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Mn4+ドープによる新規赤色酸化物蛍光体の開発

宇都宮大学 大学院工学研究科

准教授 手塚 慶太郎

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三原色を用いた温白色LEDの開発が進んでる

赤色蛍光体が必要不可欠

白色LED

研究背景

温白色LED

発光効率はいいが温かみの無い白色

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研究背景

Mn4+赤色発光

青色光

紫外光MO6八面体サイト

∙ MnはEuに比べて安価で供給が安定∙ 青色光もしくは紫外光照射で八面体中のMn4+は赤色発光

母体 輝度 コスト 安定性

酸化物 △ ○ ○

窒化物 ○ ☓ ○

硫化物 ○ △ ☓

フッ化物 ○ △ ☓

安価で安定性の高い酸化物母体のMnドープ赤色蛍光体が必要

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CaAl12O19: Mn4+ (固相反応)

既存の酸化物蛍光体

蛍光強度に課題

AlO6八面体

Ca

CaAl12O19の結晶構造

AlO4四面体

PL

(E)

Inte

nsi

ty

500450400350300250

Wavelength / nm

700680660640

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高酸化数元素を含むDP型Mn蛍光体

高酸化数元素が被置換サイトとなるDP型新規酸化物が高輝度Mnドープ赤色蛍光体の母体となる可能性

ダブルペロブスカイト(DP)型酸化物一般的な組成式 : A2BB׳O6

孤立八面体 高輝度化に期待

高酸化数元素の利点

① BO6八面体を取りやすい

DP構造のBサイトに最適

② 酸化数が異なるので秩序化しやすい

ドープしたMnが孤立しやすい

③ 報告件数が少ない

探索の余地ある

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開発・研究内容

① 探索及び構造解析② Mnドープによる赤色蛍光特性評価③ 発光強度の考察④ Mn置換サイトの酸化数と蛍光波長の関係の考察

高酸化数元素を含む4元系新規酸化物

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PL

(E)

Inte

nsi

ty

500400300 720680640

Wavelength / nm

開発した蛍光体の励起・蛍光スペクトル

λem = 700 nm λex = 315 nm

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蛍光体の発光強度と量子効率

Mn4+ドープ酸化物赤色蛍光体のなかでも高輝度

λex = 465 nmでの蛍光スペクトル蛍光スペクトル

λex = 365 nm

下での蛍光

量子効率測定

励起波長範囲 内部量子効率 外部量子効率

249.6-334.6 (nm) 76(%) 61(%)

445.0-485.0 (nm) 49(%) 15 (%)

PL

(E)

Inte

nsi

ty

500400300 720680640

Wavelength / nm

120

100

80

60

40

20

0

PL

In

ten

sity

750700650600550500

Wavelength / nm

DP oxide YAG:Ce(BY-102A)

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従来技術とその問題点

既に実用化されている赤色蛍光体は、母体が硫化物やフッ化物であり、発光中心がEuであるものが多く、

母体の安定性

高コスト

の問題がある。

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新技術の特徴・従来技術との比較

• 母体の合成が容易で安定な酸化物

• 発光中心は希土類レスな高輝度赤色蛍光体である。

• 合成が容易で従来の赤色蛍光体と比べて低コスト化が可能。

• より高酸化数の金属元素も母体となる可能性を示せており、元素・化合物選択の幅が広がった。

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想定される用途

• 白色LED用赤色蛍光体

• 紫外光および青色光励起赤色蛍光体

• 近赤外発光材料

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実用化に向けた課題

• 合成法に改良を加えることでさらなる高輝度化が可能と考えているものの未検討。

• 本蛍光体は酸化物のため安定だと考えられるが、耐久性や耐熱性の試験は行っていない。

• 本蛍光体は発光波長が赤色としては長波長なので、短波長側へのシフトが課題。

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企業への期待

• さらなる高輝度化は、蛍光体メーカーの合成技術により達成したい

• 蛍光体として実装する技術を持つ企業との共同研究

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本技術に関する知的財産権

• 発明の名称：蛍光体、蛍光体を含む光源、および新規無機酸化物

• 出願番号 ：特願2017-173203

• 出願人 ：宇都宮大学

• 発明者 ：手塚慶太郎、笠原亮太、

単躍進

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お問い合わせ先

宇都宮大学 産学イノベーション支援センター

産学連携・イノベーション・知財部門 濵地正成

ＴＥＬ 028-689-6316

ＦＡＸ 028-689-6320

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