JP2023021247A - 分光測定方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 エネルギー校正による不確かさの影響を低減した、蛍光体等の発光材料の外部量子効率、吸収率および内部量子効率を分光測定する分光測定方法を提供すること。【解決手段】 本発明の分光測定方法は、光学特性が値付けされている標準物質を光源からの励起光で励起させ、分光手段を用いて、励起光に起因する標準物質からの光の波長スペクトルを取得するステップと、対象とする被験物質を、光源からの励起光で励起させ、分光手段を用いて、励起光に起因する被験物質からの被測定光の波長スペクトルを取得するステップと、標準物質の波長スペクトルと、被験物質の波長スペクトルとを用いて、被験物質の計測値をデータ解析するステップとを包含する。【選択図】 図３

Description

本発明は、蛍光体などの発光材料の外部量子効率、吸収率および内部量子効率を分光測定する分光測定方法に関する。
蛍光体等の発光材料の発光効率を知るために入力したエネルギーに対する出力されるエネルギーの量子効率の評価が広く用いられている。なかでも白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ）等の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、測定法の国際標準化も進められている。発光試料の吸収率や量子効率は、フォトン数の測定値を用いて次式で計算される。
Figure 2023021247000002
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。
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。
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。
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１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１は、例示的な発光・散乱スペクトルを示す図である。
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２に示す分光測定装置２００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２１０の底面に標準拡散白色板（図示せず）を設置して、光源２２０からの励起光の標準拡散白板に照射することにより、積分球２１０内で均一化された励起光のスペクトルを分光手段２３０で測定する。
（２）積分球２１０の底面に被測定蛍光体２４０を設置して、励起光を被測定蛍光体２４０に照射することにより、励起光の一部は反射され、励起光の一部は蛍光体に吸収されて波長変換される。
（３）反射された励起光（散乱光）と波長変換された蛍光との混合光が積分球２１０内で均一化されたスペクトルを分光手段２３０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。
別の量子効率の測定方法が開発されている（例えば、非特許文献２を参照）。非特許文献２の図１に示されるように、被測定蛍光体を水平に設置した状態で、単色光の入射に対して、検出器を移動させることにより、被測定蛍光体からの蛍光および散乱光の変角分光測定を行う。種々の角度の蛍光および散乱光のスペクトルおよび発光強度を空間的に積分することにより、量子効率を直接的に測定することができる。量子効率の絶対値を直接測定できる利点はあるが、装置が高価であり、測定に長時間を要する。
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持つか、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。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。このエネルギー校正による不確かさを低減できれば好ましい。
大久保利明、中川靖夫、照明学会誌 第９５完第８Ａ号 （平成２３年）ｐ４３１ 高橋向星ら，第７８回応用物理学会秋季学術講演会，予稿集７ｐ－Ａ４１４－７
本発明は、エネルギー校正による不確かさの影響を低減した、蛍光体等の発光材料の外部量子効率、吸収率および内部量子効率を分光測定する分光測定方法を提供することである。
本発明による分光測定方法は、光学特性が値付けされている標準物質を光源からの励起光で励起させ、分光手段を用いて、前記励起光に起因する前記標準物質からの光の波長スペクトルを取得するステップと、対象とする被験物質を、前記光源からの前記励起光で励起させ、前記分光手段を用いて、前記励起光に起因する前記被験物質からの被測定光の波長スペクトルを取得するステップと、前記標準物質の前記波長スペクトルと、前記被験物質の前記波長スペクトルとを用いて、前記被験物質の計測値をデータ解析するステップとを包含し、前記データ解析するステップは、前記被験物質の求めるべき光学特性として、外部量子効率、吸収率および内部量子効率からなる群から少なくとも１つ選択し、かつ、前記標準物質の値付けされた前記光学特性のうち使用する光学特性を選択するステップと、前記標準物質の前記波長スペクトルおよび前記被験物質の前記波長スペクトルのそれぞれからフォトン数を算出するステップであって、前記標準物質および前記被験物質の散乱フォトン数、および／または、前記標準物質および前記被験物質の発光フォトン数を算出する、ステップと、前記選択された前記標準物質の値付けされた光学特性、および、前記算出された発光フォトン数および／または散乱フォトン数を用いて、前記被験物質の前記選択された光学特性を算出するステップとをさらに包含し、これにより上記課題を解決する。
前記選択するステップは、前記被験物質の求めるべき光学特性として外部量子効率（ηｅｘｔ－ｓａｍ）を選択し、かつ、前記標準物質の値付けされた光学特性として外部量子効率（ηｅｘｔ－ｒｅｆ）、または、吸収率（Ａｒｅｆ）または反射率（Ｒｒｅｆ）と内部量子効率（ηｉｎｔ－ｒｅｆ）との組み合わせを選択し、前記フォトン数を算出するステップは、前記標準物質の前記波長スペクトルから前記標準物質の発光フォトン数（Ｎｒｅｆ－ｅｍ）を算出し、前記被験物質の前記波長スペクトルから前記被験物質の発光フォトン数（Ｎｓａｍ－ｅｍ）を算出し、前記光学特性を算出するステップは、前記標準物質の値付けされた光学特性が外部量子効率である場合には式（１）を、前記標準物質の値付けされた光学特性が吸収率と内部量子効率との組み合わせの場合には式（２）を、前記標準物質の値付けされた光学特性が反射率と内部量子効率との組み合わせの場合には式（３）を実行し、前記被験物質の外部量子効率（ηｅｘｔ－ｓａｍ）を算出してもよい。
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝ηｅｘｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（１）
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝Ａｒｅｆ×ηｉｎｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（２）
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝（１－Ｒｒｅｆ）×ηｉｎｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（３）
前記選択するステップは、前記被験物質の求めるべき光学特性として吸収率（Ａｓａｍ）を選択し、かつ、前記標準物質の値付けされた光学特性として反射率（Ｒｓａｍ）または吸収率（Ａｒｅｆ）を選択し、前記フォトン数を算出するステップは、前記標準物質の前記波長スペクトルから前記標準物質の散乱フォトン数（Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）を算出し、前記被験物質の前記波長スペクトルから前記被験物質の散乱フォトン数（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ）を算出し、前記光学特性を算出するステップは、前記標準物質の値付けされた光学特性が反射率である場合には式（４）を、前記標準物質の値付けされた光学特性が吸収率である場合には式（５）を実行し、前記被験物質の反射率（Ｒｓａｍ）を算出し、前記被験物質の反射率を用いて式（６）を実行し、前記被験物質の吸収率（Ａｓａｍ）を算出してもよい。
Ｒｓａｍ＝Ｒｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（４）
Ｒｓａｍ＝（１－Ａｒｅｆ）×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（５）
Ａｓａｍ＝１－Ｒｓａｍ・・・（６）
前記選択するステップは、前記被験物質の求めるべき光学特性として内部量子効率（ηｉｎｔ－ｓａｍ）を選択し、かつ、標準物質の値付けされた光学特性として外部量子効率（ηｅｘｔ－ｒｅｆ）と吸収率（Ａｒｅｆ）または反射率（Ｒｒｅｆ）との組み合わせ、または、吸収率（Ａｒｅｆ）または反射率（Ｒｒｅｆ）と内部量子効率（ηｉｎｔ－ｒｅｆ）との組み合わせを選択し、前記フォトン数を算出するステップは、前記標準物質の前記波長スペクトルから前記標準物質の発光フォトン数（Ｎｒｅｆ-ｅｍ）および散乱フォトン数（Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）を算出し、前記被験物質の前記波長スペクトルから前記被験物質の発光フォトン数（Ｎｓａｍ－ｅｍ）および散乱フォトン数（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ）を算出し、前記光学特性を算出するステップは、前記標準物質の値付けされた光学特性が外部量子効率である場合には式（１）を、前記標準物質の値付けされた光学特性が吸収率と内部量子効率との組み合わせの場合には式（２）を、前記標準物質の値付けされた光学特性が反射率と内部量子効率との組み合わせの場合には式（３）を実行し、前記被験物質の外部量子効率（ηｅｘｔ－ｓａｍ）を算出し、前記標準物質の値付けされた光学特性が反射率である場合には式（４）を、前記標準物質の値付けされた光学特性が吸収率である場合には式（５）を実行し、前記被験物質の反射率（Ｒｓａｍ）を算出し、前記被験物質の反射率を用いて式（６）を実行し、前記被験物質の吸収率（Ａｓａｍ）を算出し、被験物質の吸収率（Ａｓａｍ）を用いて式（７）を実行し、前記被験物質の内部量子効率（ηｉｎｔ－ｓａｍ）を算出してもよい。
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝ηｅｘｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（１）
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝Ａｒｅｆ×ηｉｎｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（２）
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝（１－Ｒｒｅｆ）×ηｉｎｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（３）
Ｒｓａｍ＝Ｒｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（４）
Ｒｓａｍ＝（１－Ａｒｅｆ）×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（５）
Ａｓａｍ＝１－Ｒｓａｍ・・・（６）
ηｉｎｔ－ｓａｍ＝ηｅｘｔ－ｓａｍ／Ａｓａｍ・・・（７）
前記光源は、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、前記選択されたランプからの光を分光する分光器とを備えてもよい。
前記分光手段は、前記励起光の反射波長および前記標準物質および前記被験物質が波長変換した波長を含む波長域の波長スペクトルを取得してもよい。
前記標準物質および前記被験物質は、粉末状の蛍光体であってもよい。
前記標準物質は、βサイアロン緑色蛍光体、αサイアロン橙色蛍光体およびＣＡＳＮ赤色蛍光体からなる群から選択されてもよい。
積分球をさらに用い、前記積分球内に前記標準物質および前記被験物質が配置されてもよい。
本発明の分光測定方法は、被験物質と標準物質とを同一の分光測定装置においてそれぞれ測定し、それぞれから得られた波長スペクトルを用いて、被験物質の計測値をデータ解析する。これにより、高価な装置を用いることなく、あるいは、エネルギー校正されていない装置を用いる精度よく量子効率等の光学特性を測定できる。詳細には、励起波長域で測定したフォトン数と発光波長域で測定したフォトン数とは独立に計算に寄与するため、二つの離れた波長域間でのエネルギー校正のずれの影響を受けることなく量子効率を得ることができる。また、本発明を採用すれば、励起光の測定が不要なため、白色標準試料に起因する不確かさを低減でき測定時間も短縮できる。
例示的な発光・散乱スペクトルを示す図である。 積分球法を実施する分光測定装置を示す模式図である。 本発明の分光測定方法を示すフローチャートである。 ステップＳ３２０のデータ解析の詳細なフローチャートである。 被験物質の外部量子効率を算出するフローチャートである。 被験物質の吸収率を算出するフローチャートである。 被験物質の内部量子効率を算出するフローチャートである。 本発明の分光測定装置を模式的に示す図である。 図８に示す分光測定装置に用いられるデータ解析装置の例示的な構成を示す模式図である。 エネルギー校正された配向蛍光分光測定装置を示す模式図である。 試料Ａの散乱および発光スペクトルを示す図である。 試料Ｂの散乱および発光スペクトルを示す図である。 試料Ｃの散乱および発光スペクトルを示す図である。 実施例１による標準物質として試料Ｂおよび試料Ｃをそれぞれ用いて求めた試料Ａの光学特性と比較例１による試料Ａの光学特性との比較を示す図である。 実施例２による標準物質として試料Ａおよび試料Ｃをそれぞれ用いて求めた試料Ｂの光学特性と比較例２による試料Ｂの光学特性との比較を示す図である。 実施例３による標準物質として試料Ａおよび試料Ｂをそれぞれ用いて求めた試料Ｃの光学特性と比較例３による試料Ｃの光学特性との比較を示す図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、同様の要素には同様の番号を付し、その説明を省略する。
（実施の形態１）
実施の形態１では、本発明の分光測定方法を説明する。
本願発明者らは、非特許文献２に示すような高価な装置を用いることなく、あるいは、エネルギー校正されていない装置を用いても、対象とする被験物質の量子効率等の光学特性を精度よく測定できる解析手法を見出した。図３～図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。
図３は、本発明の分光測定方法を示すフローチャートである。
ステップＳ３１０：光学特性が値付けされている標準物質を光源からの励起光で励起させ、分光手段を用いて、励起光に起因する標準物質からの光の波長スペクトル（単にスペクトルと呼んでもよい）を取得する。
ステップＳ３２０：対象とする被験物質を、ステップＳ３１０で用いた光源からの励起光で励起させ、ステップＳ３１０で用いた分光手段を用いて、励起光に起因する被験物質からの被測定光の波長スペクトルを取得する。
ステップＳ３３０：ステップＳ３１０で得られた標準物質の波長スペクトルと、ステップＳ３２０で得られた被験物質の波長スペクトルを用いて、被験物質の計測値をデータ解析する。本願明細書において「被験物質の計測値のデータ解析」とは、上述の被験物質の波長スペクトルを用いて、被験物質の外部量子効率、内部量子効率、吸収率等の光学特性を算出することを意図する。
本願発明者らは、標準物質と被験物質とを同一の測定装置（同一の光源および同一の分光手段）で測定して得られた波長スペクトルを比較・計算することにより、装置固有の波長による測定感度のバラツキを低減できることを見出した。
詳細に説明する。
まず、標準物質とは、外部量子効率、内部量子効率、吸収率および反射率からなる群から少なくとも１つ選択される光学特性が値付けされていればよい。このような光学特性の値付けは、例えば、非特許文献２に示す装置によって行われる。
標準物質は、好ましくは、βサイアロン緑色蛍光体、αサイアロン橙色蛍光体およびＣＡＳＮ赤色蛍光体からなる群から選択される蛍光体である。βサイアロン蛍光体は、例えば、特開２００５－２５５８９５号に記載される蛍光体、αサイアロン橙色蛍光体は、例えば、特開２００５－８７９３号に記載される蛍光体、ＣＡＳＮ赤色蛍光体は、例えば、特開２００６－８７２１号に記載される蛍光体を参照されたい。これらの蛍光体を用いれば、上述の光学特性が値付けされており、より精度よく測定できる。
測定に用いる標準物質および被験物質は、好ましくは、粉末状の蛍光体であるが、粉末を固めたペレットやシートであってもよい。
ステップＳ３１０およびステップＳ３２０における、分光手段によって取得される波長スペクトルとは、励起光が試料（標準物質および被験物質）によって波長変換された光の波長、ならびに、励起光が試料で散乱・反射された光の反射波長を含む波長域の波長スペクトルである。ステップＳ３３０における比較・計算では、これらの波長スペクトルの散乱・反射された散乱光と、散乱光とは異なる波長域である波長変換された蛍光とのそれぞれに対して行うため、波長による測定感度のバラツキが低減され得る。
図４は、ステップＳ３２０のデータ解析の詳細なフローチャートである。
ステップＳ４１０：被験物質の求めるべき光学特性として、外部量子効率、吸収率および内部量子効率からなる群から少なくとも１つ選択し、かつ、標準物質の値付けされた光学特性のうち使用する光学特性を選択する。例えば、被験物質の求めるべき光学特性として外部量子効率を選択し、標準物質の値付けされた光学特性のうち外部量子効率、または、吸収率と内部量子効率との組み合わせを選択すればよい。被験物質の求めるべき光学特性として吸収率を選択し、標準物質の値付けされた光学特性のうち反射率または吸収率を選択すればよい。
ステップＳ４２０：標準物質の波長スペクトルおよび被験物質の波長スペクトルのそれぞれからフォトン数を算出する。詳細には、標準物質および被験物質の散乱フォトン数、および／または、標準物質および被験物質の発光フォトン数を算出する。フォトン数は以下のようにして算出できる。
ｉ番目（スペクトルを１ｎｍ刻みで測定したときの、スペクトルの最初の波長番号を１、途中をｉ、最後をｚとする）の波長λｉにおける散乱フォトン数Ｎｉは、測定された散乱スペクトルの波長λｉにおける散乱強度Ｗｉを用いて、次式で表される。
Ｎｉ＝Ｗｉ×λｉ／（ｈ×ｃ）
ここで、ｈはプランク定数であり、ｃは光速である。波長全体のフォトン数Ｎは、ｉ全体（１番目からｚ番目）を合計すればよく、次式で表される。
Ｎ＝ΣＷｉ×λｉ／（ｈ×ｃ）
このようなフォトン数の算出を、標準物質および被験物質のそれぞれについて行えばよい。また、発光フォトンを算出する場合には、標準物質および被験物質のそれぞれの発光スペクトルの波長について行えばよい。
なお、散乱フォトン数／発光フォトン数の算出における波長範囲は、手動にてユーザ等が外部の入力装置（図示せず）を介して適宜選択してもよいし、スペクトルの強度等を利用して自動にて設定されるようにしてもよい。
ステップＳ４３０：ステップＳ４１０で選択された標準物質の値付けされた光学特性、および、ステップＳ４２０で算出された発光フォトン数および／または散乱フォトン数を用いて、ステップＳ４１０で選択された被験物質の光学特性を算出する。
ステップＳ４１０～Ｓ４３０を繰り返してもよい。例えば、１回目のステップＳ４１０～Ｓ４３０で被験物質の外部量子効率を求め、２回目のステップＳ４１０～Ｓ４３０で被験物質の吸収率を求めてもよい。
図４では、ステップＳ４１０を先に行い、次いで、ステップＳ４２０を行うよう説明したが、逆であってもよい。この場合、散乱フォトン数および発光フォトン数の両方を算出することが好ましい。
このように、ステップＳ４２０において励起波長域で測定した散乱フォトン数と発光波長域で測定した発光フォトン数とは、ステップＳ４３０において独立に計算に寄与するため、二つの離れた波長域間でのエネルギー校正のずれの影響を受けることがない。このため、本発明の方法を採用すれば、被験物質の光学特性（外部量子効率、内部量子効率、吸収率等）を精度よく求めることができる。
求めるべき被験物質の光学特性別にさらに詳細に説明する。
（被験物質の外部量子効率）
図５は、被験物質の外部量子効率を算出するフローチャートである。
ここでも、被験物質の外部量子効率の算出は、ステップＳ３３０の具体的なフローであり、ステップＳ３２０に続いて行われる。
ステップＳ５１０：図４のステップＳ４１０において、被験物質の求めるべき光学特性として外部量子効率（ηｅｘｔ－ｓａｍ）を選択し、かつ、標準物質の値付けされた光学特性として外部量子効率（ηｅｘｔ－ｒｅｆ）、または、吸収率（Ａｒｅｆ）または反射率（Ｒｒｅｆ）と内部量子効率（ηｉｎｔ－ｒｅｆ）との組み合わせを選択する。
ステップＳ５２０：次いで、図４のステップＳ４２０において、標準物質の波長スペクトルから標準物質の発光フォトン数（Ｎｒｅｆ－ｅｍ）を算出し、被験物質の波長スペクトルから被験物質の発光フォトン数（Ｎｓａｍ－ｅｍ）を算出する。発光フォトン数の算出は上述したとおりである。
ステップＳ５３０：次いで、図４のステップＳ４３０において、標準物質の値付けされた光学特性が外部量子効率である場合には式（１）を、標準物質の値付けされた光学特性が吸収率と内部量子効率との組み合わせの場合には式（２）を、標準物質の値付けされた光学特性が反射率と内部量子効率との組み合わせの場合には式（３）を実行する。これにより、被験物質の外部量子効率（ηｅｘｔ－ｓａｍ）が算出される。
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝ηｅｘｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（１）
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝Ａｒｅｆ×ηｉｎｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（２）
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝（１－Ｒｒｅｆ）×ηｉｎｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（３）
（被験物質の吸収率）
図６は、被験物質の吸収率を算出するフローチャートである。
ここでも、被験物質の吸収率の算出は、ステップＳ３３０の具体的なフローであり、ステップＳ３２０に続いて行われる。
ステップＳ６１０：図４のステップＳ４１０において、被験物質の求めるべき光学特性として吸収率（Ａｓａｍ）を選択し、かつ、標準物質の値付けされた光学特性として反射率（Ｒｓａｍ）または吸収率（Ａｒｅｆ）を選択する。
ステップＳ６２０：図４のステップＳ４２０において、標準物質の波長スペクトルから標準物質の散乱フォトン数（Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）を算出し、被験物質の波長スペクトルから被験物質の散乱フォトン数（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ）を算出する。散乱フォトン数の算出は上述したとおりである。
ステップＳ６３０：図４のステップＳ４３０において、標準物質の値付けされた光学特性が反射率である場合には式（４）を、標準物質の値付けされた光学特性が吸収率である場合には式（５）を実行し、被験物質の反射率（Ｒｓａｍ）を算出する。次いで、その反射率を用いて式（６）を実行する。これにより、被験物質の吸収率（Ａｓａｍ）が算出される。
Ｒｓａｍ＝Ｒｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（４）
Ｒｓａｍ＝（１－Ａｒｅｆ）×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（５）
Ａｓａｍ＝１－Ｒｓａｍ・・・（６）
（被験物質の内部量子効率）
図７は、被験物質の内部量子効率を算出するフローチャートである。
ここでも、被験物質の内部量子効率の算出は、ステップＳ３３０の具体的なフローであり、ステップＳ３２０に続いて行われる。
ステップ７１０：図４のステップＳ４１０において、被験物質の求めるべき光学特性として内部量子効率（ηｉｎｔ－ｓａｍ）を選択し、かつ、標準物質の値付けされた光学特性として外部量子効率（ηｅｘｔ－ｒｅｆ）と吸収率（Ａｒｅｆ）または反射率（Ｒｒｅｆ）との組み合わせ、または、吸収率（Ａｒｅｆ）または反射率（Ｒｒｅｆ）と内部量子効率（ηｉｎｔ－ｒｅｆ）との組み合わせを選択する。
ステップＳ７２０：図４のステップＳ４２０において、標準物質の波長スペクトルから標準物質の発光フォトン数（Ｎｒｅｆ-ｅｍ）および散乱フォトン数（Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）を算出し、被験物質の波長スペクトルから被験物質の発光フォトン数（Ｎｓａｍ－ｅｍ）および散乱フォトン数（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ）を算出する。
ステップＳ７３０：被験物質の外部量子効率および吸収率を算出し、これらの算出結果から被験物質の内部量子効率を算出する。
詳細には、図４のステップＳ４３０において、標準物質の値付けされた光学特性が外部量子効率である場合には式（１）を、標準物質の値付けされた光学特性が吸収率と内部量子効率との組み合わせの場合には式（２）を、標準物質の値付けされた光学特性が反射率と内部量子効率との組み合わせの場合には式（３）を実行する。これにより、被験物質の外部量子効率（ηｅｘｔ－ｓａｍ）が算出される。
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝ηｅｘｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（１）
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝Ａｒｅｆ×ηｉｎｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（２）
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝（１－Ｒｒｅｆ）×ηｉｎｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（３）
標準物質の値付けされた光学特性が反射率である場合には式（４）を、標準物質の値付けされた光学特性が吸収率である場合には式（５）を実行し、被験物質の反射率（Ｒｓａｍ）を算出する。次いで、その反射率を用いて式（６）を実行する。これにより、被験物質の吸収率（Ａｓａｍ）が算出される。
Ｒｓａｍ＝Ｒｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（４）
Ｒｓａｍ＝（１－Ａｒｅｆ）×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（５）
Ａｓａｍ＝１－Ｒｓａｍ・・・（６）
最後に、被験物質の吸収率（Ａｓａｍ）を用いて式（７）を実行する。このようにして、被験物質の内部量子効率（ηｉｎｔ－ｓａｍ）が算出される。
ηｉｎｔ－ｓａｍ＝ηｅｘｔ－ｓａｍ／Ａｓａｍ・・・（７）
なお、ステップＳ７３０において、先に、被験物質の吸収率（Ａｓａｍ）を算出し、次いで、被験物質の外部量子効率（ηｅｘｔ－ｓａｍ）を算出してもよい。
また、図７に示す被験物質の内部量子効率の算出は、被験物質の外部量子効率および吸収率が算出されていれば、式（７）により求めることができるため、図５に示す被験物質の外部量子効率の算出、および、図６に示す被験物質の吸収率の算出をそれぞれ行い、それらの結果を式（７）に適用してもよい。
（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１で説明した分光測定方法を実施する分光測定装置を説明する。
図８は、本発明の分光測定装置を模式的に示す図である。
分光測定装置８００は、試料８１０に励起光８２０を照射する光源８３０と、照射された励起光８２０によって試料８１０が発する光８４０、８５０の波長スペクトルを取得する分光装置８６０と、分光装置８６０によって取得された波長スペクトルに対してデータ解析を行うデータ解析装置８７０とを備える。分光測定装置８００は、蛍光体などの試料８１０に対して励起光８２０を照射し、フォトルミネッセンス法によって試料８１０の光学特性を測定、評価できる。
光源８３０は、試料８１０に照射し、試料８１０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８３０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を備えてもよい。これにより、励起光８２０は、単一波長を有することができる。
分光装置８６０は、励起光８２０の照射によって試料８１０が発する光８４０、８５０の波長スペクトルを取得する分光手段である。分光装置８６０は、詳細には、励起光８２０が試料８１０によって波長変換された光８４０の波長、ならびに、励起光８２０が試料８１０で散乱・反射された光８５０の反射波長を含む波長域の波長スペクトルを取得する。
光分光装置８６０は、例えば、試料８１０が発する光８４０、８５０を波長成分に分光し、波長成分を検出するマルチチャンネル分光器（図示せず）と、マルチチャンネル分光器で分光された波長スペクトルのデータを生成する分光データ生成部（図示せず）とを備えてもよい。
生成された波長スペクトルのデータは、データ解析装置８７０へ出力されるように構成される。
データ解析装置８７０は、分光装置８６０によって取得された波長スペクトルに対してデータ解析を行うデータ解析手段である。データ解析装置８７０は、試料８１０として光学特性が値付けされている標準物質を光源８３０からの励起光で励起させた際に、分光装置８６０で取得した励起光８２０に起因する標準物質からの光の波長スペクトルと、試料８１０として被験物質を光源８３０からの励起光８２０で励起させた際に、分光装置８６０で取得した励起光８２０に起因する被験物質からの被測定光の波長スペクトルとを用いて、被験物質の計測値をデータ解析する。本願発明者らは、このような構成により、高価な装置を用いることなく、あるいは、エネルギー校正されていない装置を用いる精度よく量子効率等の光学特性を測定できる。データ解析装置８７０における具体的なデータ解析については後述する。
図８では、試料８１０が積分球８８０内に配置された分光測定装置８００の様態を示すが、これに限らない。積分球８８０を用いれば、より高精度に光学特性を測定できるが、積分球を用いることなく、試料８１０が単にセルに配置されていてもよい。本発明では、エネルギー校正されていない装置であっても、精度よく光学特性を測定できるため、励起光８２０を照射する光源８３０と、分光装置８６０と、後述する本発明のデータ解析を実施するデータ解析装置８７０を備えていればよい。
試料８１０は、好ましくは、粉末状の蛍光体であるが、粉末を固めたペレットやシートであってもよい。また、試料８１０としての標準物質とは、外部量子効率、内部量子効率、吸収率および反射率からなる群から少なくとも１つ選択される光学特性が値付けされていればよい。具体的な標準物質は、上述したように、βサイアロン緑色蛍光体、αサイアロン橙色蛍光体およびＣＡＳＮ赤色蛍光体からなる群から選択される蛍光体である。これらの蛍光体を用いれば、上述の光学特性が値付けされており、より精度よく測定できる。
図９は、図８に示す分光測定装置に用いられるデータ解析装置の例示的な構成を示す模式図である。
データ解析装置８７０は、選択部９１０と、フォトン数算出部９２０と、光学特性算出部９３０とを必須とするが、図９では、さらに、データ入力部９４０と、データ出力部９５０とを備える構成を示す。
選択部９１０は、被験物質の求めるべき光学特性を、外部量子効率、吸収率および内部量子効率からなる群から少なくとも１つ選択し、かつ、標準物質の値付けされた光学特性のうち使用する光学特性を選択する選択手段である。被験物質の求めるべき光学特性は、ユーザ等によって外部の入力装置（図示せず）を介して選択されてもよいし、所定の設定によって、例えば、外部量子効率、吸収率、内部量子効率の順に選択されてもよい。
後述するように、被験物質の求めるべき光学特性が手動または設定等によって選択されると、それに対応する値付けされた光学特性が特定されるので、このような光学特性の選択は、所定の設定アルゴリズムによって自動で行ってもよいし、外部の入力装置（図示せず）によって手動で実行してもよい。また、標準物質の値付けされた光学特性を予めメモリ等に格納しておき、選択部９１０の設定に応じて読みだされるようにしてもよいし、外部の入力装置によって手動で入力してもよい。
フォトン算出部９２０は、分光装置８６０で取得した、標準物質の波長スペクトルおよび被験物質の波長スペクトルのそれぞれからフォトン数を算出するフォトン数算出手段である。詳細には、フォトン数は、標準物質および被験物質それぞれの散乱フォトン数、および／または、標準物質および被験物質それぞれの発光フォトン数を算出する。
フォトン算出部９２０は、分光装置８００で取得した波長スペクトルのデータを入力するデータ入力部９４０から波長スペクトルのデータを受け取り、フォトン数を算出する。
フォトン算出部９２０において、例えば、標準物質の散乱フォトン数を算出する場合、以下を実行する。
ｉ番目（スペクトルを１ｎｍ刻みで測定したときの、スペクトルの最初の波長番号を１、途中をｉ、最後をｚとする）の波長λｉにおける散乱フォトン数Ｎｉは、測定された散乱スペクトルの波長λｉにおける散乱強度Ｗｉを用いて、次式で表される。
Ｎｉ＝Ｗｉ×λｉ／（ｈ×ｃ）
ここで、ｈはプランク定数であり、ｃは光速である。波長全体のフォトン数Ｎは、ｉ全体（１番目からｚ番目）を合計すればよく、次式で表される。
Ｎ＝ΣＷｉ×λｉ／（ｈ×ｃ）
このようなフォトン数の算出を、標準物質および被験物質のそれぞれについて行えばよい。また、発光フォトンを算出する場合には、標準物質および被験物質のそれぞれの発光スペクトルの波長について行えばよい。
なお、散乱フォトン数／発光フォトン数の算出における波長範囲は、手動にてユーザ等が外部の入力装置（図示せず）を介して適宜選択してもよいし、フォトン数算出手段が算出すべきフォトン数の種類に応じて自動にて設定されるようにしてもよい。
光学特性算出部９３０は、選択された標準物質の値付けされた光学特性、および、算出された発光フォトン数および／または散乱フォトン数を用いて、被験物質の選択された光学特性を算出する光学特性算出手段である。
このようにして算出された被験物質の光学特性を示すデータは、データ出力部９５０を介して、外部の表示装置９６０に表示したり、印刷装置などで出力したりしてもよい。
データ解析装置８７０の選択部９１０、フォトン数算出部９２０および光学特性算出部９３０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。
求めるべき被験物質の光学特性別にさらに詳細に説明する。
（被験物質の外部量子効率）
選択部９１０が、被験物質の求めるべき光学特性として外部量子効率（ηｅｘｔ－ｓａｍ）を選択し、かつ、標準物質の値付けされた光学特性として外部量子効率（ηｅｘｔ－ｒｅｆ）、または、吸収率（Ａｒｅｆ）または反射率（Ｒｒｅｆ）と内部量子効率（ηｉｎｔ－ｒｅｆ）との組み合わせを選択する。
次いで、フォトン数算出手段９２０は、分光手段８６０で取得した標準物質の波長スペクトルから標準物質の発光フォトン数（Ｎｒｅｆ－ｅｍ）を算出し、被験物質の波長スペクトルから被験物質の発光フォトン数（Ｎｓａｍ－ｅｍ）を算出する。発光フォトン数の算出は上述したとおりである。
次いで、光学特性算出手段９３０は、標準物質の値付けされた光学特性が外部量子効率である場合には式（１）を、標準物質の値付けされた光学特性が吸収率と内部量子効率との組み合わせの場合には式（２）を、標準物質の値付けされた光学特性が反射率と内部量子効率との組み合わせの場合には式（３）を実行する。これにより、被験物質の外部量子効率（ηｅｘｔ－ｓａｍ）が算出される。
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝ηｅｘｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（１）
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝Ａｒｅｆ×ηｉｎｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（２）
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝（１－Ｒｒｅｆ）×ηｉｎｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（３）
（被験物質の吸収率）
選択部９１０は、被験物質の求めるべき光学特性として吸収率（Ａｓａｍ）を選択し、かつ、標準物質の値付けされた光学特性として反射率（Ｒｓａｍ）または吸収率（Ａｒｅｆ）を選択する。
次いで、フォトン数算出部９２０は、標準物質の波長スペクトルから標準物質の散乱フォトン数（Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）を算出し、被験物質の波長スペクトルから被験物質の散乱フォトン数（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ）を算出する。散乱フォトン数の算出は上述したとおりである。
次いで、光学特性算出部９３０は、標準物質の値付けされた光学特性が反射率である場合には式（４）を、標準物質の値付けされた光学特性が吸収率である場合には式（５）を実行し、被験物質の反射率（Ｒｓａｍ）を算出する。次いで、その反射率を用いて式（６）を実行する。これにより、被験物質の吸収率（Ａｓａｍ）が算出される。
Ｒｓａｍ＝Ｒｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（４）
Ｒｓａｍ＝（１－Ａｒｅｆ）×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（５）
Ａｓａｍ＝１－Ｒｓａｍ・・・（６）
（被験物質の内部量子効率）
選択部９１０は、被験物質の求めるべき光学特性として内部量子効率（ηｉｎｔ－ｓａｍ）を選択し、かつ、標準物質の値付けされた光学特性として外部量子効率（ηｅｘｔ－ｒｅｆ）と吸収率（Ａｒｅｆ）または反射率（Ｒｒｅｆ）との組み合わせ、または、吸収率（Ａｒｅｆ）または反射率（Ｒｒｅｆ）と内部量子効率（ηｉｎｔ－ｒｅｆ）との組み合わせを選択する。
次いで、フォトン数算出部９２０は、標準物質の波長スペクトルから標準物質の発光フォトン数（Ｎｒｅｆ-ｅｍ）および散乱フォトン数（Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）を算出し、被験物質の波長スペクトルから被験物質の発光フォトン数（Ｎｓａｍ－ｅｍ）および散乱フォトン数（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ）を算出する。
次いで、光学特性算出部９３０は、被験物質の外部量子効率および吸収率を算出し、これらの算出結果から被験物質の内部量子効率を算出する。
詳細には、標準物質の値付けされた光学特性が外部量子効率である場合には式（１）を、標準物質の値付けされた光学特性が吸収率と内部量子効率との組み合わせの場合には式（２）を、標準物質の値付けされた光学特性が反射率と内部量子効率との組み合わせの場合には式（３）を実行する。これにより、被験物質の外部量子効率（ηｅｘｔ－ｓａｍ）が算出される。
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝ηｅｘｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（１）
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝Ａｒｅｆ×ηｉｎｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（２）
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝（１－Ｒｒｅｆ）×ηｉｎｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（３）
標準物質の値付けされた光学特性が反射率である場合には式（４）を、標準物質の値付けされた光学特性が吸収率である場合には式（５）を実行し、被験物質の反射率（Ｒｓａｍ）を算出する。次いで、その反射率を用いて式（６）を実行する。これにより、被験物質の吸収率（Ａｓａｍ）が算出される。
Ｒｓａｍ＝Ｒｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（４）
Ｒｓａｍ＝（１－Ａｒｅｆ）×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（５）
Ａｓａｍ＝１－Ｒｓａｍ・・・（６）
最後に、被験物質の吸収率（Ａｓａｍ）を用いて式（７）を実行する。このようにして、被験物質の内部量子効率（ηｉｎｔ－ｓａｍ）が算出される。
ηｉｎｔ－ｓａｍ＝ηｅｘｔ－ｓａｍ／Ａｓａｍ・・・（７）
ここで、光学特性算出部９３０は、被験物質の吸収率（Ａｓａｍ）を先に算出し、次いで、被験物質の外部量子効率（ηｅｘｔ－ｓａｍ）を算出してもよく、順番は問わない。
被験物質の内部量子効率の算出は、被験物質の外部量子効率および吸収率が算出されていれば、式（７）により求めることができるため、データ解析装置８７０は、選択部９１０が被験物質の求めるべき光学特性として内部量子効率を選択した場合に、すでに当該被験物質の外部量子効率および／または吸収率を算出しているかどうかを判定する判定部（図示せず）をデータ解析装置８７０がさらに備えていてもよい。
判定部が、外部量子効率および吸収率を算出済みであると判定した場合には、光学特性算出部９３０は、メモリ等（図示せず）に保存された被験物質の外部量子効率および吸収率を用いて、式（７）を実行する。
判定部が、外部量子効率を算出済みであると判定した場合には、データ解析装置８７０の光学特性算出部９３０が上述した被験物質の吸収率の算出を行い、算出した吸収率およびメモリ等（図示せず）に保存された被験物質の外部量子効率を用いて、式（７）を実行する。
同様に、判定部が、吸収率を算出済みであると判定した場合には、データ解析装置８７の光学特性算出部９３００が上述した被験物質の外部量子効率の算出を行い、算出した外部量子効率およびメモリ等（図示せず）に保存された被験物質の吸収率を用いて、式（７）を実行する。
図８および図９に示したデータ解析装置８７０において実行される分光測定方法に対応する処理は、分光手段である分光装置８６０によって取得された波長スペクトルに対するデータ解析をコンピュータに実行させる分光測定プログラムによって実現できる。すなわち、データ解析装置８７０に係る選択部９１０、フォトン数算出部９２０および光学特性算出部９３０の各機能を実現する分光測定プログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装してもよい。また、分光測定プログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供できる。記録媒体には、ハードディスクおよびフレキシブルディスクなどの磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ及びＤＶＤ－ＲＯＭなどの光学媒体、フロプティカルディスクなどの磁気光学媒体、あるいは、プログラム命令を実行または格納するように特別に配置された、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、半導体不揮発性メモリなどのハードウェアデバイスなどが含まれる。また、本発明の分光測定プログラムは、記録媒体を用いず、ネットワークを介して配信されてもよい。
次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。
［値付け］
まず、標準蛍光体（標準物質）の値付けを行った。図１０に示す光学系を用いて３つの粉体状蛍光体試料の発光スペクトルを測定する。
図１０は、エネルギー校正された配向蛍光分光測定装置を示す模式図である。
標準蛍光体として、特開２００５－２５５８９５号を参照して製造したβサイアロン緑色蛍光体（試料Ａと呼ぶ）、特開２００５－８７９３号を参照して製造したαサイアロン橙色蛍光体（試料Ｂと呼ぶ）および特開２００６－８７２１号を参照して製造したＣａＡｌＳｉＮ３（ＣＡＳＮ）赤色蛍光体（試料Ｃと呼ぶ）を用いた。
試料Ａ＝βサイアロン緑色蛍光体
試料Ｂ＝αサイアロン橙色蛍光体
試料Ｃ＝ＣＡＳＮ赤色蛍光体
非特許文献２に示すように、４０５ｎｍに分光したＸｅランプで標準蛍光体に照射し、マルチチャンネル分光器を０°～１８０°まで移動させながら、蛍光および散乱光のスペクトルを測定し、発光強度を空間的に積分し、絶対値を値付けした。値付けされた絶対値を表１に示す。
Figure 2023021247000003
［実施例１］
実施例１では、被験物質として試料Ａを用い、標準物質として試料Ｂおよび試料Ｃを用い、本発明の方法を用いて、被験物質（ここでは、試料Ａ）の外部量子効率、吸収率および内部量子効率を算出した。
図８に示す光源と分光装置とデータ解析装置とを備えた分光測定装置を用いた。各試料は、エネルギー校正されていない積分球内に配置された。光源からの光は波長４０５ｎｍに分光され、これを励起光とした。分光測定装置はマルチチャンネル分光器を備えた。なお、励起光は、試料に垂直入射するため、試料上面に設置したガラスカバーのフレネル反射成分が励起光ポートより漏洩するため影響は少ない。データ解析装置には、図３～図７を参照して説明した処理ステップを実施可能な分光測定プログラムが実装されている。
図８に示す分光測定装置を用いて、試料Ａ～試料Ｃの波長スペクトル（散乱および発光スペクトル）を取得した（図３のステップＳ３１０およびＳ３２０）。結果を図１１～図１３に示す。次いで、試料Ａの波長スペクトルと、試料Ｂまたは試料Ｃの波長スペクトルとを用いて、試料Ａの計測値をデータ解析した（図３のステップＳ３３０）。
図１１は、試料Ａの散乱および発光スペクトルを示す図である。
図１２は、試料Ｂの散乱および発光スペクトルを示す図である。
図１３は、試料Ｃの散乱および発光スペクトルを示す図である。
図１１～図１３において実線が散乱および発光スペクトルを示し、点線は、励起波長に対して反射率が値付けされた標準白板（ラブスフェア社製、スペクトラロングレード）を用いた励起光の散乱スペクトルである。
実施例１では、データ解析（図３のステップＳ３３０）において、予め、試料Ａ～試料Ｃの波長スペクトルの散乱フォトン数および発光フォトン数を算出し（図４のステップＳ４２０）、次いで、試料Ａの求めるべき光学特性として、外部量子効率、吸収率および内部量子効率を順次選択した（図４のステップＳ４１０）。
散乱フォトン数（Ｎ）および発光フォトン数（Ｎ）は、散乱および発光スペクトルの光強度（Ｗ）から次式を用いて算出された。
Ｗ＝Ｎ・ｈ・ｃ／λ
ｈはプランク定数であり、ｃは光速であり、λは波長である。散乱フォトン数の算出では、λを３８５ｎｍ～４２５ｎｍに設定し、発光スペクトルの算出では、λを４８０ｎｍ～８００ｎｍに設定した。このようにして得られた試料Ａ～試料Ｃの散乱フォトン数および発光フォトン数を表２に示す。
Figure 2023021247000004
（外部量子効率の算出）
被験物質である試料Ａの求めるべき光学特性として外部量子効率（ηｅｘｔ－ｓａｍ）を選択し、標準物質である試料Ｂおよび試料Ｃの値付けされた光学特性として外部量子効率（ηｅｘｔ－ｒｅｆ）を選択した（図５のステップＳ５１０）。先に算出した試料Ａ～試料Ｃの発光フォトン数（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）（図５のステップＳ５２０）および表１で示す試料Ｂおよび試料Ｃの外部量子効率をそれぞれ式（１）に適用し、試料Ａの外部量子効率を算出した（図５のステップＳ５３０）。
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝ηｅｘｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（１）
（吸収率の算出）
被験物質である試料Ａの求めるべき光学特性として吸収率（Ａｓａｍ）を選択し、標準物質である試料Ｂおよび試料Ｃの値付けされた光学特性として反射率（Ｒｒｅｆ）を選択した（図６のステップＳ６１０）。先に算出した試料Ａ～試料Ｃの散乱フォトン数（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）（図６のステップＳ６２０）および表１で示す試料Ｂおよび試料Ｃの吸収率をそれぞれ式（５）に適用し、試料Ａの反射率（Ｒｒｅｆ）を算出した。次いで、試料Ａの反射率を式（６）に適用し、試料Ａの吸収率を算出した（図６のステップＳ６３０）。
Ｒｓａｍ＝（１－Ａｒｅｆ）×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（５）
Ａｓａｍ＝１－Ｒｓａｍ・・・（６）
（内部量子効率の算出）
被験物質である試料Ａの求めるべき光学特性として内部量子効率（ηｉｎｔ－ｓａｍ）を選択し、標準物質である試料Ｂおよび試料Ｃの値付けされた光学特性として外部量子効率（ηｅｘｔ－ｒｅｆ）と吸収率（Ａｒｅｆ）との組み合わせを選択した（図７のステップＳ７１０）。先に算出した試料Ａ～試料Ｃの散乱フォトン数（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）および発光フォトン数（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）（図７のステップＳ７２０）と表１で示す試料Ｂおよび試料Ｃの外部量子効率および吸収率とを用いて、式（１）、式（５）および式（６）から試料Ａの外部量子効率（ηｅｘｔ－ｓａｍ）および吸収率（Ａｓａｍ）を算出した。次いで、試料Ａの外部量子効率および吸収率を式（７）に適用し、試料Ａの内部量子効率を算出した（図７のステップＳ７３０）。
ηｅｘｔ－ｓａｍ＝ηｅｘｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（１）
Ｒｓａｍ＝（１－Ａｒｅｆ）×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（５）
Ａｓａｍ＝１－Ｒｓａｍ・・・（６）
ηｉｎｔ－ｓａｍ＝ηｅｘｔ－ｓａｍ／Ａｓａｍ・・・（７）
このようにして得られた、試料Ｂおよび試料Ｃをそれぞれ標準物質として求めた試料Ａの外部量子効率、吸収率および内部量子効率の値を表３および図１４に示す。
［比較例１］
比較例１では、被験物質として試料Ａを用い、従来の方法（式（１ａ）～（１ｃ））を用いて、試料Ａの外部量子効率、吸収率および内部量子効率を算出した。図８に示す分光測定装置を用い、測定条件は実施例１と同様であった。ただし、データ解析装置８７０を使用せず、従来の方法を用いた。ここでも、励起光の散乱強度は標準白色試料の拡散反射率で除された値を使用した。
式（１ａ）～（１ｃ）で用いる、試料Ａの散乱フォトン数および試料Ａの発光フォトン数は、表２と同じであり、励起光のフォトン数は、３．３５×１０２（１／ｈｃ）であった。得られた試料Ａの外部量子効率、吸収率および内部量子効率の値を表３および図１４に示す。
［実施例２］
実施例２では、被験物質として試料Ｂを用い、標準物質として試料Ａおよび試料Ｃを用い、本発明の方法を用いて、被験物質（ここでは、試料Ｂ）の外部量子効率、吸収率および内部量子効率を算出した。被験物質が試料Ｂとなり、標準物質が試料Ａおよび試料Ｃとなった以外は、実施例１と同様の手順で試料Ｂの外部量子効率、吸収率および内部量子効率を算出した。算出した結果を表４および図１５に示す。
［比較例２］
比較例２では、被験物質として試料Ｂを用い、従来の方法（式（１ａ）～（１ｃ））を用いて、比較例１と同様にして、試料Ｂの外部量子効率、吸収率および内部量子効率を算出した。得られた試料Ｂの外部量子効率、吸収率および内部量子効率の値を表４および図１５に示す。
［実施例３］
実施例３では、被験物質として試料Ｃを用い、標準物質として試料Ａおよび試料Ｂを用い、本発明の方法を用いて、被験物質（ここでは、試料Ｃ）の外部量子効率、吸収率および内部量子効率を算出した。被験物質が試料Ｃとなり、標準物質が試料Ａおよび試料Ｂとなった以外は、実施例１と同様の手順で試料Ｂの外部量子効率、吸収率および内部量子効率を算出した。算出した結果を表５および図１６に示す。
［比較例３］
比較例３では、被験物質として試料Ｃを用い、従来の方法（式（１ａ）～（１ｃ））を用いて、比較例１と同様にして、試料Ｃの外部量子効率、吸収率および内部量子効率を算出した。得られた試料Ｃの外部量子効率、吸収率および内部量子効率の値を表５および図１６に示す。
実施例１～３および比較例１～３の結果をまとめて説明する。
表３～表５には、実施例および比較例による結果に加えて、表１に示した試料Ａ～試料Ｃの値付けされた絶対値（絶対測定値）も併せて示す。
Figure 2023021247000005
Figure 2023021247000006
Figure 2023021247000007
図１４は、実施例１による標準物質として試料Ｂおよび試料Ｃをそれぞれ用いて求めた試料Ａの光学特性と比較例１による試料Ａの光学特性との比較を示す図である。
図１５は、実施例２による標準物質として試料Ａおよび試料Ｃをそれぞれ用いて求めた試料Ｂの光学特性と比較例２による試料Ｂの光学特性との比較を示す図である。
図１６は、実施例３による標準物質として試料Ａおよび試料Ｂをそれぞれ用いて求めた試料Ｃの光学特性と比較例３による試料Ｃの光学特性との比較を示す図である。
図１４～図１６は、表３～表５を棒グラフにして示したものである。表３～表５および図１４～図１６から、従来の方法である式（１ａ）～（１ｃ）を用いて求めた外部量子効率および内部量子効率は、どの試料に対しても、１００％を超えていた。これは、用いた分光測定装置のエネルギー校正が不十分であり、励起光を含む波長帯に比べ、蛍光の波長帯のエネルギー感度が高いことが起因しているためである。
これに対して、本発明の分光測定装置を用いて本発明の分光測定方法を実施した実施例１～実施例３は、いずれも、各蛍光体の標準値（すなわち、値付けされた絶対測定値）に近い値が得られた。本発明を採用すれば、エネルギー校正が十分でない測定系を用いても確からしい外部量子効率、内部量子効率および吸収率が得られることが示された。
これは、励起波長域で測定した散乱フォトン数と、発光波長域で測定した発光フォトン数とは独立に計算に寄与するためである。すなわち、式（１ｂ）には、散乱フォトン数と発光フォトン数とが同時に含まれているのに対し、本発明では、式（１）～式（３）に発光フォトン数、式（４）～式（６）に散乱フォトン数と分離されているため、二つの離れた波長域間でのエネルギー校正のずれの影響を低減できる。
本発明の分光測定装置および分光測定方法においては、散乱フォトン数と発光フォトン数とを分離して量子効率等を算出するが、光学特性が値付けされた標準物質を用いることが有効である。測定データを詳細に比較すると被験物質と標準物質との発光波長域が近いほどより絶対測定値との偏差が小さいことが分る。これは発光波長帯の中でのエネルギー校正誤差による影響が大きい。このため被験物質に近い発光波長帯を有する試料を標準物質とすることが望ましい。
本実施例では積分球を用いたスペクトルを用いたが、上述したように本発明はこれに限定されるものではなく、一般的に用いられている分光光度計等を用いたスペクトルからも同様の方法で量子効率を導出することができるのはいうまでもない。
また、本実施例では、内部量子効率を図７のステップにしたがって算出したが、すでに図５のステップにしたがって算出した外部量子効率および図６のステップにしたがって算出した吸収率を用いて、式（７）を実行してもよい。
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分光測定装置、分光方法および分光測定プログラムとして利用可能である。
８００ 分光測定装置
８１０ 試料
８２０ 励起光
８３０ 光源
８４０、８５０ 光
８６０ 分光装置
８７０ データ解析装置
９１０ 選択部
９２０ フォトン数算出部
９３０ 光学特性算出部
９４０ データ入力部
９５０ データ出力部
９６０ 表示装置

Claims (9)

  1. 光学特性が値付けされている標準物質を光源からの励起光で励起させ、分光手段を用いて、前記励起光に起因する前記標準物質からの光の波長スペクトルを取得するステップと、
    対象とする被験物質を、前記光源からの前記励起光で励起させ、前記分光手段を用いて、前記励起光に起因する前記被験物質からの被測定光の波長スペクトルを取得するステップと、
    前記標準物質の前記波長スペクトルと、前記被験物質の前記波長スペクトルとを用いて、前記被験物質の計測値をデータ解析するステップと
    を包含し、
    前記データ解析するステップは、
    前記被験物質の求めるべき光学特性として、外部量子効率、吸収率および内部量子効率からなる群から少なくとも１つ選択し、かつ、前記標準物質の値付けされた前記光学特性のうち使用する光学特性を選択するステップと、
    前記標準物質の前記波長スペクトルおよび前記被験物質の前記波長スペクトルのそれぞれからフォトン数を算出するステップであって、前記標準物質および前記被験物質の散乱フォトン数、および／または、前記標準物質および前記被験物質の発光フォトン数を算出する、ステップと、
    前記選択された前記標準物質の値付けされた光学特性、および、前記算出された発光フォトン数および／または散乱フォトン数を用いて、前記被験物質の前記選択された光学特性を算出するステップと
    をさらに包含する、分光測定方法。
  2. 前記選択するステップは、
    前記被験物質の求めるべき光学特性として外部量子効率（ηｅｘｔ－ｓａｍ）を選択し、かつ、前記標準物質の値付けされた光学特性として外部量子効率（ηｅｘｔ－ｒｅｆ）、または、吸収率（Ａｒｅｆ）または反射率（Ｒｒｅｆ）と内部量子効率（ηｉｎｔ－ｒｅｆ）との組み合わせを選択し、
    前記フォトン数を算出するステップは、
    前記標準物質の前記波長スペクトルから前記標準物質の発光フォトン数（Ｎｒｅｆ－ｅｍ）を算出し、
    前記被験物質の前記波長スペクトルから前記被験物質の発光フォトン数（Ｎｓａｍ－ｅｍ）を算出し、
    前記光学特性を算出するステップは、
    前記標準物質の値付けされた光学特性が外部量子効率である場合には式（１）を、前記標準物質の値付けされた光学特性が吸収率と内部量子効率との組み合わせの場合には式（２）を、前記標準物質の値付けされた光学特性が反射率と内部量子効率との組み合わせの場合には式（３）を実行し、前記被験物質の外部量子効率（ηｅｘｔ－ｓａｍ）を算出する、請求項１に記載の分光測定方法。
    ηｅｘｔ－ｓａｍ＝ηｅｘｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（１）
    ηｅｘｔ－ｓａｍ＝Ａｒｅｆ×ηｉｎｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（２）
    ηｅｘｔ－ｓａｍ＝（１－Ｒｒｅｆ）×ηｉｎｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（３）
  3. 前記選択するステップは、
    前記被験物質の求めるべき光学特性として吸収率（Ａｓａｍ）を選択し、かつ、前記標準物質の値付けされた光学特性として反射率（Ｒｓａｍ）または吸収率（Ａｒｅｆ）を選択し、
    前記フォトン数を算出するステップは、
    前記標準物質の前記波長スペクトルから前記標準物質の散乱フォトン数（Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）を算出し、
    前記被験物質の前記波長スペクトルから前記被験物質の散乱フォトン数（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ）を算出し、
    前記光学特性を算出するステップは、
    前記標準物質の値付けされた光学特性が反射率である場合には式（４）を、前記標準物質の値付けされた光学特性が吸収率である場合には式（５）を実行し、前記被験物質の反射率（Ｒｓａｍ）を算出し、
    前記被験物質の反射率を用いて式（６）を実行し、前記被験物質の吸収率（Ａｓａｍ）を算出する、請求項１に記載の分光測定方法。
    Ｒｓａｍ＝Ｒｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（４）
    Ｒｓａｍ＝（１－Ａｒｅｆ）×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（５）
    Ａｓａｍ＝１－Ｒｓａｍ・・・（６）
  4. 前記選択するステップは、
    前記被験物質の求めるべき光学特性として内部量子効率（ηｉｎｔ－ｓａｍ）を選択し、かつ、標準物質の値付けされた光学特性として外部量子効率（ηｅｘｔ－ｒｅｆ）と吸収率（Ａｒｅｆ）または反射率（Ｒｒｅｆ）との組み合わせ、または、吸収率（Ａｒｅｆ）または反射率（Ｒｒｅｆ）と内部量子効率（ηｉｎｔ－ｒｅｆ）との組み合わせを選択し、
    前記フォトン数を算出するステップは、
    前記標準物質の前記波長スペクトルから前記標準物質の発光フォトン数（Ｎｒｅｆ-ｅｍ）および散乱フォトン数（Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）を算出し、
    前記被験物質の前記波長スペクトルから前記被験物質の発光フォトン数（Ｎｓａｍ－ｅｍ）および散乱フォトン数（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ）を算出し、
    前記光学特性を算出するステップは、
    前記標準物質の値付けされた光学特性が外部量子効率である場合には式（１）を、前記標準物質の値付けされた光学特性が吸収率と内部量子効率との組み合わせの場合には式（２）を、前記標準物質の値付けされた光学特性が反射率と内部量子効率との組み合わせの場合には式（３）を実行し、前記被験物質の外部量子効率（ηｅｘｔ－ｓａｍ）を算出し、
    前記標準物質の値付けされた光学特性が反射率である場合には式（４）を、前記標準物質の値付けされた光学特性が吸収率である場合には式（５）を実行し、前記被験物質の反射率（Ｒｓａｍ）を算出し、
    前記被験物質の反射率を用いて式（６）を実行し、前記被験物質の吸収率（Ａｓａｍ）を算出し、
    被験物質の吸収率（Ａｓａｍ）を用いて式（７）を実行し、前記被験物質の内部量子効率（ηｉｎｔ－ｓａｍ）を算出する、請求項１に記載の分光測定方法。
    ηｅｘｔ－ｓａｍ＝ηｅｘｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（１）
    ηｅｘｔ－ｓａｍ＝Ａｒｅｆ×ηｉｎｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（２）
    ηｅｘｔ－ｓａｍ＝（１－Ｒｒｅｆ）×ηｉｎｔ－ｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｅｍ／Ｎｒｅｆ－ｅｍ）・・・（３）
    Ｒｓａｍ＝Ｒｒｅｆ×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（４）
    Ｒｓａｍ＝（１－Ａｒｅｆ）×（Ｎｓａｍ－ｓｃａｔｔ／Ｎｒｅｆ－ｓｃａｔｔ）・・・（５）
    Ａｓａｍ＝１－Ｒｓａｍ・・・（６）
    ηｉｎｔ－ｓａｍ＝ηｅｘｔ－ｓａｍ／Ａｓａｍ・・・（７）
  5. 前記光源は、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、前記選択されたランプからの光を分光する分光器とを備える、請求項１～４のいずれかに記載の分光測定方法。
  6. 前記分光手段は、前記励起光の反射波長および前記標準物質および前記被験物質が波長変換した波長を含む波長域の波長スペクトルを取得する、請求項１～５のいずれかに記載の分光測定方法。
  7. 前記標準物質および前記被験物質は、粉末状の蛍光体である、請求項１～６のいずれかに記載の分光測定方法。
  8. 前記標準物質は、βサイアロン緑色蛍光体、αサイアロン橙色蛍光体およびＣＡＳＮ赤色蛍光体からなる群から選択される、請求項１～７のいずれかに記載の分光測定方法。
  9. 積分球をさらに用い、前記積分球内に前記標準物質および前記被験物質が配置される、請求項１～８のいずれかに記載の分光測定方法。
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