2017 Fiscal Year Annual Research Report
Material design and development for LED phosphors with multi-emitting centers in a single matrix
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17H03124
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
佐藤 峰夫 新潟大学, 自然科学系, 教授 (30149984)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
戸田 健司 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (20293201)
板谷 篤司 帯広畜産大学, 畜産学部, 准教授 (60379708)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 蛍光体 / LED照明 / 希土類 / エネルギー移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
白熱電球や蛍光灯を代替する LED 照明がエネルギー問題の一つの解決策として注目さている．本研究では高効率 LED 用蛍光体として「マルチ発光中心を有する単一母結晶蛍光体」の従来にはない全く新しい考え方を導入し，その材料設計に必要な指針を探索した．
本年度は目的の蛍光体として単一母体において近紫外 LED 励起による赤-緑-青の 3 波長を同時に発光する蛍光体及び青色 LED 励起による赤-緑の 2 波長を同時に発光する蛍光体に焦点を当てた。具体的には、Na3Sc2(PO4)3:Eu2+、Li3NaSiO4:Eu2+および蛍光体におけるエネルギー移動メカニズムを解析するためのモデル化合物として希土類-アセチルアセトナト-イミダゾール錯体の蛍光特性を調査した。
傾向寿命などの測定結果からT蛍光体におけるEu2+からTb3+あるいはM2+へのエネルギー移動の機構に関する貴重な情報を得ることができた。例えば、Na3Sc2(PO4)3:Eu2におけるエネルギー移動は多重極子相互作用に基づき、またその相互作用は双極子や四重極子間の共鳴によりエネルギーが伝達されることを見出した。またEu2+と同様にLED用蛍光体のドナー中心となりうるCe3+の励起状態と結晶場との関連に関する詳細な情報を希土類-アセチルアセトナト-イミダゾール錯体の発光現象の調査から得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Na3Sc2(PO4)3:Eu2+におけるエネルギー移動は、蛍光寿命測定から明確にその機構を特定することができた。すなわち、通常、蛍光体の発光強度の減衰は直線的になることが知られているが、エネルギー移動の場合、エネルギーを与える側であるドナーイオンのEu2+のエネルギーの一部がTb3+やMn2+の励起エネルギーに使われているため、Eu2+の減衰時間変化は通常の減衰と異なり非直線的な挙動を示す。得られた減衰データから、Inokuti-Hirayama式を利用して発光イオン間のエネルギー移動メカニズムの考察を行っていったところ、Eu2+→Tb3+, Eu2+ → Mn2+のエネルギー移動は双極子-双極子相互作用による寄与が支配的であることが明示された。
Li3NaSiO4:Eu2+における調査はまだそれほど進展していないが、次の成果が得られている。①Li3NaSiO4はEu2+がNaサイトに固溶することで青色発光、5配位のLiサイトに置換することで黄色発光を示すことが示唆された、②フラックスを用いることによるサイトエンジニアリング効果、すなわち特定のサイトにEu2+の固溶化の促進が示された。
希土類-アセチルアセトナト-イミダゾール錯体については近紫外領域の光によるd軌道の励起状態をDVxα法による量子計算により評価した。配位子の選択によるCe3+サイトの環境変化に応じて、すなわちd軌道の結晶場による分裂状態が次の段階であるCe3+のふく射遷移に決定的影響を与えること見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
Na3Sc2(PO4)3:Eu2+に関する研究は確実に進展している。Eu2+からTb3+またEu2+からMn2+へのエネルギー移動は蛍光寿命測定からきわめて有効な情報が得られている。しかし、Tb3+からMn2+へのエネルギー移動も可能であると考えられる。そこで、次年度では導入予定のマイクロおよびミリ秒の蛍光寿命測定な可能Xeフラッシュランプオプションを用いてTb3+からMn2+へのエネルギー移動の可能性を探る。また実用化を目指して、この蛍光体の高発光効率化を目指す。
Li3NaSiO4:Eu2+におけるに関する研究はまだ途中段階である。Na3Sc2(PO4)3:Eu2+と同様にこの蛍光体は近紫外励起による白色発光を示す。しかしながら、その発光効率はNa3Sc2(PO4)3:Eu2+のそれに比べてかなり小さい。この原因を探ることは実用的なLED励起単一組成白色蛍光体の開発にとって極めて重要な材料設計指針を与える。次年度ではその原因を蛍光寿命測定から得られる情報から調査する。
希土類-アセチルアセトナト-イミダゾール錯体については、近紫外領域の光によるd軌道の励起状態をDVxα法による量子計算は、希土類元素のd軌道励起状態に関する情報を評価するのにきわめて有効な方法であることがわかった。次年度では、種々のCe3+およびEu2+錯体を合成し、理論面と実験面からのアプローチを試みて、このタイプの蛍光体材料の設計指針に関する更なる知見を得る。
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[Journal Article] Structure of triaquatris(1,1,1-trifluoro-4-oxopentan-2-olato)cerium(III) as a possible fluorescent compound2018
Author(s)
Koizumi, Atsuya, Hasegawa, Takuya, Itadani, Atsushi, Toda, Kenji, Zhu, Taoyun and Sato, Mineo
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Journal Title
Acta Crystallographica Section E
Volume: 74
Pages: 229-232
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A new lanthanum(III) complex containing acetylacetone and 1H-imidazole2017
Author(s)
Koizumi, Atsuya, Hasegawa, Takuya, Itadani, Atsushi, Toda, Kenji, Zhu, Taoyun and Sato, Mineo
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Journal Title
Acta Crystallographica Section E
Volume: 73
Pages: 1739-1742
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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