可視光下では無色透明、紫外光下では色純度が高い赤色に強発光する透明蛍光体を開発 東芝

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「透明蛍光体」応用例のイメージ

東芝は2022年12月13日、蛍光体材料で新しい分子設計の指針を見出したことにより、可視光下では無色透明で、紫外光下で強発光する「透明蛍光体」を開発したと発表した。従来の蛍光体より溶解性を高めることで透明度を向上させるとともに、赤色の発光強度を約6倍に高めている。

開発した蛍光体は、室内光などの可視光の下では無色透明で視認性がなく、ブラックライトなどで紫外光を照射すると発光する同社独自の「透明蛍光体」技術に、新開発の新規化合物を用いている。

蛍光体は、LED、液晶のバックライトやセンシングなど、さまざまな製品に使われている。しかし、一般的に使用されている無機蛍光体は、小さなチップで構成されるミニ/マイクロLEDやマイクロLEDディスプレイといった分野では色再現能力に限界があり、発光強度が弱いことが課題となっている。

また、室内光や太陽光の下では無色透明でシースルーで、必要な時に鮮明に強発光する蛍光体は、より広いアプリケーションへの展開が期待されている。

同社は、強発光する透明蛍光体を開発するため、発光効率が高く発光色も多彩な有機発光体の開発に2003年に着手。2007年に、他の有機蛍光体では困難な優れた溶解性、発光強度、耐久性を持つEuの化合物(Eu(III)錯体)を見出した。

実用化には、Eu(III)錯体の溶解性を高め、完全に無色透明な蛍光体にすること、高い色純度を維持しながらの発光強度の増大が必要になる。しかし、従来の蛍光体は、溶解せずに微粒子状で存在することから、角度や光の当たり具合でパターンを印刷したものがうっすらと見えてしまう。また、素子特性のばらつき発生、微粒子の光散乱が素子の特性を落とすことが課題となっていた。

そこで、Eu(III)錯体の発光強度と溶解性を増大させる独自の分子設計手法「互いに異なる2種類以上のホスフィンオキシドをEu(III)イオンに配位させる分子設計コンセプト」を活用。新しいEu(III)錯体を開発した。今回、「非対称構造テトラホスフィンテトラオキシド配位子」を発見したことで、同配位子を有する新規Eu(III)錯体複核錯体を創成。「透明蛍光体」の発光強度を増大し、従来技術の約6倍とした。

開発したEu(III)錯体は、ポリマーに溶解すると、可視光下で完全に無色で透明性が高く、紫外線光下では色純度が高い赤色に強発光する「透明蛍光体」を得られる。

テトラホスフィンテトラオキシド配位子は、2種類のホスフィンオキシド(Type 1、2)を有し、2つのEu(III)イオンをブリッジする機能を持つ。「1.それぞれのEu(III)イオンに対し、異なる2種類のホスフィンオキシド骨格が配位」「2.2つのEu(III)は互いに異なる配位環境」という新しい構造を有し、発光強度と溶解性を両立する。

2種類以上のホスフィンオキシド構造を有するEu(III)錯体

今回開発した「透明蛍光体」が想定する主なアプリケーションには、デバイスの小型化への貢献や有機ELが苦手な白の再現性を高めるとして注目されているミニ/マイクロLED、ミニ/マイクロLEDディスプレイ、新型コロナウイルスを除菌できる深紫外光(222nm)の可視化や紫外線照明設計への活用、印刷物の偽造を防ぐための印刷方法である高度なセキュリティ印刷への応用、有害物質センシングへの応用が考えられる。

同社製蛍光体のアプリケーションの例

今後、透明蛍光体、蛍光フィルムのサンプル提供を開始。照明、ディスプレイ、印刷、化学分野などでの各種アプリケーションへの適用を進め、2025年の量産開始を目指す。

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