2021 Fiscal Year Annual Research Report
Design and Development of Persistent Phosphors by Constructing Vacuum Referred Binding Energy Diagram
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18KK0405
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
上田 純平 京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (90633181)
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| Project Period (FY) |
2019 – 2021
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| Keywords | 長残光蛍光体 / 蓄光材料 / 真空基準束縛エネルギー / 蛍光体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの一連の白色LED蛍光体の研究を通して、Ce3+やEu2+の希土類イオンの5d-4f軌道間遷移を利用した可視蛍光体における低い量子効率や温度上昇に伴う発光強度の低下において、励起5d電子が伝導帯へ熱エネルギーによるアシストを受けて移動する熱イオン化が消光原因であることを証明してきた。
熱イオン化消光は、白色LED 用蛍光体にとっては、致命的な問題であるが、長残光蛍光
体においては、この電子移動こそが残光発現のための蓄光機構の一過程である。しかしながら、長残光の特性を決める電子トラップの選択において、トライアンドエラーによる研究が広く行われてきた。本国際共同研究においては、ランタノイドイオンや遷移金属イオンの真空準位基準束縛エネルギー(VRBE)準位図を構築し、そのエネルギー準位図を利用した長残光蛍光体への開発を行った。
これまでに多くの長残光蛍光体が開発されてきたが、そのほとんどはEu2+やCe3+を添加した酸化物蛍光体で、その残光色は青色～緑色である。白色残光は、光の3原色を有しており、様々な応用が期待できるが、その報告例は少ない。
ホールトラップが可能で、白色発光の遷移を有し、高い蓄光効率を実現するために高い吸収断面積を有する吸収遷移をもつという条件の元、Pr3+とTb3+を長残光中心として選択した。また、Pr3+とTb3+の効率的な光イオン化と、長残光蛍光体に磁性的な性質付与するために、ガーネット結晶では比較的バンドギャップが狭く、高い磁気モーメントを有するGdを組成にもつ常磁性Gd3Ga5O12（GGG）を選択した。GGGホストにおいては、VRBEダイアグラムから、またPr3+とTb3+は深いホールトラップになり、Eu3+が良い電子トラップになることが予測される。実際に作製したGGG:Pr-Tb-Eu蛍光体は、材料設計通り磁石に引っ付く白色長残光蛍光体となった。
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