| 研究課題/領域番号 |
18KK0405
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
上田 純平 京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (90633181)
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| 研究期間 (年度) |
2019 – 2021
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| キーワード | 長残光蛍光体 / 蓄光材料 / 電子トラップ / 希土類イオン |
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| 研究実績の概要 |
基課題においては、白色LED照明に使用されているCe3+やEu2+の希土類イオンが添加された蛍光体の温度消光原因を解明することが目的であった。その消光原因として、Ce3+やEu2+の励起電子が熱により伝導帯へ移動する熱イオン化が考えられ、イオン化によって生じた電子が結晶欠陥に捕獲・熱解放される現象を効果的に利用することにより、いくつかの蛍光体において熱イオン化による消光を証明した。この熱イオン化消光は、見方を変えると、励起光の遮断後も長時間発光が続く長残光現象における蓄光過程である。よって、本国際共同研究では、観測した消光機構を逆手に取り、蛍光体における電子トラップ種やトラップ深さの調整を行うことで、新規長残光蛍光体への展開・開発を目的とする。
今年度は、Ce3+添加ガーネット蛍光体における熱消光プロセスから、伝導帯のエネルギー位置が低いGd3Ga5O12ホストに着目した。低い伝導帯位置のため、Ce3+の5d-4f発光はイオン化プロセスにより完全に消光する。そこで、Ce3+より少し低いエネルギーに基底準位を有するPr3+とTb3+に着目した。基底準位が少し低いため、Pr3+やTb3+の4f-4f発光は室温では消光しないが、紫外線の照射により光イオン化を示す。よって、最適な電子トラップを導入することによって、長残光を付与できる。
固体電子構造に基づいたエネルギー準位図より、最適電子トラップとしてEu3+を予測し、Pr3+-Eu3+、Tb3+-Eu3+共添加試料を作製したところ、両方の試料で、それぞれTb3+の4f-4f発光とPr3+の4f-4f発光による白色残光を実現した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
これまでの蛍光体の消光プロセスの解明から得られた知見より、光イオン化が生じる化合物ホストと発光中心イオンを予測し、実際に光イオン化が生じることを確認した。さらには、固体電子構造に基づき、最適な電子トラップを選択することにより、長残光蛍光体を設計・開発することに成功した。
残光色は白色であり、光の三原色を有しているため、本蛍光体の残光の下では、物体の色を再現できるメリットがあり、新たな残光蛍光体の応用も期待できる。
よって、順調に進展していると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
Pr3+やTb3+の光イオン化には、深紫外線の照射が必要であるため、室内照明による蓄光を考えるとより長波長での蓄光が適している。より低エネルギーで蓄光できる可能性が高いCe3+やEu2+を発光中心として、新たな化合物ホストを探索する。さらに、電子トラップ中心としてランタニドイオンだけでなく、遷移金属イオンも選択肢に入れ、高い輝度と長い残光時間を有する長残光蛍光体の開発に取り組む。
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