小糸製作所など、新しい白色LED用の赤色蛍光体「FOLP:Eu2+」の開発に成功

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FOLP:Eu2+の非発光(左)/発光(右)状態

小糸製作所は2017年12月11日、東京工業大学、名古屋大学の研究グループと共同で、新しい「白色LED用赤色蛍光体FOLP:Eu2+(Fluorine Oxygen Ligand Phosphor)」の開発に成功したと発表した。色度バラツキがなく、高い演色性で発光する白色LEDを可能にする技術だ。

従来の白色LEDは、赤成分の不足により十分な演色性(照明で物体を照らした時に、自然光があたった時の色をどれぐらい再現しているかを示す指標)が得られない。このため、赤色蛍光体を追加実装して色再現を図っている。しかし現在用いられている赤色蛍光体は、青~黄色の波長域の可視光も吸収して赤色光に変換してしまうため、発光色の赤色方向へのシフトを誘発し、色ずれの原因になっていた。今回開発されたFOLP:Eu2+は、特異な結晶構造により、その問題を解決できるものだ。

今回同グループでは、イオン結合性結晶に発光元素をドープ(微量添加)し、その周りに異なる種類のアニオン(負の電荷を帯びたイオン)を配置させる「混合配位子場の形成」による蛍光体探索をコンセプトに研究を行った。その結果、新たに発光元素周りにフッ素と酸素イオンが配位したFOLP:Eu2+を開発した。また、FOLP:Eu2+が示す大きなストークスシフト(励起エネルギーと発光エネルギーの大きさの差)のメカニズムを密度汎関数理論の応用によって解明した。

FOLP:Eu2+はK2CaPO4F:Eu2+の組成で、その結晶構造は、イオン結合性の化合物に発光元素ユーロピウムがドープされており、ユーロピウム周りには、フッ素と酸素イオンが配位した混合配位子場を形成している。これは、無機結晶構造のデータベースにはない新しい結晶構造だ。

FOLP:Eu2+の結晶構造

FOLP:Eu2+は紫外~紫光(315~420nm)を吸収し、高い変換効率で赤色光に変換する。一方、青~黄色の波長域の光は変換せず、大きなストークスシフトを示す。この特性により、白色光を得るために青、緑、黄色等の蛍光体と混合しても他の蛍光を再吸収しないため、色ずれを起こさず、安定した色度の白色光が得られる。

今後同研究グループでは、FOLP:Eu2+を活用した白色LEDの開発を進め、発光色度ずれがない高演色白色LEDの実現を目指す。

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