小糸ら,高性能・高耐久性のナノコンポジット蛍光体を開発

小糸製作所は,東京工業大学,名古屋大学と共同で,空気中ですぐに潮解してしまうヨウ化カルシウムを用い,優れた耐久性と高い発光性能を持つ「ナノコンポジット蛍光体」の開発に成功した(ニュースリリース)。

ハロゲン化物,カルコゲン化物に発光元素をして希土類を微量含有(ドープ)させると,その緩やかな原子結合(結合の熱振動が小さい)から,内部損失の少ない蛍光体が作製できる。しかし,これらの化合物は耐湿性が低く,実際に使用できるケースは稀であった。

この研究は,最も耐湿性が低い化合物のひとつであるヨウ化カルシウムに希土類のユーロピウムイオンをドープした蛍光体に対し,実用耐久の付与を目的にナノコンポジット化を試みたもの。

従来の蛍光体は,希土類イオンを微量添加(ドープ)した酸化物,または,窒化化合物の単一組成の無機粉末で構成されていた。今回開発したナノコンポジット蛍光体は,1つの粒子の中に異なる2つの成分(ヨウ化カルシウムとクリストバライト)が存在する新しいタイプの蛍光体となる。

研究グループは,ユーロピウムをドープした直径約50nmのヨウ化カルシウムのナノ単結晶を,結晶性シリカ(クリストバライト)内に埋め込んだナノコンポジット蛍光体の合成に成功した。得られたナノコンポジット蛍光体を85℃85%の高温高湿下に2000時間曝した後の発行強度の低下は,僅か2%だった。

ナノコンポジット蛍光体の400nm励起での内部量子効率は98%に達し,最高レベルの効率を示す。その結果,青色発光の代表的な蛍光体であるBaMgAl10O17:Eu2+と比較し,2.7倍の強い青色発光が得られた。

ナノコンポジット蛍光体の剛性は,固相反応中でヨウ化カルシウムがフラックスとしてガラス質のシリカ粒子を結晶化させたとき,結晶化したシリカ(クリストバライト)中に取り込まれたフラックスが固化・結晶化する自己組織化を活用している。

ハロゲン化物,カルコゲン化物は,本来,優れた発光性能を示すが,耐久性の懸念から,これまで機能材料としては検討されてこなかった。しかし,今回の研究成果から,この技術を用い新たな発光材料の開発に展開していくとしている。

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