高出力レーザー固体照明用窒化物蛍光体ガラスの作製とその応用

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K06448
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 解 栄軍 国立研究開発法人物質・材料研究機構, サイアロングループ, 主席研究員 (00370297)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: レーザー照明 / 発光材料 / 輝度飽和 / 量子効率 / 熱伝導率 / 微構造

研究実績の概要

今年度の研究実績は以下のとおりです。
1.CaAlSiN3:Eu2+-ガラス複合発光材料（Phosphor-in-Glass, PiG)の発光特性。赤色CaAlSiN3:EuとZnO-B2O3-Ba2O3-Al2O3ガラスフリット混合し、大気中500-650℃でペレット状PiGを焼成できた。このPiGは、1.12 Wm-1K-1の 熱伝導率と43%の外部量子効率を示した。0.5 Wmm-2の青色レーザ光束密度で照射された場合には39 lmの輝度を達成した。一方、青色レーザーパワー密度は0.5 Wmm-2以上をすると、輝度飽和が見られた。今の段階でCaAlSiN3:Eu2+ PiGはハイパワーレーザー照明への応用が困難である。
2.CaAlSiN3:Eu2+発光セラミックスの発光特性。TEMやEPMAなど分析技術を利用し、CaAlSiN3:Eu2+セラミックスの微構造を解明した。ユニークなコア シェル構造を持つ、コアは普通のCaAlSiN3:Eu2+成分で、シェルは薄い酸素リッチなCa1-xAl1-xSi1+xN3-xOx:Eu2+であることを分かった。青色レーザ光束密度は20-150Wcm-1範囲以内にCaAlSiN3:Eu2+セラミックスの発光輝度が線形関数的に増加することが示った。最後に、CaAlSiN3:Eu2+セラミックスは42.2 lmW-1の最大発光効率を達成して、レーザー照明用発光材料として期待される。

研究成果

• [国際共同研究] 中国計量大学/中国有色研究総院(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 中国計量大学/中国有色研究総院
  • 他の機関数: 2
• [雑誌論文] New insights into the microstructure of translucent CaAlSiN3:Eu2+ phosphor ceramics for solid-state laser lighting (2017)
  • 著者名/発表者名: Shuxing Li, Daiming Tang, Zifeng Tian, Xuejian Liu, Takashi Takeda, Naoto Hirosaki, Fangfang Xu,Zhengren Huang, Rong-Jun Xie
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 5 ページ: 1042-1051
  • DOI: 10.1039/c6tc04987g
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A robust red-emitting phosphor-in-glass (PiG) for use in white lighting sources pumped by blue laser diodes (2017)
  • 著者名/発表者名: Qiang-Qiang Zhu, Xin Xu, Le Wang, Zi-Feng Tian, Yan-Zheng Xu, Naoto Hirosaki, Rong-Jun Xie
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 702 ページ: 193-198
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.01.256
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural evolutions and significantly reduced thermal degradation of red-emitting Sr2Si5N8:Eu2+ via carbon doping (2017)
  • 著者名/発表者名: Lihong Liu, Le Wang, Yuanqiang Li, Chenning Zhang, Yujin Cho, Siu Wing Or, Tianliang Zhou, Takashi Takeda, Naoto Hirosaki, Rong-Jun Xie
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 5 ページ: 8927-8935
  • DOI: 10.1039/c7tc02908j
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis and Photoluminescence Properties of a Blue-Emitting La3Si8N11O4:Eu2+ Phosphor (2017)
  • 著者名/発表者名: Hui-Bing Xu, Wei-Dong Zhuang, Le Wang, Rong-Hui Liu, Yuan-Hong Liu, Li-Hong Liu, Yujin Cho, Naoto Hirosaki, Rong-Jun Xie
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 56 ページ: 14170-14177
  • DOI: DOI: 10.1021/acs.inorgchem.7b02310
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nitride phosphors as robust emissive materials in white flat field emission lamps (2017)
  • 著者名/発表者名: Le Wang, Xiao-Jun Wang, Kohsei Takahashi, Takashi Takeda, Naoto Hirosaki, Rong-Jun Xie
  • 雑誌名: Optical Materials Express 巻: 7 ページ: 1934-1941
  • DOI: https://doi.org/10.1364/OME.7.001934
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phase formation of (Y,Ce)2BaAl4SiO12 yellow microcrystal-glass phosphor for blue LED pumped white lighting (2017)
  • 著者名/発表者名: Haipeng Jia, Yujin Cho, Le Wang, Naoto Hirosaki, Maxim S. Molokeeve, Zhaohui Huang, Rong-Jun Xie
  • 雑誌名: Ceramics International 巻: 43 ページ: 6425 6429
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.02.055
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A promising orange-yellow-emitting phosphor for high power warm-light white LEDs: Pure-phase synthesis and photoluminescence properties (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhenhua Chen, Qinghong Zhang, Yaogang Li, Hongzhi Wang , Rong-Jun Xie
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 715 ページ: 184-191
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.04.270
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] YAG/Al2O3復合セラミックス発光材料の合成と発光特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 解栄軍，李淑星，Yujin Cho，武田隆史，広崎尚登
  • 学会等名: 日本応用物理学会
• [学会発表] LUMINESCENT NITRIDE CERAMICS FOR SOLID STATE LASER LIGHTING (2017)
  • 著者名/発表者名: Rong-Jun Xie, Shuxing Li, Xuejian Liu, Takashi Takeda, Naoto Hirosaki
  • 学会等名: 9th International Symposium on Nitrides and Related Materials (ISNT2017) & 5th International Symposium on SiAlONs and Non-oxides (ISSNOX5)
  • 国際学会 / 招待講演