JP7412802B2 - Spectroscopic measurement method - Google Patents

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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。 The present invention relates to a spectroscopic measurement method for spectroscopically measuring the external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum efficiency of a luminescent material such as a phosphor.

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。 In order to find out the luminous efficiency of a luminescent material such as a phosphor, evaluation of the quantum efficiency of output energy with respect to input energy is widely used. Among these, the quantum efficiency value of powdered phosphors used in light-emitting devices such as white light emitting diodes (white LEDs) is important, and international standardization of measurement methods is also underway. The absorption rate and quantum efficiency of a luminescent sample are calculated using the following equation using the measured value of the number of photons.

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。 Absorption rate is the proportion of photons absorbed by the sample among the photons emitted by excitation light. Usually, the number of photons of excitation light is measured by irradiating the excitation light onto a standard white plate, etc., and the number of photons of scattered light (number of scattered photons) is measured by irradiating the excitation light onto the sample, and the formula is Find it using (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 proportion of absorbed photons that are converted into internal emission. Usually, the number of photons of excitation light is measured by irradiating the excitation light onto a standard white plate, etc., and the number of photons of scattered light (number of scattered photons) is measured by irradiating the excitation light onto the sample, and the formula is The absorption rate is determined using (1a), the number of photons of fluorescence emitted by the sample is measured, and the internal quantum efficiency is determined using equation (1b). Note that 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 proportion of photons of excitation light that are converted into light emission. The absorption rate is determined by formula (1a), the internal quantum efficiency is determined by formula (1b), and the external quantum efficiency is determined by the product of the absorption rate and the internal quantum efficiency by 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。
A common method for measuring quantum efficiency is a method using an integrating sphere (hereinafter referred to as the integrating sphere method; see, for example, Non-Patent Document 1), and calculations are performed by acquiring a spectrum as shown in FIG. 1. The method for measuring internal quantum efficiency has been standardized using this method (ISO20351/JIS R1697).
FIG. 1 is a diagram showing exemplary emission and scattering spectra.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a spectrometer that performs the integrating sphere method.

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。
The internal quantum efficiency is calculated as follows using the spectrometer 200 shown in FIG.
(1) A standard diffuser white plate (not shown) is installed on the bottom of the integrating sphere 210, and the excitation light from the light source 220 is irradiated onto the standard diffuser white plate, so that the excitation light is made uniform within the integrating sphere 210. The spectrum of the spectrum is measured by the spectroscopic means 230.
(2) By installing the fluorescent substance to be measured 240 on the bottom surface of the integrating sphere 210 and irradiating the fluorescent substance to be measured 240 with excitation light, a part of the excitation light is reflected and a part of the excitation light is reflected from the fluorescent substance. is absorbed and wavelength converted.
(3) The spectrum of the mixed light of the reflected excitation light (scattered light) and the wavelength-converted fluorescence is made uniform within the integrating sphere 210 and is measured by the spectroscopy means 230.
(4) Using the measured value of the number of photons, calculate the internal quantum efficiency using equation (1b).

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。 Another method for measuring quantum efficiency has been developed (see, for example, Non-Patent Document 2). As shown in Figure 1 of Non-Patent Document 2, by moving the detector with respect to the incidence of monochromatic light with the phosphor to be measured placed horizontally, the fluorescence and scattering from the phosphor to be measured can be detected. Performs bending angle spectroscopic measurements of light. Quantum efficiency can be measured directly by spatially integrating the fluorescence and scattered light spectra and emission intensities at various angles. Although it has the advantage of being able to directly measure the absolute value of quantum efficiency, the equipment is expensive and the measurement takes a long time.

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。 Quantum efficiency is a good indicator during the research and development stage of light-emitting materials to determine how much efficiency they have compared to conventional products, or how much improvement is possible in the future. Furthermore, at the stage of practical application, such as for white LED applications, it is often used to determine specifications for commercial transactions of luminescent materials and to control quality in each manufacturing process. Particularly in the latter case, extremely high precision is required for quantum efficiency measurements. It goes without saying that the measurement accuracy of the emission spectrum is most important for the accuracy of the quantum efficiency, but a particularly large source of uncertainty is the energy calibration accuracy over a wide wavelength range. In light-emitting materials such as phosphors, the wavelength of excitation light that inputs energy and the wavelength of fluorescent light that is output are significantly different.

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。 In the case of a white LED, it is often excited at a wavelength of 405 nm or 450 nm and converted into fluorescence with a wide wavelength range of 500 to 800 nm. Optical systems and spectrophotometers that use commonly used integrating spheres use a combination of many optical components, so energy calibration over a wide wavelength range like the one above requires careful consideration. Changes and changes over time are also likely to cause uncertainty in measurement accuracy. It would be preferable if the uncertainty caused by this energy calibration could be reduced.

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 Society of Japan No. 95 Completed No. 8A (2011) 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-A414-7Kousei Takahashi et al., 78th Japan Society of Applied Physics Autumn Academic Conference, Proceedings 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。 An object of the present invention is to provide a spectroscopic measurement method for spectroscopically measuring the external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum efficiency of a luminescent material such as a phosphor, which reduces the influence of uncertainty due to energy calibration.

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。
sam=Rref×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(4)
sam=(1-Aref)×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(5)
sam=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)
sam=Rref×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(4)
sam=(1-Aref)×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(5)
sam=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。
In the spectroscopic measurement method according to the present invention, a standard material whose optical properties are valued is excited with excitation light from a light source, and a wavelength spectrum of light from the standard material caused by the excitation light is measured using a spectroscopic means. Exciting the target test substance with the excitation light from the light source, and using the spectroscopy means to acquire the wavelength spectrum of the measured light from the test substance caused by the excitation light. and a step of data analyzing the measured value of the test substance using the wavelength spectrum of the standard substance and the wavelength spectrum of the test substance, and the data analysis step includes the step of analyzing the measured value of the test substance using the wavelength spectrum of the standard substance and the wavelength spectrum of the test substance. a step of selecting at least one from the group consisting of external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum efficiency as the optical property to be determined, and selecting an optical property to be used from among the valued optical properties of the standard material. and a step of calculating the number of photons from each of the wavelength spectrum of the standard substance and the wavelength spectrum of the test substance, the number of scattered photons of the standard substance and the test substance, and/or the number of scattered photons of the standard substance and the test substance. calculating the number of emitted photons of the test substance; using the valued optical properties of the selected standard substance and the calculated number of emitted photons and/or the number of scattered photons; calculating the selected optical properties of a substance, thereby solving the above problem.
In the selecting step, external quantum efficiency (η ext-sam ) is selected as the optical property to be determined of the test substance, and external quantum efficiency (η ext-ref ) is selected as the valued optical property of the standard substance. Alternatively, the step of selecting a combination of absorption rate (A ref ) or reflectance (R ref ) and internal quantum efficiency (η int-ref ) and calculating the number of photons is based on the wavelength spectrum of the standard material. The steps of calculating the number of emitted photons (N ref-em ) of the standard substance, calculating the number of emitted photons (N sam-em ) of the test substance from the wavelength spectrum of the test substance, and calculating the optical properties , when the valued optical property of the standard material is external quantum efficiency, and when the valued optical property of the standard material is a combination of absorption rate and internal quantum efficiency, Equation (2) is executed to calculate the external quantum efficiency (η ext-sam ) may be calculated.
η ext-sam = η ext-ref × (N sam-em /N ref-em )...(1)
η ext-sam = A ref × η int-ref × (N sam-em /N ref-em ) (2)
η ext-sam = (1-R ref )×η int-ref × (N sam-em /N ref-em )...(3)
In the selecting step, the absorbance (A sam ) is selected as the optical property to be determined of the test substance, and the reflectance (R sam ) or the absorption rate (A ref ) is selected as the valued optical property of the standard substance. ) and calculating the number of photons includes calculating the number of scattered photons (N ref-scatt ) of the standard substance from the wavelength spectrum of the standard substance, and calculating the number of scattered photons (N ref-scatt ) of the standard substance from the wavelength spectrum of the test substance. In the step of calculating the number of scattered photons (N sam-scatt ) of the standard material and calculating the optical property, when the valued optical property of the standard material is reflectance, formula (4) is When the valued optical property is absorptance, formula (5) is executed to calculate the reflectance (R sam ) of the test substance, and formula (6) is calculated using the reflectance of the test substance. may be executed to calculate the absorption rate (A sam ) of the test substance.
R sam = R ref × (N sam-scatt /N ref-scatt ) (4)
R sam = (1-A ref )×(N sam-scatt /N ref-scat ) (5)
A sam = 1-R sam ... (6)
In the selecting step, the internal quantum efficiency (η int-sam ) is selected as the desired optical property of the test substance, and the external quantum efficiency (η ext-ref ) is selected as the valued optical property of the standard substance. Select a combination of absorption rate (A ref ) or reflectance (R ref ), or a combination of absorption rate (A ref ) or reflectance (R ref ) and internal quantum efficiency (η int-ref ), and In the step of calculating the number of photons, the number of emitted photons (N ref-em ) and the number of scattered photons (N ref-scatt ) of the standard substance are calculated from the wavelength spectrum of the standard substance, and the number of photons emitted from the standard substance is calculated from the wavelength spectrum of the test substance. The step of calculating the number of emitted photons (N sam-em ) and the number of scattered photons (N sam-scatt ) of the test substance from Equation (1) is used when the value of the optical property of the standard material is a combination of absorption rate and internal quantum efficiency; When the optical property is a combination of reflectance and internal quantum efficiency, Equation (3) is executed to calculate the external quantum efficiency (η ext-sam ) of the test substance, and the valued optical property of the standard substance is calculated. When the property is reflectance, Equation (4) is executed, and when the valued optical property of the standard substance is absorption, Equation (5) is executed to calculate the reflectance (R sam ) of the test substance. ), execute equation (6) using the reflectance of the test substance, calculate the absorption rate (A sam ) of the test substance, and use the absorption rate (A sam ) of the test substance to calculate equation (6). 7) to calculate the internal quantum efficiency (η int-sam ) of the test substance.
η ext-sam = η ext-ref × (N sam-em /N ref-em )...(1)
η ext-sam = A ref × η int-ref × (N sam-em /N ref-em ) (2)
η ext-sam = (1-R ref )×η int-ref × (N sam-em /N ref-em )...(3)
R sam = R ref × (N sam-scatt /N ref-scatt ) (4)
R sam = (1-A ref )×(N sam-scatt /N ref-scat ) (5)
A sam = 1-R sam ... (6)
η int-sam = η ext-sam /A sam ...(7)
The light source may include a lamp selected from the group consisting of a mercury lamp, a deuterium lamp, a xenon lamp, and a halogen lamp, and a spectrometer for separating light from the selected lamp.
The spectroscopic means may acquire a wavelength spectrum in a wavelength range that includes the reflected wavelength of the excitation light and wavelengths converted by the standard substance and the test substance.
The standard substance and the test substance may be powdered phosphors.
The standard may be selected from the group consisting of β-sialon green phosphor, α-sialon orange phosphor, and CASN red phosphor.
An integrating sphere may be further used, and the standard substance and the test substance may be placed within the integrating sphere.

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。 In the spectroscopic measurement method of the present invention, a test substance and a standard substance are each measured in the same spectrometer, and the measured values of the test substance are analyzed using the wavelength spectra obtained from each. As a result, optical properties such as quantum efficiency can be measured with high accuracy without using expensive equipment or using equipment that has not been energy calibrated. In detail, the number of photons measured in the excitation wavelength range and the number of photons measured in the emission wavelength range contribute to the calculation independently, so they are not affected by the difference in energy calibration between two separate wavelength ranges. Quantum efficiency can be obtained. Further, if the present invention is adopted, it is not necessary to measure excitation light, so the uncertainty caused by the white standard sample can be reduced and the measurement time can be shortened.

例示的な発光・散乱スペクトルを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing exemplary emission and scattering spectra. 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. 1 is a schematic diagram showing a spectrometer that performs an integrating sphere method. 本発明の分光測定方法を示すフローチャートである。1 is a flowchart showing a spectroscopic measurement method of the present invention. 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。It is a detailed flowchart of data analysis of step S320. 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。It is a flowchart for calculating the external quantum efficiency of a test substance. 被験物質の吸収率を算出するフローチャートである。It is a flowchart for calculating the absorption rate of a test substance. 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。It is a flowchart for calculating the internal quantum efficiency of a test substance. 本発明の分光測定装置を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a spectrometer of the present invention. 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。9 is a schematic diagram showing an exemplary configuration of a data analysis device used in the spectrometer shown in FIG. 8. FIG. 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。FIG. 2 is a schematic diagram showing an energy-calibrated oriented fluorescence spectrometry device. 試料Aの散乱および発光スペクトルを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the scattering and emission spectra of sample A. 試料Bの散乱および発光スペクトルを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the scattering and emission spectra of sample B. 試料Cの散乱および発光スペクトルを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the scattering and emission spectra of sample C. 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。3 is a diagram showing a comparison between the optical properties of sample A obtained using sample B and sample C as standard substances according to Example 1, and the optical properties of sample A according to Comparative Example 1. FIG. 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。3 is a diagram showing a comparison between the optical properties of sample B obtained using sample A and sample C as standard substances according to example 2, and the optical properties of sample B according to comparative example 2. FIG. 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。3 is a diagram showing a comparison between the optical properties of sample C obtained using sample A and sample B as standard substances according to example 3 and the optical properties of sample C according to comparative example 3. FIG.

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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that similar elements are given similar numbers and their explanations will be omitted.
(Embodiment 1)
In Embodiment 1, a spectroscopic measurement method of the present invention will be described.

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。 The present inventors have been able to accurately measure optical properties such as quantum efficiency of the target test substance without using expensive equipment as shown in Non-Patent Document 2, or even using equipment that has not been energy calibrated. We have discovered an analytical method that can measure this. This will be explained with reference to the flowcharts shown in FIGS. 3 to 7.

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。 FIG. 3 is a flowchart showing the spectroscopic measurement method of the present invention.

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。
Step S310: A standard material whose optical properties have been valued is excited with excitation light from a light source, and a wavelength spectrum of light from the standard material caused by the excitation light (also simply called a spectrum) is determined using a spectroscopic means. get.
Step S320: The target test substance is excited with excitation light from the light source used in step S310, and the wavelength spectrum of the measured light from the test substance caused by the excitation light is determined using the spectroscopic means used in step S310. get.
Step S330: Using the wavelength spectrum of the standard substance obtained in step S310 and the wavelength spectrum of the test substance obtained in step S320, data analysis of the measured value of the test substance is performed. In this specification, "data analysis of measured values of a test substance" refers to the calculation of optical properties such as external quantum efficiency, internal quantum efficiency, absorption rate, etc. of a test substance using the wavelength spectrum of the test substance described above. intend.

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。 By comparing and calculating the wavelength spectra obtained by measuring a standard substance and a test substance with the same measuring device (same light source and same spectroscopic means), the inventors of the present application can measure the standard material and the test substance using the device-specific wavelength. It has been found that variations in sensitivity can be reduced.

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。
Explain in detail.
First, the standard material may have an optical property selected from the group consisting of external quantum efficiency, internal quantum efficiency, absorption rate, and reflectance. Such valuing of optical properties is performed by, for example, the apparatus shown in Non-Patent Document 2.

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。 The standard is preferably a phosphor selected from the group consisting of beta sialon green phosphor, alpha sialon orange phosphor and CASN red phosphor. The β-sialon phosphor is, for example, the phosphor described in JP-A-2005-255895, the α-sialon orange phosphor is, for example, the phosphor described in JP-A-2005-8793, and the CASN red phosphor is, for example, , JP-A No. 2006-8721. If these phosphors are used, the above-mentioned optical properties are rated and can be measured with higher accuracy.

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。 The standard substance and test substance used in the measurement are preferably powdered phosphors, but may also be pellets or sheets of solidified powder.

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。 In step S310 and step S320, the wavelength spectrum acquired by the spectroscopic means includes the wavelength of excitation light converted by the sample (standard substance and test substance), and the wavelength of excitation light scattered and reflected by the sample. This is a wavelength spectrum in a wavelength range that includes the reflected wavelength of light. The comparison/calculation in step S330 is performed for each of the scattered/reflected scattered light of these wavelength spectra and the wavelength-converted fluorescence that is in a different wavelength range from the scattered light, so the measurement sensitivity due to wavelength is Variations can be reduced.

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。 FIG. 4 is a detailed flowchart of the data analysis in step S320.

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。 Step S410: Select at least one from the group consisting of external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum efficiency as the optical property to be determined for the test substance, and select the optical property to be used from the valued optical properties of the standard substance. select. For example, the external quantum efficiency may be selected as the optical property to be determined for the test substance, and the external quantum efficiency or a combination of absorption rate and internal quantum efficiency may be selected from among the valued optical properties of the standard substance. Absorptivity may be selected as the optical property to be determined for the test substance, and reflectance or absorption may be selected from among the valued optical properties of the standard substance.

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。 Step S420: Calculate the number of photons from each of the wavelength spectrum of the standard substance and the wavelength spectrum of the test substance. Specifically, the number of scattered photons of the standard substance and the test substance and/or the number of emitted photons of the standard substance and the test substance are calculated. The number of photons can be calculated as follows.

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)
The number of scattered photons Ni at the i-th wavelength λi (when the spectrum is measured in 1 nm increments, the first wavelength number of the spectrum is 1, the middle is i, and the last is z) is the wavelength λi of the measured scattering spectrum. It is expressed by the following equation using the scattering intensity Wi at .
Ni=Wi×λi/(h×c)
Here, h is Planck's constant and c is the speed of light. The number N of photons for the entire wavelength can be obtained by summing all i (1st to z) photons, and is expressed by the following equation.
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。 Such calculation of the number of photons may be performed for each of the standard substance and the test substance. Furthermore, when calculating the emitted photons, it is sufficient to calculate the wavelengths of the respective emission spectra of the standard substance and the test substance.

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。 The wavelength range for calculating the number of scattered photons/number of emitted photons may be manually selected by the user via an external input device (not shown), or may be selected using the intensity of the spectrum, etc. It may be set automatically.

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。 Step S430: Using the valued optical properties of the standard material selected in step S410 and the number of emitted photons and/or the number of scattered photons calculated in step S420, the optical properties of the test substance selected in step S410 are determined. Calculate characteristics.

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。 Steps S410 to S430 may be repeated. For example, the external quantum efficiency of the test substance may be determined in the first steps S410 to S430, and the absorption rate of the test substance may be determined in the second steps S410 to S430.

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。 In FIG. 4, it has been explained that step S410 is performed first and then step S420 is performed, but the reverse may be possible. In this case, it is preferable to calculate both the number of scattered photons and the number of emitted photons.

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。 In this way, the number of scattered photons measured in the excitation wavelength range in step S420 and the number of emitted photons measured in the emission wavelength range independently contribute to the calculation in step S430, so the energy between two separate wavelength ranges is It is not affected by calibration deviations. Therefore, by employing the method of the present invention, optical properties (external quantum efficiency, internal quantum efficiency, absorption rate, etc.) of a test substance can be determined with high accuracy.

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。
Each optical property of the test substance to be determined will be explained in more detail.
(External quantum efficiency of test substance)
FIG. 5 is a flowchart for calculating the external quantum efficiency of a test substance.
Here again, calculation of the external quantum efficiency of the test substance is a specific flow of step S330, and is performed following step S320.

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。 Step S510: In step S410 of FIG. 4, the external quantum efficiency (η ext-sam ) is selected as the optical property to be determined for the test substance, and the external quantum efficiency (η ext-sam ) is selected as the valued optical property of the standard substance. ref ) or a combination of absorption (A ref ) or reflectance (R ref ) and internal quantum efficiency (η int-ref ).

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。 Step S520: Next, in step S420 of FIG. 4, the number of emitted photons (N ref-em ) of the standard substance is calculated from the wavelength spectrum of the standard substance, and the number of emitted photons (N sam- ) of the test substance is calculated from the wavelength spectrum of the test substance. em ) is calculated. The number of emitted photons is calculated as described above.

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)
Step S530: Next, in step S430 of FIG. 4, if the valued optical property of the standard material is the external quantum efficiency, equation (1) is used to calculate the absorption rate and the internal quantum efficiency. Equation (2) is executed in the case of a combination with quantum efficiency, and Equation (3) is executed when the valued optical property of the standard material is a combination of reflectance and internal quantum efficiency. Thereby, the external quantum efficiency (η ext-sam ) of the test substance is calculated.
η ext-sam = η ext-ref × (N sam-em /N ref-em )...(1)
η ext-sam = A ref × η int-ref × (N sam-em /N ref-em ) (2)
η ext-sam = (1-R ref )×η int-ref × (N sam-em /N ref-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。
(absorption rate of test substance)
FIG. 6 is a flowchart for calculating the absorption rate of the test substance.
Here again, calculation of the absorption rate of the test substance is a specific flow of step S330, and is performed subsequent to step S320.

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。 Step S610: In step S410 of FIG. 4, absorbance (A sam ) is selected as the optical property to be determined for the test substance, and reflectance (R sam ) or absorptance ( A ref ).

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。 Step S620: In step S420 of FIG. 4, the number of scattered photons of the standard substance (N ref-scatt ) is calculated from the wavelength spectrum of the standard substance, and the number of scattered photons of the test substance (N sam-scatt ) is calculated from the wavelength spectrum of the test substance. Calculate. The number of scattered photons is calculated as described above.

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。
sam=Rref×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(4)
sam=(1-Aref)×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(5)
sam=1-Rsam・・・(6)
Step S630: In step S430 of FIG. 4, if the valued optical property of the standard material is reflectance, use equation (4); if the valued optical property of the standard material is absorptance, Equation (5) is executed to calculate the reflectance (R sam ) of the test substance. Next, equation (6) is executed using the reflectance. Thereby, the absorption rate (A sam ) of the test substance is calculated.
R sam = R ref × (N sam-scatt /N ref-scatt ) (4)
R sam = (1-A ref )×(N sam-scatt /N ref-scat ) (5)
A sam = 1-R sam ... (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。
(Internal quantum efficiency of test substance)
FIG. 7 is a flowchart for calculating the internal quantum efficiency of a test substance.
Here, too, calculation of the internal quantum efficiency of the test substance is a specific flow of step S330, and is performed following step S320.

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。 Step 710: In step S410 of FIG. 4, the internal quantum efficiency (η int-sam ) is selected as the optical property to be determined for the test substance, and the external quantum efficiency (η ext -sam ) is selected as the valued optical property of the standard substance. ref ) and absorption rate (A ref ) or reflectance (R ref ), or combination of absorption rate (A ref ) or reflectance (R ref ) and internal quantum efficiency (η int-ref ). do.

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。 Step S720: In step S420 of FIG. 4, the number of emitted photons (N ref-em ) and the number of scattered photons (N ref-scatt ) of the standard substance are calculated from the wavelength spectrum of the standard substance, and the number of photons of the test substance is calculated from the wavelength spectrum of the test substance. The number of emitted photons (N sam-em ) and the number of scattered photons (N sam-scatt ) are calculated.

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。 Step S730: Calculate the external quantum efficiency and absorption rate of the test substance, and calculate the internal quantum efficiency of the test substance from these calculation results.

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)
Specifically, in step S430 of FIG. 4, if the valued optical property of the standard material is the external quantum efficiency, equation (1) is used; Equation (2) is executed in the case of a combination with efficiency, and Equation (3) is executed when the valued optical properties of the standard material are a combination of reflectance and internal quantum efficiency. Thereby, the external quantum efficiency (η ext-sam ) of the test substance is calculated.
η ext-sam = η ext-ref × (N sam-em /N ref-em )...(1)
η ext-sam = A ref × η int-ref × (N sam-em /N ref-em ) (2)
η ext-sam = (1-R ref )×η int-ref × (N sam-em /N ref-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。
sam=Rref×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(4)
sam=(1-Aref)×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(5)
sam=1-Rsam・・・(6)
When the valued optical property of the standard material is reflectance, formula (4) is executed, and when the valued optical property of the standard material is absorptance, formula (5) is executed, and the test substance The reflectance (R sam ) of is calculated. Next, equation (6) is executed using the reflectance. Thereby, the absorption rate (A sam ) of the test substance is calculated.
R sam = R ref × (N sam-scatt /N ref-scatt ) (4)
R sam = (1-A ref )×(N sam-scatt /N ref-scat ) (5)
A sam = 1-R sam ... (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)
Finally, equation (7) is executed using the absorption rate (A sam ) of the test substance. In this way, the internal quantum efficiency (η int-sam ) of the test substance is calculated.
η int-sam = η ext-sam /A sam ...(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。 Note that in step S730, the absorption rate (A sam ) of the test substance may be calculated first, and then the external quantum efficiency (η ext-sam ) of the test substance may be calculated.

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。 In addition, the calculation of the internal quantum efficiency of the test substance shown in Figure 7 can be obtained by formula (7) if the external quantum efficiency and absorption rate of the test substance have been calculated. The calculation of the external quantum efficiency and the absorption rate of the test substance shown in FIG. 6 may be performed, and the results may be applied to equation (7).

(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。
(Embodiment 2)
In Embodiment 2, a spectrometer that implements the spectrometry method described in Embodiment 1 will be described.

図8は、本発明の分光測定装置を模式的に示す図である。 FIG. 8 is a diagram schematically showing a spectrometer of the present invention.

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。 The spectrometer 800 includes a light source 830 that irradiates a sample 810 with excitation light 820, a spectrometer 860 that acquires wavelength spectra of light 840 and 850 emitted from the sample 810 by the irradiated excitation light 820, and a spectrometer 860 that acquires wavelength spectra of light 840 and 850 emitted by the sample 810. and a data analysis device 870 that performs data analysis on the wavelength spectrum obtained. The spectrometer 800 can irradiate a sample 810 such as a phosphor with excitation light 820 and measure and evaluate the optical properties of the sample 810 using a photoluminescence method.

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。 The light source 830 is not particularly limited as long as it can irradiate the sample 810 and excite the sample 810, but preferably the light source 830 is selected from the group consisting of a mercury lamp, a deuterium lamp, a xenon lamp, and a halogen lamp. It may also include one selected lamp and a spectrometer that spectrally separates the light from the lamp. This allows the excitation light 820 to have a single wavelength.

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。 The spectroscopic device 860 is a spectroscopic means that acquires the wavelength spectrum of the lights 840 and 850 emitted by the sample 810 by irradiation with the excitation light 820. In detail, the spectrometer 860 uses wavelengths in a wavelength range including the wavelength of light 840 obtained by wavelength-converting the excitation light 820 by the sample 810, and the reflection wavelength of light 850 obtained by scattering and reflecting the excitation light 820 by the sample 810. Obtain a spectrum.

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。 The optical spectrometer 860 includes, for example, a multi-channel spectrometer (not shown) that separates the light 840 and 850 emitted by the sample 810 into wavelength components and detects the wavelength components, and a wavelength spectrum separated by the multi-channel spectrometer. It may also include a spectral data generation section (not shown) that generates data.

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。 The generated wavelength spectrum data is configured to be output to a data analysis device 870.

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。 The data analysis device 870 is a data analysis means that performs data analysis on the wavelength spectrum acquired by the spectrometer 860. The data analysis device 870 generates light from the standard material caused by the excitation light 820 acquired by the spectrometer 860 when a standard material whose optical properties are valued as the sample 810 is excited with the excitation light from the light source 830. and the wavelength spectrum of the light to be measured from the test substance caused by the excitation light 820 acquired by the spectrometer 860 when the test substance as the sample 810 is excited with the excitation light 820 from the light source 830. data analysis of the measured values of the test substance. With such a configuration, the inventors of the present application can accurately measure optical properties such as quantum efficiency without using expensive equipment or using equipment that has not been energy calibrated. Specific data analysis by the data analysis device 870 will be described later.

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。 Although FIG. 8 shows a spectrometer 800 in which a sample 810 is disposed within an integrating sphere 880, the present invention is not limited thereto. If the integrating sphere 880 is used, the optical characteristics can be measured with higher precision, but the sample 810 may simply be placed in the cell without using the integrating sphere. In the present invention, optical characteristics can be measured with high precision even with a device that has not been energy calibrated. It is sufficient if the analysis device 870 is provided.

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。 The sample 810 is preferably a powdered phosphor, but may also be a pellet or sheet of solidified powder. Further, the standard material as the sample 810 may have an optical characteristic selected from the group consisting of external quantum efficiency, internal quantum efficiency, absorption rate, and reflectance. A specific standard substance is a phosphor selected from the group consisting of β-sialon green phosphor, α-sialon orange phosphor, and CASN red phosphor, as described above. If these phosphors are used, the above-mentioned optical properties are rated and can be measured with higher accuracy.

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。 FIG. 9 is a schematic diagram showing an exemplary configuration of a data analysis device used in the spectrometer shown in FIG. 8.

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。 The data analysis device 870 essentially includes a selection section 910, a photon number calculation section 920, and an optical property calculation section 930, but in FIG. 9, the configuration further includes a data input section 940 and a data output section 950. shows.

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。 The selection unit 910 selects at least one optical property to be determined of the test substance from the group consisting of external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum efficiency, and selects the optical property to be used from among the valued optical properties of the standard substance. This is a selection means for selecting characteristics. The desired optical properties of the test substance may be selected by a user or the like via an external input device (not shown), or may be selected in the order of external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum efficiency by predetermined settings. May be selected.

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。 As will be described later, when the optical properties to be determined for the test substance are selected manually or by settings, the corresponding valued optical properties are specified. This may be performed automatically using an algorithm, or may be performed manually using an external input device (not shown). Further, the valued optical properties of the standard material may be stored in a memory or the like in advance and read out according to the settings of the selection section 910, or may be manually input using an external input device. Good too.

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。 The photon calculation unit 920 is a photon number calculation unit that calculates the number of photons from each of the wavelength spectrum of the standard substance and the wavelength spectrum of the test substance acquired by the spectrometer 860. Specifically, the number of photons is calculated by calculating the number of scattered photons of the standard substance and the test substance, and/or the number of emitted photons of the standard substance and the test substance.

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。 The photon calculation unit 920 receives wavelength spectrum data from a data input unit 940 that inputs wavelength spectrum data acquired by the spectrometer 800, and calculates the number of photons.

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。 For example, when calculating the number of scattered photons of a standard substance, the photon calculation unit 920 executes the following.

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)
The number of scattered photons Ni at the i-th wavelength λi (when the spectrum is measured in 1 nm increments, the first wavelength number of the spectrum is 1, the middle is i, and the last is z) is the wavelength λi of the measured scattering spectrum. It is expressed by the following equation using the scattering intensity Wi at .
Ni=Wi×λi/(h×c)
Here, h is Planck's constant and c is the speed of light. The number N of photons for the entire wavelength can be obtained by summing all i (1st to z) photons, and is expressed by the following equation.
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。 Such calculation of the number of photons may be performed for each of the standard substance and the test substance. Furthermore, when calculating the emitted photons, it is sufficient to calculate the wavelengths of the respective emission spectra of the standard substance and the test substance.

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。 Note that the wavelength range for calculating the number of scattered photons/number of emitted photons may be manually selected by a user or the like via an external input device (not shown), or may be selected by the photon number calculation means. It may be configured to be automatically set depending on the type of photon number.

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。 The optical property calculating unit 930 is an optical property calculating unit 930 that calculates the selected optical property of the test substance using the valued optical property of the selected standard substance and the calculated number of emitted photons and/or number of scattered photons. It is a characteristic calculation means.

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。 The data indicating the optical properties of the test substance calculated in this manner may be displayed on an external display device 960 via the data output unit 950, or may be output by a printing device or the like.

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。 The selection unit 910, photon number calculation unit 920, and optical property calculation unit 930 of the data analysis device 870 are realized by, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), or the like.

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。 Each optical property of the test substance to be determined will be explained in more detail.

(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。
(External quantum efficiency of test substance)
The selection unit 910 selects the external quantum efficiency (η ext-sam ) as the optical property to be determined for the test substance, and selects the external quantum efficiency (η ext-ref ) as the valued optical property of the standard substance, or Select a combination of absorption (A ref ) or reflectance (R ref ) and internal quantum efficiency (η int-ref ).

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。 Next, the photon number calculation means 920 calculates the number of emitted photons (N ref-em ) of the standard substance from the wavelength spectrum of the standard substance acquired by the spectroscopy means 860, and calculates the number of emitted photons (N ref-em ) of the test substance from the wavelength spectrum of the test substance. N sam-em ) is calculated. The number of emitted photons is calculated as described above.

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)
Next, the optical property calculating means 930 uses equation (1) when the valued optical property of the standard material is the external quantum efficiency, and calculates the calculated optical property of the standard material by using the equation (1) as the absorption rate and the internal quantum efficiency. If the optical properties of the reference material are a combination of reflectance and internal quantum efficiency, then equation (3) is executed. Thereby, the external quantum efficiency (η ext-sam ) of the test substance is calculated.
η ext-sam = η ext-ref × (N sam-em /N ref-em )...(1)
η ext-sam = A ref × η int-ref × (N sam-em /N ref-em ) (2)
η ext-sam = (1-R ref )×η int-ref × (N sam-em /N ref-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。
(absorption rate of test substance)
The selection unit 910 selects the absorption rate (A sam ) as the optical property to be determined for the test substance, and selects the reflectance (R sam ) or the absorption rate (A ref ) as the valued optical property of the standard substance. do.

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。 Next, the photon number calculation unit 920 calculates the number of scattered photons of the standard substance (N ref-scatt ) from the wavelength spectrum of the standard substance, and calculates the number of scattered photons of the test substance (N sam-scatt ) from the wavelength spectrum of the test substance. calculate. The number of scattered photons is calculated as described above.

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。
sam=Rref×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(4)
sam=(1-Aref)×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(5)
sam=1-Rsam・・・(6)
Next, the optical property calculation unit 930 uses equation (4) when the valued optical property of the standard material is reflectance, and uses equation (4) when the valued optical property of the standard material is absorptance. (5) is executed to calculate the reflectance (R sam ) of the test substance. Next, equation (6) is executed using the reflectance. Thereby, the absorption rate (A sam ) of the test substance is calculated.
R sam = R ref × (N sam-scatt /N ref-scatt ) (4)
R sam = (1-A ref )×(N sam-scatt /N ref-scat ) (5)
A sam = 1-R sam ... (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。
(Internal quantum efficiency of test substance)
The selection unit 910 selects the internal quantum efficiency (η int-sam ) as the optical property to be determined for the test substance, and selects the external quantum efficiency (η ext-ref ) and absorption rate as the valued optical properties of the standard substance. (A ref ) or reflectance (R ref ), or a combination of absorption (A ref ) or reflectance (R ref ) and internal quantum efficiency (η int-ref ).

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。 Next, the photon number calculation unit 920 calculates the number of emitted photons (N ref-em ) and the number of scattered photons (N ref-scatt ) of the standard substance from the wavelength spectrum of the standard substance, and calculates the number of photons of the test substance from the wavelength spectrum of the test substance. The number of emitted photons (N sam-em ) and the number of scattered photons (N sam-scatt ) are calculated.

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。 Next, the optical property calculation unit 930 calculates the external quantum efficiency and absorption rate of the test substance, and calculates the internal quantum efficiency of the test substance from these calculation results.

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)
In detail, equation (1) is used when the valued optical property of the standard material is the external quantum efficiency, and when the valued optical property of the standard material is a combination of absorption rate and internal quantum efficiency. executes equation (2), and when the valued optical property of the standard material is a combination of reflectance and internal quantum efficiency, executes equation (3). Thereby, the external quantum efficiency (η ext-sam ) of the test substance is calculated.
η ext-sam = η ext-ref × (N sam-em /N ref-em )...(1)
η ext-sam = A ref × η int-ref × (N sam-em /N ref-em ) (2)
η ext-sam = (1-R ref )×η int-ref × (N sam-em /N ref-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。
sam=Rref×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(4)
sam=(1-Aref)×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(5)
sam=1-Rsam・・・(6)
When the valued optical property of the standard material is reflectance, formula (4) is executed, and when the valued optical property of the standard material is absorptance, formula (5) is executed, and the test substance The reflectance (R sam ) of is calculated. Next, equation (6) is executed using the reflectance. Thereby, the absorption rate (A sam ) of the test substance is calculated.
R sam = R ref × (N sam-scatt /N ref-scatt ) (4)
R sam = (1-A ref )×(N sam-scatt /N ref-scat ) (5)
A sam = 1-R sam ... (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)
Finally, equation (7) is executed using the absorption rate (A sam ) of the test substance. In this way, the internal quantum efficiency (η int-sam ) of the test substance is calculated.
η int-sam = η ext-sam /A sam ...(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。 Here, the optical property calculation unit 930 may first calculate the absorption rate (A sam ) of the test substance, and then calculate the external quantum efficiency (η ext-sam ) of the test substance, and the order does not matter. .

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。 Calculation of the internal quantum efficiency of the test substance can be obtained by formula (7) if the external quantum efficiency and absorption rate of the test substance have been calculated. When the internal quantum efficiency is selected as the optical property to be determined, the data analysis device 870 further includes a determination unit (not shown) that determines whether the external quantum efficiency and/or absorption rate of the test substance have already been calculated. You may be prepared.

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。 If the determination unit determines that the external quantum efficiency and absorption rate have been calculated, the optical property calculation unit 930 calculates the external quantum efficiency and absorption rate of the test substance stored in a memory etc. (not shown). Using this, equation (7) is executed.

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。 If the determination unit determines that the external quantum efficiency has been calculated, the optical property calculation unit 930 of the data analysis device 870 calculates the absorption rate of the test substance described above, and stores the calculated absorption rate and memory, etc. Equation (7) is executed using the external quantum efficiency of the test substance stored in (not shown).

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。 Similarly, when the determination unit determines that the absorption rate has been calculated, the optical property calculation unit 9300 of the data analysis device 87 calculates the external quantum efficiency of the test substance as described above, and and the absorption rate of the test substance stored in a memory or the like (not shown), formula (7) is executed.

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。 The processing corresponding to the spectroscopic measurement method executed in the data analysis device 870 shown in FIGS. 8 and 9 is performed by a spectrometry program that causes a computer to perform data analysis on the wavelength spectrum acquired by the spectrometer 860, which is a spectroscopy means. realizable. That is, a spectroscopic measurement program that realizes each function of the selection section 910, photon number calculation section 920, and optical characteristic calculation section 930 related to the data analysis device 870 may be created and installed in a personal computer or the like. Furthermore, a computer-readable recording medium in which a spectrometry program is stored can also be provided. Recording media may include magnetic media such as hard disks and flexible disks, optical media such as CD-ROMs and DVD-ROMs, magneto-optical media such as floppy disks, or specially arranged to execute or store program instructions. This includes, for example, hardware devices such as RAM, ROM, and semiconductor nonvolatile memory. Moreover, the spectrometry program of the present invention may be distributed via a network without using a recording medium.

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。 Next, the present invention will be described in detail using specific examples, but it should be noted that the present invention is not limited to these examples.

[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。
[Pricing]
First, the standard phosphor (standard material) was valued. Emission spectra of three powdered phosphor samples are measured using the optical system shown in FIG.

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。 FIG. 10 is a schematic diagram showing an energy-calibrated oriented fluorescence spectrometer.

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CaAlSiN(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
As standard phosphors, β-sialon green phosphor (referred to as sample A) manufactured with reference to JP-A No. 2005-255895 and α-sialon orange phosphor (referred to as sample B) manufactured with reference to JP-A-2005-8793 were used. A CaAlSiN 3 (CASN) red phosphor (referred to as sample C) manufactured with reference to JP-A No. 2006-8721 (referred to as Sample C) was used.
Sample A = β-sialon green phosphor Sample B = α-sialon orange phosphor Sample C = CASN red phosphor

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。 As shown in Non-Patent Document 2, a standard phosphor is irradiated with a 405 nm Xe lamp, the spectra of fluorescence and scattered light are measured while moving a multichannel spectrometer from 0° to 180°, and the emission intensity is measured. was spatially integrated and the absolute value was assigned. The assigned absolute values are shown in Table 1.

[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。
[Example 1]
In Example 1, sample A was used as the test substance, sample B and sample C were used as standard substances, and the method of the present invention was used to determine the external quantum efficiency, absorption rate, and internal Quantum efficiency was calculated.

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。 A spectroscopic measurement device equipped with a light source, a spectroscopic device, and a data analysis device shown in FIG. 8 was used. Each sample was placed within an integrating sphere that was not energy calibrated. The light from the light source was separated into wavelengths of 405 nm, and this was used as excitation light. The spectrometer was equipped with a multichannel spectrometer. Note that since the excitation light is perpendicularly incident on the sample, the Fresnel reflection component of the glass cover placed on the top surface of the sample leaks from the excitation light port, so the influence is small. The data analysis device is equipped with a spectrometry program that can perform the processing steps described with reference to FIGS. 3 to 7.

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)。 Using the spectrometer shown in FIG. 8, wavelength spectra (scattering and emission spectra) of samples A to C were obtained (steps S310 and S320 in FIG. 3). The results are shown in FIGS. 11 to 13. Next, the measured values of sample A were analyzed using the wavelength spectrum of sample A and the wavelength spectrum of sample B or sample C (step S330 in FIG. 3).

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。
FIG. 11 is a diagram showing the scattering and emission spectra of Sample A.
FIG. 12 is a diagram showing the scattering and emission spectra of Sample B.
FIG. 13 is a diagram showing the scattering and emission spectra of Sample C.

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。 In Figures 11 to 13, the solid lines indicate the scattering and emission spectra, and the dotted lines indicate the scattering spectra of excitation light using a standard white plate (Spectralon grade, manufactured by Labsphere) whose reflectance is valued for the excitation wavelength. be.

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)。 In Example 1, in the data analysis (step S330 in FIG. 3), the number of scattered photons and the number of emitted photons in the wavelength spectra of samples A to C are calculated in advance (step S420 in FIG. 4), and then As the optical properties to be determined, external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum efficiency were sequentially selected (step S410 in FIG. 4).

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。
The number of scattered photons (N) and the number of emitted photons (N) were calculated from the light intensity (W) of the scattering and emission spectra using the following formula.
W=N・h・c/λ
h is Planck's constant, c is the speed of light, and λ is the wavelength. In calculating the number of scattered photons, λ was set to 385 nm to 425 nm, and in calculating the emission spectrum, λ was set to 480 nm to 800 nm. Table 2 shows the number of scattered photons and the number of emitted photons of Samples A to C thus obtained.

(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)
(Calculation of external quantum efficiency)
The external quantum efficiency (η ext-sam ) is selected as the optical property to be determined for sample A, which is the test substance, and the external quantum efficiency (η ext-ref ) was selected (step S510 in FIG. 5). The number of emitted photons (N sam-em /N ref-em ) of samples A to sample C calculated previously (step S520 in FIG. 5) and the external quantum efficiency of samples B and sample C shown in Table 1 are calculated using the equation (1 ) to calculate the external quantum efficiency of sample A (step S530 in FIG. 5).
η ext-sam = η ext-ref × (N sam-em /N ref-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)。
sam=(1-Aref)×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(5)
sam=1-Rsam・・・(6)
(Calculation of absorption rate)
Absorption rate (A sam ) was selected as the optical property to be determined for sample A, which is the test substance, and reflectance (R ref ) was selected as the valued optical property of sample B and sample C, which are standard substances (Fig. 6, step S610). The number of scattered photons (N sam-scatt /N ref-scatt ) of samples A to sample C calculated previously (step S620 in FIG. 6) and the absorption rates of samples B and sample C shown in Table 1 are calculated using equation (5). was applied to calculate the reflectance (R ref ) of sample A. Next, the reflectance of sample A was applied to equation (6) to calculate the absorbance of sample A (step S630 in FIG. 6).
R sam = (1-A ref )×(N sam-scatt /N ref-scat ) (5)
A sam = 1-R sam ... (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)。
(Calculation of internal quantum efficiency)
The internal quantum efficiency (η int-sam ) is selected as the optical property to be determined for sample A, which is the test substance, and the external quantum efficiency (η ext-ref ) is selected as the valued optical property of sample B and sample C, which are the standard substances. ) and the absorption rate (A ref ) were selected (step S710 in FIG. 7). In Table 1, the number of scattered photons (N sam-scatt /N ref-scatt ) and the number of emitted photons (N sam-em /N ref-em ) (step S720 in FIG. 7) calculated previously for samples A to sample C are calculated. Using the external quantum efficiency and absorption rate of sample B and sample C shown in the table, the external quantum efficiency (η ext-sam ) and absorption rate (A sam ) was calculated. Next, the external quantum efficiency and absorption rate of sample A were applied to equation (7) to calculate the internal quantum efficiency of sample A (step S730 in FIG. 7).

ηext-sam=ηext-ref×(Nsam-em/Nref-em)・・・(1)
sam=(1-Aref)×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(5)
sam=1-Rsam・・・(6)
ηint-sam=ηext-sam/Asam・・・(7)
η ext-sam = η ext-ref × (N sam-em /N ref-em )...(1)
R sam = (1-A ref )×(N sam-scatt /N ref-scat ) (5)
A sam = 1-R sam ... (6)
η int-sam = η ext-sam /A sam ...(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。
Table 3 and FIG. 14 show the external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum efficiency values of sample A obtained in this way using sample B and sample C as standard substances, respectively.
[Comparative example 1]
In Comparative Example 1, Sample A was used as the test substance, and the external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum efficiency of Sample A were calculated using conventional methods (Equations (1a) to (1c)). The measurement conditions were the same as in Example 1 using the spectrometer shown in FIG. However, the data analysis device 870 was not used, and a conventional method was used. Here again, the value obtained by dividing the scattering intensity of the excitation light by the diffuse reflectance of the standard white sample was used.

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、3.35×10(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。 The number of scattered photons of sample A and the number of emitted photons of sample A used in equations (1a) to (1c) are the same as Table 2, and the number of photons of excitation light is 3.35×10 2 (1/hc )Met. The values of external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum efficiency of sample A obtained are shown in Table 3 and FIG. 14.

[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。
[Example 2]
In Example 2, sample B was used as the test substance, sample A and sample C were used as standard substances, and the method of the present invention was used to determine the external quantum efficiency, absorption rate, and internal Quantum efficiency was calculated. The external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum efficiency of Sample B were calculated in the same manner as in Example 1, except that Sample B was used as the test substance and Samples A and C were used as the standard substances. The calculated results are shown in Table 4 and FIG. 15.

[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。
[Comparative example 2]
In Comparative Example 2, Sample B was used as the test substance, and the external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum efficiency of Sample B were determined in the same manner as Comparative Example 1 using conventional methods (Equations (1a) to (1c)). Efficiency was calculated. The values of external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum efficiency of sample B obtained are shown in Table 4 and FIG. 15.

[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。
[Example 3]
In Example 3, sample C was used as the test substance, sample A and sample B were used as standard substances, and the method of the present invention was used to determine the external quantum efficiency, absorption rate, and internal Quantum efficiency was calculated. The external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum efficiency of Sample B were calculated in the same manner as in Example 1, except that Sample C was used as the test substance and Sample A and Sample B were used as the standard substances. The calculated results are shown in Table 5 and FIG. 16.

[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。
[Comparative example 3]
In Comparative Example 3, Sample C was used as the test substance, and the external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum Efficiency was calculated. The values of external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum efficiency of the obtained sample C are shown in Table 5 and FIG. 16.

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。
The results of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 will be summarized and explained.
In addition to the results of Examples and Comparative Examples, Tables 3 to 5 also show the absolute values (absolute measured values) of Samples A to C shown in Table 1.

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。
FIG. 14 is a diagram showing a comparison between the optical properties of Sample A obtained using Sample B and Sample C as standard substances according to Example 1, and the optical properties of Sample A according to Comparative Example 1.
FIG. 15 is a diagram showing a comparison between the optical properties of Sample B obtained using Sample A and Sample C as standard substances according to Example 2, and the optical properties of Sample B according to Comparative Example 2.
FIG. 16 is a diagram showing a comparison between the optical properties of Sample C obtained using Sample A and Sample B as standard substances according to Example 3, and the optical properties of Sample C according to Comparative Example 3.

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。 14 to 16 are bar graphs of Tables 3 to 5. From Tables 3 to 5 and Figures 14 to 16, the external quantum efficiency and internal quantum efficiency calculated using the conventional method of equations (1a) to (1c) are 100% for any sample. It was beyond. This is because the energy calibration of the spectrometer used was insufficient and the energy sensitivity in the fluorescence wavelength band was higher than in the wavelength band including excitation light.

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。 On the other hand, in Examples 1 to 3, in which the spectroscopic measurement method of the present invention was carried out using the spectrometer of the present invention, the standard value of each phosphor (i.e., the absolute measurement values) were obtained. It has been shown that by employing the present invention, reliable external quantum efficiency, internal quantum efficiency, and absorption rate can be obtained even if a measurement system with insufficient energy calibration is used.

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。 This is because the number of scattered photons measured in the excitation wavelength range and the number of emitted photons measured in the emission wavelength range independently contribute to the calculation. That is, while equation (1b) includes the number of scattered photons and the number of emitted photons at the same time, in the present invention, equations (1) to (3) include the number of emitted photons, and equations (4) to Since it is separated from the number of scattered photons in Equation (6), it is possible to reduce the influence of deviation in energy calibration between two separate wavelength ranges.

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。 In the spectrometer and spectrometer method of the present invention, quantum efficiency and the like are calculated by separating the number of scattered photons and the number of emitted photons, but it is effective to use a standard material whose optical properties have been valued. A detailed comparison of the measurement data reveals that the closer the emission wavelength ranges of the test substance and standard substance are, the smaller the deviation from the absolute measured value. This is largely affected by energy calibration errors within the emission wavelength band. For this reason, it is desirable to use a sample with an emission wavelength band close to that of the test substance as the standard substance.

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。 In this example, a spectrum using an integrating sphere was used, but as mentioned above, the present invention is not limited to this, and similar results can be obtained from a spectrum using a commonly used spectrophotometer. It goes without saying that quantum efficiency can be derived using this method.

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。 In addition, in this example, the internal quantum efficiency was calculated according to the steps in FIG. 7, but using the external quantum efficiency already calculated according to the steps in FIG. 5 and the absorption rate calculated according to the steps in FIG. 7) may be executed.

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。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized as a spectrometry apparatus, a spectrometry method, and a spectrometry measurement program which can be used suitably for evaluation of luminescent materials, such as a phosphor.

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
800 Spectrometer 810 Sample 820 Excitation light 830 Light source 840, 850 Light 860 Spectrometer 870 Data analysis device 910 Selection section 920 Photon number calculation section 930 Optical property calculation section 940 Data input section 950 Data output section 960 Display device

Claims (9)

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。
Exciting a standard material whose optical properties have been valued with excitation light from a light source, and using a spectroscopic means to obtain a wavelength spectrum of light from the standard material caused by the excitation light;
Exciting the target test substance with the excitation light from the light source and using the spectroscopic means to obtain a wavelength spectrum of the measured light from the test substance caused by the excitation light;
Data analyzing the measured value of the test substance using the wavelength spectrum of the standard substance and the wavelength spectrum of the test substance,
The step of analyzing the data includes:
Select at least one from the group consisting of external quantum efficiency, absorption rate, and internal quantum efficiency as the optical property to be determined for the test substance, and select the optical property to be used from among the optical properties valued for the standard substance. Steps to select and
a step of calculating the number of photons from each of the wavelength spectrum of the standard substance and the wavelength spectrum of the test substance, the step of calculating the number of photons scattered by the standard substance and the test substance, and/or the number of photons scattered by the standard substance and the test substance; a step of calculating the number of emitted photons of the substance;
calculating the selected optical property of the test substance using the valued optical property of the selected standard substance and the calculated number of emitted photons and/or number of scattered photons; Further comprising a spectroscopic measurement method.
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)
The step of selecting includes:
External quantum efficiency (η ext-sam ) is selected as the optical property to be determined for the test substance, and external quantum efficiency (η ext-ref ) or absorption rate ( A ref ) or a combination of reflectance (R ref ) and internal quantum efficiency (η int-ref );
The step of calculating the number of photons includes:
Calculating the number of emitted photons (N ref-em ) of the standard substance from the wavelength spectrum of the standard substance,
Calculating the number of emitted photons (N sam-em ) of the test substance from the wavelength spectrum of the test substance,
The step of calculating the optical properties includes:
If the valued optical property of the standard material is external quantum efficiency, use equation (1); if the valued optical property of the standard material is a combination of absorption rate and internal quantum efficiency, use equation (1). (2), and when the valued optical property of the standard substance is a combination of reflectance and internal quantum efficiency, Equation (3) is executed, and the external quantum efficiency (η ext-sam ) of the test substance is calculated. The spectroscopic measurement method according to claim 1, wherein the spectroscopic measurement method calculates .
η ext-sam = η ext-ref × (N sam-em /N ref-em )...(1)
η ext-sam = A ref × η int-ref × (N sam-em /N ref-em ) (2)
η ext-sam = (1-R ref )×η int-ref × (N sam-em /N ref-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)を算出する、請求項1に記載の分光測定方法。
sam=Rref×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(4)
sam=(1-Aref)×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(5)
sam=1-Rsam・・・(6)
The step of selecting includes:
Selecting absorptance (A sam ) as the optical property to be determined for the test substance, and selecting reflectance (R sam ) or absorptance (A ref ) as the valued optical property of the standard substance,
The step of calculating the number of photons includes:
Calculating the number of scattered photons (N ref-scatt ) of the standard material from the wavelength spectrum of the standard material,
Calculating the number of scattered photons (N sam-scatt ) of the test substance from the wavelength spectrum of the test substance,
The step of calculating the optical properties includes:
If the valued optical property of the standard material is reflectance, formula (4) is executed, and if the valued optical property of the standard material is absorption rate, formula (5) is executed, Calculating the reflectance (R sam ) of the test substance,
The spectroscopic measurement method according to claim 1, wherein equation (6) is executed using the reflectance of the test substance to calculate the absorption rate (A sam ) of the test substance.
R sam = R ref × (N sam-scatt /N ref-scatt ) (4)
R sam = (1-A ref )×(N sam-scatt /N ref-scat ) (5)
A sam = 1-R sam ... (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)
sam=Rref×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(4)
sam=(1-Aref)×(Nsam-scatt/Nref-scatt)・・・(5)
sam=1-Rsam・・・(6)
ηint-sam=ηext-sam/Asam・・・(7)
The step of selecting includes:
The internal quantum efficiency (η int-sam ) is selected as the optical property to be determined for the test substance, and the external quantum efficiency (η ext-ref ) and absorption rate (A ref ) are selected as the valued optical properties of the standard substance. or a combination with reflectance (R ref ), or a combination of absorption (A ref ) or reflectance (R ref ) and internal quantum efficiency (η int-ref ),
The step of calculating the number of photons includes:
Calculating the number of emitted photons (N ref-em ) and the number of scattered photons (N ref-scatt ) of the standard substance from the wavelength spectrum of the standard substance,
Calculating the number of emitted photons (N sam-em ) and the number of scattered photons (N sam-scatt ) of the test substance from the wavelength spectrum of the test substance,
The step of calculating the optical properties includes:
If the valued optical property of the standard material is external quantum efficiency, use equation (1); if the valued optical property of the standard material is a combination of absorption rate and internal quantum efficiency, use equation (1). (2), and when the valued optical property of the standard substance is a combination of reflectance and internal quantum efficiency, Equation (3) is executed, and the external quantum efficiency (η ext-sam ) of the test substance is calculated. Calculate,
If the valued optical property of the standard material is reflectance, formula (4) is executed, and if the valued optical property of the standard material is absorption rate, formula (5) is executed, Calculating the reflectance (R sam ) of the test substance,
Execute equation (6) using the reflectance of the test substance to calculate the absorption rate (A sam ) of the test substance,
The spectroscopic measurement method according to claim 1, wherein the internal quantum efficiency (η int-sam ) of the test substance is calculated by executing equation (7) using the absorption rate (A sam ) of the test substance.
η ext-sam = η ext-ref × (N sam-em /N ref-em )...(1)
η ext-sam = A ref × η int-ref × (N sam-em /N ref-em ) (2)
η ext-sam = (1-R ref )×η int-ref × (N sam-em /N ref-em )...(3)
R sam = R ref × (N sam-scatt /N ref-scatt ) (4)
R sam = (1-A ref )×(N sam-scatt /N ref-scat ) (5)
A sam = 1-R sam ... (6)
η int-sam = η ext-sam /A sam ...(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る、請求項1~4のいずれかに記載の分光測定方法。 Claims 1 to 4, wherein the light source includes a lamp selected from the group consisting of a mercury lamp, a deuterium lamp, a xenon lamp, and a halogen lamp, and a spectrometer that spectrally specifies light from the selected lamp. The spectroscopic measurement method according to any one of. 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。 The spectroscopic measurement method according to any one of claims 1 to 5, wherein the spectroscopic means acquires a wavelength spectrum in a wavelength range that includes the reflected wavelength of the excitation light and wavelengths converted by the standard substance and the test substance. 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。 The spectroscopic measurement method according to any one of claims 1 to 6, wherein the standard substance and the test substance are powdered phosphors. 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。 The spectroscopic measurement method according to any one of claims 1 to 7, wherein the standard substance is selected from the group consisting of β-sialon green phosphor, α-sialon orange phosphor, and CASN red phosphor. 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。 The spectroscopic measurement method according to any one of claims 1 to 8, further comprising using an integrating sphere, and disposing the standard substance and the test substance within the integrating sphere.
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