小糸製作所など、新たな白色LED用赤色蛍光体の開発に成功

小糸製作所は、東京工業大学(東工大)の細野秀雄教授の研究グループ、名古屋大学(名大)の澤博教授の研究グループと共同で、新たな白色LED用赤色蛍光体「FOLP:Eu²⁺(Fluorine Oxygen Ligand Phosphor)」の開発に成功したことを発表した。

今回の研究では、名大が大型放射光施設SPring-8の高輝度放射光を用いて、FOLP:Eu²⁺の結晶構造の決定を行ったほか、東工大が密度汎関数理論を用いて、FOLP:Eu²⁺の発光メカニズムの解明を行ったという。成果の詳細は英国王立化学会の科学誌「Chemical Communications」に掲載された。

従来、白色LED向け赤色蛍光体は、窒化物系の化合物に発光元素をドープしたものが主流であったが、そうした蛍光体は、青～黄色の波長域の可視光も吸収し、赤色光に変換してしまうため、現状の白色LEDは、色度調整が難しく、色度ランクを分けながら販売するなどの手法が取り入れられていた。

今回の研究では、「混合配位子場の形成」による蛍光体探索を開発コンセプトとし、発光元素周りにフッ素と酸素イオンが配位されたFOLP:Eu²⁺(組成;K₂CaPO₄F:Eu²⁺)を開発したという。

FOLP:Eu²⁺の非発光/発光状態

FOLP:Eu²⁺は、単結晶構造解析の結果、無機結晶構造のデータベースにはない新しい結晶構造をした物質で、紫外～紫(315～420nm)の光を吸収し、高い変換効率で赤色発光することが確認されたという。また、青～黄色光領域に吸収を持たず、大きなストークスシフトを示したことから、青、緑、黄色などの蛍光体と混合したとき、他の蛍光を再吸収せず、蛍光体の配合比だけで発光色を決めることができることが判明。論文では、密度汎関数理論を応用し、FOLP:Eu²⁺が示すストークスシフトは、紫光吸収に伴う大きな結晶構造緩和が起源であることを説明しているという。