHM和 CIE分别提供不同信息，不能用其中任一指标单独替代机制证据。

图6. IVL / EL 光谱联合测试中的6 个常见误判源。原创科研示意图，用于方法说明，非实测数据。

7. 结语

从“测到什么”走向“如何解释”

对于电致发光器件，IVL与 EL光谱并不是两个互相独立的测试项目。

IVL主要描述电学驱动与光输出之间的对应关系；效率指标进一步描述电能或载流子向光输出转换的表现；EL光谱则提供发光能量分布、峰位、谱宽以及颜色变化的信息。

真正有价值的是把这些数据放在相同驱动条件、相同时间尺度和可重复测量条件下联合观察。

尤其进入高亮度、高电流密度、长时间运行或器件一致性比较阶段后，看到“效率下降”还应继续问：发光峰位有没有变化？FWHM有没有变化？色度有没有变化？这些变化是否可重复？是否超过测量不确定度？

只有把这些问题连接起来，IVL + EL 光谱才真正从“性能测试”进入“器件行为分析”。

8. 相关设备

电致发光测量仪NovaLum

NovaLum是一款电致发光器件前向亮度、IVL、寿命与角度分布测量平台，用于测量OLED、QLED、PeLED及显示器件的亮度、效率、光色和空间发光特性。系统兼顾低亮与高亮测试。适用于微小器件、多像素阵列、显示材料、器件寿命和角度发光分析。微显示、AR/VR、OLED、QLED和PeLED器件对高亮度、低亮度、角度分布、效率滚降和寿命提出更严格要求。NovaLum的前向亮度与角度测量适合分析真实观察方向的出光性能，并支持微小器件和多像素阵列测试。

(1)支持IV、IVλ、IVL、IVLλ、器件寿命和自动角度分布测量，获得效率、光色和空间发光分布。

(2)亮度范围覆盖0.01-9,999,900 cd/m²，并通过自动积分时间兼顾低亮度测量速度与高亮度防过曝。

(3)提供1/3°测量角及小至Ø4.5 mm测量区域，适配面光源、微小器件和多像素阵列。

(4)波长准确度达到±0.2 nm，色坐标不确定度达到±0.0015级。

(5)集成自动对焦、三轴位移、可视化观察、多子器件切换及惰性气氛转移测试。

(6)前向亮度、光谱、IVL、寿命和角度分布可在同一器件位置测量，便于分析出光方向与效率变化。

NovaLum

官网：https://www.orientalspectra.com/ProductDetail/7096320.html

参考文献

1. Diesing, S. et al. A figure of merit for efficiency roll-off in TADF-based organic LEDs. Nature 627, 747–753 (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07149-x.

2. Wu, Z. et al. Electroluminescence measurement of microscale light-emitting diode wafers using a three-dimensional flexible probe head. Nature Electronics 8, 496–509 (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01396-0.

3. Dong, J. et al. Multivalent-effect immobilization of reduced-dimensional perovskites for efficient and spectrally stable deep-blue light-emitting diodes. Nature Nanotechnology 20, 507–514 (2025). DOI: 10.1038/s41565-024-01852-6.

4. Yu, M. et al. Multiple defects renovation and phase reconstruction of reduced-dimensional perovskites via in situ chlorination for efficient deep-blue (454 nm) light-emitting diodes. Light: Science & Applications 14, 102 (2025). DOI: 10.1038/s41377-025-01768-3.

5. Bi, Y. et al. Highly efficient and eco-friendly green quantum dot light-emitting diodes through interfacial potential grading. Nature Communications 16, 1945 (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-57304-9.

6. Luo, C. et al. Ultrahigh-resolution, high-fidelity quantum dot pixels patterned by dielectric electrophoretic deposition. Light: Science & Applications 13, 273 (2024). DOI: 10.1038/s41377-024-01601-3.

7. Wang, K. et al. Suppressing phase disproportionation in quasi-2D perovskite light-emitting diodes. Nature Communications 14, 397 (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-36118-7.

8. Ultra-low-defect homoepitaxial micro-LEDs with enhanced efficiency and monochromaticity for high-PPI AR/MR displays. PhotoniX (2024). DOI: 10.1186/s43074-024-00137-4.