JPH09292281A - 蛍光体の量子効率測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 励起放射や蛍光スペクトルの絶対量を絶対放
射計などで測定しているため、蛍光体の量子効率の絶対
量の精度よい測定が実現できない。 【解決手段】単一波長の放射を、測定蛍光体３に入射さ
せ、単一波長の放射の蛍光体面の反射成分と、励起され
た蛍光発光の全放射成分を、積分球１によって積分し、
その分光エネルギー分布を積分球１の窓８に装着した測
光器９で測定し、蛍光体３の代わりに、分光反射率標準
１０に、単一波長の放射を入射させ、その全反射成分を
積分球１によって積分し、側光器９でその分光分布を測
定し、蛍光体面に入射させた放射の波長における、蛍光
体面での反射測定値と分光反射率標準１０での反射測定
値と分光反射標準１０の波長に対する絶対反射率から、
蛍光体３の吸収エネルギーと吸収した光量子量を算出
し、蛍光体面で測定した蛍光発光スペクトルから、その
光量子量を算出し、蛍光体３が吸収した光量子量と、蛍
光発光の光量子量の比から、蛍光体３の量子効率を算出
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光体の量子効率
を測定する方法及び蛍光体の量子効率測定装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】蛍光体の量子効率は、たとえばランプ用
蛍光体が到達し得る効率の極限を知る尺度として極めて
重要で、主として絶対値法と相対値法の二種類の方法が
行われてきた。

【０００３】絶対値法は、蛍光体に吸収される励起光の
フォトン数と蛍光フォトン数とを独立に測定し、その比
を得る。蛍光体に吸収される励起光のフォトンの数は、
単一波長の励起放射に対して、サーモパイルなどの熱形
放射検出器や絶対放射計を使って、蛍光体面での放射照
度を測定し、絶対反射率の値付けされた硫酸バリウムな
どを反射率標準として、蛍光体面の反射率を測定して１
−反射率から吸収率を求め、両者の値から吸収エネルギ
ーの光量子を求めた。次に、蛍光体からの相対蛍光スペ
クトルを？？？？分光測光器で測定し、その絶対量を、
先の熱形放射検出器や絶対放射計の前面に、励起光を除
去する光学フィルタを装着して、求め、その蛍光フォト
ン数を導き、蛍光体の量子効率を求める方法である。

【０００４】また相対値法は、ある蛍光体の量子効率を
標準とした比較測定により、量子効率の相対値を求める
方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、絶対値
法では、励起光のフォトン数と蛍光フォトン数を定量的
に測定する熱形放射検出器や絶対放射計の感度が低いた
め、十分な測定精度が得られない問題があった。

【０００６】また、相対値法では、精度が得られるもの
の、標準蛍光体の量子効率は、絶対値法で求めざるを得
ないという問題があった（照明学会誌 第69巻 第２号
（1985）種々のランプ用蛍光体の量子効率）。

【０００７】本発明は、このような従来の蛍光体の量子
効率測定方法の課題を考慮し、蛍光体の量子効率を精度
く測定できる蛍光体の量子効率測定方法を提供すること
を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】測定しようとする蛍光体
に、その蛍光体面が積分球の第一の窓に位置するように
積分球を装着し、積分球の第二の窓から、蛍光体を励起
する放射を入射させ、蛍光体面を前記励起放射で照明
し、その蛍光体面から発する反射スペクトルと蛍光スペ
クトルを、前記積分球で積分し、積分球の第三の窓に装
着した分光測定器で測定する。このときの分光測光器の
出力をそれぞれＲ（λ）、Ｐ（λ）とする。このとき、
積分球の積分効率と分光測光器の効率の補正係数をそれ
ぞれをη、Ｋ・ｆ（λ）とすれば、蛍光体面での励起放
射の反射スペクトルは、η・Ｋ・ｆ（λ）・Ｒ（λ）、蛍
光スペクトルは、η・Ｋ・ｆ（λ）・Ｐ（λ）となる。次
に、蛍光体の代わりに、反射率が機知の反射率標準を積
分球の第一の窓に装着して同様の測定を行うことにより
励起放射の蛍光体面に入射した分光放射照度η・Ｋ・ｆ
（λ）・1/α（λ）・Ｅ（λ）が得られる。このときα
（λ）は、反射率標準の分光反射率、Ｅ（λ）は、この
ときの分光測光器の読みである。この結果から、蛍光体
に吸収される励起放射の分光エネルギー分布は、

【０００９】

【数１】 η・Ｋ・ｆ（λ）・（1/α（λ））・Ｅ（λ）−η・Ｋ・ｆ（λ）・Ｒ（λ） ＝η・Ｋ｛ｆ（λ）・（1/α（λ））・Ｅ（λ）−ｆ（λ）・Ｒ（λ）｝ ＝η・Ｋ・Ａ（λ） であるため、量子効率εは、

【００１０】

【数２】

【００１１】 λ1，λ2：蛍光スペクトルが存在する波長範囲 λ3，λ4：励起スペクトルの波長範囲 で与えられ、η、Ｋを絶対放射計などで求める必要な
く、相対分光分布から高精度に蛍光体の量子効率を導け
る。

【００１２】このようにして、ηの絶対量を絶対放射計
などで測定する必要がなく、それによる、測定誤差が解
消され、蛍光体の精度良い量子効率の絶対量の測定が実
現する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１４】図１に、請求項１の本発明の一実施の形態
の構成図を示す。図において、積分球１の第一の窓２
に、測定しようとする蛍光体３を装着する。前記蛍光体
３を励起する放射源として、光源４からの放射を、光学
系５で、前記積分球１の第二の窓６を通して前記蛍光体
面３に集光する。その際、その放射を光学フィルタ７
で、測定しようとする励起波長帯域に規制する。

【００１５】この励起放射の蛍光体３面から発する反射
スペクトルと蛍光スペクトルを、前記積分球１で積分
し、前記積分球１の第三の窓８に装着した分光測定器９
で測定する。このときの分光測光器の出力をそれぞれＲ
（λ）、Ｐ（λ）とする。

【００１６】次に、蛍光体３を反射率標準１０に置き換
えて、同様の測定を行い、励起放射の蛍光体３面に入射
した分光放射照度を測定する。このときの分光測光器９
の出力をＥ（λ）とする。積分球１の積分効率と分光測
光器９の効率に対する補正係数を、それぞれηとＫ・ｆ
（λ）とすれば、蛍光体３面での励起放射の反射スペク
トルはη・Ｋ・ｆ（λ）・Ｒ（λ）、蛍光スペクトルはη
・Ｋ・ｆ（λ）Ｐ（λ）となる。また、α（λ）を、反射
率標準の分光反射率とすれば、励起放射の蛍光体３面に
入射した分光放射照度η・Ｋ・ｆ（λ）・（1/α（λ））・
Ｅ（λ）が得られる。前記積分球１の第二の窓６に、反
射率標準１０を装着し、分光放射照度標準電球の光で、
前記反射率標準を照明し、前記積分球１の第三の窓８に
装着した分光測定器９で測定することにより、波長に対
する測定系の相対分光エネルギー分布が校正される。分
光放射照度標準電球に値づけられた相対分光分布をＳ
（λ）、このときの分光測光器の出力をＳr（λ）とす
れば、

【００１７】

【数３】ｆ（λ）＝Ｓ（λ）／Ｓr（λ） から得られ、従ってｆ（λ）・Ｒ（λ）、ｆ（λ）・Ｐ
（λ）、ｆ（λ）・Ｅ（λ）が、相対値として得られ
る。この結果から、蛍光体に吸収される励起放射の分光
エネルギー分布は、次式で与えられる。

【００１８】

【数４】 η・Ｋ・ｆ（λ）・（1/α（λ））・Ｅ（λ）−η・Ｋ・ｆ（λ）・Ｒ（λ） ＝η・Ｋ｛ｆ（λ）・（1/α（λ））・Ｅ（λ）−ｆ（λ）・Ｒ（λ）｝ ＝η・Ｋ・Ａ（λ） 蛍光体の量子効率εは、励起光のフォトン数で蛍光フォ
トン数を割った値ゆえ、

【００１９】

【数５】

【００２０】 λ1，λ2：蛍光スペクトルが存在する波長範囲 λ3，λ4：励起スペクトルの波長範囲 したがって、

【００２１】

【数６】

【００２２】で与えられ、ηを絶対放射計などで求める
必要なく、一つの測定光学系を使用して測定した相対分
光分布から高精度に蛍光体の量子効率を導ける。

【００２３】なお、積分球の積分効率に対する補正係数
ηは、積分球内壁の反射率で、波長の関数であるが、硫
酸バリウムや、ＰＴＦＥ粉体を圧着した面を使用した場
合、波長２５０ｎｍから８００ｎｍの範囲で、反射率９
０％以上であり、波長に対して一定とみなせる。

【００２４】光源４に低圧水銀放電ランプ、光学フィル
タ７に波長２５４ｎｍ付近の放射を透過する干渉フィル
タを使用して、蛍光体３に青色蛍光体を使用した場合の
ｆ（λ）・Ｒ（λ）、ｆ（λ）・Ｐ（λ）、ｆ（λ）・Ｅ
（λ）の測定結果の例を図２に示す。

【００２５】次に、請求項３の実施の形態について、図
３を使って説明する。請求項３は、請求項１の実施の形
態において、励起放射の蛍光体３面から発する反射スペ
クトルと蛍光スペクトルを、前記蛍光体３面の法線に対
して４５゜の放射成分を、平面ミラー１１および、分光
測光器９の入射スリット前面に装着したフィールドレン
ズ１２によって、前記分光測光器９に導入し測定する。

【００２６】次に、前記蛍光体３の代わりに、分光反射
率標準１０に、前記励起放射を入射させ、その反射面の
法線に対して４５゜の反射成分を前記平面ミラー１１及
びフィールドレンズ１２を用いて前記分光測光器９に導
入し測定し、蛍光面３での反射のゴニオ特性（入出射角
度に対する強度の空間的な分布、配光特性）と、蛍光発
光のゴニオ特性が相似であるとして、それぞれの強度比
をＲ（λ）、Ｐ（λ）、Ｅ（λ）として、上記の量子効
率の算出を行う。

【００２７】次に請求項５の実施の形態について図４を
使って説明する。請求項１の構成において、積分球１が
小さい場合、前記光学系５で、前記積分球１の第二の窓
６を通して前記蛍光体面３に集光した励起放射のうち、
前記蛍光体面３で反射した成分が前記積分球１の内壁で
反射を繰り返した後、再び前記蛍光体面３に入射し、蛍
光体３を励起する。そこで、この再励起による蛍光成分
を求めるため図４に示すように、前記積分球１の第二の
窓６を通して一端、前記積分球１の内壁に入射させ、そ
の反射成分によって励起された蛍光発光を測定する。図
５に再励起放射による蛍光発光スペクトルを、励起放射
を直接蛍光体に入射したときの蛍光発光成分と比較して
示す。両者は、励起発光スペクトルのピーク強度で規格
化している。直径６ｃｍの積分球で、１５ｍｍ径の蛍光
体面を測定した場合、反射率１０％量子効率８５％の青
色蛍光体において、量子効率換算で１．５％が再励起に
よる蛍光発光成分である。再励起放射スペクトルとそれ
による蛍光発光スペクトルの分光測光器の出力をそれぞ
れＲr（λ）、Ｐr（λ）とすると、再励起を除いた蛍光
発光成分Ｐ'（λ）は次式で与えられる。

【００２８】

【数７】Ｐ'（λ）＝Ｐ（λ）−Ｐr（λ）・｛Ｒr（λ
p）／Ｒ（λp）｝ ただし、λpは、励起放射スペクトル及び再励起放射ス
ペクトルのピーク波長である。なお、このピーク波長の
比の代わりに、Ｒr（λ）とＲ（λ）をその放射スペク
トルが存在する波長範囲で波長に対して積分した値の比
を（数７）に適用することができる。このＰ'（λ）を
（数６）のＰ（λ）とすれば、再励起の影響を除いた量
子効率をもとめることができる。

【００２９】なお、請求項２および請求項４、請求項６
の発明は、それぞれ請求項１及び請求項３、請求項５に
おいて、励起放射が単一波長であるのに対して、波長的
な広がりをもつ励起放射を使用する場合である。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によって、ηの絶対量を絶対放射計などで測定す
る必要がなく、それによる、測定誤差が解消され、蛍光
体の精度良い量子効率の絶対量の測定が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１の実施の形態の測定系の構成
図である。

【図２】図１の実施の形態における青色蛍光体の分光分
布特性の測定値の例を示すグラフである。

【図３】本発明の請求項３の実施の形態の測定系の構成
図である。

【図４】本発明の請求項５の実施の形態の測定系の構成
図である。

【図５】本発明の実施の形態における青色蛍光体の分光
分布特性の測定値の例を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 積分球 ２ 積分球の第一の窓 ３ 蛍光体 ４ 光源 ５ 光学系 ６ 積分球の第二の窓 ７ 光学フィルタ ８ 積分球の第三の窓 ９ 分光測定器 １０ 分光反射率標準 １１ 平面ミラー １２ フィールドレンズ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単一波長の放射を、測定しようとする蛍
   光体に入射させ、前記単一波長の放射の前記蛍光体面の
   反射成分と、前記単一放射によって励起された蛍光発光
   の全放射成分を、積分球によって積分し、その分光エネ
   ルギー分布を前記積分球の窓に装着した分光測光器で測
   定し、次に、前記蛍光体の代わりに、分光反射率標準
   に、前記単一波長の放射を入射させ、その全反射成分を
   前記積分球によって積分し、前記分光側光器でその分光
   分布を測定し、前記蛍光体面に入射させた放射の波長に
   おける、前記蛍光体面での反射測定値と前記分光反射率
   標準での反射測定値と前記分光反射標準の前記波長に対
   する絶対反射率から、前記蛍光体の吸収エネルギーと吸
   収した光量子量を算出し、次に前記蛍光体面で測定した
   蛍光発光スペクトルから、その光量子量を算出し、前記
   蛍光体が吸収した光量子量と、前記蛍光発光の光量子量
   の比から、前記蛍光体の量子効率を算出することを特徴
   とする蛍光体の量子効率測定方法。
2. 【請求項２】 励起放射を、測定しようとする蛍光体に
   入射させ、前記放射の前記蛍光体面での反射成分と、放
   射によって励起された蛍光発光の全放射成分を、積分球
   によって積分し、その分光エネルギー分布を前記積分球
   の窓に装着した分光測光器で測定し、次に、前記蛍光体
   の代わりに、分光反射率標準に、前記励起放射を入射さ
   せ、その全反射成分を前記積分球によって積分し、前記
   分光測光器でその分光分布を測定し、前記蛍光体面に入
   射させた放射の蛍光体面での反射測定値と、前記分光反
   射率標準での反射測定値と前記分光反射標準の前記波長
   に対する絶対反射率から、前記蛍光体の吸収エネルギー
   と吸収した光量子量を算出し、次に前記蛍光体面で測定
   した分光スペクトルから、励起放射の分光スペクトルを
   分離除去し、残りの蛍光発光スペクトルから、その光量
   子量を算出し、前記蛍光体が吸収した光量子量と、前記
   蛍光発光の光量子量の比から、前記蛍光体の量子効率を
   算出することを特徴とする蛍光体の量子効率測定方法。
3. 【請求項３】 単一波長の放射を、測定しようとする蛍
   光体に入射させ、前記単一波長の放射の前記蛍光体面の
   法線に対して実質上４５゜反射成分と、前記単一放射に
   よって励起された蛍光発光の、前記蛍光体面の法線に対
   して実質上４５゜の放射成分を、光学系によって分光測
   光器に導き、その両者の分光エネルギー分布を同時に測
   定し、次に、前記蛍光体の代わりに、分光反射率標準
   に、前記単一波長の放射を入射させ、その反射面の法線
   に対して実質上４５゜の反射成分を前記光学系によっ
   て、前記分光側光器に導き、その分光分布を測定し、前
   記蛍光体面に入射させた放射の波長における、前記蛍光
   体面での反射測定値と、前記分光反射率標準での反射測
   定値と前記分光反射標準の前記波長に対する絶対反射率
   から、前記蛍光体の吸収エネルギーと吸収した光量子量
   を算出し、次に前記蛍光体面で測定した蛍光発光スペク
   トルから、その光量子量を算出し、前記蛍光体が吸収し
   た光量子量と、前記蛍光発光の光量子量の比から、前記
   蛍光体の量子効率を算出することを特徴とする蛍光体の
   量子効率測定方法。
4. 【請求項４】 励起放射を、測定しようとする蛍光体に
   入射させ、前記励起放射の前記蛍光体面の法線に対して
   実質上４５゜反射成分と、前記励起放射によって励起さ
   れた蛍光発光の、前記蛍光体面の法線に対して実質上４
   ５゜の放射成分を、光学系によって分光測光器に導き、
   その両者の分光エネルギー分布を同時に測定し、次に、
   前記蛍光体の代わりに、分光反射率標準に、前記励起放
   射を入射させ、その反射面の法線に対して実質上４５゜
   の反射成分を前記光学系によって、前記分光器に導き、
   その分光分布を測定し、前記蛍光体面に入射させた放射
   の波長における、前記蛍光体面での反射測定値と、前記
   分光反射率標準での反射測定値と前記分光反射標準の前
   記波長に対する絶対反射率から、前記蛍光体の吸収エネ
   ルギーと吸収した光量子量を算出し、次に前記蛍光体面
   で測定した蛍光発光スペクトルから、その光量子量を算
   出し、前記蛍光体が吸収した光量子量と、前記蛍光発光
   の光量子量の比から、前記蛍光体の量子効率を算出する
   ことを特緒とする蛍光体の量子効率測定方法。
5. 【請求項５】 単一波長の放射を、測定しようとする蛍
   光体に入射させ、前記単一波長の放射の前記蛍光体面の
   反射成分と、前記単一放射によって励起された蛍光発光
   の全放射成分を、積分球によって積分し、その分光エネ
   ルギー分布を前記積分球の窓に装着した分光測光器で測
   定し、次に、前記単一波長の放射を前記積分球内壁に入
   射させ、積分球内で積分させ蛍光体に入射させ、その蛍
   光発光成分を、前記分光測光器で測定し、先に測定した
   蛍光発光の全放射成分から差し引き、前記蛍光体面で反
   射し前記積分球内壁により反射して再び蛍光体に入射し
   て発生した蛍光発光成分を除去し、前記単一放射の最初
   の入力放射による蛍光発光の全放射成分のみを分離し、
   次に、前記蛍光体の代わりに、分光反射率標準に、前記
   単一波長の放射を入射させ、その全反射成分を前記積分
   球によって積分し、前記分光側光器でその分光分布を測
   定し、前記蛍光体面に入射させた放射の波長における、
   前記蛍光体面での反射測定値と、前記分光反射率標準で
   の反射測定値と前記分光反射標準の前記波長に対する絶
   対反射率から、前記蛍光体の吸収エネルギーと吸収した
   光量子量を算出し、次に前記蛍光体面で測定した蛍光発
   光スペクトルから、その光量子量を算出し、前記蛍光体
   が吸収した光量子量と、前記蛍光発光の光量子量の比か
   ら、前記蛍光体の量子効率を算出することを特徴とする
   蛍光体の量子効率測定方法。
6. 【請求項６】 励起放射を、測定しようとする蛍光体に
   入射させ、前記放射の前記蛍光体面での反射成分と、放
   射によって励起された蛍光発光の全放射成分を、積分球
   によって積分し、その分光エネルギー分布を前記積分球
   の窓に装着した分光測光器で測定し、次に、前記励起放
   射を前記積分球内壁に入射させ、積分球内で積分させ蛍
   光体に入射させ、その蛍光発光成分を、前記分光測光器
   で測定し、先に測定した蛍光発光の全放射成分から差し
   引き、前記蛍光体面で反射し、前記積分球内壁により反
   射して再び前記蛍光体に入射して発生した蛍光発光成分
   を除去し、前記励起放射の最初の入力放射による蛍光発
   光の全放射成分のみを分離し、次に、前記蛍光体の代わ
   りに、分光反射率標準に、前記励起放射を入射させ、そ
   の全反射成分を前記積分球によって積分し、前記分光測
   光器でその分光分布を測定し、前記蛍光体面に入射させ
   た放射の蛍光体面での反射測定値と、前記分光反射率標
   準での反射測定値と前記分光反射標準の前記波長に対す
   る絶対反射率から、蛍光体の吸収エネルギーと吸収した
   光量子量を算出し、次に前記蛍光体面で測定した分光ス
   ペクトルから、励起放射の分光スペクトルを分離除去
   し、残りの蛍光発光スペクトルから、その光量子量を算
   出し、前記蛍光体が吸収した光量子量と、前記蛍光発光
   の光量子量の比から、前記蛍光体の量子効率を算出する
   ことを特徴とする蛍光体の量子効率測定方法。
7. 【請求項７】 所定の位置に開けられた第１と第２と第
   ３の窓を有する積分球と、光学系と、分光測定器とを備
   え、前記第１の窓には測定対象の蛍光体と反射率標準が
   配置され得、前記第２の窓には前記光学系が配置され、
   前記第３の窓には前記分光測定器が配置され、請求項
   １、２、５、または６記載の蛍光体の量子効率測定方法
   を実行できることを特徴とする蛍光体の量子効率測定装
   置。
8. 【請求項８】 光学系と、平面ミラーと、フィールドレ
   ンズと、分光測定器とを備え、前記光学系から発射され
   た単一波長の放射または励起放射を蛍光体または分光反
   射率標準へ入射させ、前記分光測定器で測定する事によ
   って、請求項３、または４記載の蛍光体の量子効率測定
   方法を実行できることを特徴とする蛍光体の量子効率測
   定装置。