白色LED用赤色蛍光体を開発

FOLP:Eu2+は、紫外～紫（315～420 nm）の光を吸収し、高い変換効率で赤色発光するが、青～黄色領域の光に対しほとんど吸収を示さない、大きなストークスシフトを持っている。ストークシフトとは、電子遷移による発光における励起エネルギーと発光エネルギーの大きさの差。この特性により、白色光を得るために青、緑、黄色などの他色の蛍光体と混合したとき、他の蛍光を再吸収しないため、色ずれを起こさず安定した色度の白色光が得られる。

従来の白色LEDは、赤成分の不足により十分な演色性が得られない。演色性とは、照明で物体を照らすときに、自然光が当たったときの色に対する再現度合を示す指標。そこで赤色蛍光体を追加実装し、高演色化を図っている。現在白色LEDに使われている赤色蛍光体は紫や青だけでなく、黄色領域までの可視光を赤色光に変換してしまうため、色ずれの原因になっている。これに対し、今回開発したFOLP:Eu2+は、特異な結晶構造により、その問題を払拭することができる蛍光体だという。

研究グループによると、今回の開発コンセプトは「混合配位子場の形成」による蛍光体探索だという。これは、イオン結合性結晶に発光元素をドープし、その周りに異なる種類のアニオンを配位させること。異種アニオンの配位により、発光元素周りでは空間的な電荷バランスが崩れ、配位アニオンとの静電反発の違いから、発光元素の電子軌道にエネルギーレベルが高い軌道と低い軌道が形成される。

今回の開発は、その低いエネルギーレベルの軌道を用い、赤色発光させるというコンセプトで実施された。発光元素周りにフッ素と酸素イオンが配位したFOLP:Eu2+（組成 K2CaPO4F:Eu2+）を開発したという。研究成果は、英国王立化学会（Royal Society of Chemistry)の科学誌「Chemical Communications」に掲載されている。