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白色LED用Eu2+, Ce3+賦活蛍光体の温度消光原因の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K05934
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 無機工業材料
研究機関京都大学

研究代表者

上田 純平  京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (90633181)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2016年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード蛍光体 / 白色LED / 消光 / 熱イオン化 / 電子移動 / 残光蛍光体 / 蛍光温度プロープ / 温度消光 / 熱ルミネッセンス / 熱クロスオーバー / 熱消光 / 光物性
研究成果の概要

近年、白色LEDが固体照明デバイスとして、白熱電球はもちろん蛍光管を近年急速に置き換えつつある。白色LEDは、青色LEDと主に5d-4f遷移を有する可視蛍光体から構成されているが、近年の高出力化に伴う発熱により、蛍光体の温度消光が問題になっている。
この温度消光プロセスには、熱イオン化プロセスと熱活性化クロスオーバーの2種類があると考えられるが、多くの蛍光体においてそのプロセスは明らかになっていない。
本研究において、実際に白色LEDに実用化されている蛍光体をはじめとする様々な組成の5d-4f発光の蛍光体において、その温度消光プロセスのほとんどが熱イオン化プロセスであることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年、白色LEDの高出力化が進み、発熱量が増えたため、可視蛍光体の強度が温度により低下する温度消光が問題である。本研究では、その温度消光プロセスを明らかにできたため、その温度消光プロセスを低減できる材料設計指針を得ることに成功した。これにより、より高出力のLED励起に耐え得る蛍光体が今後開発できる可能性が高くなった。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (7件) 雑誌論文 (16件) (うち国際共著 9件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 10件、 招待講演 14件) 備考 (4件)

  • [国際共同研究] Delft University of Technology(オランダ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Xiamen University/National Taiwan University(中国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Tartu(エストニア)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Gdansk University(ポーランド)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Delft University of Technology(オランダ)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究]

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Utrecht University/Technical University of Delft(オランダ)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Broadband Near-Infrared Persistent Luminescence of Ba[Mg2Al2N4] with Eu2+ and Tm3+ after Red Light Charging2019

    • 著者名/発表者名
      J. Ueda, J. Leano, C. Richard, K. Asami, S. Tanabe, R. Liu
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. C

      巻: 7 号: 6 ページ: 1705-1712

    • DOI

      10.1039/c8tc06090h

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Preparation, Electronic Structure of Gadolinium Oxyhydride and Lowenergy 5d Excitation Band for Green Luminescence of Doped Tb3+ Ions2018

    • 著者名/発表者名
      J. Ueda, S. Matsuishi, T. Tokunaga, S. Tanabe,
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. C

      巻: 6 号: 28 ページ: 7541-7548

    • DOI

      10.1039/c8tc01682h

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ratiometric optical thermometry using deep red luminescence from 4T2-and 2E states of Cr3+ in ZnGa2O4 host2018

    • 著者名/発表者名
      J. Ueda, M. Back, M. G. Brik, Y. Zhuang, M. Grinberg, S. Tanabe,
    • 雑誌名

      Opt. Mater.-

      巻: 84 ページ: 510-516

    • DOI

      10.1016/j.optmat.2018.09.013

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Local coordination, electronic structure, and thermal quenching of Ce3+ in isostructural Sr2GdAlO5 and Sr3AlO4F phosphors2018

    • 著者名/発表者名
      Ji Haipeng、Xu Jian、Asami Kazuki、Ueda Jumpei、Brik Mikhail G.、Tanabe Setsuhisa
    • 雑誌名

      Journal of the American Ceramic Society

      巻: 102 号: 3 ページ: 1316-1328

    • DOI

      10.1111/jace.15985

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Toward Rechargeable Persistent Luminescence for the First and Third Biological Windows via Persistent Energy Transfer and Electron Trap Redistribution2018

    • 著者名/発表者名
      Xu Jian、Murata Daisuke、Ueda Jumpei、Viana Bruno、Tanabe Setsuhisa
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 57 号: 9 ページ: 5194-5203

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.8b00218

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 1.2 μm persistent luminescence of Ho3+ in LaAlO3 and LaGaO3 perovskites2018

    • 著者名/発表者名
      J. Xu, D. Murata, B. So, K. Asami, J. Ueda, J. Heo, S. Tanabe,
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. C

      巻: 6 号: 42 ページ: 11374-11383

    • DOI

      10.1039/c8tc04393k

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Formation of Deep Electron Traps by Yb3+-Codoping Leads to Super-Long Persistent Luminescence in Ce3+-Doped Yttrium Aluminum Gallium Garnet Phosphors2018

    • 著者名/発表者名
      J. Ueda, S. Miyano, S. Tanabe
    • 雑誌名

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      巻: 10 号: 24 ページ: 20652-20660

    • DOI

      10.1021/acsami.8b02758

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparison of quenching mechanisms in Gd3Al5-xGaxO12:Ce3+-(x=3 and 5) garnet phosphors by photocurrent excitation spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      T. Lesniewski, S. Mahlik, K. Asami, J. Ueda, M. Grinberg, S. Tanabe
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys

      巻: 20 号: 27 ページ: 18380-18390

    • DOI

      10.1039/c8cp03176b

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Revisiting Cr3+-doped Bi2Ga4O9 Spectroscopy: Crystal Field Effect and Optical Thermometric Behaviour of NIR Emitting Singly Activated Phosphors2018

    • 著者名/発表者名
      M. Back, J. Ueda, M.G. Brik, T. Lesniewski, M. Grinberg, S. Tanabe,
    • 雑誌名

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      巻: 10 号: 48 ページ: 41512-41524

    • DOI

      10.1021/acsami.8b15607

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Investigation of luminescence quenching and persistent luminescence in Ce3+ doped (Gd,Y)3(Al,Ga)5O12 garnet using vacuum referred binding energy diagram2018

    • 著者名/発表者名
      Asami Kazuki、Ueda Jumpei、Kitaura Mamoru、Tanabe Setsuhisa
    • 雑誌名

      Journal of Luminescence

      巻: 198 ページ: 418-426

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2018.01.041

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal Quenching Mechanism of CaAlSiN<sub>3</sub>:Eu<sup>2+</sup> Red Phosphor2018

    • 著者名/発表者名
      Jumpei Ueda、Setsuhisa Tanabe、Kohsei Takahashi、Takashi Takeda、Naoto Hirosaki
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 91 号: 2 ページ: 173-177

    • DOI

      10.1246/bcsj.20170307

    • NAID

      130006350314

    • ISSN
      0009-2673, 1348-0634
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vacuum referred binding energy of 3 d transition metal ions for persistent and photostimulated luminescence phosphors of cerium-doped garnets2017

    • 著者名/発表者名
      Ueda Jumpei、Hashimoto Atsunori、Takemura Shota、Ogasawara Kazuyoshi、Dorenbos Pieter、Tanabe Setsuhisa
    • 雑誌名

      Journal of Luminescence

      巻: 192 ページ: 371-375

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2017.07.006

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Evidence of valence state change of Ce^3+ and Cr^3+ during UV charging process in Y_3Al_2Ga_3O_12 persistent phosphors2017

    • 著者名/発表者名
      Ueda Jumpei、Katayama Misaki、Asami Kazuki、Xu Jian、Inada Yasuhiro、Tanabe Setsuhisa
    • 雑誌名

      Optical Materials Express

      巻: 7 号: 7 ページ: 2471-2471

    • DOI

      10.1364/ome.7.002471

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Vacuum Referred Binding Energy (VRBE)-Guided Design of Orange Persistent Ca3Si2O7:Eu2+ Phosphors2017

    • 著者名/発表者名
      Ueda Jumpei、Maki Ryomei、Tanabe Setsuhisa
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 56 号: 17 ページ: 10353-10360

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.7b01214

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermal ionization and thermally activated crossover quenching processes for 5d-4f luminescence in Y3Al5-xGaxO12:Pr3+2017

    • 著者名/発表者名
      J. Ueda, A. Meijerink, P. Dorenbos, A. J. J. Bos, S. Tanabe
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 95 号: 1 ページ: 14303-14303

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.014303

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Investigation of Luminescence and Photoacoustic Properties in Ce3+-Doped Ln3Al5O12 (Ln = Lu, Y, Gd) Garnet2016

    • 著者名/発表者名
      J. Ueda, M. Yagi, S. Tanabe,
    • 雑誌名

      ECS J. Solid State Sci. Technol.

      巻: 5 号: 12 ページ: R219-R222

    • DOI

      10.1149/2.0241612jss

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Design and development of novel persistent phosphor by control of photo-induced electron transfer process2019

    • 著者名/発表者名
      J. Ueda
    • 学会等名
      日本化学会 第99春季年会2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Pr3+添加ガーネットにおける5d-4f遷移の熱イオン化消光と熱クロスオーバー消光2018

    • 著者名/発表者名
      上田 純平, 田部 勢津久, A. Meijerink, P. Dorenbos, A. Bos
    • 学会等名
      第65回 応用物理学会 春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of persistent phosphors by controlling photo-induced electron transfer and electron trap depth2018

    • 著者名/発表者名
      J. Ueda
    • 学会等名
      日本化学会 第98春季年会 若い世代の特別講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Insight into Ln2+ state as electron trap in persistent phosphors2018

    • 著者名/発表者名
      J. Ueda
    • 学会等名
      The 4th International Workshop on Persistent and Photostimulable Phosphors (
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Pr3+添加ガーネットにおける5d-4f遷移の熱イオン化消光と熱クロスオーバー消光2018

    • 著者名/発表者名
      上田純平, 田部勢津久, A. Meijerink, P. Dorenbos, A. Bos,
    • 学会等名
      第34回希土類討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Ratiometric optical thermometry using deep red luminescence from 4T2 and 2E states of Cr3+ in ZnGa2O4 host2018

    • 著者名/発表者名
      J. Ueda
    • 学会等名
      The 5th International Conference on the Physics of Optical Materials and Devices(ICOM)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] New green luminescent GdHO:Tb3+ phosphor with low energy 5d excitation band2018

    • 著者名/発表者名
      .J. Ueda, S. Matsuishi, T. Tokunaga, S. Tanabe
    • 学会等名
      Phosphor Safari 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Control of Y3Al5-xGaxO12:Ce3+ persistent luminescence property by trap depth engineering2018

    • 著者名/発表者名
      Jumpei Ueda
    • 学会等名
      SPIE Photonics West 2018
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ce3+添加ガーネット化合物における光機能性材料設計2018

    • 著者名/発表者名
      上田 純平、田部 勢津久
    • 学会等名
      第4回構造科学と新物質探索研究会 サテライトプログラム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of persistent phosphors by controlling photo-induced electron transfer and electron trap depth2018

    • 著者名/発表者名
      Jumpei Ueda
    • 学会等名
      日本化学会 第98春季年会 若い世代の特別講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Analysis of carrier trapping centers on persistent phosphors2017

    • 著者名/発表者名
      J. Ueda
    • 学会等名
      41st International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composite
    • 発表場所
      Hilton Daytona Beach Resort and Ocean Center (アメリカ, デイトナビーチ))
    • 年月日
      2017-01-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 消光プロセスが生む新しい光機能性材料2017

    • 著者名/発表者名
      上田 純平
    • 学会等名
      ニューガラスフォーラム第126回若手懇談会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Investigation of Thermal Quenching Process for 5d-4f and 3d-3d Luminescence2017

    • 著者名/発表者名
      Jumpei Ueda、Setsuhisa Tanabe
    • 学会等名
      232nd ECS MEETING
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Thermal Quenching Mechanism of CaAlSiN3:Eu2+ Red Phosphor2017

    • 著者名/発表者名
      Jumpei Ueda、Setsuhisa Tanabe、Kohsei Takahashi、Takashi Takeda、Naoto Hirosaki
    • 学会等名
      第58回ガラスおよびフォトニクス材料討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of Orange Persistent Ca3Si2O7:Eu2+ Phosphor by Co-doping with Lanthanide Ion Based on Vacuum Referred Binding Energy (VRBE) Diagram2017

    • 著者名/発表者名
      Jumpei Ueda、Ryomei Maki、Setsuhisa Tanabe
    • 学会等名
      7th Int'l Workshop on Photoluminescence in Rare Earths (PRE’17)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Quenching Processes of Thermal Ionization and Thermally Activated Crossover for 5d-4f Luminescence2016

    • 著者名/発表者名
      J. Ueda
    • 学会等名
      Phosphor Safari 2016
    • 発表場所
      Hong-Kong Baptiste University (中国, 香港)
    • 年月日
      2016-11-28
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Investigation of Therml Ionization Quenching and Design of Persistent Luminescnece in Ce3+-Doped Garnet Phosphors2016

    • 著者名/発表者名
      J. Ueda
    • 学会等名
      PRiME2016
    • 発表場所
      コンベンションセンター(アメリカ, ホノルル)
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Trap Depth Engineering in Y3Al2Ga3O12:Ce3+ -Based Persistent Phosphors2016

    • 著者名/発表者名
      J. Ueda, S. Miyano, S. Tanabe
    • 学会等名
      6th International Conference on Excited States of Transitions Elements (ESTE 2016)
    • 発表場所
      Hotel Polanica (ポーランド ポロニカズドルイ)
    • 年月日
      2016-08-21
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Investigation of Thermal Quenching for Y3Al5O12:Ce3+ by Thermoluminescence Excitation Spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      J. Ueda, P. Dorenbos, A. Bos, A. Meijerink and S. Tanabe
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids (DPC’16)
    • 発表場所
      Chimie ParisTech(フランス, パリ)
    • 年月日
      2016-07-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] 京都大学人間・環境学研究科 田部研究室

    • URL

      http://www.talab.h.kyoto-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 京都大学大学院 人間・環境学研究科 田部研究室

    • URL

      http://www.talab.h.kyoto-u.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書 2016 実施状況報告書
  • [備考] 京都大学大学院 人間・環境学研究科 上田純平

    • URL

      http://jumpeiueda.populr.me/home

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書 2016 実施状況報告書
  • [備考] 京都大学 教育研究活動データベース 上田純平

    • URL

      http://kyouindb.iimc.kyoto-u.ac.jp/j/bD6qE

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書 2016 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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