Công nghệ LED trắng đang trở thành nền tảng của chiếu sáng tiết kiệm năng lượng và đèn nền của TV/Monitor. Tuy nhiên, hiệu quả phát sáng của LED trắng phụ thuộc rất lớn vào hiệu suất lượng tử nội (IQE) của phosphor – vật liệu hấp thụ ánh sáng xanh và phát ra ánh sáng vàng/đỏ để tạo ánh sáng trắng. Việc đo chính xác IQE luôn là một thách thức vì cần thu được toàn bộ ánh sáng phát ra, xác định được số photon hấp thụ và số photon phát xạ, đồng thời phải tuân thủ tiêu chuẩn JIS R 1697 để đảm bảo kết quả có độ tin cậy cao và có thể so sánh giữa các phòng thí nghiệm trên thế giới.
TẦM QUAN TRỌNG CỦA CHỈ SỐ IQE
Sự phát triển nhanh của LED trắng khiến nhu cầu tạo ra các vật liệu phosphor có hiệu suất cao, ổn định và phù hợp cho LED công suất lớn trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Trong quá trình tối ưu hóa vật liệu, các nhà nghiên cứu cần một chỉ số phản ánh đúng khả năng chuyển đổi quang năng của phosphor, đồng thời hỗ trợ dự đoán màu sắc, độ sáng và độ bền của LED sau khi đóng gói. IQE trở thành thông số trung tâm vì nó cho phép đánh giá hiệu quả phát quang ở cấp độ vật liệu, trước khi ảnh hưởng bởi các yếu tố quang học bên ngoài.
Không chỉ quan trọng trong nghiên cứu, IQE còn được xem là tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng trong sản xuất LED. Việc theo dõi IQE giúp nhà máy phát hiện sự sai lệch giữa các lô phosphor, đảm bảo ổn định ánh sáng và duy trì chất lượng đèn LED trên thị trường. Nhờ vậy, phép đo IQE đóng vai trò cầu nối giữa nghiên cứu vật liệu và ứng dụng thực tế, góp phần nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các sản phẩm chiếu sáng hiện đại.
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ ĐO IQE
IQE được xác định bằng cách đo tổng photon hấp thụ và tổng photon phát xạ trong quả cầu tích phân:
Thiết bị gồm:
- Máy chính F-7000/F-7100
- Quả cầu tích phân Φ60 mm
- Tấm chuẩn trắng
- Cell bột phosphor
- PMT R928F & nguồn sáng hiệu chuẩn (sub-standard light source)
Quy trình đo:
- Đo mẫu chuẩn Al₂O₃ để lấy nền hấp thụ/phản xạ.
- Đo mẫu phosphor dưới các bước sóng kích thích 405 nm hoặc 455 nm.
- Tính toán IQE bằng phần mềm Quantum Yield dựa trên phổ hấp thụ & phát xạ đã hiệu chỉnh.
IQE được xác định theo công thức:
Số photon phát ra
IQE = ────────────
Số photon hấp thụ
Quả cầu tích phân đảm bảo thu toàn bộ photon ở mọi hướng, giúp phép đo tuyệt đối (absolute) theo chuẩn JIS – chính xác hơn nhiều so với phương pháp tương đối (relative).
ỨNG DỤNG THỰC TẾ CỦA HỆ THỐNG QUANG PHỔ HUỲNH QUANG
Đo IQE bằng máy quang phổ huỳnh quang F-7000/7100 kết hợp quả cầu tích phân được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và phát triển vật liệu LED. Các phòng lab dùng phép đo này để đánh giá khả năng chuyển đổi quang – huỳnh quang của phosphor (từ ánh sáng xanh sang ánh sáng vàng/đỏ) và chọn ra vật liệu có hiệu suất cao nhất.
Trong thiết kế LED, phép đo IQE giúp tối ưu hóa màu sắc, CRI, độ sáng và độ bền nhiệt bằng cách phân tích trực tiếp lượng photon phát ra từ vật liệu. Còn ở QC, máy quang phổ huỳnh quang cho phép kiểm tra nhanh độ ổn định giữa các lô phosphor, phát hiện sự suy giảm hiệu suất hoặc sai lệch trong sản xuất.
Nhờ độ nhạy cao, thu toàn bộ ánh sáng phát ra và phần mềm tính toán tự động, F-7100/F-7000 trở thành công cụ quan trọng cho cả R&D lẫn kiểm nghiệm chất lượng trong ngành LED trắng.
NHỮNG TIÊU CHÍ KHI LỰA CHỌN QUANG PHỔ HUỲNH QUANG
Khi lựa chọn máy cho nghiên cứu/phát triển vật liệu phát quang, cần đảm bảo:
– Có thể đo absolute IQE với tích phân cầu
- F-7100 đáp ứng chuẩn JIS R 1697.
– Detector nhạy cao – PMT R928F
- Giúp thu photon yếu của phosphor.
– Phổ hiệu chỉnh tuyệt đối toàn dải
- Quan trọng khi vật liệu phát ở vùng đỏ hoặc cận hồng ngoại.
– Phần mềm hỗ trợ tính toán tự động, dễ tuân thủ JIS
- F-7000/7100 có đầy đủ tính năng này.
– Độ lặp lại tốt và noise thấp
- Cần cho QC và R&D chuyên sâu.
Sản phẩm liên quan: Máy Quang Phổ Huỳnh Quang F-7100
KẾT LUẬN
Máy huỳnh quang Hitachi F-7000/F-7100 kết hợp với tích phân cầu Φ60 mm là giải pháp toàn diện để đo Internal Quantum Efficiency (IQE) của phosphor theo tiêu chuẩn JIS R 1697. Kết quả ứng dụng với phosphor NIMS Green và Red cho thấy độ lặp lại cực tốt, giá trị nằm trong khoảng reference, chứng minh hệ đo của Hitachi hoàn toàn phù hợp cho nghiên cứu, phát triển và kiểm định chất lượng vật liệu LED trắng.
CÂU HỎI THƯỜNG GẶP
IQE là tỷ lệ giữa số photon mà vật liệu phát ra so với số photon mà nó hấp thụ. Đây là thước đo “bản chất” của vật liệu phosphor, cho biết hiệu quả chuyển đổi ánh sáng của nó độc lập với cấu trúc LED. Phép đo này đặc biệt quan trọng khi phát triển vật liệu LED trắng có độ sáng cao và hiệu suất tốt.
Phosphor phát sáng theo mọi hướng, nên nếu dùng detector thông thường sẽ không thu hết ánh sáng → IQE bị sai lệch. Quả cầu tích phân giúp thu toàn bộ photon phát ra và photon truyền qua, từ đó máy F-7100 có thể tính chính xác số photon hấp thụ và phát xạ theo tiêu chuẩn. Đây là phương pháp đo tuyệt đối (absolute), độ tin cậy cao hơn các cách đo tương đối.
Có – hệ tích phân cầu nhỏ (Φ60 mm) được thiết kế riêng cho phosphor dạng bột, giúp giảm sai số do tán xạ mạnh. Máy có độ nhạy cao, baseline ổn định và phần mềm tự động hiệu chỉnh phổ, rất phù hợp cho phân tích vật liệu rắn. Đây cũng là lựa chọn phổ biến cho các phòng lab vật liệu tại trường đại học, viện nghiên cứu và nhà máy LED.
Máy sử dụng đèn Xenon 150 W, cho cường độ sáng mạnh và phổ rộng từ UV đến VIS, rất phù hợp cho các phép đo huỳnh quang. Đèn có tuổi thọ cao và phần mềm sẽ nhắc khi cần thay, nên chi phí vận hành tương đối thấp và dễ dự đoán.
F-7000/7100 hỗ trợ nhiều phụ kiện chuyên dụng như tích phân cầu, holder mẫu rắn/bột, cell kiểm soát nhiệt độ, bộ khuấy, và phụ kiện đo phosphor LED hoặc vật liệu nano. Nhờ đó, máy đáp ứng đa dạng ứng dụng từ phân tích dung dịch sinh học – dược phẩm đến đo vật liệu rắn, bột phosphor và màng mỏng trong nghiên cứu vật liệu quang.
2H INSTRUMENT CUNG CẤP MÁY QUANG PHỔ HUỲNH QUANG UY TÍN – HÀNG ĐẦU
Máy quang phổ huỳnh quang Hitachi do 2H phân phối là giải pháp tin cậy cho phân tích phát quang chính xác, ổn định và tuân thủ tiêu chuẩn quốc tế trong R&D và QC.
Liên hệ 2H Instrument để được tư vấn giải pháp máy quang phổ huỳnh quang Hitachi phù hợp nhất với nhu cầu R&D và QC, đảm bảo thiết bị chính hãng, hỗ trợ kỹ thuật chuyên sâu và đồng hành lâu dài trong suốt quá trình vận hành.
Tài liệu tham khảo:
Technical Note FL No.150003 Measurement of Internal Quantum Efficiency for White LED Phosphor Based on JIS R
