効率指標の読み方（入門）— EQE / CE / PE と J–V–L の基礎

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まず結論（要点3つ）

**EQE（外部量子効率）**は “出てきた光子 ÷ 入れた電子”、**CE（cd/A）**は 明るさ ÷ 電流、**PE（lm/W）**は 光束 ÷ 電力。同じデバイスでも指標ごとに見え方が変わるので、条件（輝度・電流密度・角度）を添えて評価する。
J–V–L 測定は評価の土台。面積定義／暗電流／輝度校正など基本を外すと、指標が過大・過小評価される。
**ロールオフ（高輝度で効率が落ちる現象）**を議論するときは、EQE と CE/PE を同じ点（電流または輝度）で比較し、温度・角度依存を最低限チェックする。

<!– 図1：指標の関係図（EQE=η_in×η_out と CE/PE の位置づけ） –>

定義： $\displaystyle \mathrm{EQE}=\frac{\text{出射光子数}}{\text{注入電子数}}=\underbrace{\eta_{\mathrm{in}}}{\text{内部量子効率}}\times\underbrace{\eta{\mathrm{out}}}_{\text{光取り出し効率}}$ 直感：材料・デバイス設計は η_in（発光体／ホスト／再結合制御）と η_out（取り出し設計）に分けて考えると整理が速い。

CE（電流効率）：
$\mathrm{CE}=\frac{L~(\mathrm{cd/m^2})\times A_{\mathrm{emit}}~(\mathrm{m^2})}{I~(\mathrm{A})}$
単位面積あたりの明るさ／電流。狙った輝度に対する電流の少なさを見る。
PE（発光効率, luminous efficacy）：
$\mathrm{PE}=\frac{\Phi_{\mathrm{v}}~(\mathrm{lm})}{P_{\mathrm{elec}}~(\mathrm{W})}$
明るさ／消費電力。電圧降下や配線抵抗の影響も拾うため、省エネ性の実感に近い。

関係メモ：CE はスペクトル（視感度）と角度で見え方が変わる。PE は**電圧（電力）**の寄与も反映。EQE は量子、CE/PE は視覚・電力に寄った指標。

<!– 図2：EQE・CE・PE の関係（どこに何が効くかを色分け） –>

<!– 図3：J–V–L の標準レイアウト（計測接続・面積・視野角） –>

定義：輝度または電流密度の上昇に伴いEQE/CE/PE が低下する現象。
観察手順：
1. 同一条件（電流 or 輝度固定）で EQE/CE/PE を並べる
2. 温度（室温 vs 上昇時）と角度の影響を分離
3. 電圧–電力の上昇も合わせて見る（PEの急落はしばしば電圧・抵抗起因）
原因の切り分け（例）
- 材料起因：三重項関連消滅（TTA/TPA）、RISC 遅延、エキシマー発光の混入
- 構造起因：再結合ゾーンの偏り、直列抵抗、接触不良
- 光学起因：自己発熱で屈折率が変わり取り出し効率 η_out が低下
最短対策の方向性：
- 材料：RISC 高速化（TADF/MR‑TADF 設計）、ドーパント濃度最適化
- 構造：ホスト極性／層厚で再結合ゾーン制御、配線・電極の抵抗低減
- 光学：散乱層 / マイクロレンズ / キャビティ最適化、放熱・熱設計

CE が高いのに PE が伸びない
→ 原因：電圧が高い／直列抵抗が大きい。
→ 対策：電極・配線の見直し、低駆動化（注入障壁を下げる／層抵抗の最適化）。
EQE は良いが CE がばらつく
→ 原因：角度依存の差（素子間でキャビティ条件が微妙に違う）。
→ 対策：正面角度の標準化、必要に応じ角度統合で比較。
ロールオフの議論で研究会が噛み合わない
→ 原因：条件点がバラバラ（Aは“1000 cd/m²”、Bは“10 mA/cm²”）。
→ 対策：同じ評価点で EQE/CE/PE を提示（できれば複数点）。
装置を替えたら値がズレる
→ 原因：輝度校正・面積定義・発光視野が異なる。
→ 対策：校正証明と面積図を添付。視野角・距離は記録し再現性を担保。

実験前（セットアップ）

実験後（記録・再現性）

EQE（厳密形の一例）：
$\mathrm{EQE}=\frac{P_{\mathrm{opt}}/(h\nu)}{I/q}$
※ 実務ではスペクトルと視感度・角度分布が必要。近似換算は注記付きで。
CE（再掲）：
$\mathrm{CE}=\frac{L~(\mathrm{cd/m^2})\times A_{\mathrm{emit}}~(\mathrm{m^2})}{I~(\mathrm{A})}$
PE（再掲）：
$\mathrm{PE}=\frac{\Phi_{\mathrm{v}}~(\mathrm{lm})}{P_{\mathrm{elec}}~(\mathrm{W})}$

<!– 図4：評価点の合わせ方（電流一定・輝度一定のマーカー重ね図） –>

条件：面積 4.0 mm²、視野 0°、距離 50 cm、25 °C、連続駆動
J–V–L（抜粋）：
- 3.1 V → 1 mA/cm² → 50 cd/m²
- 3.7 V → 10 mA/cm² → 900 cd/m²
指標（同一点）：
- 100 cd/m²：EQE 18.2%、CE 25.4 cd/A、PE 12.1 lm/W
- 1000 cd/m²：EQE 15.0%、CE 20.1 cd/A、PE 9.3 lm/W
所見：1000 cd/m² で EQE↓（約 18→15%）。電圧上昇も併発 ⇒ PE の低下は抵抗寄与が大。
次アクション：電極/配線の直列抵抗低減、RISC 高速化の材料案を検討。