JP4418731B2 - Photoluminescence quantum yield measurement method and apparatus used therefor - Google Patents
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Description
本発明は、照明やディスプレイ機器に用いられる、有機および無機のエレクトロルミネッセンス(EL)材料、発光ダイオード(LED)等の半導体材料、CRT、FEDおよびPDP等の蛍光体材料のフォトルミネッセンス(以下PLと称する)量子収率を測定する方法およびそれに用いる装置に関するものである。 The present invention relates to photoluminescence (hereinafter referred to as PL) of organic and inorganic electroluminescence (EL) materials, semiconductor materials such as light emitting diodes (LED), and phosphor materials such as CRT, FED and PDP, which are used in lighting and display devices. The present invention relates to a method for measuring quantum yield and an apparatus used therefor.
発光材料のPL量子収率は、素子化したときの量子効率(電界発光(エレクトロルミネッセンス、以下ELと略す)材料の場合は、EL量子効率)の極限を知る尺度として極めて重要なパラメータで、発光メカニズムの基礎的知見や発光材料および素子構造の最適化の指針を得る上でも非常に重要である。なお、本願明細書において量子効率と称するときは、量子収率に取り出し効率を乗じたもの(一般に外部量子効率とも称される)の意味で用いるものとする。
また、発光材料のPL量子収率は、本願明細書において次のように定義されるものとする。
The PL quantum yield of a light-emitting material is an extremely important parameter as a measure for knowing the limit of quantum efficiency when an element is formed (EL quantum efficiency in the case of electroluminescence (electroluminescence, hereinafter referred to as EL) material). It is also very important for obtaining basic knowledge of mechanisms and guidelines for optimizing light emitting materials and device structures. In addition, when calling it quantum efficiency in this-application specification, it shall use by the meaning which multiplied the extraction efficiency by the quantum yield (generally also called external quantum efficiency).
Further, the PL quantum yield of the light emitting material is defined as follows in the present specification.
特に、上式の分子となる放出フォトン数を定量的に測定するには、通常、熱電対等の熱形放射検出器がよく用いられるが、該熱形放射検出器の応答性が悪く、感度も低いため、十分な測定精度が得られないという問題があった。 In particular, a thermal radiation detector such as a thermocouple is usually used to quantitatively measure the number of emitted photons that are molecules of the above formula, but the response of the thermal radiation detector is poor and sensitivity is also high. Since it is low, there was a problem that sufficient measurement accuracy could not be obtained.
そのために、積分球と高感度分光測定器を用いて発光材料のPL量子収率を精度よく測定し得る手法が従来より知られている(特許文献1参照)。
この手法は、積分球内部での多重拡散反射によって発光を一様化させることができるため、配光分布については考慮する必要がなく、また測定時間が短くて済むという利点がある。さらに、積分球を含む装置全体の分光感度を精密に測定することにより、正確なPL量子収率を得ることができる。
この方法は、PDPなどの比較的膜厚が大きい蛍光体材料に対してはある程度有効である。
For this purpose, a technique that can accurately measure the PL quantum yield of a light-emitting material using an integrating sphere and a high-sensitivity spectrometer has been known (see Patent Document 1).
Since this method can make the light emission uniform by multiple diffuse reflection inside the integrating sphere, there is an advantage that there is no need to consider the light distribution and the measurement time can be shortened. Furthermore, by accurately measuring the spectral sensitivity of the entire apparatus including the integrating sphere, an accurate PL quantum yield can be obtained.
This method is effective to some extent for a phosphor material having a relatively large film thickness such as PDP.
しかし、極めて厚みの小さい有機や無機のEL薄膜材料においては、励起光照射による試料からの反射光だけでなく透過光も無視することはできない。さらに、発光の透明基板内での導波も無視できないために、測定試料を積分球の内部に配置する必要がある。 However, in an organic or inorganic EL thin film material having a very small thickness, not only the reflected light from the sample due to the excitation light irradiation but also the transmitted light cannot be ignored. Furthermore, since the guided wave in the transparent substrate for light emission cannot be ignored, it is necessary to arrange the measurement sample inside the integrating sphere.
積分球を用いる際に生じる問題として、試料からの再励起発光がある。それは、積分球の内部に配置した測定試料を照射した場合、励起光の直接照射による発光だけでなく、試料表面で拡散反射された後、積分球内壁面で再反射された励起光によって再び試料が励起されて生じる発光である。透過光についても同様である。したがって、測定された発光総量には、このような再励起発光が含まれていることになる。
この再励起発光の影響を取り除くために、図2に示す如き実験方法が知られている(非特許文献1参照)。
A problem that occurs when using an integrating sphere is re-excitation emission from the sample. When the measurement sample placed inside the integrating sphere is irradiated, the sample is not only emitted by direct irradiation of the excitation light, but also diffused and reflected by the sample surface, and then again by the excitation light re-reflected by the inner wall of the integrating sphere. Is light emission generated by excitation. The same applies to the transmitted light. Therefore, the measured total amount of light emission includes such re-excitation light emission.
In order to remove the influence of this re-excitation luminescence, an experimental method as shown in FIG. 2 is known (see Non-Patent Document 1).
すなわち、この実験方法は、まず、図2(a)に示すように、試料を積分球105内に挿入しない状態で励起光(レーザ光)101を積分球105内に入射せしめ、その光スペクトルを光検出器108により測定する。なお、光検出器108の直前には、試料103からの発光の直入射を防止するためにバッフル107が配設されている。次に、図2(b)に示すように、上記再励起発光の影響を測定するため、試料103を励起光101が直接当たらない積分球105内の位置に配設した状態で光スペクトルを光検出器108により測定する。次に、図2(c)に示すように、励起光の照射光路上に試料103を配設し、励起光が試料103に照射されたときの光スペクトルを光検出器108により測定する。最後に、これらの3つの光スペクトルの測定結果からPL量子収率を計算する。
That is, in this experimental method, first, as shown in FIG. 2A, excitation light (laser light) 101 is made incident into the
上記非特許文献1に記載の方法は、原理上、再励起発光の影響を取り除くことができるが、技巧的な測定手順を経るために、測定時間を要する上に測定精度に問題がある。
さらに、励起光はエネルギ出力が高いものが必要となるため、紫外光がよく用いられるが、紫外光波長域では、積分球の内壁面に塗布されているBaSO4の分光反射率の波長依存性により、積分球の積分効率が低下してしまう。このため、分光分布の値付けされた分光放射照度標準電球を用い、その分光放射照度標準電球からの光を励起光と同じ結像条件で積分球に入射させて、光学系を含めた分光測定装置を校正するのが一般的である。
Although the method described in Non-Patent Document 1 can remove the influence of re-excitation light emission in principle, it requires a measurement time and has a problem in measurement accuracy because it requires a technical measurement procedure.
Furthermore, ultraviolet light is often used because the excitation light requires a high energy output, but in the ultraviolet wavelength region, the wavelength dependence of the spectral reflectance of BaSO 4 applied to the inner wall of the integrating sphere As a result, the integration efficiency of the integrating sphere decreases. For this reason, a spectral irradiance standard bulb with a spectral distribution is used, and the light from the standard irradiance standard bulb is made incident on the integrating sphere under the same imaging conditions as the excitation light. It is common to calibrate the device.
しかし、レンズの分光透過率や色収差、ミラーや回折格子の分光反射率、および光検出器の感度の波長依存性等に応じて、分光放射照度標準電球の相対分光パワー分布が歪み、分光測定装置の校正に大きな誤差が生じ、絶対的な光スペクトルを正確に測定できないという問題が生じる。その結果、得られるPL量子収率の値には大きな誤差が含まれることとなる。 However, depending on the spectral transmittance and chromatic aberration of the lens, the spectral reflectance of the mirror and diffraction grating, and the wavelength dependence of the sensitivity of the photodetector, the relative spectral power distribution of the standard irradiance light bulb is distorted. A large error occurs in the calibration of the laser beam, and there is a problem that the absolute optical spectrum cannot be measured accurately. As a result, the obtained PL quantum yield value includes a large error.
上述したように、従来の発光材料のPL量子収率測定方法は、そのいずれもが不確かさを生む仮定に基づいているか、もしくは不確かさを含む校正方法に基づいているため、求められた量子収率は信頼性に欠けるという問題があった。また、不確かさの低減のためにも、測定は極力簡便でなければならない。 As described above, the conventional PL quantum yield measurement methods for light-emitting materials are all based on assumptions that cause uncertainty, or are based on calibration methods that include uncertainty. The rate was unreliable. Measurements must also be as simple as possible to reduce uncertainty.
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、積分球を使用することにより測定時間の短縮および測定精度の向上を図り、かつ測定装置全体の絶対感度校正において不確かな仮定を排除した校正方法を用いることにより、より簡便で高精度な発光材料のPL量子収率測定方法および装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a calibration method that shortens measurement time and improves measurement accuracy by using an integrating sphere, and eliminates uncertain assumptions in the absolute sensitivity calibration of the entire measurement apparatus. It is an object of the present invention to provide a PL quantum yield measuring method and apparatus for a luminescent material that is simpler and more accurate.
本発明に係るPL量子収率測定方法は、
積分球内に発光材料よりなる試料を配設し、該試料に対して励起光を照射せしめ、該試料から発生した発光のスペクトル強度を該積分球に付設された発光スペクトル検出手段を用いて測定することにより、フォトルミネッセンス量子収率を求めることを特徴とするフォトルミネッセンス量子収率測定方法であって、
前記励起光の照射に応じて前記試料から反射される反射光および該試料を透過する透過光の強度を前記発光スペクトル検出手段とは別個の光検出手段により各々測定するとともに、前記励起光の強度を測定し、これらの測定結果に基づいてPL量子収率を求めることを特徴とするものである。
The PL quantum yield measurement method according to the present invention includes:
A sample made of a luminescent material is arranged in the integrating sphere, the sample is irradiated with excitation light, and the spectrum intensity of the light emitted from the sample is measured using the emission spectrum detecting means attached to the integrating sphere. A photoluminescence quantum yield measurement method characterized by obtaining a photoluminescence quantum yield by:
The intensity of the reflected light reflected from the sample in response to the irradiation of the excitation light and the intensity of the transmitted light transmitted through the sample are each measured by a light detection means separate from the emission spectrum detection means, and the intensity of the excitation light And the PL quantum yield is obtained based on these measurement results.
また、前記各測定結果を下式(A)を用いて演算することによりPL量子収率を求めることが好ましい。 Moreover, it is preferable to obtain | require PL quantum yield by calculating each said measurement result using the following Formula (A).
また、前記積分球内に配された前記試料からの散乱光強度を測定し、この測定結果を加味し、下記条件式(B)を用いて演算することによりPL量子収率を求めることが好ましい。 Further, it is preferable to determine the PL quantum yield by measuring the scattered light intensity from the sample placed in the integrating sphere, taking this measurement result into account, and calculating using the following conditional expression (B). .
また、前記試料における前記励起光の反射光および透過光を、前記積分球内面に照射することなく捕捉することが好ましい。 Moreover, it is preferable to capture the reflected light and transmitted light of the excitation light in the sample without irradiating the inner surface of the integrating sphere.
さらに、前記積分球を含む測定部を、乾燥窒素雰囲気中に配置してなることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the measurement part including the integrating sphere is arranged in a dry nitrogen atmosphere.
また、本発明に係るPL量子収率測定装置は、
発光材料のPL量子収率を測定する装置において、
発光材料よりなる試料が内部に配設される積分球と、
該積分球の外部に配置され、該試料に対して励起光を照射せしめる励起光源と、
該励起光の照射に応じて該試料から発生した発光のスペクトル強度を検出する第1の光
検出器と、
該励起光の照射に応じて該試料から反射される反射光および該試料を透過する透過光を
各々検出する第2および第3の光検出器と、
前記第1、第2および第3の光検出器により検出された測定結果と、
前記励起光の強度に関する測定結果とに基づき、該試料のPL量子収率を演算する演算
手段と、
を備えていることを特徴とするものである。
Moreover, the PL quantum yield measuring apparatus according to the present invention is:
In an apparatus for measuring the PL quantum yield of a luminescent material,
An integrating sphere in which a sample made of a luminescent material is disposed;
An excitation light source disposed outside the integrating sphere and irradiating the sample with excitation light;
A first photodetector for detecting a spectral intensity of light emitted from the sample in response to irradiation of the excitation light;
Second and third photodetectors for detecting reflected light reflected from the sample in response to irradiation of the excitation light and transmitted light transmitted through the sample, respectively;
Measurement results detected by the first, second and third photodetectors;
Based on the measurement result relating to the intensity of the excitation light, a calculation means for calculating the PL quantum yield of the sample;
It is characterized by having.
また、前記積分球の所定位置に少なくとも2つの光出射孔が設けられており、前記第2および第3の光検出器は、前記試料における前記励起光の反射光および透過光が、積分球内面に照射されることなく捕捉され得るように前記光出射孔の外側位置に配設されていることが好ましい。 Further, at least two light exit holes are provided at predetermined positions of the integrating sphere, and the second and third photodetectors are configured so that reflected light and transmitted light of the excitation light on the sample are integrated on the inner surface of the integrating sphere. It is preferable that the light emitting hole is disposed outside the light emitting hole so that the light can be captured without being irradiated.
また、前記第2および第3の光検出器ならびに前記励起光の強度に関する測定結果を得る検出器が光パワーメータであり、前記第1の光検出器がフォトダイオード、光電子増倍管およびCCDマルチチャンネル検出器のうちいずれかであることが好ましい。 The second and third photodetectors and the detector for obtaining a measurement result relating to the intensity of the excitation light are optical power meters, and the first photodetector is a photodiode, a photomultiplier tube, and a CCD multi-sensor. It is preferably one of the channel detectors.
ここで、上記「前記励起光の強度に関する測定結果を得る検出器」は、前記第2または
第3の光検出器と同一の検出器とされることを妨げられるものではない。
Here, the “detector that obtains the measurement result relating to the intensity of the excitation light” is not prevented from being the same detector as the second or third photodetector.
また、前記積分球、前記励起光の強度に関する測定結果を得る検出器、ならびに前記第1、第2および第3の光検出器を含むPL測定部を乾燥窒素で充満したグローブボックス中に設置することが好ましい。 Further, the PL measuring unit including the integrating sphere, the detector for obtaining the measurement result relating to the intensity of the excitation light, and the first, second and third photodetectors is installed in a glove box filled with dry nitrogen. It is preferable.
さらに、前記試料を作成する試料作成部が、前記積分球、前記励起光の強度に関する測定結果を得る検出器、ならびに前記第1、第2および第3の光検出器を含むPL測定部と連結され、該試料が作成された後に大気暴露されることなく前記PL測定部に搬送される構成とされていることが好ましい。 Further, a sample preparation unit for preparing the sample is connected to the integrating sphere, a detector for obtaining a measurement result relating to the intensity of the excitation light, and a PL measurement unit including the first, second and third photodetectors. In addition, it is preferable that the sample is transported to the PL measurement unit without being exposed to the atmosphere after being prepared.
本発明のPL量子収率測定方法およびこれに用いる装置によれば、測定対象となる発光材料に対して、信頼性の高いPL量子収率を求めることができる。
すなわち、測定に用いる励起光は、一般に連続発振タイプの紫外レーザ光源からのレーザ光であり、波長幅の極めて狭い光である。それに対し、発光は可視域において波長幅の広いスペクトルを示す場合が多い。このように、性質のまったく異なる光を同一の光検出器で高精度に測定、比較するのは、感度、ダイナミックレンジの観点からも極めて困難である。
According to the PL quantum yield measuring method of the present invention and the apparatus used therefor, it is possible to obtain a highly reliable PL quantum yield for a light emitting material to be measured.
That is, the excitation light used for measurement is generally laser light from a continuous oscillation type ultraviolet laser light source, and is light having a very narrow wavelength width. On the other hand, light emission often shows a spectrum with a wide wavelength width in the visible region. As described above, it is extremely difficult to measure and compare light with completely different properties with the same photodetector with high accuracy from the viewpoint of sensitivity and dynamic range.
そこで、本発明のPL量子収率測定方法およびこれに用いる装置によれば、試料における励起光の反射光および透過光を、発光スペクトル測定用の検出器とは別個の光検出器により測定するとともに、前記励起光の強度を測定し、これらの測定結果に基づきPL量子収率を校正して求めるようにしており、発光に寄与した励起光に関する精度の高い情報に基づいて校正演算を行うようにしているので、簡便かつ高精度にPL量子収率を得ることができる。 Therefore, according to the PL quantum yield measurement method of the present invention and the apparatus used therefor, the reflected light and transmitted light of the excitation light in the sample are measured by a photodetector separate from the detector for emission spectrum measurement. The intensity of the excitation light is measured, and the PL quantum yield is calibrated and obtained based on the measurement results, and the calibration calculation is performed based on highly accurate information regarding the excitation light that contributes to the light emission. Therefore, the PL quantum yield can be obtained easily and with high accuracy.
また、これにより、発光材料を素子化する以前においてデバイス量子効率の極限を知ることができ、発光材料および素子構造の最適化を図る上で重要な指針を得ることができる。 In addition, this makes it possible to know the limit of the device quantum efficiency before making the light emitting material into an element, and to obtain important guidelines for optimizing the light emitting material and the element structure.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るPL量子収率測定装置を説明するための模式図(断面図)である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram (cross-sectional view) for explaining a PL quantum yield measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1に示すPL量子収率測定装置は、励起光入射ポート1P1、透過光出射ポート2P2、反射光出射ポート3P3および発光スペクトル測定用ポート4P4、バッフル7、ならびに測定試料用アタッチメント6を備えた積分球5と、励起光源(レーザ)1と、分光器8aおよびCCD光検出器8bからなる発光スペクトル検出部8と、励起光照射に伴う試料3からの透過光および反射光を検出する光パワーメータ9a、9bと、制御用コンピュータ10とを備えている。
The PL quantum yield measuring apparatus shown in FIG. 1 includes an integration including an excitation light incident port 1P1, a transmitted light exit port 2P2, a reflected light exit port 3P3, an emission spectrum measurement port 4P4, a baffle 7, and a measurement sample attachment 6. A
また、積分球5と、発光スペクトル検出部8と、光パワーメータ9a、9bとは乾燥窒素雰囲気とされたグローブボックス4中に配されている。
さらに、励起光源1の出力側にはNDフィルタ2が配されており、グローブボックス4の励起光入射位置には、透明板からなる窓11が形成されている。
The integrating
Further, an ND filter 2 is disposed on the output side of the excitation light source 1, and a window 11 made of a transparent plate is formed at the excitation light incident position of the glove box 4.
励起光源1には、例えばHe-Cdレーザ(波長325nm、強度10mW、ビーム径1mm)等の紫外光レーザを出力し得る光源を用いる。この場合、測定する発光材料に適した波長、強度を有するレーザであることが好ましい。また、NDフィルタ2は、励起強度依存性等を測定する目的で配されており、レーザ出射位置近傍に図示しないホルダを用いて設置される。
また、本実施形態においては、有機EL材料の薄膜からなる測定試料3を積分球5の略中央位置に測定試料用アタッチメント6を用いて設置している。
As the excitation light source 1, for example, a light source capable of outputting an ultraviolet laser such as a He—Cd laser (wavelength 325 nm, intensity 10 mW, beam diameter 1 mm) is used. In this case, a laser having a wavelength and intensity suitable for the light emitting material to be measured is preferable. The ND filter 2 is disposed for the purpose of measuring the excitation intensity dependency and the like, and is installed using a holder (not shown) in the vicinity of the laser emission position.
In the present embodiment, the measurement sample 3 made of a thin film of an organic EL material is installed at the approximate center position of the integrating
また、大気中では、有機EL薄膜に紫外線を照射することにより、フォトブリーチング効果によって、劣化および発光色の変化が生じるので(「色素分散ポリマーを用いたマルチカラー有機EL素子」、城戸、山形、原、第44回応用物理学関係連合講演会予稿集No.3、p.1156、29p-NK-14 (1997)を参照)、乾燥窒素で満たされ、酸素濃度が極めて低いグローブボックス4中で測定を行うようにしている。 In addition, in the atmosphere, the organic EL thin film is irradiated with ultraviolet rays, so that the photobleaching effect causes deterioration and changes in emission color ("multi-color organic EL element using a dye-dispersed polymer", Kido, Yamagata , Hara, see 44th Applied Physics Related Conference Proceedings No.3, p.1156, 29p-NK-14 (1997)), in glove box 4 filled with dry nitrogen and extremely low oxygen concentration I am trying to make measurements.
積分球5(内径200mm)には、上述したように、4箇所のポートP1〜P4が設けられており、測定試料を固定するためのアタッチメント6およびバッフル7が装着されている。ポート1P1は、励起光入射用のポートである。また、積分球5内に測定試料3を配置した際に、積分球内壁面からの反射光による再励起発光が最も問題となるが、ポート2P2とポート3P3は、試料3からの反射光と透過光のそれぞれに対する光トラップとしての役割をなし、これらポート2P2とポート3P3の外側位置に光パワーメータ9a、9bのヘッドを装着する。これら光パワーメータ9a、9bは、反射光の光強度Erと透過光の光強度Et(両者の単位はW)を測定するためのものである。さらに、ポート4P4には試料3からの発光を測定する発光スペクトル検出部8(分光器8aおよびCCD光検出器8bからなる)を装着する。バッフル7は、ポート4P4に対し、測定試料3からの発光の直入射光を遮蔽し得る位置に配置する。
As described above, the integrating sphere 5 (inner diameter 200 mm) is provided with the four ports P1 to P4, and the attachment 6 and the baffle 7 for fixing the measurement sample are mounted. The port 1P1 is a port for excitation light incidence. Further, when the measurement sample 3 is arranged in the integrating
また、制御用コンピュータ10は、光検出器8bおよび各光パワーメータ9a、9bの各測定器と接続されており、これら各測定器の設定を制御するとともに、これら各測定器で得られた測定データを演算解析する機能を備えている。 The control computer 10 is connected to the photodetector 8b and the measuring devices of the optical power meters 9a and 9b, controls the settings of these measuring devices, and measures obtained by these measuring devices. It has a function to analyze and analyze data.
測定に用いる積分球5の直径は、ポートの影響を低減するために少なくとも200mmの直径を有することが好ましい。また、ポート2P2とポート3P3の光パワーメータ9a,9bに入射した励起光が再び積分球内に戻ることを防止するために、光パワーメータ9a,9bからの反射光がポート2P2とポート3P3に入射しないように角度調整がなされている。また、ポ−ト2P2とポート3P3の直径は10mm以下であることが好ましい。
The diameter of the integrating
使用する励起光源1は、光軸調整を容易にするとともに、不要な散乱光、反射光を除去するために、ビーム広がり角度が小さく、光束径の小さなレーザ光を出射しうる光源とされている。
また、試料を固定するためのアタッチメント6は、測定の際の影響を小さくし得るように、極めて細い透明アクリル棒と透明石英ガラスから構成されたものを用いる。
The excitation light source 1 to be used is a light source that can emit laser light having a small beam divergence angle and a small beam diameter in order to facilitate adjustment of the optical axis and to remove unnecessary scattered light and reflected light. .
Moreover, the attachment 6 for fixing a sample uses what was comprised from the very thin transparent acrylic rod and transparent quartz glass so that the influence in the case of a measurement could be made small.
なお、本実施形態においては光検出器として光パワーメータを用いているが、光パワーメータは、励起光の波長、および試料3からの反射光、透過光の波長が固定され、比較的強い光強度を測定する場合には、特に有効である。また、この光パワーメータの中でも、短波長の連続発振レーザの光強度(単位はW)を測定する場合には、シリコンフォトダイオードを利用した光パワーメータよりも、紫外波長域で測定精度が高く、かつ波長依存性も少ない熱電対を利用した光パワーメータがより有効である。 In this embodiment, an optical power meter is used as the photodetector. However, the optical power meter has a fixed wavelength for excitation light, reflected light from the sample 3, and transmitted light. This is particularly effective when measuring strength. Among these optical power meters, when measuring the light intensity (unit: W) of a short-wavelength continuous wave laser, the measurement accuracy is higher in the ultraviolet wavelength region than the optical power meter using a silicon photodiode. An optical power meter using a thermocouple with less wavelength dependency is more effective.
一方、試料3からの発光に関しては、光検出器はフォトダイオードであっても、光電子増倍管であっても、CCDマルチチャンネル検出器であっても構わないが、スペクトル幅が広く、測定時間の短縮および簡便さが図れるという観点から、CCDマルチチャンネル検出器が望ましく、さらには感度の観点から、前掲した、液体窒素冷却もしくは電子冷却タイプのCCD光検出器が望ましい。 On the other hand, for light emission from the sample 3, the photodetector may be a photodiode, a photomultiplier tube, or a CCD multichannel detector, but it has a wide spectral width and a measurement time. The CCD multi-channel detector is desirable from the viewpoint of shortening and simplicity, and from the viewpoint of sensitivity, the liquid nitrogen cooled or electronically cooled CCD photodetector described above is desirable.
次に、PL量子収率の測定および算出の手順について説明する。
積分球5内の試料3に、励起光源1からの励起光を照射することにより、試料3からPL光を発光せしめ、分光器8aを介して光検出器8bにより発光スペクトル強度L(λ)(単位はW/nm、λは波長)を、光パワーメータ9aにより反射光の光強度Erを、光パワーメータ9bにより透過光の光強度Etを各々得る。
次に、試料3を積分球5内から取り除き光パワーメータ9bにより励起光源1のパワーEiを測定する。
Next, procedures for measuring and calculating the PL quantum yield will be described.
By irradiating the sample 3 in the integrating
Next, the sample 3 is removed from the integrating
前述したように、PL量子収率は下式(1)で与えられ、この式(1)の分母に相当する測定試料3に吸収されたフォトン数は、励起レーザ光の波長をλexとすると、下式(2)のように表される。 As described above, the PL quantum yield is given by the following formula (1), and the number of photons absorbed in the measurement sample 3 corresponding to the denominator of the formula (1) is expressed as follows. It is expressed as the following formula (2).
表面が平坦な試料の場合、反射光と透過光のみを考慮すればよいが、表面に凹凸があるような試料は、散乱光強度Esも考慮する必要があるので、実際には、上式(2)は、下式(3)のように表される。 In the case of a sample having a flat surface, it is only necessary to consider reflected light and transmitted light. However, in the case of a sample having an uneven surface, it is necessary to consider the scattered light intensity Es. 2) is expressed as the following formula (3).
なお、上式(4)を用いた演算は、制御コンピュータ10内において、所定演算プログラムに基づいて行われる。 The calculation using the above equation (4) is performed in the control computer 10 based on a predetermined calculation program.
光パワーメータ9a、9bは、一般に予め校正された状態で市販されているが、積分球5、分光器8a、CCD光検出器8bに関しては各ユーザーの使用時における校正が必要である。全光学系の絶対校正には、分光放射照度標準電球が用いられ、国家標準に準拠したものとしては、例えば、ウシオ電機社製の分光放射照度標準電球(100V,500W)を用いることができる。
The optical power meters 9a and 9b are generally marketed in a pre-calibrated state. However, the integrating
しかし、紫外域から青色波長領域の校正をも正しく行うためには、値付けのなされたキセノン常用光源、あるいは予め絶対強度を測定したキセノンランプと分光器を組み合わせた単色光光源を用いることがより好ましい。
キセノンランプ13と分光器18を組み合わせた単色光光源部を用いる様子を図3に示す。
この例においては、単色光光源部からの単色光を光ファイバ12を用いて積分球5の内部に入射せしめる。
However, in order to correctly perform calibration from the ultraviolet region to the blue wavelength region, it is better to use a xenon ordinary light source that has been priced or a monochromatic light source that combines a spectroscope with a xenon lamp whose absolute intensity has been measured in advance. preferable.
FIG. 3 shows a state in which a monochromatic light source unit in which the xenon lamp 13 and the spectroscope 18 are combined is used.
In this example, monochromatic light from a monochromatic light source unit is caused to enter the integrating
また、上述した測定は、試料作成直後に行うことが測定精度を高める上で有効である。
試料作成直後に測定を行うためには、例えば図4に示すような測定システムを用いるとよい。
すなわち、図4に示すように、試料作成装置21をPL量子収率測定手段であるグローブボックス4と連結し、試料作成装置21で作成された試料3を大気曝露なしに積分球5内に搬送し、この積分球5内の所定位置に配設し、前述したPL量子収率の測定を行う。
In addition, the measurement described above is effective immediately after sample preparation in order to increase measurement accuracy.
In order to perform measurement immediately after sample preparation, for example, a measurement system as shown in FIG. 4 may be used.
That is, as shown in FIG. 4, the
これにより、有機EL材料のように水や酸素材料の影響を受けやすい材料においても、劣化なく正確なPL量子収率を測定することができる。 Thereby, an accurate PL quantum yield can be measured without deterioration even in a material that is easily affected by water or an oxygen material such as an organic EL material.
なお、本発明のPL量子収率測定方法および装置としては、上述した実施形態のものに限られるものではなく種々の態様の変更が可能である。
例えば、上記実施形態によれば、測定試料として有機EL材料を用いているが、測定試料としてはこれに限られるものではなく、無機EL材料および発光ダイオード(LED)半導体材料、さらにはCRT、FEDおよびPDP等の蛍光体材料等とした場合にも適用可能である。また、薄膜試料だけでなく、粉末および溶液試料に対しても適用可能である。
The PL quantum yield measuring method and apparatus of the present invention are not limited to those of the above-described embodiments, and various modifications can be made.
For example, according to the above embodiment, an organic EL material is used as a measurement sample. However, the measurement sample is not limited to this, and an inorganic EL material and a light-emitting diode (LED) semiconductor material, as well as CRT, FED, etc. The present invention can also be applied to a phosphor material such as PDP. Moreover, it is applicable not only to thin film samples but also to powder and solution samples.
1、21 励起光源(レーザ)
2 NDフィルタ
3、103 試料
4 グローブボックス
5、105 積分球
6 測定試料用アッタチメント
7、107 バッフル
8、108 発光スペクトル検出部
8a、18 分光器
8b CCD光検出器(光検出器)
9a、9b 光パワーメータ
10 制御用コンピュータ
11 窓
12 光ファイバ
13 キセノンランプ
21 試料作成装置
23 試料搬送部
P1、P2、P3、P4 ポート
1,21 Excitation light source (laser)
2
9a, 9b Optical power meter 10 Control computer 11 Window 12 Optical fiber 13
Claims (10)
前記励起光の照射に応じて前記試料から反射される反射光および該試料を透過する透過光の強度を前記発光スペクトル検出手段とは別個の光検出手段により各々測定するとともに、前記励起光の強度を測定し、これらの測定結果に基づいてフォトルミネッセンス量子収率を求めることを特徴とするフォトルミネッセンス量子収率測定方法。 A sample made of a luminescent material is arranged in the integrating sphere, the sample is irradiated with excitation light, and the spectrum intensity of the light emitted from the sample is measured using the emission spectrum detecting means attached to the integrating sphere. A photoluminescence quantum yield measurement method characterized by obtaining a photoluminescence quantum yield by:
The intensity of the reflected light reflected from the sample in response to the irradiation of the excitation light and the intensity of the transmitted light transmitted through the sample are each measured by a light detection means separate from the emission spectrum detection means, and the intensity of the excitation light And measuring the photoluminescence quantum yield based on these measurement results.
発光材料よりなる試料が内部に配設される積分球と、
該積分球の外部に配置され、該試料に対して励起光を照射せしめる励起光源と、
該励起光の照射に応じて該試料から発生した発光のスペクトル強度を検出する第1の光検出器と、
該励起光の照射に応じて該試料から反射される反射光および該試料を透過する透過光を
各々検出する第2および第3の光検出器と、
前記第1、第2および第3の光検出器により検出された測定結果と、前記励起光の強度
に関する測定結果とに基づき、該試料のフォトルミネッセンス量子収率を演算する演算手
段と、
を備えていることを特徴とするフォトルミネッセンス量子収率測定装置。 In an apparatus for measuring the photoluminescence quantum yield of a luminescent material,
An integrating sphere in which a sample made of a luminescent material is disposed;
An excitation light source disposed outside the integrating sphere and irradiating the sample with excitation light;
A first photodetector for detecting a spectral intensity of light emitted from the sample in response to irradiation of the excitation light;
Second and third photodetectors for detecting reflected light reflected from the sample in response to irradiation of the excitation light and transmitted light transmitted through the sample, respectively;
An arithmetic means for calculating the photoluminescence quantum yield of the sample based on the measurement results detected by the first, second and third photodetectors and the measurement result on the intensity of the excitation light;
A photoluminescence quantum yield measuring apparatus comprising:
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