JP2023007710A - Light emission measuring device and light emission measuring method - Google Patents

Light emission measuring device and light emission measuring method Download PDF

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貴之 中西
Takayuki Nakanishi
隆史 武田
Takashi Takeda
向星 高橋
Kosei Takahashi
尚登 広崎
Naoto Hirosaki
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Abstract

To provide a light emission measuring device and a light emission measuring method that can evaluate optical characteristics of even a fine single particle.SOLUTION: A light emission measuring device comprises an exciting light irradiation part which emits exciting light, a test sample holding part which holds a test sample irradiated with the exciting light, and a light reception part which receives light emitted by the test sample, wherein the distance between a test sample-side end part of the exciting light irradiation part and a surface of the test sample held at the test sample holding part is 0 to 10 mm, and the distance between a test sample-side end part of the light reception part and the surface of the test sample held at the test sample holding part is 0 to 10 mm.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、蛍光体等の微小発光材料の発光測定装置および発光測定方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a luminescence measuring apparatus and a luminescence measuring method for minute luminescent materials such as phosphors.

蛍光体等の発光材料の特性評価において、励起・発光スペクトルや量子効率の測定が広く用いられている。
図1は、石英製角セルを用いた計測の様子を示す模式図である。
Measurements of excitation/emission spectra and quantum efficiencies are widely used to characterize luminescent materials such as phosphors.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the state of measurement using a square cell made of quartz.

これらの計測では、一般に1平方mmより大きい面積の試料の発光を計測している。代表的には、図1に示すような10mm×10mmの石英角セル1の底面や、10mm×30mmの石英各セルの側面、直径10mmの円形状のくぼみに蛍光体粉末4を充填したものなどが試料形態として用いられ、これに分光されたキセノン光などの励起光2を照射して得られる蛍光発光3を分光器(図示せず)で検出することにより計測している。 These measurements typically measure the luminescence of a sample with an area greater than 1 mm square. Typical examples include the bottom surface of a 10 mm×10 mm quartz square cell 1 as shown in FIG. is used as a sample form, and fluorescence emission 3 obtained by irradiating this with excitation light 2 such as spectroscopic xenon light is detected by a spectrometer (not shown) for measurement.

発光デバイスに用いられる粉末状蛍光体の量子効率の値は重要であり、フォトン数の測定値を用いて次式で計算される。 The value of the quantum efficiency of powdered phosphors used in light-emitting devices is important, and is calculated using the measured number of photons by the following equation.

Figure 2023007710000002
Figure 2023007710000002

吸収率は励起光が発するフォトンのうち、試料に吸収されるフォトンの割合である。通常は、励起光を標準白色板などに照射して測定した励起光のフォトン数と、励起光を試料に照射して測定した散乱光(反射光)のフォトン数(散乱フォトン数)とを計測して、式(1a)で求める。 The absorptance is the ratio of photons absorbed by the sample to the photons emitted by the excitation light. Normally, the number of photons in the excitation light measured by irradiating the excitation light onto a standard white plate, etc., and the number of photons in the scattered light (reflected light) measured by irradiating the excitation light on the sample (scattered photon number) are measured. Then, it is obtained by the formula (1a).

内部量子効率は吸収したフォトンの内発光に変換されたフォトンの割合である。通常は、励起光を標準白色板などに照射して測定した励起光のフォトン数と、励起光を試料に照射して測定した散乱光のフォトン数(散乱フォトン数)とを計測して、式(1a)で吸収率を求め、さらに試料が発する蛍光のフォトン数を計測し、式(1b)で内部量子効率を求める。なお、散乱フォトン数の算出では、散乱光強度を標準白色試料の拡散反射率で除される必要がある。 Internal quantum efficiency is the fraction of absorbed photons converted to internal emission. Normally, the number of photons in the excitation light measured by irradiating the excitation light onto a standard white plate, etc., and the number of photons in the scattered light measured by irradiating the excitation light onto the sample (the number of scattered photons) are measured, and the formula The absorptance is determined by (1a), the number of photons of fluorescence emitted by the sample is measured, and the internal quantum efficiency is determined by equation (1b). In calculating the number of scattered photons, it is necessary to divide the scattered light intensity by the diffuse reflectance of the standard white sample.

外部量子効率は励起光のフォトンが発光に変換されるフォトンの割合である。式(1a)で吸収率を求め、式(1b)で内部量子効率を求め、式(1c)により吸収率と内部量子効率との積で外部量子効率を求める。 External quantum efficiency is the fraction of photons in the excitation light that are converted to emitted light. The absorptance is determined by the formula (1a), the internal quantum efficiency is determined by the formula (1b), and the external quantum efficiency is determined by the product of the absorptivity and the internal quantum efficiency by the formula (1c).

量子効率の測定には積分球を用いる方法(以下積分球法と記す。例えば、非特許文献1を参照)が一般的であり、図2に示す装置を用い、図3に示すようなスペクトルを取得して計算する。内部量子効率の測定法はこの方法を用いて標準化されている(ISO20351/JIS R1697)。
図2は、積分球法を実施する分光測定装置を示す模式図である。
図3は、例示的な発光・散乱スペクトルを示す図である。
A method using an integrating sphere (hereinafter referred to as an integrating sphere method. See, for example, Non-Patent Document 1) is generally used for measuring quantum efficiency. Get and calculate. A method for measuring internal quantum efficiency is standardized using this method (ISO20351/JIS R1697).
FIG. 2 is a schematic diagram showing a spectroscopic measurement device that implements the integrating sphere method.
FIG. 3 shows exemplary emission and scattering spectra.

図2に示す分光測定装置を用いて以下のように内部量子効率を計算する。
(1)積分球8の底面に標準拡散白色板(図示せず)を設置して、キセノンランプ5および分光器6を備えた励起光照射部7からの励起光9を標準拡散白板に照射することにより、積分球8内で均一化された励起光9のスペクトルを光ファイバ14およびマルチチャンネル光検出器13を備えた分光手段で測定する。
(2)積分球8の底面に蛍光体試料12を設置して、励起光9を蛍光体試料12に照射することにより、励起光9の一部は反射され、励起光9の一部は蛍光体試料12に吸収されて波長変換された蛍光11を発する。
(3)反射された励起光(散乱光10)と波長変換された蛍光11との混合光が積分球8内で均一化されたスペクトルを分光手段で測定する。
(4)フォトン数の測定値を用いて、式(1b)で内部量子効率を計算する。
Using the spectrometer shown in FIG. 2, the internal quantum efficiency is calculated as follows.
(1) A standard diffusion white plate (not shown) is placed on the bottom surface of the integrating sphere 8, and excitation light 9 from an excitation light irradiation unit 7 equipped with a xenon lamp 5 and a spectroscope 6 is applied to the standard diffusion white plate. Thereby, the spectrum of the excitation light 9 homogenized within the integrating sphere 8 is measured by spectroscopic means having an optical fiber 14 and a multichannel photodetector 13 .
(2) By placing a phosphor sample 12 on the bottom surface of the integrating sphere 8 and irradiating the phosphor sample 12 with the excitation light 9, a part of the excitation light 9 is reflected and a part of the excitation light 9 is emitted. It emits fluorescence 11 that is absorbed by the body sample 12 and wavelength-converted.
(3) The spectrum of the mixed light of the reflected excitation light (scattered light 10) and wavelength-converted fluorescence 11 homogenized within the integrating sphere 8 is measured by spectroscopic means.
(4) Using the measured number of photons, calculate the internal quantum efficiency with equation (1b).

量子効率は発光材料の研究開発段階では従来品に比べてどの程度の効率をもつか、または今後どの程度改善の可能性があるかを知るための良い指標となる。また、白色LED用途など実用化段階では、発光材料の商品取引の仕様決めや各製造工程における品質管理に利用されることが多い。特に後者の場合、量子効率の測定値には非常に精度が求められる。量子効率の精度には発光スペクトルの測定精度が最も重要になることは言うまでもないが、特に大きな不確かさの要因は、広い波長範囲に亘るエネルギー校正精度である。 Quantum efficiency is a good index for knowing how much efficiency a light-emitting material has in the research and development stage compared to conventional products, or how much it can be improved in the future. In addition, at the stage of practical use such as white LED applications, it is often used for determining specifications for commercial transactions of light-emitting materials and for quality control in each manufacturing process. Especially in the latter case, the quantum efficiency measurements must be very precise. It goes without saying that the measurement accuracy of the emission spectrum is the most important factor for the accuracy of the quantum efficiency, but a particularly large uncertainty factor is the energy calibration accuracy over a wide wavelength range.

蛍光体等の発光材料はエネルギーを入力する励起光の波長と出力する蛍光の波長が大きく異なる。白色LEDの場合、405nmや450nmの波長で励起し、500~800nmまでの広い波長範囲の蛍光に波長変換することが多い。一般的に用いられる積分球を用いた光学系や分光光度計などでは、多くの光学部品を組み合わせて使用するため、上記のような広い波長範囲でのエネルギー校正は慎重を要し、設置状況の変化や継時変化も測定精度の不確かさとなる可能性が高い。 In a luminescent material such as a phosphor, the wavelength of excitation light to which energy is input and the wavelength of fluorescent light to be output are greatly different. In the case of a white LED, excitation at a wavelength of 405 nm or 450 nm is often wavelength-converted into fluorescence in a wide wavelength range from 500 to 800 nm. Generally used optical systems using integrating spheres and spectrophotometers use a combination of many optical components, so calibrating the energy over a wide wavelength range as described above requires caution, and the installation conditions Variations and changes over time are also likely sources of uncertainty in measurement accuracy.

図4は、別の積分球法を実施する分光測定装置を示す模式図である。 FIG. 4 is a schematic diagram showing a spectrometer that implements another integrating sphere method.

上記のような問題を解決するより精度の高い量子効率の測定には図4に示すような配光分光測定装置が用いられている(ISO23946に制定)。図4によれば、分光キセノン光16から励起用光ファイバ15を介した励起光が、被験試料保持部19に保持された蛍光体試料20に当たる励起光軸22と蛍光体試料20が発光して放射される受光軸23のなす角度を変化させながら、受光用光ファイバ17を介してマルチチャンネル分光器18で発光を計測する。励起光軸22を中心に蛍光体試料20を回転24させ、励起光軸22と受光軸23とのなす角度を変化21させることにより、放射角度による発光の分布を計測する。これを全空間で積分することにより、全空間の放射光量を計測する手法である。これにより、試料が受けた励起光の総量、試料が吸収した光の総量、試料が発する蛍光の総量を計算することができ、それにより量子効率を求めることができる。 A light distribution spectrometer as shown in FIG. 4 is used to measure the quantum efficiency with higher precision to solve the above problems (established in ISO23946). According to FIG. 4, the excitation light from the spectral xenon light 16 through the excitation optical fiber 15 hits the phosphor sample 20 held in the test sample holding part 19, and the excitation optical axis 22 and the phosphor sample 20 emit light. Light emission is measured by a multi-channel spectrometer 18 via an optical fiber 17 for light reception while changing the angle formed by the light receiving axis 23 of emitted light. By rotating 24 the phosphor sample 20 around the excitation optical axis 22 and changing 21 the angle formed by the excitation optical axis 22 and the light receiving axis 23, the distribution of luminescence depending on the emission angle is measured. By integrating this over the entire space, it is a method of measuring the amount of radiant light in the entire space. As a result, the total amount of excitation light received by the sample, the total amount of light absorbed by the sample, and the total amount of fluorescence emitted by the sample can be calculated, and the quantum efficiency can be obtained.

一方、近年の蛍光体の開発はより高度化されており、合成された粉末に含まれる微小な一粒の結晶(単粒子)を評価することにより新物質を開発する手法が実用化されている(例えば、非特許文献2を参照)。この場合も結晶の光学特性を評価することが求められるが、一般的な一粒の粒径は10~30μmと微細であるため、従来のような粉末を対象に開発された計測方法では微細粒子の評価を精度よく行うのは困難であった。 On the other hand, the development of phosphors in recent years has become more sophisticated, and a method of developing new substances by evaluating a single microscopic crystal (single particle) contained in synthesized powder has been put to practical use. (See, for example, Non-Patent Document 2). In this case as well, it is necessary to evaluate the optical properties of the crystal. It was difficult to perform the evaluation with high accuracy.

大久保利明、中川靖夫、照明学会誌 第95完第8A号 (平成23年)p431Toshiaki Okubo, Yasuo Nakagawa, Journal of the Illuminating Engineering Institute of Japan No.95 Complete No.8A (2011) p431 Naoto Hirosakiら,Chem.Mater.2014,26,4280-4288Naoto Hirosaki et al., Chem. Mater. 2014, 26, 4280-4288

以上より、本発明の課題は、微小な単粒子に対しても光学特性を評価可能な発光測定装置および発光測定方法を提供することである。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a luminescence measuring apparatus and a luminescence measuring method capable of evaluating the optical properties of even minute single particles.

本発明による発光測定装置は、励起光を照射する励起光照射部と、前記励起光が照射される被験試料を保持するための被験試料保持部と、前記被験試料からの発光を受光する受光部とを備え、前記励起光照射部の前記被験試料側の端部と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の表面との距離は、0mm以上10mm以下であり、前記受光部の前記被験試料側の端部と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の表面との距離は、0mm以上10mm以下であり、これにより上記課題を解決する。
前記励起光照射部の前記被験試料側の端部と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の表面との距離は、0mm以上5mm以下であってよい。
前記受光部の前記被験試料側の端部と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の表面との距離は、0mm以上5mm以下であってよい。
前記被験試料は、0.1μm以上100μm以下の範囲の最大径を有する粒子であってよい。
前記励起光照射部の前記被験試料側の端部と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の表面との距離は、前記被験試料の最大径の0.1倍以上200倍以下であり、前記受光部の前記被験試料側の端部と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の表面との距離は、前記被験試料の最大径の0.1倍以上200倍以下であってよい。
前記被験試料保持部は、前記被験試料を保持するための凹部を有してよい。
前記凹部以外の前記被験試料保持部は、前記励起光を吸収する黒色であり、前記励起光照射部は、前記凹部を完全に含み、前記凹部の外側まで前記励起光を照射してよい。
前記励起光照射部は、光源と光ファイバとを備え、前記受光部は、分光検出器と光ファイバとを備えてよい。
前記光ファイバのそれぞれの前記被験試料側の直径は、前記被験試料の最大径の1倍以上200倍以下であってよい。
前記光ファイバのそれぞれの前記被験試料側の先端の直径は、50μm以上5mm以下であってよい。
前記光ファイバは、ぞれぞれ、単線式のシングルファイバであってよい。
前記光ファイバのそれぞれの前記被験試料側の先端は、束ねられていてよい。
前記励起光照射部の前記被験試料側の先端の中心と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の中心とを結ぶ直線(励起光軸)と、前記受光部の前記被験試料側の先端の中心と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の中心とを結ぶ直線(受光軸)とのなす角度を変化させる角度可変機構をさらに備えてよい。
前記励起光照射部の前記被験試料側の先端の中心と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の中心とを結ぶ直線(励起光軸)を中心に前記受光部を回転する受光部回転機構をさらに備えてよい。
前記励起光照射部の前記被験試料側の先端の中心と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の中心とを結ぶ直線(励起光軸)を中心に前記被験試料保持部を回転する保持部回転機構をさらに備えてよい。
本発明による発光測定方法は、上述の発光測定装置を用い、励起光を被験試料に照射し、前記被験試料からの発光を計測することを包含し、これにより上記課題を解決する。
前記発光測定装置の被験試料保持部は、前記被験試料を保持する凹部を備え、前記凹部には白色参照試料が充填され、前記凹部以外の前記被験試料保持部は、前記励起光を吸収する黒色であり、前記被験試料からの発光の計測に先立って、前記白色参照試料を完全に含む範囲に前記励起光を照射し、前記白色参照試料からの反射光を計測することをさらに包含してもよい。
前記凹部以外の前記被験試料保持部は、前記励起光を0%以上10%以下の範囲で反射し、前記白色参照試料は、測定波長範囲における前記励起光を90%以上100%以下の範囲で反射し、前記白色参照試料上に前記被験試料を保持し、前記白色参照試料および前記被験試料を完全に含む範囲に前記励起光を照射し、前記白色参照試料および前記被験試料からの反射光および前記被験試料からの発光を同時計測することをさらに包含してもよい。
前記反射光を計測することは、前記反射光から前記励起光のフォトン数W1を算出することであり、前記同時計測することは、前記白色参照試料および前記被験試料からの反射光から前記励起光のフォトン数W2を算出し、前記被験試料からの発光のフォトン数Lを算出することであり、前記励起光のフォトン数W1およびW2、ならびに、前記発光のフォトン数Lを用いて吸収率、内部量子効率および外部量子効率からなる群から選択される光学特性を算出することをさらに包含してもよい。
前記発光を計測することは、前記発光測定装置の励起光照射部の前記被験試料側の先端の中心と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の中心とを結ぶ直線(励起光軸)と、前記発光測定装置の受光部の前記被験試料側の先端の中心と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の中心とを結ぶ直線(受光軸)とのなす角度を変化させながら行ってもよい。
前記発光を計測することは、前記発光測定装置の励起光照射部の前記被験試料側の先端の中心と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の中心とを結ぶ直線(励起光軸)を中心に前記受光部を回転させながら計測してもよい。
前記発光を計測することは、前記発光測定装置の励起光照射部の前記被験試料側の先端の中心と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の中心とを結ぶ直線(励起光軸)を中心に前記被験試料保持部を回転させながら計測してもよい。
A luminescence measurement apparatus according to the present invention includes an excitation light irradiation unit for irradiating excitation light, a test sample holding unit for holding a test sample irradiated with the excitation light, and a light receiving unit for receiving luminescence from the test sample. and the distance between the end of the excitation light irradiation unit on the test sample side and the surface of the test sample held by the test sample holding unit is 0 mm or more and 10 mm or less, and the test of the light receiving unit The distance between the end on the sample side and the surface of the test sample held by the test sample holding part is 0 mm or more and 10 mm or less, thereby solving the above problem.
A distance between an end of the excitation light irradiation section on the test sample side and the surface of the test sample held by the test sample holding section may be 0 mm or more and 5 mm or less.
A distance between an end portion of the light receiving portion on the test sample side and the surface of the test sample held by the test sample holding portion may be 0 mm or more and 5 mm or less.
The test sample may be particles having a maximum diameter in the range of 0.1 μm or more and 100 μm or less.
The distance between the end of the excitation light irradiation unit on the test sample side and the surface of the test sample held by the test sample holding unit is 0.1 to 200 times the maximum diameter of the test sample. , the distance between the end of the light receiving unit on the test sample side and the surface of the test sample held by the test sample holding unit is 0.1 to 200 times the maximum diameter of the test sample, and good.
The test sample holding section may have a recess for holding the test sample.
The test sample holding section other than the recess may be black to absorb the excitation light, and the excitation light irradiation section may completely include the recess and irradiate the excitation light to the outside of the recess.
The excitation light irradiation section may include a light source and an optical fiber, and the light receiving section may include a spectroscopic detector and an optical fiber.
The diameter of each of the optical fibers on the side of the test sample may be 1 to 200 times the maximum diameter of the test sample.
Each of the optical fibers may have a tip diameter of 50 μm or more and 5 mm or less on the side of the test sample.
Each of the optical fibers may be a single-wire single fiber.
The tip of each of the optical fibers on the side of the test sample may be bundled.
A straight line (excitation optical axis) connecting the center of the tip of the excitation light irradiation unit on the test sample side and the center of the test sample held by the test sample holding unit, and the tip of the light receiving unit on the test sample side and a straight line (light-receiving axis) connecting the center of the test sample held by the test sample holding portion.
Light-receiving unit rotation for rotating the light-receiving unit around a straight line (excitation optical axis) connecting the center of the tip of the excitation light irradiation unit on the test sample side and the center of the test sample held by the test sample holding unit Further mechanisms may be provided.
Holding by rotating the test sample holding unit about a straight line (excitation optical axis) connecting the center of the tip of the excitation light irradiation unit on the test sample side and the center of the test sample held by the test sample holding unit A part rotation mechanism may be further provided.
A luminescence measuring method according to the present invention uses the above-described luminescence measuring apparatus, irradiates a test sample with excitation light, and measures luminescence from the test sample, thereby solving the above problems.
The test sample holding part of the luminescence measuring device has a recess for holding the test sample, the recess is filled with a white reference sample, and the test sample holding part other than the recess is black for absorbing the excitation light. and, prior to measuring the luminescence from the test sample, irradiating the excitation light to a range that completely includes the white reference sample, and measuring the reflected light from the white reference sample. good.
The test sample holding portion other than the recess reflects the excitation light in the range of 0% or more and 10% or less, and the white reference sample reflects the excitation light in the measurement wavelength range in the range of 90% or more and 100% or less. hold the test sample on the white reference sample, irradiate the excitation light in a range that completely includes the white reference sample and the test sample, reflect light from the white reference sample and the test sample, and It may further comprise simultaneously measuring luminescence from the test sample.
Measuring the reflected light is calculating the number of photons W1 of the excitation light from the reflected light, and simultaneously measuring the excitation light from the reflected light from the white reference sample and the test sample is to calculate the photon number W2 of the light emission from the test sample, and the photon number W1 and W2 of the excitation light and the photon number L of the light emission are used to calculate the absorptance, the internal It may further comprise calculating an optical property selected from the group consisting of quantum efficiency and external quantum efficiency.
Measuring the luminescence is a straight line (excitation optical axis) connecting the center of the tip of the excitation light irradiation unit of the luminescence measurement device on the side of the test sample and the center of the test sample held in the test sample holding unit. while changing the angle formed by a straight line (light receiving axis) connecting the center of the tip of the light receiving unit of the luminescence measuring device on the test sample side and the center of the test sample held by the test sample holding unit. may
Measuring the luminescence is a straight line (excitation optical axis) connecting the center of the tip of the excitation light irradiation unit of the luminescence measurement device on the side of the test sample and the center of the test sample held in the test sample holding unit. may be measured while rotating the light-receiving part around .
Measuring the luminescence is a straight line (excitation optical axis) connecting the center of the tip of the excitation light irradiation unit of the luminescence measurement device on the side of the test sample and the center of the test sample held in the test sample holding unit. may be measured while rotating the test sample holder around .

本発明の発光測定装置は、励起光照射部と被験試料との間の距離ならびに受光部と被験試料との間の距離を制限することにより、単粒子一つといった微小な試料であっても、光学測定を可能とする。被験試料からの蛍光は、ほぼ均一に発散されるため、受光部と被験試料との間の距離の概2乗に反比例し、同様の傾向が励起光照射部と被験試料との間でも生じる。これにより、単粒子一つといった微小な粒子であっても、光学測定、特に量子効率測定を可能にする。 By limiting the distance between the excitation light irradiation unit and the test sample and the distance between the light receiving unit and the test sample, the luminescence measurement apparatus of the present invention can measure even a minute sample such as a single particle. Allows for optical measurements. Since the fluorescence from the test sample is emitted almost uniformly, it is inversely proportional to the square of the distance between the light receiving section and the test sample, and a similar tendency occurs between the excitation light irradiation section and the test sample. This enables optical measurements, especially quantum efficiency measurements, even on particles as small as a single particle.

石英製角セルを用いた計測の様子を示す模式図Schematic diagram showing the state of measurement using a quartz square cell 積分球法を実施する分光測定装置を示す模式図Schematic diagram showing a spectrophotometer that implements the integrating sphere method 例示的な発光・散乱スペクトルを示す図Diagram showing exemplary emission and scattering spectra 別の積分球法を実施する分光測定装置を示す模式図Schematic diagram showing a spectrometer that implements another integrating sphere method 本発明の発光測定装置を示す模式図Schematic diagram showing the luminescence measuring device of the present invention 被験試料保持部を拡大して示す模式図Schematic diagram showing an enlarged test sample holder 本発明の別の発光測定装置の一部を示す模式図Schematic diagram showing part of another luminescence measuring device of the present invention データ解析部の例示的な構成を示す図A diagram showing an exemplary configuration of the data analysis unit 例1で用いた発光測定装置を示す模式図Schematic diagram showing the luminescence measuring device used in Example 1 例1の微小粒子の励起・発光スペクトルを示す図Figure showing the excitation and emission spectra of the microparticles of Example 1 微小粒子からの発光強度の受光距離依存性(A)および励起距離依存性(B)を示す図A diagram showing the light-receiving distance dependence (A) and the excitation distance dependence (B) of the luminescence intensity from microparticles. 例2の被験試料保持部を示す模式図Schematic diagram showing the test sample holding part of Example 2 例2で用いた発光測定装置の一部を示す模式図Schematic diagram showing part of the luminescence measuring device used in Example 2 例2の微小粒子の散乱・発光スペクトルを示す図A diagram showing the scattering and emission spectra of the microparticles of Example 2 例2の微小粒子の発光強度の配向分布を示す図FIG. 4 is a diagram showing the orientation distribution of the luminescence intensity of the fine particles of Example 2.

以下、図面を参照して、本発明を詳しく説明する。
図5は、本発明の発光測定装置を示す模式図である。
The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the luminescence measuring device of the present invention.

本発明の発光測定装置500は、励起光を照射する励起光照射部510と、励起光が照射される被験試料Sを保持するための被験試料保持部520と、被験試料Sからの発光を受光する受光部530とを備える。 A luminescence measurement apparatus 500 of the present invention includes an excitation light irradiation unit 510 for irradiating excitation light, a test sample holding unit 520 for holding a test sample S to which the excitation light is irradiated, and light emitted from the test sample S. and a light receiving portion 530 for receiving light.

ここで、本発明の発光測定装置500は、励起光照射部510の被験試料S側の端部と被験試料保持部520に保持される被験試料Sの表面との距離D1が、0mm以上10mm以下に維持され、受光部530の被験試料S側の端部と被験試料保持部520に保持される被験試料Sの表面との距離D2が、0mm以上10mm以下に維持されることを特徴とする。 Here, in the luminescence measuring device 500 of the present invention, the distance D1 between the end of the excitation light irradiation unit 510 on the side of the test sample S and the surface of the test sample S held by the test sample holding unit 520 is 0 mm or more and 10 mm or less. , and the distance D2 between the end of the light receiving unit 530 on the side of the test sample S and the surface of the test sample S held by the test sample holding unit 520 is maintained at 0 mm or more and 10 mm or less.

このように、近接して測定することにより、とりわけ、微小な被験試料Sに対しても発光スペクトルを精度よく測定することができる。このような微小な被験試料Sは、好ましくは、0.1μm以上100μm以下の範囲の最大径を有する粒子であってよい。この範囲であれば、励起光を被験試料に照射でき、測定に必要な光量が得られるため、精度よく測定できる。 By measuring in close proximity in this way, it is possible to accurately measure the emission spectrum of even a very small test sample S in particular. Such a minute test sample S may preferably be particles having a maximum diameter in the range of 0.1 μm or more and 100 μm or less. Within this range, the test sample can be irradiated with the excitation light, and the amount of light required for the measurement can be obtained, so the measurement can be performed with high accuracy.

距離D1は、好ましくは、0mm以上5mm以下である。これにより、被験試料Sに照射される励起光の光量が大きくできる。距離D2は、好ましくは、0mm以上大きく5mm以下である。これにより、被験試料Sからの発光を効率よく取り込むことができ、光量を大きくできる。なお、距離D1、D2は、0mmであってよいが、後述する各種回転機構の動作を考慮すれば、各種構成要素間の取り回しのよさから0mmより大きくてよい。 The distance D1 is preferably 0 mm or more and 5 mm or less. As a result, the amount of excitation light with which the test sample S is irradiated can be increased. The distance D2 is preferably greater than or equal to 0 mm and less than or equal to 5 mm. Thereby, the luminescence from the test sample S can be efficiently taken in, and the amount of light can be increased. Although the distances D1 and D2 may be 0 mm, they may be larger than 0 mm in consideration of the operation of various rotating mechanisms, which will be described later, from the viewpoint of ease of handling between various components.

距離D1およびD2は、好ましくは、被験試料Sの最大径の0.1倍以上200倍以下の範囲である。これにより、被験試料Sに照射される励起光の光量を大きくでき、被験試料Sからの発光の光量を大きくできるので、とりわけ最大径が50μm以下である被験試料Sに対して高精度で計測できる。 The distances D1 and D2 are preferably in the range of 0.1 to 200 times the maximum diameter of the test sample S. As a result, the amount of excitation light irradiated onto the test sample S can be increased, and the amount of light emitted from the test sample S can be increased, so that the test sample S having a maximum diameter of 50 μm or less can be measured with high accuracy. .

励起光照射部510は、好ましくは、光源511と、光源511と光学的に結合した光ファイバ512とを備え、光源511からの励起光を、光ファイバ512に導光し、光ファイバ512の先端から被験試料Sに照射する。 The excitation light irradiation unit 510 preferably includes a light source 511 and an optical fiber 512 optically coupled to the light source 511, guides the excitation light from the light source 511 to the optical fiber 512, The test sample S is irradiated from the

ここで、光源511は、被験試料Sに照射し、被験試料Sを励起可能なものであれば、特に制限はないが、好ましくは、光源511は、水銀ランプ、重水素ランプ、キセノンランプおよびハロゲンランプからなる群から1つ選択されたランプと、ランプからの光を分光する分光器とを備えてもよい。これにより、励起光は、単一波長を有することができる。 Here, the light source 511 is not particularly limited as long as it can irradiate the test sample S and excite the test sample S. Preferably, the light source 511 is a mercury lamp, a deuterium lamp, a xenon lamp, or a halogen A lamp selected from a group consisting of lamps and a spectroscope for dispersing light from the lamp may be provided. This allows the excitation light to have a single wavelength.

受光部530は、好ましくは、被験試料Sからの発光を導光する光ファイバ531と、光ファイバ531に光学的に結合した光検出器532とを備える。光検出器532は、被験試料Sからの発光を受光し、波長スペクトルを取得可能なものであれば、特に制限はないが、例示的には、マルチチャンネル分光器を採用できる。 The light receiving section 530 preferably includes an optical fiber 531 that guides light emitted from the test sample S, and a photodetector 532 that is optically coupled to the optical fiber 531 . The photodetector 532 is not particularly limited as long as it can receive light emitted from the test sample S and obtain a wavelength spectrum, but for example, a multichannel spectroscope can be employed.

光ファイバ512、531は、通常知られているコアおよびクラッドを備えた光ファイバを採用でき、励起光の波長を導光するもの、発光の波長を導光するものを適宜採用できる。 As the optical fibers 512 and 531, commonly known optical fibers having a core and a clad can be adopted, and those that guide the wavelength of excitation light and those that guide the wavelength of emitted light can be appropriately used.

特に、微小な被験試料Sの発光測定を行う場合には、光ファイバ512、531の被験試料S側の先端の直径は、好ましくは、50μm以上5mm以下の範囲である。これにより、光ファイバ512、321の先端を被験試料Sに近づけることができ、精度よく測定できる。 In particular, when performing luminescence measurement of a very small test sample S, the diameter of the tip of the optical fibers 512 and 531 on the test sample S side is preferably in the range of 50 μm or more and 5 mm or less. As a result, the tips of the optical fibers 512 and 321 can be brought closer to the test sample S, and accurate measurement can be performed.

光ファイバ512、531の先端の直径は、より好ましくは、50μm以上1mm以下の範囲である。これにより、微小な被験試料S(例えば、最大径が100μm以下の粒子)に励起光を精度良く照射することができ、発光を精度良く集めることができる。光ファイバ512、531の先端の直径は、なおさらに好ましくは、100μm以上500μm以下の範囲である。光ファイバの直径が小さいと干渉を小さくできる。 The tip diameters of the optical fibers 512 and 531 are more preferably in the range of 50 μm or more and 1 mm or less. As a result, it is possible to accurately irradiate a minute test sample S (for example, particles having a maximum diameter of 100 μm or less) with the excitation light, and collect the emitted light with high accuracy. The diameter of the tips of the optical fibers 512, 531 is still more preferably in the range of 100 μm to 500 μm. Smaller fiber diameters can reduce interference.

光ファイバ512、531の先端の直径は、好ましくは、被験試料Sの最大径の1倍以上200倍以下の範囲である。これにより、微小な被験試料Sに対しても高精度に発光測定できる。 The diameters of the tips of the optical fibers 512 and 531 are preferably in the range of 1 to 200 times the maximum diameter of the test sample S. As a result, highly accurate luminescence measurement can be performed even for a very small test sample S.

光ファイバ512、531は、それぞれ、単線式のシングルファイバであってもよい。比較的大きな被験試料Sを対象とした光学測定では、光量を稼ぐために光ファイバを束ねたバンドルファイバが用いられることが多いが、微小な被験試料Sに対しては、細い径の単線式の光ファイバが適している。光ファイバから照射される励起光は広がりながら被験試料Sに照射されるが、単線式のシングルファイバを用いることにより、均一性が増すだけでなく、発光測定装置の取り回しがよくなる。 Each of the optical fibers 512, 531 may be a solid single fiber. In the optical measurement of a relatively large test sample S, a bundle fiber that bundles optical fibers is often used to increase the amount of light. Optical fibers are suitable. The excitation light emitted from the optical fiber spreads while being applied to the test sample S, but the use of a single-wire type single fiber not only increases the uniformity but also facilitates handling of the luminescence measuring apparatus.

光ファイバ512、531のそれぞれの被験試料S側の端部は、束ねられた形式であってもよい。束ねられることにより1本の部品により励起光の照射と受光が可能となり、計測時の励起光照射部510と被験試料保持部520と受光部530との位置調整などの取り回しがよくなる。 The ends of the optical fibers 512 and 531 on the side of the test sample S may be bundled. By bundling, it is possible to irradiate and receive excitation light with one component, and handling such as position adjustment of the excitation light irradiation unit 510, the test sample holding unit 520, and the light receiving unit 530 at the time of measurement is improved.

被験試料保持部520は、図5に示すように被験試料Sを保持できるものであれば、特に制限はないが、好ましくは、凹部を備える。
図6は、被験試料保持部を拡大して示す模式図である。
The test sample holding part 520 is not particularly limited as long as it can hold the test sample S as shown in FIG. 5, but preferably has a concave portion.
FIG. 6 is a schematic diagram showing an enlarged test sample holder.

図6には、凹部610を備えた被験試料保持部600が示される。凹部610を設けることにより、フォトン数の算出に際して、白色参照試料620および被験試料Sの設置がしやすくなる。凹部610の形状や大きさは被験試料Sの量や大きさを考慮して設定することができるが、100μm以下の被験試料を扱う場合は測定精度を高めるためには凹部610の面積は1平方mm以下が適しており、より好ましくは0.01平方mm程度がよい。 FIG. 6 shows a test sample holder 600 with recesses 610 . By providing the concave portion 610, it becomes easier to set the white reference sample 620 and the test sample S when calculating the number of photons. The shape and size of the recess 610 can be set in consideration of the amount and size of the test sample S, but when handling a test sample of 100 μm or less, the area of the recess 610 is set to 1 square in order to improve the measurement accuracy. mm or less is suitable, and about 0.01 square mm is more preferable.

凹部の形状として、機械加工のしやすさから円形、矩形等であってよいが、特に制限はない。イオンエッチングなどのより高精度な機械加工を採用すれば、形状の自由度も大きくなる。 The shape of the concave portion may be circular, rectangular, or the like for ease of machining, but is not particularly limited. If more precise machining such as ion etching is employed, the degree of freedom in shape will also increase.

図6では、被験試料保持部600の凹部610に白色参照試料620が充填され、その上に被験試料Sが保持されている様子を示す。被験試料保持部600は、好ましくは、凹部610以外が励起光を吸収する黒色である。この場合、凹部以外の被験試料保持部600は、励起光を0%以上10%以下の範囲で反射することが好ましい。これにより、正確に測定できる。このような材料としては、カーボン材料や、表面をアルマイト黒化処理した材料等が挙げられる。より好ましくは、反射率が0%以上5%以下の範囲の材料からなるとよい。 FIG. 6 shows that the white reference sample 620 is filled in the concave portion 610 of the test sample holding part 600, and the test sample S is held thereon. The test sample holding part 600 is preferably black so that the part other than the concave part 610 absorbs the excitation light. In this case, the test sample holding part 600 other than the concave portion preferably reflects the excitation light in a range of 0% or more and 10% or less. This allows accurate measurement. Examples of such materials include carbon materials and materials whose surfaces are alumite-blackened. More preferably, it should be made of a material whose reflectance is in the range of 0% or more and 5% or less.

白色参照試料620、あるいは、白色参照試料620および被験試料Sの反射を測定する場合は、励起光照射部510は、好ましくは、凹部610を含み凹部610の外側までの充分に広い範囲に励起光(図6中の一点鎖線で示す)を照射する。凹部610の外側は反射率が低い黒色であるため、励起光は凹部610に設置した試料(白色参照試料620、あるいは、白色参照試料620および被験試料S)からだけの反射光を発する。これにより、試料だけからの反射光を検出できるので、精度よく測定できる。 When measuring the reflection of the white reference sample 620 or the white reference sample 620 and the test sample S, the excitation light irradiation unit 510 preferably emits the excitation light over a sufficiently wide range including the recess 610 to the outside of the recess 610. (indicated by the dashed-dotted line in FIG. 6) is irradiated. Since the outside of the recess 610 is black with low reflectance, the excitation light emits reflected light only from the sample (the white reference sample 620 or the white reference sample 620 and the test sample S) placed in the recess 610 . As a result, the reflected light from only the sample can be detected, so the measurement can be performed with high accuracy.

白色参照試料620は、好ましくは、測定波長範囲における励起光を90%以上100%以下の範囲で反射する。これにより、正確に測定できる。このような材料としては、硫酸バリウム、テフロン(登録商標)等が挙げられる。これらの材料は拡散反射率が96%~99%程度である。 The white reference sample 620 preferably reflects between 90% and 100% of the excitation light in the measurement wavelength range. This allows accurate measurement. Such materials include barium sulfate, Teflon (registered trademark), and the like. These materials have a diffuse reflectance of about 96% to 99%.

図6に示す黒色の被験試料保持部600を用いることにより、励起光を微小な被験試料Sよりも小さくなるよう絞ることなく、凹部610を超えて黒色の領域も含むよう全体に均一に照射できる。これにより、測定領域は常に凹部610の上部表面積に限定されるので、励起光を小さく絞った場合に比べて、位置誤差に対する光学測定の不確かさを小さくでき、とりわけフォトン数の算出において、精度よく測定できる。 By using the black test sample holding part 600 shown in FIG. 6, the entire area including the black region beyond the concave portion 610 can be uniformly irradiated without narrowing down the excitation light to be smaller than the minute test sample S. . As a result, the measurement area is always limited to the upper surface area of the concave portion 610, so compared to the case where the excitation light is narrowed down, the uncertainty of the optical measurement with respect to the positional error can be reduced. can be measured.

また、励起光を微小な被験試料Sよりも小さくなるよう絞ることないため、波長に制限のあるレーザ光源とレンズとを使用する必要はない。この結果、偏光の影響を考慮する必要のない上述したランプと分光器とを採用し、任意の励起波長を設定できるため、汎用性が高く有利である。 In addition, since the excitation light is not narrowed down to be smaller than the minute sample S to be tested, there is no need to use a laser light source and a lens that have a limited wavelength. As a result, the above-described lamp and spectroscope, which do not require consideration of the influence of polarized light, can be used and an arbitrary excitation wavelength can be set, which is highly versatile and advantageous.

図7は、本発明の別の発光測定装置の一部を示す模式図である。 FIG. 7 is a schematic diagram showing part of another luminescence measuring device of the present invention.

本発明の発光測定装置は、励起光照射部(ここでは、簡単のため光ファイバ512のみ示す)の被験試料S側の先端の中心と被験試料保持部520に保持される被験試料Sの中心とを結ぶ直線(励起光軸)と、受光部(ここでは、簡単のため光ファイバ531のみ示す)の被験試料S側の先端の中心と被験試料保持部520に保持される被験試料Sの中心とを結ぶ直線(受光軸)とのなす角度を変化させる角度可変機構710を備えてもよい。これにより、被験試料Sからの反射光あるいは発光の方向による分布を測定できる。特に、図6に示す黒色の被験試料保持部600を用いれば、測定位置精度の確からしさは大きい。 In the luminescence measuring apparatus of the present invention, the center of the tip of the excitation light irradiation unit (only the optical fiber 512 is shown for simplicity) on the side of the test sample S and the center of the test sample S held in the test sample holding unit 520 are measured. , the center of the tip of the light receiving unit (here, only the optical fiber 531 is shown for simplicity) on the test sample S side and the center of the test sample S held by the test sample holding unit 520 may be provided with an angle variable mechanism 710 that changes the angle formed with a straight line (light-receiving axis) connecting . Thereby, the distribution of reflected light or emitted light from the test sample S can be measured. In particular, using the black test sample holder 600 shown in FIG. 6 increases the certainty of the measurement position accuracy.

本発明の発光測定装置は、励起光軸を中心に受光部を回転する受光部回転機構720を備えてもよい。これにより、被験試料Sからの励起光軸周りの反射光による分布を測定できる。特に、図6に示す黒色の被験試料保持部600を用いれば、測定位置精度の確からしさは大きい。 The luminescence measuring apparatus of the present invention may include a light receiving section rotating mechanism 720 that rotates the light receiving section around the excitation optical axis. Thereby, the distribution of reflected light from the test sample S around the excitation optical axis can be measured. In particular, using the black test sample holder 600 shown in FIG. 6 increases the certainty of the measurement position accuracy.

本発明の発光測定装置は、励起光軸を中心に被験試料保持部520を回転する保持部回転機構730を備えてもよい。保持部回転機構730により、励起光軸方向以外の方向の発光特性が平均化されるので、発光特性が異なる試料について平均的な発光を測定できる。このような試料としては扁平状や針状の形状をもつ結晶を挙げることができる。特に、図6に示す黒色の被験試料保持部600を用いれば、被験試料Sへの照射光量の不確かさを無視できる。 The luminescence measuring apparatus of the present invention may include a holder rotation mechanism 730 that rotates the test sample holder 520 around the excitation optical axis. Since the light emission characteristics in directions other than the direction of the excitation optical axis are averaged by the holder rotating mechanism 730, average light emission can be measured for samples having different light emission characteristics. Examples of such samples include flat crystals and acicular crystals. In particular, if the black test sample holder 600 shown in FIG. 6 is used, the uncertainty of the amount of irradiation light to the test sample S can be ignored.

再度図5に戻り、本発明の発光測定装置500は、データ解析部540を備えてもよい。データ解析部540は、受光部530で取得した発光スペクトルのデータを取得し、量子効率等の光学特性を算出する。 Returning to FIG. 5 again, the luminescence measuring device 500 of the present invention may include a data analysis section 540 . The data analysis unit 540 acquires the emission spectrum data acquired by the light receiving unit 530 and calculates optical characteristics such as quantum efficiency.

図8は、データ解析部の例示的な構成を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing an exemplary configuration of the data analysis unit.

データ解析部540は、フォトン数算出部541と、光学特性算出部542とを必須とするが、図8に示すように、データ入力部543と、データ出力部544とをさらに備えてもよい。 The data analysis unit 540 essentially includes a photon number calculation unit 541 and an optical property calculation unit 542, but may further include a data input unit 543 and a data output unit 544 as shown in FIG.

データ入力部543は、受光部530で取得した発光スペクトルのデータを受け取り、格納する。このとき、発光スペクトルのデータが、励起光軸と受光軸とのなす角度依存性、励起光軸周りの分布等の情報を有してもよい。 The data input unit 543 receives and stores the emission spectrum data acquired by the light receiving unit 530 . At this time, the data of the emission spectrum may have information such as the angular dependence between the excitation optical axis and the light receiving axis, the distribution around the excitation optical axis, and the like.

フォトン数算出部541は、データ入力部543から発光スペクトルのデータを受け取り、フォトン数を算出する。例えば、図6に示すような、凹部610に白色参照試料620を充填した被験試料保持部600を用いて被験試料Sの内部量子効率を算出する場合を説明する。 The photon number calculation unit 541 receives emission spectrum data from the data input unit 543 and calculates the number of photons. For example, a case of calculating the internal quantum efficiency of a test sample S using a test sample holding part 600 in which a recess 610 is filled with a white reference sample 620 as shown in FIG. 6 will be described.

フォトン数算出部541は、白色参照試料620から反射した励起光のフォトン数(強度)W1を算出し、次いで、白色参照試料620に被験試料Sを保持した状態の励起光のフォトン数W2を算出し、白色参照試料620に被験試料Sを保持した状態の励起光と異なる波長の発光のフォトン数Lを算出する。 The photon number calculator 541 calculates the number of photons (intensity) W1 of the excitation light reflected from the white reference sample 620, and then calculates the number of photons W2 of the excitation light when the test sample S is held on the white reference sample 620. Then, the number of photons L of light emitted at a wavelength different from that of the excitation light when the test sample S is held on the white reference sample 620 is calculated.

光学特性算出部542は、フォトン数算出部541で算出されたフォトン数を用いて、光学特性として内部量子効率Eを算出する。詳細には、被験試料Sが吸収した励起光のフォトン数A(=W1-W2)、およびフォトン数Lを用い、E=L/Aを用いて内部量子効率を算出する。このように、図6に示す被験試料保持部600を採用すれば、被験試料Sが吸収した励起光のフォトン数を正確に求めることができるため、精度よく光学測定できる。 The optical property calculator 542 uses the number of photons calculated by the photon number calculator 541 to calculate the internal quantum efficiency E as the optical property. Specifically, using the photon number A (=W1-W2) of the excitation light absorbed by the test sample S and the photon number L, E=L/A is used to calculate the internal quantum efficiency. In this way, by adopting the test sample holder 600 shown in FIG. 6, the number of photons of the excitation light absorbed by the test sample S can be accurately obtained, so optical measurement can be performed with high accuracy.

また、各種依存性を有する波長スペクトルのデータを取得している場合には、光学特性算出部542が、全空間に渡る積分値を求めることができるので、精度よく光学測定できる。 In addition, when wavelength spectrum data having various dependencies is acquired, the optical characteristic calculator 542 can obtain an integrated value over the entire space, so optical measurement can be performed with high accuracy.

光学特性算出部542は、W1、W2およびLを用いて次式により吸収率や外部量子効率を算出してもよい。
吸収率=(W1-W2)/W1
外部量子効率=L/W1=吸収率×内部量子効率
The optical property calculator 542 may use W1, W2 and L to calculate the absorptivity and the external quantum efficiency according to the following equations.
Absorption rate = (W1-W2)/W1
External quantum efficiency = L/W1 = absorption rate x internal quantum efficiency

このようにして算出された内部量子効率などの光学特性は、データ出力部544に送られ、外部の表示部810に表示するようにしたり、印刷装置などで出力したりしてもよい。 The optical characteristics such as the internal quantum efficiency calculated in this way may be sent to the data output unit 544 and displayed on the external display unit 810 or output by a printer or the like.

データ解析部540のフォトン数算出部541および光学特性算出部542は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等により実現される。 The photon number calculation unit 541 and the optical property calculation unit 542 of the data analysis unit 540 are realized by, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like.

次に、本発明の図5を参照して説明した本発明の発光測定装置を用いた被験試料の発光測定方法について説明する。 Next, a method for measuring luminescence of a test sample using the luminescence measuring apparatus of the present invention described with reference to FIG. 5 of the present invention will be described.

本発明の光学測定方法は、本発明の発光測定装置500を用い、励起光を被験試料Sに照射し、被験試料Sからの発光を計測することによって測定される。本発明の発光測定装置を用いるため、とりわけ微小な粒子である蛍光体の発光を精度よく計測することができ、励起発光スペクトルを取得できる。 The optical measurement method of the present invention uses the luminescence measuring apparatus 500 of the present invention, irradiates the test sample S with excitation light, and measures the luminescence from the test sample S. Since the luminescence measuring apparatus of the present invention is used, the luminescence of phosphors, which are particularly fine particles, can be measured with high accuracy, and an excitation luminescence spectrum can be obtained.

以降では、図6を参照して説明した被験試料保持部600を用いた光学測定方法を説明する。本発明で励起光の面積あたりの強度(フォトン数)を測定する場合は、図6に示すように被験試料保持部が試料を設置するための凹部610を有し、凹部610以外の被験試料保持部600は励起光を吸収する黒色とし、凹部610に設置した白色参照試料620の外側の範囲まで励起光を照射することにより、白色参照試料620からの反射光を測定するとよい。凹部610を超えて広く照射されるので、励起光のうち比較的均一な光が被験試料に照射され、ずれも小さいといえる。 Hereinafter, an optical measurement method using the test sample holder 600 described with reference to FIG. 6 will be described. When measuring the intensity (number of photons) per area of excitation light in the present invention, as shown in FIG. The part 600 is made black to absorb the excitation light, and by irradiating the excitation light to the range outside the white reference sample 620 placed in the recess 610, the reflected light from the white reference sample 620 may be measured. Since the excitation light is irradiated widely beyond the concave portion 610, the test sample is irradiated with relatively uniform light among the excitation light, and it can be said that the deviation is small.

少量の試料の測定を行う場合は、凹部610の大きさは1平方mm以下がよく、より好ましくは0.01平方mm以下がよい。凹部610の外側まで光を当てることにより試料面全体に励起光をあてることができ、試料面全体からの反射光を計測することができる。このとき試料面の外側では黒色により励起光の反射は抑えられる。白色参照試料620は反射率が高いほど好ましく、硫酸バリウム粉末やテフロン(登録商標)成形体などを用いることができる。これらの材料は拡散反射率が96~99%程度である。このような白色参照試料620の反射光の測定は、被験試料Sの発光の測定に先立って行われてよい。 When measuring a small amount of sample, the size of the recess 610 is preferably 1 square mm or less, more preferably 0.01 square mm or less. By applying light to the outside of the concave portion 610, the excitation light can be applied to the entire surface of the sample, and reflected light from the entire surface of the sample can be measured. At this time, the reflection of the excitation light is suppressed by the black color outside the sample surface. The white reference sample 620 preferably has a higher reflectance, and barium sulfate powder, a Teflon (registered trademark) compact, or the like can be used. These materials have a diffuse reflectance of about 96-99%. Such a measurement of the reflected light of the white reference sample 620 may be performed prior to the measurement of the luminescence of the test sample S.

これまでの粉末試料に対する光学測定の常識に基づけば、単粒子一粒といった微小な被験試料に対しても励起光をそれよりも小さくなるよう絞り、照射するという発想になるところ、本願発明者らは、微小な被験試料よりも広く照射するという逆の発想にいたった。さらに、本願発明者らは、凹部を備えた黒色の被験試料保持部を採用し、凹部を超えて外側まで広く励起光を照射することにより、測定領域を凹部の面積に常に限定できるため、励起光を小さく絞った場合よりも、より確からしい高精度な測定が可能となることを見出した。 Based on the common sense of optical measurement for powder samples so far, the idea is to narrow down the excitation light to a small test sample such as a single particle and irradiate it. led to the opposite idea of irradiating a wider area than the tiny test sample. Furthermore, the inventors of the present application adopt a black test sample holding part having a recess and irradiate the excitation light widely to the outside beyond the recess, so that the measurement area can always be limited to the area of the recess. It was found that more reliable and highly accurate measurement is possible than when the light is narrowed down.

(1)白色参照試料620の反射光を計測する(フォトン数を算出する)ことに続いて、(2)白色参照試料620上に被験試料Sを保持し、白色参照試料620および被験試料Sを完全に含む範囲に励起光を照射し、白色参照試料620および被験試料Sからの反射光および被験試料からの発光を同時計測する。 Following (1) measuring the reflected light of the white reference sample 620 (calculating the number of photons), (2) holding the test sample S on the white reference sample 620, Excitation light is applied to a completely enclosing range, and the reflected light from the white reference sample 620 and the test sample S and the emission from the test sample are simultaneously measured.

ここで、凹部610の外側を黒色とすることにより、励起に有効な光は凹部610の内側だけに照射できるので、(1)の工程で、白色参照試料620からの反射光を計測することにより、白色参照試料620に照射された励起光のフォトン数を計測することができる。次に、(2)の工程で、白色参照試料620の上に微小な被験試料Sを設置した状態で励起光を照射することにより、励起光の一部は被験試料Sに吸収され、残りは白色参照試料620で拡散反射される。被験試料Sに吸収された励起光は、被験試料Sの蛍光体の働きにより励起光とは異なる波長の光(発光)に変換され、試料の外に放出される。 Here, by making the outside of the concave portion 610 black, the light effective for excitation can be irradiated only to the inside of the concave portion 610. Therefore, by measuring the reflected light from the white reference sample 620 in step (1), , the number of photons of the excitation light irradiated to the white reference sample 620 can be measured. Next, in the step (2), by irradiating the excitation light with the minute test sample S placed on the white reference sample 620, part of the excitation light is absorbed by the test sample S, and the rest is It is diffusely reflected by the white reference sample 620 . The excitation light absorbed by the test sample S is converted into light (light emission) having a wavelength different from that of the excitation light by the action of the fluorescent substance of the test sample S, and is emitted outside the sample.

さらに詳細には、(1)の工程において、白色参照試料620の反射光から励起光のフォトン数W1を算出する。(2)の工程において、白色参照試料620および被験試料Sからの反射光から励起光のフォトン数W2を算出し、被験試料Sからの発光のフォトン数Lを算出する。 More specifically, in step (1), the photon number W1 of the excitation light is calculated from the reflected light of the white reference sample 620 . In step (2), the number of photons W2 of the excitation light is calculated from the reflected light from the white reference sample 620 and the test sample S, and the number of photons L of the emission from the test sample S is calculated.

次いで、励起光のフォトン数W1、W2ならびに発光のフォトン数Lから内部量子効率Eを、次式を用いて算出してもよい。
A=W1-W2
E=L/A
ここで、Aは、被験試料Sが吸収した励起光のフォトン数である。このように、被験試料Sが吸収した励起光のフォトン数を正確に求めることができるため、精度よく光学測定できる。
Next, the internal quantum efficiency E may be calculated from the photon numbers W1 and W2 of the excitation light and the photon number L of the light emission using the following equation.
A = W1 - W2
E = L/A
Here, A is the number of photons of the excitation light absorbed by the test sample S. In this manner, since the number of photons of the excitation light absorbed by the test sample S can be accurately obtained, accurate optical measurement can be performed.

当然ながら、W1、W2、Lを用いて、次式より吸収率および外部量子効率を算出してもよい。
吸収率=(W1-W2)/W1
外部量子効率=L/W1=吸収率×内部量子効率
Of course, W1, W2, and L may be used to calculate the absorptance and the external quantum efficiency from the following equations.
Absorption rate = (W1-W2)/W1
External quantum efficiency = L/W1 = absorption rate x internal quantum efficiency

上記の量子効率の測定では、試料の形態や結晶型によっては方位により反射されやすい方位や発光しやすい方位がある虞があるため、全空間に渡る積分値を求めることが望ましい。 In the measurement of the quantum efficiency described above, depending on the form and crystal type of the sample, there is a possibility that there are directions in which light is easily reflected and directions in which light is easily emitted, so it is desirable to obtain an integrated value over the entire space.

発光測定に際し、発光測定装置の励起光照射部の被験試料側の先端の中心と被験試料保持部に保持される被験試料の中心とを結ぶ直線(励起光軸)と、発光測定装置の受光部の被験試料側の先端の中心と被験試料保持部に保持される被験試料の中心とを結ぶ直線(受光軸)とのなす角度を変えながら計測してもよい。これにより、球面の経度方向の強度を積分することにより、経度方向の分布を平均化できる。この方法を上述の(1)および(2)の2つの工程で量子効率を測定する方法に適用することにより、配光分光測定法を用いた量子効率を精度良く計測することができる。 When measuring luminescence, a straight line (excitation optical axis) connecting the center of the tip of the test sample side of the excitation light irradiation unit of the luminescence measurement device and the center of the test sample held in the test sample holding unit, and the light receiving unit of the luminescence measurement device. Measurement may be performed while changing the angle between the straight line (light receiving axis) connecting the center of the tip of the test sample side and the center of the test sample held by the test sample holding part. Thus, the distribution in the longitudinal direction can be averaged by integrating the intensity in the longitudinal direction of the spherical surface. By applying this method to the method of measuring the quantum efficiency in the two steps (1) and (2) described above, the quantum efficiency using the light distribution spectrometry method can be measured with high accuracy.

発光測定に際し、発光測定装置の励起光照射部の被験試料側の先端の中心と被験試料保持部に保持される被験試料の中心とを結ぶ直線(励起光軸)を中心に受光部を回転させながら計測してもよい。これにより、緯度方向の強度を積分することにより、緯度方向の分布を平均化できる。この方法を上述の(1)および(2)の2つの工程で量子効率を測定する方法に適用することにより、配光分光測定法を用いた量子効率を精度良く計測することができる。 When measuring luminescence, the light receiving unit is rotated around a straight line (excitation optical axis) that connects the center of the tip of the excitation light irradiation unit of the luminescence measurement device on the side of the test sample and the center of the test sample held in the test sample holding unit. You can measure while As a result, the distribution in the latitudinal direction can be averaged by integrating the intensity in the latitudinal direction. By applying this method to the method of measuring the quantum efficiency in the two steps (1) and (2) described above, the quantum efficiency using the light distribution spectrometry method can be measured with high accuracy.

発光を測定するに際し、発光測定装置の励起光照射部の被験試料側の先端の中心と被験試料保持部に保持される被験試料の中心とを結ぶ直線(励起光軸)を中心に被験試料保持部を回転させながら計測してもよい。これにより、緯度方向の分布を平均化できる。この方法を上述の(1)および(2)の2つの工程で量子効率を測定する方法に適用することにより、配光分光測定法を用いた量子効率を精度良く計測することができる。 When measuring luminescence, the test sample is held around a straight line (excitation optical axis) that connects the center of the tip of the excitation light irradiation unit of the luminescence measuring device on the test sample side and the center of the test sample held in the test sample holding unit. You may measure while rotating a part. Thereby, the distribution in the latitudinal direction can be averaged. By applying this method to the method of measuring the quantum efficiency in the two steps (1) and (2) described above, the quantum efficiency using the light distribution spectrometry method can be measured with high accuracy.

なお、上記(1)の工程に対する配向分光測定は、白色参照試料620の配向分光が中心軸対象である場合、省略してもよい。 Note that the orientation spectroscopy measurement for the step (1) above may be omitted when the orientation spectroscopy of the white reference sample 620 is central axis symmetrical.

[例1]
例1では、図9に示す発光測定装置を用いて、微小な被験試料の発光スペクトルを測定した。
図9は、例1で用いた発光測定装置を示す模式図である。
[Example 1]
In Example 1, the luminescence spectrum of a minute test sample was measured using the luminescence measuring apparatus shown in FIG.
9 is a schematic diagram showing a luminescence measuring device used in Example 1. FIG.

図9に示す発光測定装置は、光ファイバ26およびキセノンランプ(出力150W、図示せず)を備えた励起光照射部と、ガラス棒からなる被験試料保持部と、光ファイバ25および分光器(大塚電子製、マルチチャンネル型分光器(MCPD2480型)、図示せず)を備えた受光部とを備える。光ファイバには、石英製バンドル光ファイバを用いた。被験試料として最大径が15μmである蛍光体(WO2010/110457に記載の実施例2と同様の手順で製造した蛍光体)微小粒子をガラス棒の先端に樹脂で接着した。光ファイバ25と試料との受光距離(図5の距離D2)、ならびに、光ファイバ26と試料との励起距離(図5の距離D1)を変化させ、蛍光測定を行った。結果を図10および図11に示す。 The luminescence measurement apparatus shown in FIG. 9 includes an excitation light irradiation unit equipped with an optical fiber 26 and a xenon lamp (output 150 W, not shown), a test sample holding unit consisting of a glass rod, an optical fiber 25 and a spectroscope (Otsuka an electronic, multi-channel spectrometer (MCPD2480 type), not shown). A quartz bundle optical fiber was used as the optical fiber. As a test sample, fine particles of a phosphor having a maximum diameter of 15 μm (a phosphor produced by the same procedure as in Example 2 described in WO2010/110457) were adhered to the tip of a glass rod with a resin. Fluorescence measurement was performed by changing the light receiving distance (distance D2 in FIG. 5) between the optical fiber 25 and the sample and the excitation distance (distance D1 in FIG. 5) between the optical fiber 26 and the sample. The results are shown in FIGS. 10 and 11. FIG.

図10は、例1の微小粒子の励起・発光スペクトルを示す図である。 10 is a diagram showing excitation and emission spectra of microparticles of Example 1. FIG.

図10には、励起距離3mm、受光距離1mmとした場合の微小粒子の励起・発光スペクトルが示される。従来の測定法では多数の粒子の集まりである粉末からの蛍光を測定するため1~数cm離れた距離で観測しても十分な信号強度が得られていたのに対し、単粒子の測定では不可能であったが、図10に示すように、1cm以下の距離で観測することにより良好な励起・発光スペクトルがえられた。 FIG. 10 shows the excitation/emission spectra of microparticles when the excitation distance is 3 mm and the light reception distance is 1 mm. Conventional measurement methods measure the fluorescence from powder, which is a collection of many particles, so sufficient signal intensity can be obtained even when observed from a distance of 1 to several cm. Although it was impossible, good excitation and emission spectra were obtained by observation at a distance of 1 cm or less, as shown in FIG.

励起距離1mm、受光距離5mmとした場合、各励起波長ごと露光時間10秒、露光回数4回積算することにより十分なS/N比の励起発光スペクトルが得られた。励起波長間隔を10nmとした場合の測定所要時間は暗電流測定などを含めても約60分であった。 When the excitation distance was 1 mm and the light reception distance was 5 mm, an excitation emission spectrum with a sufficient S/N ratio was obtained by integrating the exposure time of 10 seconds for each excitation wavelength and the number of exposure times of 4 times. When the excitation wavelength interval was 10 nm, the time required for measurement was about 60 minutes including dark current measurement.

図11は、微小粒子からの発光強度の受光距離依存性(A)および励起距離依存性(B)を示す図である。 FIG. 11 is a diagram showing the light-receiving distance dependence (A) and the excitation distance dependence (B) of the luminescence intensity from microparticles.

図11に示すように、光強度の観測距離(受光距離)および励起距離依存性を露光時間1秒、露光回数4回積算することにより励起波長間隔2nmとしても約30分で良好な励起・発光スペクトルがえられた。このことから、効率よく高精度なスペクトルを測定するには観測距離および/または励起距離を短くすることが有効であることが示された。図10によれば、被験試料(微小粒子)から発された蛍光は、ほぼ均一に発散されるため、受光用光ファイバ25との距離の概2乗に反比例して強くなったと考えられる。このような傾向は励起用光ファイバと被験試料に関しても同様であり、距離の概2乗に反比例するといえる。 As shown in FIG. 11, by integrating the observation distance (light receiving distance) and excitation distance dependence of light intensity with an exposure time of 1 second and exposure times of 4 times, good excitation and emission can be obtained in about 30 minutes even with an excitation wavelength interval of 2 nm. A spectrum was obtained. From this, it was shown that shortening the observation distance and/or the excitation distance is effective for efficient and highly accurate spectrum measurement. According to FIG. 10, since the fluorescence emitted from the test sample (microparticle) is almost uniformly dispersed, it is considered that the intensity increased in inverse proportion to the square of the distance from the light-receiving optical fiber 25 . Such tendency is the same for the excitation optical fiber and the test sample, and can be said to be inversely proportional to the square of the distance.

このような測定では通常100Wから450Wの出力のキセノンランプが用いられる。ランプの出力が3倍になったとしても受光用光ファイバとの距離が3倍になると信号が1/3以下になるので感度が低下して好ましくない。このことから受光用ファイバと被験試料の距離(図5の距離D2に相当)は10mm以下が望ましい。このような傾向は励起用光ファイバと被験試料との距離(図5の距離D1)に関しても同様である。このことから励起用光ファイバと被験試料の距離は10mm以下が望ましい。下限は特にないが、0mm以上であればよい。 Xenon lamps with powers of 100 W to 450 W are commonly used in such measurements. Even if the output of the lamp is tripled, if the distance from the light-receiving optical fiber is tripled, the signal becomes less than 1/3, which is undesirable because the sensitivity is lowered. For this reason, the distance between the light receiving fiber and the test sample (corresponding to the distance D2 in FIG. 5) is desirably 10 mm or less. Such tendency is the same for the distance between the excitation optical fiber and the test sample (distance D1 in FIG. 5). For this reason, it is desirable that the distance between the optical fiber for excitation and the test sample is 10 mm or less. Although there is no particular lower limit, it may be 0 mm or more.

[例2]
例2では、図12に示す被験試料保持部を用い、図13に示す発光測定装置を用いて、微小な被験試料の発光スペクトルを測定した。
[Example 2]
In Example 2, the test sample holder shown in FIG. 12 was used, and the luminescence measurement apparatus shown in FIG. 13 was used to measure the emission spectrum of a minute test sample.

図12は、例2の被験試料保持部を示す模式図である。 FIG. 12 is a schematic diagram showing a test sample holder of Example 2. FIG.

例2の被験試料保持部は、表面にアルマイト黒化処理が施されており、直径概3mm長さ概20mmの円筒状の構造を有し、先端部(本図では左部の直径0.5mm以下の細い円筒状をなしている)には直径0.1mm以下の円形孔の凹部が設けられた。凹部の面積は、0.0079平方mmであった。 The test sample holding part of Example 2 has a surface alumite blackened, has a cylindrical structure with a diameter of about 3 mm and a length of about 20 mm, and the tip part (the left part in this figure has a diameter of 0.5 mm A thin cylindrical shape (described below) was provided with a recess of a circular hole with a diameter of 0.1 mm or less. The area of the recess was 0.0079 square mm.

このような被験試料保持部の凹部に、白色参照試料29(図13)として硫酸バリウム粉末を充填し、その上に被験試料30(図13)として例1と同じ蛍光体微小粒子を適宜設置し、測定用の試料とした。 Barium sulfate powder as a white reference sample 29 (FIG. 13) was filled into the concave portion of the test sample holding part, and the same phosphor microparticles as in Example 1 as the test sample 30 (FIG. 13) were appropriately placed thereon. , was used as a sample for measurement.

図12では、直径0.1mm(100μm)の円形孔の凹部を有する被験試料保持部を示すが、直径20μmの円形孔の凹部、直径15μmの円形孔の凹部をそれぞれ有する被験試料保持部も用意した。 FIG. 12 shows a test sample holding part having a circular recess with a diameter of 0.1 mm (100 μm). bottom.

図13は、例2で用いた発光測定装置の一部を示す模式図である。 FIG. 13 is a schematic diagram showing part of the luminescence measuring apparatus used in Example 2. FIG.

図13の発光測定装置は、図7を参照して説明した配光分光装置と同様であり、励起用光ファイバ31と受光用光ファイバ32とが被験試料30を保持した被験試料保持部28(図12)に対向して配置されている。光ファイバ31と被験試料30との距離(距離D1に相当)は、1mmであり、光ファイバ32と被験試料30との距離(距離D2に相当)は、1mmであった。励起用光ファイバ31の直径は、150μm(コア径:120μm)であり、受光用光ファイバ32の直径は、370μm(コア径:230μm)であった。例1と同様に、キセノンランプ(出力150W)、マルチチャンネル型分光器を用いた。 The luminescence measuring apparatus of FIG. 13 is the same as the light distribution spectrometer described with reference to FIG. 12). The distance between the optical fiber 31 and the test sample 30 (corresponding to the distance D1) was 1 mm, and the distance between the optical fiber 32 and the test sample 30 (corresponding to the distance D2) was 1 mm. The diameter of the excitation optical fiber 31 was 150 μm (core diameter: 120 μm), and the diameter of the light receiving optical fiber 32 was 370 μm (core diameter: 230 μm). As in Example 1, a xenon lamp (output 150 W) and a multichannel spectrometer were used.

励起用光ファイバ31は、被験試料30の上方に配置され、受光用光ファイバ32は、光ファイバ31と被験試料30とを結ぶ直線(励起光軸)を中心に回転する受光部回転機構(図示せず)に取り付けられており、円周33上を移動しながら測定した。被験試料保持部28は、励起光軸を中心に回転する保持部回転機構(図示せず)に取り付けられており、円周34上を移動可能であった。 The excitation optical fiber 31 is arranged above the test sample 30, and the light receiving optical fiber 32 rotates around a straight line (excitation optical axis) connecting the optical fiber 31 and the test sample 30. (not shown) and was measured while moving on the circumference 33 . The test sample holder 28 was attached to a holder rotation mechanism (not shown) that rotates about the excitation optical axis, and was movable on the circumference 34 .

被験試料30の量子効率を次のようにして測定した。
(1)白色参照試料29からの反射光を計測した。
詳細には、励起用光ファイバ31から発射した励起光は、広がりながら、白色参照試料29を完全に含む範囲で照射され、白色参照試料29からの反射光を受光用光ファイバ32によって計測した。このとき、受光用光ファイバ32は、円周33上を移動しながら測定した。続いて、円周34に沿って被験試料保持部28を移動させながら、白色参照試料29の反射光を測定した。このようにして、白色参照試料29について被験試料保持部28上の半球をカバーする範囲の励起光の配光分光測定を行った。
The quantum efficiency of test sample 30 was measured as follows.
(1) Reflected light from the white reference sample 29 was measured.
Specifically, the excitation light emitted from the excitation optical fiber 31 spreads and irradiates a range that completely includes the white reference sample 29 , and the reflected light from the white reference sample 29 is measured by the light receiving optical fiber 32 . At this time, the light-receiving optical fiber 32 was measured while moving on the circumference 33 . Subsequently, the reflected light of the white reference sample 29 was measured while moving the test sample holder 28 along the circumference 34 . In this way, the light distribution spectrometry of the excitation light in the range covering the hemisphere on the test sample holder 28 was performed for the white reference sample 29 .

(2)白色参照試料29上に被験試料30を保持し、白色参照試料29および被験試料30を完全に含む範囲に励起光を照射し、白色参照試料29および被験試料30からの反射光(散乱光)および被験試料からの発光を同時計測した。ここでも、受光用光ファイバ32は、円周33上を移動しながら測定した。続いて、円周34に沿って被験試料保持部28を移動させながら測定した。このようにして、白色参照試料29および被験試料30について被験試料保持部28上の半球をカバーする範囲の散乱光と蛍光との配光分光測定を行った。 (2) Hold the test sample 30 on the white reference sample 29, irradiate the excitation light to the range completely including the white reference sample 29 and the test sample 30, and reflect the reflected light (scattered light) from the white reference sample 29 and the test sample 30 light) and luminescence from the test sample were measured simultaneously. Here too, the light receiving optical fiber 32 was measured while moving on the circumference 33 . Subsequently, measurement was performed while moving the test sample holder 28 along the circumference 34 . In this manner, light distribution spectrometry of scattered light and fluorescence in a range covering the hemisphere on the test sample holding portion 28 was performed for the white reference sample 29 and the test sample 30 .

次に、このようにして得られた配向分布を球体積分(ISO23946に規定された方法に同じ)し、散乱発光スペクトル、および、内部量子効率を算出した。 Next, the orientation distribution thus obtained was subjected to spherical volume fraction (same as the method specified in ISO23946), and the scattered emission spectrum and internal quantum efficiency were calculated.

図14は、例2の微小粒子の散乱・発光スペクトルを示す図である。 14 is a diagram showing the scattering/luminescence spectrum of the microparticles of Example 2. FIG.

図14には、図12に示す直径100μmの円形孔の被験試料保持部を用い、励起距離および受光距離を1mmとし、励起光軸と受光軸とのなす角度が45度の場合の散乱・発光スペクトルが示される。図10に示すように、最大径が15μmである微小粒子であっても、量子効率が得られる十分な信号強度が得られ、本発明の装置および方法が有効であることが示された。 FIG. 14 shows scattering and light emission when the test sample holder having a circular hole with a diameter of 100 μm shown in FIG. 12 is used, the excitation distance and the light receiving distance are 1 mm, and the angle formed by the excitation optical axis and the light receiving axis is 45 degrees. Spectra are shown. As shown in FIG. 10, even with fine particles having a maximum diameter of 15 μm, sufficient signal intensity for achieving quantum efficiency was obtained, demonstrating the effectiveness of the device and method of the present invention.

図15は、例2の微小粒子の発光強度の配向分布を示す図である。 15 is a diagram showing the orientation distribution of emission intensity of the fine particles of Example 2. FIG.

図15には、図12に示す直径100μmの円形孔の被験試料保持部を用い、励起距離および受光距離を1mmとし、受光用光ファイバ32を、円周33上を移動させた場合の配向分布が示される。図15によれば、粉末試料の測定時と同様に均一配光に近い分布が得られているが、滑らかな曲線からずれる点も観測された。これは微小粒子が球形ではない結晶形状によるものと考えられるが、全半球を球体積分することにより正確な測定が可能である。 FIG. 15 shows the orientation distribution when the test sample holder having a circular hole with a diameter of 100 μm shown in FIG. is shown. According to FIG. 15, similar to the measurement of the powder sample, a distribution close to uniform light distribution was obtained, but some points deviating from the smooth curve were also observed. This is thought to be due to the non-spherical crystal shape of the microparticles, but accurate measurement is possible by dividing the entire hemisphere into spherical volumes.

次に、種々の大きさの凹部の被験試料保持部を用いて得られた光学測定の結果を表1に示す。 Next, Table 1 shows the results of optical measurements obtained using test sample holders having recesses of various sizes.

Figure 2023007710000003
Figure 2023007710000003

表1によれば、凹部の直径を小さくする、すなわち面積を小さくすることにより、散乱と蛍光との強度比を近づけることが可能であることが分かった。直径100μmの場合の励起光フォトン数:散乱フォトン数:蛍光フォトン数の比率は、3945:3893:49であった。これから計算した吸収フォトン数の比率は52と算出された。この場合の内部量子効率は約94%と導出された。 According to Table 1, it was found that it is possible to bring the intensity ratio between the scattering and fluorescence closer by reducing the diameter of the concave portion, that is, by reducing the area. The ratio of the number of excitation light photons to the number of scattered photons to the number of fluorescence photons for a diameter of 100 μm was 3945:3893:49. The ratio of the number of absorbed photons calculated from this was calculated to be 52. The internal quantum efficiency in this case was derived to be about 94%.

これに対し円形孔の直径を20μmとした場合、励起光フォトン数:散乱フォトン数:蛍光フォトン数は、158:97:49であった。この場合の吸収フォトン数は61となり内部量子効率約80%が導出された。 On the other hand, when the diameter of the circular hole was 20 μm, the number of excitation light photons: the number of scattered photons: the number of fluorescence photons was 158:97:49. In this case, the number of absorbed photons was 61, and an internal quantum efficiency of about 80% was derived.

さらに円形孔の直径を試料の粒径にほぼ等しい15μmとした場合、励起光フォトン数:散乱フォトン数:蛍光フォトン数は、82:22:49であった。この場合の吸収フォトン数は60となり内部量子効率約82%が導出された。このときの、吸収率および外部量子効率は、それぞれ、73%および60%と導出された。 Furthermore, when the diameter of the circular hole is 15 μm, which is approximately equal to the particle size of the sample, the number of excitation light photons: number of scattered photons: number of fluorescence photons was 82:22:49. In this case, the number of absorbed photons was 60, and an internal quantum efficiency of about 82% was derived. The absorptance and external quantum efficiency at this time were derived to be 73% and 60%, respectively.

一方、同じ試料の量子効率を粉末測定したときの吸収率、内部量子効率および外部量子効率は、それぞれ、80%、65%および81%であった。粉末測定と、微小粒子(単一粒子)との測定結果が必ずしも一致するとは限らないが、一粒の粒子からも光学測定が可能であることが分かった。吸収フォトン数に着目すれば、凹部の面積を小さくするにしたがって、励起光の多くが微小粒子に吸収されることから、とりわけ、凹部の面積を小さくした場合に良好に一致し、確からしい結果が得られたと判断できる。 On the other hand, the absorptance, internal quantum efficiency and external quantum efficiency of the same sample measured by powder measurement were 80%, 65% and 81%, respectively. Although the results of powder measurement and microparticle (single particle) measurement do not necessarily match, it was found that optical measurement is possible even from a single particle. Focusing on the number of absorbed photons, as the area of the recess is reduced, more of the excitation light is absorbed by the microparticles. can be determined to have been obtained.

前述のように本装置では励起光用光ファイバ31から発射した光は僅かに広がりながらその一部が白色参照試料29に照射される。このため円形孔部分(凹部)の位置誤差に対する不確かさが小さい。また、被験試料30である蛍光体を回転した場合の照射光量の不確かさも無視できる。一般的な方法としてレーザ光などをレンズ等で集光して被験試料を励起する場合に比べ優位性が高いといえる。特に球形でない試料を計測する場合著しい効果がみられる。被験試料を固定して受光用光ファイバ32を回転して計測する場合に比べても、測定位置精度の確からしさは大きい。また、キセノン光を分光して用いるため、励起波長を任意に設定できること、偏光の影響を考慮する必要がない等多くの利点がある。 As described above, in this apparatus, the light emitted from the optical fiber 31 for excitation light spreads slightly and a part of the light is irradiated onto the white reference sample 29 . Therefore, the uncertainty with respect to the positional error of the circular hole portion (recess) is small. In addition, the uncertainty of the amount of irradiation light when the phosphor, which is the test sample 30, is rotated can also be ignored. As a general method, it can be said that this method is superior to the case where a test sample is excited by condensing a laser beam or the like with a lens or the like. A remarkable effect is seen especially when measuring a non-spherical sample. The certainty of the measurement position accuracy is high even compared to the case where the test sample is fixed and the light receiving optical fiber 32 is rotated for measurement. In addition, since the xenon light is dispersed and used, there are many advantages such as the ability to arbitrarily set the excitation wavelength and the need to consider the influence of polarized light.

本発明は、蛍光体等の発光材料の評価に好適に用いられることが可能な発光測定装置および光学測定方法に利用可能であり、とりわけ微小な粒子に対して測定を可能とする。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a luminescence measuring device and an optical measuring method that can be suitably used for evaluating luminescent materials such as phosphors, and in particular enables measurement of minute particles.

500 発光測定装置
510 励起光照射部
511 光源
512、531 光ファイバ
520 被験試料保持部
530 受光部
532 光検出器
540 データ解析部
541 フォトン数算出部
542 光学特性算出部
543 データ入力部
544 データ出力部
600 被験試料保持部
610 凹部
620 白色参照試料
710 角度可変機構
720 受光部回転機構
730 保持部回転機構
810 表示部
S 被験試料
500 luminescence measuring device 510 excitation light irradiation section 511 light source 512, 531 optical fiber 520 test sample holding section 530 light receiving section 532 photodetector 540 data analysis section 541 photon number calculation section 542 optical characteristic calculation section 543 data input section 544 data output section 600 test sample holder 610 recess 620 white reference sample 710 variable angle mechanism 720 light receiving unit rotation mechanism 730 holder rotation mechanism 810 display unit S test sample

Claims (22)

励起光を照射する励起光照射部と、
前記励起光が照射される被験試料を保持するための被験試料保持部と、
前記被験試料からの発光を受光する受光部と
を備え、
前記励起光照射部の前記被験試料側の端部と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の表面との距離は、0mm以上10mm以下であり、
前記受光部の前記被験試料側の端部と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の表面との距離は、0mm以上10mm以下である、発光測定装置。
an excitation light irradiation unit that irradiates excitation light;
a test sample holder for holding a test sample irradiated with the excitation light;
a light receiving unit that receives light emitted from the test sample,
The distance between the end of the excitation light irradiation unit on the test sample side and the surface of the test sample held by the test sample holding unit is 0 mm or more and 10 mm or less,
The luminescence measurement apparatus according to claim 1, wherein a distance between an end portion of the light-receiving section on the test sample side and a surface of the test sample held by the test sample holding section is 0 mm or more and 10 mm or less.
前記励起光照射部の前記被験試料側の端部と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の表面との距離は、0mm以上5mm以下である、請求項1に記載の発光測定装置。 2. The luminescence measuring apparatus according to claim 1, wherein a distance between an end portion of said excitation light irradiating section on the side of said test sample and a surface of said test sample held by said test sample holding section is 0 mm or more and 5 mm or less. 前記受光部の前記被験試料側の端部と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の表面との距離は、0mm以上5mm以下である、請求項1または2に記載の発光測定装置。 3. The luminescence measuring apparatus according to claim 1, wherein a distance between an end portion of said light receiving portion on the side of said test sample and a surface of said test sample held by said test sample holding portion is 0 mm or more and 5 mm or less. 前記被験試料は、0.1μm以上100μm以下の範囲の最大径を有する粒子である、請求項1~3のいずれか記載の発光測定装置。 The luminescence measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein said test sample is particles having a maximum diameter in the range of 0.1 µm to 100 µm. 前記励起光照射部の前記被験試料側の端部と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の表面との距離は、前記被験試料の最大径の0.1倍以上200倍以下であり、
前記受光部の前記被験試料側の端部と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の表面との距離は、前記被験試料の最大径の0.1倍以上200倍以下である、請求項1~4のいずれかに記載の発光測定装置。
The distance between the end of the excitation light irradiation unit on the test sample side and the surface of the test sample held by the test sample holding unit is 0.1 to 200 times the maximum diameter of the test sample. ,
The distance between the end of the light receiving unit on the test sample side and the surface of the test sample held by the test sample holding unit is 0.1 times or more and 200 times or less of the maximum diameter of the test sample. Item 5. The luminescence measuring device according to any one of Items 1 to 4.
前記被験試料保持部は、前記被験試料を保持するための凹部を有する、
請求項1~5のいずれかに記載の発光測定装置。
The test sample holding part has a recess for holding the test sample,
The luminescence measuring device according to any one of claims 1 to 5.
前記凹部以外の前記被験試料保持部は、前記励起光を吸収する黒色であり、
前記励起光照射部は、前記凹部を完全に含み、前記凹部の外側まで前記励起光を照射する、請求項6に記載の発光測定装置。
The test sample holding portion other than the recess is black to absorb the excitation light,
7. The luminescence measurement apparatus according to claim 6, wherein said excitation light irradiation unit completely includes said recess and irradiates said excitation light to the outside of said recess.
前記励起光照射部は、光源と光ファイバとを備え、
前記受光部は、分光検出器と光ファイバとを備える、請求項1~7のいずれかに記載の発光測定装置。
The excitation light irradiation unit includes a light source and an optical fiber,
The luminescence measurement device according to any one of claims 1 to 7, wherein said light receiving unit comprises a spectroscopic detector and an optical fiber.
前記光ファイバのそれぞれの前記被験試料側の直径は、前記被験試料の最大径の1倍以上200倍以下である、請求項8に記載の発光測定装置。 9. The luminescence measurement apparatus according to claim 8, wherein the diameter of each of said optical fibers on the side of said test sample is 1 to 200 times the maximum diameter of said test sample. 前記光ファイバのそれぞれの前記被験試料側の先端の直径は、50μm以上5mm以下である、請求項8または9に記載の発光測定装置。 10. The luminescence measuring apparatus according to claim 8, wherein the tip of each of said optical fibers on the side of said test sample has a diameter of 50 [mu]m or more and 5 mm or less. 前記光ファイバは、ぞれぞれ、単線式のシングルファイバである、請求項8~10のいずれか記載の発光測定装置。 The luminescence measuring device according to any one of claims 8 to 10, wherein each of said optical fibers is a single-wire type single fiber. 前記光ファイバのそれぞれの前記被験試料側の先端は、束ねられている、請求項8~10のいずれか記載の発光測定装置。 The luminescence measuring apparatus according to any one of claims 8 to 10, wherein the tip of each of said optical fibers on the side of said test sample is bundled. 前記励起光照射部の前記被験試料側の先端の中心と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の中心とを結ぶ直線(励起光軸)と、前記受光部の前記被験試料側の先端の中心と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の中心とを結ぶ直線(受光軸)とのなす角度を変化させる角度可変機構をさらに備える、請求項1~12のいずれか記載の発光測定装置。 A straight line (excitation optical axis) connecting the center of the tip of the excitation light irradiation unit on the test sample side and the center of the test sample held by the test sample holding unit, and the tip of the light receiving unit on the test sample side The light emission according to any one of claims 1 to 12, further comprising an angle variable mechanism that changes an angle formed by a straight line (light receiving axis) connecting the center of the test sample held by the test sample holding unit and the center of the test sample. measuring device. 前記励起光照射部の前記被験試料側の先端の中心と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の中心とを結ぶ直線(励起光軸)を中心に前記受光部を回転する受光部回転機構をさらに備える、請求項1~13のいずれかに記載の発光測定装置。 Light-receiving unit rotation for rotating the light-receiving unit around a straight line (excitation optical axis) connecting the center of the tip of the excitation light irradiation unit on the test sample side and the center of the test sample held by the test sample holding unit The luminescence measuring device according to any one of claims 1 to 13, further comprising a mechanism. 前記励起光照射部の前記被験試料側の先端の中心と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の中心とを結ぶ直線(励起光軸)を中心に前記被験試料保持部を回転する保持部回転機構をさらに備える、請求項1~14のいずれかに記載の発光測定装置。 Holding by rotating the test sample holding unit about a straight line (excitation optical axis) connecting the center of the tip of the excitation light irradiation unit on the test sample side and the center of the test sample held by the test sample holding unit The luminescence measurement device according to any one of claims 1 to 14, further comprising a part rotation mechanism. 請求項1~15のいずれかに記載の発光測定装置を用い、励起光を被験試料に照射し、前記被験試料からの発光を計測することを包含する、発光測定方法。 A luminescence measuring method comprising irradiating a test sample with excitation light using the luminescence measuring device according to any one of claims 1 to 15 and measuring luminescence from the test sample. 前記発光測定装置の被験試料保持部は、前記被験試料を保持する凹部を備え、
前記凹部には白色参照試料が充填され、
前記凹部以外の前記被験試料保持部は、前記励起光を吸収する黒色であり、
前記被験試料からの発光の計測に先立って、
前記白色参照試料を完全に含む範囲に前記励起光を照射し、前記白色参照試料からの反射光を計測することをさらに包含する、請求項16に記載の方法。
The test sample holding unit of the luminescence measuring device includes a recess for holding the test sample,
The recess is filled with a white reference sample,
The test sample holding portion other than the recess is black to absorb the excitation light,
Prior to measuring luminescence from the test sample,
17. The method of claim 16, further comprising illuminating the excitation light in an area that completely contains the white reference sample and measuring reflected light from the white reference sample.
前記凹部以外の前記被験試料保持部は、前記励起光を0%以上10%以下の範囲で反射し、
前記白色参照試料は、測定波長範囲における前記励起光を90%以上100%以下の範囲で反射し、
前記白色参照試料上に前記被験試料を保持し、前記白色参照試料および前記被験試料を完全に含む範囲に前記励起光を照射し、前記白色参照試料および前記被験試料からの反射光および前記被験試料からの発光を同時計測することをさらに包含する、請求項17に記載の方法。
The test sample holding portion other than the recess reflects the excitation light in a range of 0% or more and 10% or less,
The white reference sample reflects the excitation light in the measurement wavelength range in a range of 90% or more and 100% or less,
holding the test sample on the white reference sample, irradiating the excitation light in a range completely including the white reference sample and the test sample, and reflecting light from the white reference sample and the test sample and the test sample 18. The method of claim 17, further comprising simultaneously measuring emissions from.
前記反射光を計測することは、前記反射光から前記励起光のフォトン数W1を算出することであり、
前記同時計測することは、前記白色参照試料および前記被験試料からの反射光から前記励起光のフォトン数W2を算出し、前記被験試料からの発光のフォトン数Lを算出することであり、
前記励起光のフォトン数W1およびW2、ならびに、前記発光のフォトン数Lを用いて吸収率、内部量子効率および外部量子効率からなる群から選択される光学特性を算出することをさらに包含する、請求項18に記載の方法。
Measuring the reflected light is to calculate the number of photons W1 of the excitation light from the reflected light,
The simultaneous measurement is calculating the number of photons W2 of the excitation light from the reflected light from the white reference sample and the test sample, and calculating the number L of photons emitted from the test sample,
Further comprising calculating an optical characteristic selected from the group consisting of absorptance, internal quantum efficiency and external quantum efficiency using the number of photons W1 and W2 of the excitation light and the number of photons L of the emitted light. Item 19. The method of Item 18.
前記発光を計測することは、前記発光測定装置の励起光照射部の前記被験試料側の先端の中心と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の中心とを結ぶ直線(励起光軸)と、前記発光測定装置の受光部の前記被験試料側の先端の中心と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の中心とを結ぶ直線(受光軸)とのなす角度を変化させながら行う、請求項16~19のいずれかに記載の方法。 Measuring the luminescence is a straight line (excitation optical axis) connecting the center of the tip of the excitation light irradiation unit of the luminescence measurement device on the side of the test sample and the center of the test sample held in the test sample holding unit. while changing the angle formed by a straight line (light receiving axis) connecting the center of the tip of the light receiving unit of the luminescence measuring device on the test sample side and the center of the test sample held by the test sample holding unit. , the method according to any one of claims 16-19. 前記発光を計測することは、前記発光測定装置の励起光照射部の前記被験試料側の先端の中心と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の中心とを結ぶ直線(励起光軸)を中心に前記受光部を回転させながら計測する、請求項16~20のいずれかに記載の方法。 Measuring the luminescence is a straight line (excitation optical axis) connecting the center of the tip of the excitation light irradiation unit of the luminescence measurement device on the side of the test sample and the center of the test sample held in the test sample holding unit. 21. The method according to any one of claims 16 to 20, wherein the measurement is performed while rotating the light receiving unit about . 前記発光を計測することは、前記発光測定装置の励起光照射部の前記被験試料側の先端の中心と前記被験試料保持部に保持される前記被験試料の中心とを結ぶ直線(励起光軸)を中心に前記被験試料保持部を回転させながら計測する、請求項16~21のいずれかに記載の方法。
Measuring the luminescence is a straight line (excitation optical axis) connecting the center of the tip of the excitation light irradiation unit of the luminescence measurement device on the side of the test sample and the center of the test sample held in the test sample holding unit. 22. The method according to any one of claims 16 to 21, wherein the measurement is performed while rotating the test sample holder around the .
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