专利名称：量子效率测量方法、量子效率测量装置和积分器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量量子效率的方法、装置以及适于它们的积分器。
背景技术：
近年来，快速地进行荧光灯和显示器的开发。随着这样的开发，作为更准确地评价荧光灯和显示器所用的荧光体的性能的指标，量子效率引人注目。通常，量子效率是指从试样(典型地是荧光体)产生的光量子数占被试样吸收的光量子数的比例。例如，“大久保、重田“NBS标准荧光体的量子效率的测量”、照明学会志、社团法人照明学会、1999年、第83卷、第2号P. 87-93”公开了测量量子效率的典型结构。替代该典型结构，日本特开平09-292观1号公报、日本特开平10-142152号公报以及日本特开平 10493063号公报等公开了用于测量量子效率的替代结构。上述那样的用于测量量子效率的结构主要是面向固体试样或者面向被成形为固体状的试样进行量子效率的测量。即，向试样照射激发光并捕捉从该试样发出的荧光，从而来测量量子效率。例如，EL (Electro Luminescent)发光所用的荧光体大多情况下为粉末状，在这样的情况下，使试样溶于溶剂而以溶液的状态进行测量。在这样的测量溶液的量子效率的情况下，将溶液试样封入到透光性的容器中之后，向该容器的溶液试样照射激发光而产生荧光。不过，在这样的测量系统中，由于再激发(二次激发)所导致的测量误差成为问题，即、透过了溶液试样后的激发光在积分球的内部等反射而再次入射到溶液试样，从而产生发出比本来多的荧光这样的现象。
发明内容
本发明是为了解决这样的问题而做成的，其目的在于提供能够降低在测量量子效率时因再激发(二次激发)所导致的误差的量子效率测量方法、量子效率测量装置和适于它们的积分球。本发明的量子效率测量方法，其包括以下步骤将试样配置在具有积分空间的积分器内的规定位置；经由设置于积分器的第1窗向配置在规定位置的试样照射激发光，并且经由被设置在与积分器的激发光的光轴不交叉的位置的第2窗将积分空间内的光谱作为第1光谱进行测量；将激发光入射部分构成为使透过试样后的激发光不向积分空间内反射，该激发光入射部分与第1窗相对且与积分器内的激发光的光轴交叉；在激发光不向积分空间内反射的状态下，经由第1窗向配置在规定位置的试样照射激发光，并且经由第2窗将积分空间内的光谱作为第2光谱进行测量；基于第1光谱中的与激发光的波长范围相对应的成分和第2光谱中的与试样受到激发光的照射而发出的光的波长范围相对应的成分算出试样的量子效率。优选在积分器的激发光入射部分形成有用于使激发光通过的第3窗；将激发光入射部分构成为使透过试样后的激发光不向上述积分空间内反射的步骤包括如下步骤从利用具有与积分器的内表面实质上相同的反射特性的栓塞构件堵住第3窗的状态去除该栓塞构件。优选本方法还包括以下步骤将标准体配置在规定位置；经由第1窗向被配置在规定位置的标准体照射激发光，并且经由第2窗将积分空间内的光谱作为第3光谱进行测量，算出试样的量子效率的步骤包括如下步骤将第1光谱中的与激发光的波长范围相对应的成分与第3光谱中的与激发光的波长范围相对应的成分之差作为被试样吸收的光成分算出。本发明的量子效率测量装置，其包括积分器，在其内部具有积分空间；光源，其用于经由被设置于积分器的第1窗而向积分空间内照射激发光；测量器，其用于经由被设置于与积分器的激发光的光轴不交叉的位置的第2窗来测量积分空间内的光谱；保持部， 其用于将试样或标准体配置在积分器内的激发光的光轴上；切换机构，其用于将激发光入射部分切换成向积分空间内反射激发光的状态和不向积分空间内反射激发光的状态，激发光入射部分与第1窗相对且与积分器内的激发光的光轴交叉；运算部，其基于第1光谱和第 2光谱算出试样的量子效率，第1光谱是在试样被配置在保持部且激发光入射部分处于反射激发光的状态的情况下由测量器测量得到的，第2光谱是在试样被配置在保持部且激发光入射部分处于不反射激发光的状态的情况下由测量器测量得到的。优选切换机构包括第3窗，其设置于积分器的激发光入射部分，用于使激发光通过；栓塞构件，其安装于第3窗，具有与积分器的内表面实质上相同的反射特性。更优选切换机构还包括从积分器的外侧与第3窗相对应地安装于积分器的光吸收部。优选积分器包括半球部，在其内表面具有光扩散反射层；平面镜，其被配置成封堵半球部的开口，第1窗被设置在平面镜上的包括半球部的实质上的曲率中心的位置和包括半球部的顶点的位置中的任一位置。优选积分器是在内表面具有光扩散反射层的球体，保持部构成为将试样和标准体配置在球体的中心部。根据本发明的另一技术方案提供一种积分器，在其内部具有积分空间，其包括保持部，其用于将试样或标准体配置在经由第1窗而向积分空间内照射的激发光的光轴上； 光取出部，为了测量积分空间内的光谱，其用于经由被设置在与激发光的光轴不交叉的位置的第2窗对光进行引导；切换机构，其用于将激发光入射部分切换成向积分空间内反射激发光的状态和不向积分空间内反射激发光的状态，激发光入射部分与第1窗相对且与积分器内的激发光的光轴交叉。根据本发明，能够在测量量子效率时降低因再激发(二次激发)所导致的误差。本发明的上述内容和其他目的、特征、技术方案和优点从与附图相关联的理解的与本发明有关的如下详细的说明清楚得知。
图1是表示本发明的量子效率测量装置的整体结构的示意图。图2表示图1所示的量子效率测量装置中所提供的假想的积分空间。
图3A和图;3B是用于说明量子效率的测量原理的图。图4A和图4B是用于说明采用本发明的量子效率测量装置来测量试样的量子效率的程序的图。图5是表示由图4A和图4B所示的测量程序测量的光谱的一个例子。图6是表示本发明的第1实施方式的量子效率测量装置的整体结构的示意图。图7A和7B表示图6所示的栓塞构件的更详细的构造。图8是表示采用本发明的第1实施方式的量子效率测量装置来测量第1光谱的状态。图9是表示采用本发明的第1实施方式的量子效率测量装置来测量第2光谱的状态。图10是表示采用本发明的第1实施方式的量子效率测量装置来测量第3光谱的状态。图11是表示采用本发明的第1实施方式的量子效率测量装置来测量量子效率的程序的流程图。图12A和12B是用于说明采用本发明的第1实施方式的变形例的量子效率测量装置来测量试样的量子效率的程序的图。图13是是表示本发明的第2实施方式的量子效率测量装置的整体结构的示意图。图14是是表示本发明的第3实施方式的量子效率测量装置的整体结构的示意图。
具体实施例方式参照附图详细地说明本发明的实施方式。另外，对图中的相同和相当部分标注同一附图标记而省略其说明。[A.概要]在本实施方式的量子效率测量方法中，通过对向配置在积分空间内的试样照射激发光而产生的光(荧光)进行测量来测量量子效率。此时，在透过了试样后的激发光向积分空间内反射那样的状态下，对试样所吸收的激发光进行测量，在透过了试样后的激发光不向积分空间内反射那样的状态下，对从试样所产生的光(荧光)进行测量。通过这样进行2阶段的测量处理，降低因再激发(二次激发)所导致的测量误差。[B.相关技术]首先，参照图1说明本发明的量子效率测量装置400。(bl.装置结构)图1表示采用半球型积分器40来测量样品(试样)SMP的量子效率的量子效率测
量装置400。积分器40由半球部1和圆板状的平面镜10构成，该平面镜10通过半球部1的实质上的曲率中心0，且被配置成封堵半球部1的开口部。积分器40在内部形成积分空间。 所谓半球部1的曲率中心代表性地是指半球部1的内表面侧的几何中心。半球部1在内表面(内壁)具有光扩散反射层la。该光扩散反射层Ia代表性地是涂覆或喷涂硫酸钡、PTFE(聚四氟乙烯)等光扩散材料来形成的。平面镜10具有向半球部1的内表面侧进行镜面反射(正反射)的反射层10a。平面镜10的反射层IOa与半球部1的内表面相对配置，从而在半球部1上生成虚像。如上所述，平面镜10以通过半球部 1的曲率中心0的方式配置，因此由平面镜10生成的虚像成为具有恒定曲率的半球状。在将半球部1的内表面定义的空间(实像)和由平面镜10生成的虚像进行组合时，能够得到与采用全球型积分器的情况实质上相同的照度分布。即、在积分器40中，将由半球部1的内表面定义的空间(实像)和由平面镜10生成的虚像所组合而成的空间构成实质上的积分空间。在积分器40上，在平面镜10的中心部形成有试样窗16。量子效率测量装置400 包括光源装置60，该光源装置60用于经由被设置于该积分器40的试样窗16而向积分空间内照射激发光。光源装置60包括用于产生激发光的光源。作为该光源，例如采用氙放电灯(Xe 灯)、白色LED(发光二极管)等。在测量试样SMP的量子效率的情况下，作为激发光，优选采用具有与对象的试样SMP相对应的特定的单一波长的单色光(例如、具有200 400nm 内的单一波长的紫外线单色光)。因此，光源装置60包括用于选择光源产生的光中的目标单色光的波段透过滤光片。光源装置60产生的激发光由光纤62向与试样窗16相对应地配置的照射部64引导。并且，激发光从照射部64向积分空间内照射，沿着光轴Axl传输。在积分器40内的激发光的光轴上配置有用于配置试样SMP或标准体REF的保持部22。该保持部22是在其中心形成有空洞的筒状的壳体，能够在其中心部配置透光性的容器(盒(cell))。该盒由透光性材质构成，在其内部封入有溶液状的试样SMP或者标准体 REF。从照射部64照射的激发光透过被保持于保持部22的盒而朝向半球部1的顶点照射。利用激发光的照射来激发试样SMP中的荧光体，从该荧光体产生荧光。该产生的荧光的强度由后述的方法测量。标准体REF典型地由用于调制溶液状的试样SMP的溶剂构成。即、封入有标准体 REF的盒相当于从封入有溶液状的试样SMP的盒除去了荧光体之后而替代性地添加了溶剂而成的盒。在积分器40中，在自平面镜10的中心离开的位置形成有观测窗18。观测窗18被设置在与积分器40内的激发光的光轴Axl部不交叉的位置。量子效率测量装置400还包括用于经由被设置于该积分器40的观测窗18来测量积分空间内的照度(光谱)的测量器 70。经由该观测窗18测量的照度相当于在采用由利用半球部1的内表面定义的空间(实像)和由平面镜生成的虚像所构成的全球型积分器的情况下在该全球型积分器的内壁面所呈现的照度。 例如，如图2所示，在将试样SMP或标准体REF配置在积分器40内时，在试样SMP 或标准体REF上显现实像和虚像。例如，试样SMP受到激发光的照射而发光时，在图2所示的积分空间内，能够得到与2个试样SMP分别发光的情况同样的照度分布。
再次参照图1，在平面镜10的外侧，设置有用于经由观测窗10而将积分空间内的光的一部分向测量器70引导的光取出部26。光取出部沈包括用于覆盖观测窗18的壳体 26a0在壳体^a内设有与光纤26d连接的用于向测量器70引导光的光纤端部^b。在壳体^a内设置有反射部^c，该反射部26c用于将经由观测窗18入射的光的传输方向变换大约90°而后向光纤端部^b引导。测量器70用于测量由光纤端部26b导入的光的光谱。典型地测量器70包括与衍射光栅以及与衍射光栅的衍射方向相关的线性传感器等，用于检测所入射的光的每个波长的强度。在测量荧光体的量子效率的情况下，向试样SMP照射的激发光的波长范围和从试样SMP发生的荧光的波长范围不同，因此测量器70的测量范围适合于覆盖从光源装置60 照射的激发光的波长范围和试样SMP受到激发光的照射而产生的荧光的波长范围这两者。量子效率测量装置400包括运算部80，该运算部80与测量器70连接，采用测量器70的检测结果来算出试样SMP的量子效率。运算部80典型地是具有通用的结构的计算机，通过执行预先安装的程序(命令编码)提供后述那样的量子效率的算出功能。提供这样的功能的程序被存储在⑶-ROM(Compact Disc READ Only Memory)等存储介质中来分发，或者经由网络来传输。这样的算出量子效率的程序也被编入到其他程序的一部分来提供。在该情况下，也能利用提供其他程序的组件来实现处理，因此有时也不包括向算出量子效率的程序本身提供其他程序的组件。并且，也可以将由程序提供的一部分或者全部功能安装为专用的硬件电路。例如， 将运算部80所提供的全部功能组装到测量器70中。在积分器40中，在从平面镜10的中心离开的位置形成有观测窗14。观测窗14主要是在测量前等用于观测积分器40内的状态的窗，在通常的测量时，由栓塞构件观塞住， 以便干扰光不入射到积分空间内。在量子效率测量装置400内，优选积分器40整体被收纳在暗箱8内。为了提高测量精度而优选限制干扰光向积分器40的积分空间入射的缘故。(b2.测量原理)接着，对采用图1所示的量子效率测量装置400来测量试样SMP的量子效率(内部量子收获率)η 的原理和程序进行说明。在采用图1所示的量子效率测量装置400的量子效率测量中，以将来自光源装置 60的激发光向标准体REF (只是溶剂)照射的情况下所测量的光谱(激发光光谱)为基准， 评价将来自光源装置60的激发光向试样SMP(试样+溶剂)照射时所测量的光谱(试样光谱)。图3Α表示标准(溶剂)测量的状态，图:3Β表示试样(溶液)测量的状态。在本实施方式的量子效率测量中，如图3Α所示，将来自光源装置60的激发光(光源光光谱( λ ) 向标准体REF(仅溶液)照射时所测量的光谱作为激发光光谱Ε(λ)而取得。该激发光光谱 Ε( λ)为用于算出在进行图;3Β所示的试样测量时被试样SMP吸收的光能(激发能)的基准值。即，激发光光谱Ε(λ)相当于从光源装置60照射的光能中的除了被溶剂和容器(盒) 所吸收的吸收部分之外的光能。并且，如图:3Β所示，将来自光源装置60的激发光(光源光光谱向试样SMP 照射时所测量透过光的光谱作为透过光光谱R(X)而取得。此时，试样SMP中的荧光物质被激发光激发而产生荧光(荧光光谱Ρ(λ))。因此，激发光透过标准体REF(仅溶剂)时所测量的激发光光谱Ε(λ)与激发光透过试样SMP时所测量的透过光光谱R(X)之差相当于荧光发生时所使用的光能(吸收光能Ab)。能够从产生的荧光的荧光光谱P ( λ )测量荧光所具有的光能，因此该荧光所具有的光能与荧光产生时所使用的光能之间的比率成为量子效率(内部量子收获率)n 并且，透过光光谱R(X)相对于激发光光谱Ε(λ)的比率成为对于试样SMP的激发光的透过率。例如，光源装置60所产生的激发光的波长范围设为λ工 λ 2，试样SMP所产生的荧光的波长范围设为λ3 λ 4时，量子效率(内部量子收获率)Jlrtsp能够由以下所示那样的式(1)表示。
权利要求
1.一种量子效率测量方法，其包括以下步骤将试样配置在具有积分空间的积分器内的规定位置；经由设置于上述积分器的第1窗向配置在上述规定位置的上述试样照射激发光，并且经由被设置在上述积分器的与上述激发光的光轴不交叉的位置的第2窗将上述积分空间内的光谱作为第1光谱进行测量；将激发光入射部分构成为使透过上述试样后的激发光不向上述积分空间内反射，该激发光入射部分与上述第1窗相对且与上述积分器内的上述激发光的光轴交叉；在激发光不向上述积分空间内反射的状态下，经由上述第1窗向配置在上述规定位置的上述试样照射上述激发光，并且经由上述第2窗将上述积分空间内的光谱作为第2光谱进行测量；基于上述第1光谱中的与上述激发光的波长范围相对应的成分和上述第2光谱中的与上述试样受到上述激发光的照射而发出的光的波长范围相对应的成分算出上述试样的量子效率。
2.根据权利要求1所述的量子效率测量方法，其中，在上述积分器的上述激发光入射部分形成有用于供上述激发光通过的第3窗； 上述将激发光入射部分构成为使透过上述试样后的激发光不向上述积分空间内反射的步骤包括如下步骤从利用具有与上述积分器的内表面实质上相同的反射特性的栓塞构件堵住上述第3窗的状态去除该栓塞构件。
3.根据权利要求1或2所述的量子效率测量方法，其中， 该量子效率测量方法还包括以下步骤将标准体配置在上述规定位置；经由上述第1窗向被配置在上述规定位置的上述标准体照射上述激发光，并且经由上述第2窗将上述积分空间内的光谱作为第3光谱进行测量，算出上述试样的量子效率的步骤包括如下步骤将上述第1光谱中的与上述激发光的波长范围相对应的成分与上述第3光谱中的与上述激发光的波长范围相对应的成分之差作为被上述试样吸收的光成分算出。
4.一种量子效率测量装置，其包括 积分器，在其内部具有积分空间；光源，其用于经由被设置于上述积分器的第1窗而向上述积分空间内照射激发光； 测量器，其用于经由被设置在上述积分器的与上述激发光的光轴不交叉的位置的第2 窗来测量上述积分空间内的光谱；保持部，其用于将试样或标准体配置在上述积分器内的上述激发光的光轴上； 切换机构，其用于将激发光入射部分切换成向上述积分空间内反射上述激发光的状态和不向上述积分空间内反射上述激发光的状态，上述激发光入射部分与上述第1窗相对并且与上述积分器内的上述激发光的光轴交叉；运算部，其基于第1光谱和第2光谱算出上述试样的量子效率，上述第1光谱是在上述试样被配置在上述保持部且上述激发光入射部分处于反射上述激发光的状态的情况下由上述测量器测量得到的，上述第2光谱是在上述试样被配置在上述保持部且上述激发光入射部分处于不反射上述激发光的状态的情况下由上述测量器测量得到的。
5.根据权利要求4所述的量子效率测量装置，其中，上述切换机构包括第3窗，其设置于上述积分器的上述激发光入射部分，用于使上述激发光通过，栓塞构件，其安装于上述第3窗，具有与上述积分器的内表面实质上相同的反射特性。
6.根据权利要求5所述的量子效率测量装置，其中，上述切换机构还包括从上述积分器的外侧与上述第3窗相对应地安装于上述积分器的光吸收部。
7.根据权利要求4 6中任一项所述的量子效率测量装置，其中，上述积分器包括半球部，在其内表面具有光扩散反射层；平面镜，其被配置成封堵上述半球部的开口，上述第1窗被设置在上述平面镜上的包括上述半球部的实质上的曲率中心的位置和包括上述半球部的顶点的位置中的任一位置。
8.根据权利要求4 6中任一项所述的量子效率测量装置，其中，上述积分器是在内表面具有光扩散反射层的球体，上述保持部构成为将上述试样和上述标准体配置在上述球体的中心部。
9.一种积分器，在其内部具有积分空间，其包括保持部，其用于将试样或标准体配置在经由第1窗而向上述积分空间内照射的激发光的光轴上；光取出部，为了测量上述积分空间内的光谱，其用于经由被设置在与上述激发光的光轴不交叉的位置的第2窗对光进行引导；切换机构，其用于将激发光入射部分切换成向上述积分空间内反射上述激发光的状态和不向上述积分空间内反射上述激发光的状态，上述激发光入射部分与上述第1窗相对且与上述积分器内的上述激发光的光轴交叉。
全文摘要
本发明提供一种量子效率测量方法、量子效率测量装置和积分器。该量子效率测量方法包括以下步骤步骤(S10)，将试样配置在具有积分空间的积分器内的规定位置；步骤(S12)，向试样照射激发光，并且经由第2窗将积分空间内的光谱作为第1光谱进行测量；步骤(S20)，将激发光入射部分构成为使透过试样后的激发光不向积分空间内反射；步骤(22)，向试样照射激发光，并且经由第2窗将积分空间内的光谱作为第2光谱进行测量；步骤(S40、S42、S46)，基于第1光谱中的与激发光的波长范围相对应的成分和第2光谱中的与试样受到激发光的照射而发出的光的波长范围相对应的成分算出试样的量子效率。
文档编号G01J3/02GK102192786SQ20111006997
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月18日 优先权日2010年3月18日
发明者大久保和明, 大泽祥宏 申请人:大*电子株式会社