東芝が、可視光下では無色透明だが紫外光を当てると強く発光する「透明蛍光体」について、溶解性を高めることで可視光下での透明度を高めるとともに、紫外光を当てたときの赤色発光強度が従来比で6倍となる新規材料を開発。ミニLED／マイクロLEDディスプレイ用の蛍光体やセキュリティ印刷、紫外光センシングなどの用途に向け2025年の量産を目指す。

» 2022年12月13日 07時00分公開

[朴尚洙，MONOist]

　東芝は2022年12月13日、可視光下では無色透明だが紫外光を当てると強く発光する「透明蛍光体」について、溶解性を高めることで可視光下での透明度を高めるとともに、紫外光を当てたときの赤色発光強度が従来比で6倍となる新規材料を開発したと発表した。現在はサンプル提供可能な状態にある。ミニLED／マイクロLEDディスプレイ用の蛍光体やセキュリティ印刷、紫外光センシングの他、農薬と反応すると消光する特性を利用した残留農薬検出などの用途に向けて2025年の量産を目指す。

新開発の透明蛍光体。可視光下では白色の粉末だが（左）、紫外線を当てるとオレンジがかった赤色で発光する（右）。粉末入りのビンを持っているのは開発者である東芝の岩永寛規氏［クリックで拡大］

透明蛍光体を用いたフィルム（左）に紫外線を当てると、赤色で強く発光する（右）［クリックで拡大］

　今回新たに開発した透明蛍光体は、東芝が2003年から開発を進めてきた有機蛍光体の設計技術がベースになっている。中でも、3価のEu（ユーロピウム）イオン（以下、Eu（III）イオン）を用いた有機金属錯体は、ポリマーに溶解することで透明化できるとともに高い色純度で発光し、発光スペクトルの色相が蛍光体の濃度や溶解する媒体の性質に依存しない特性を有している。

東芝は独自の蛍光体設計技術に基づいて透明蛍光体を開発してきた［クリックで拡大］出所：東芝

　その一方で、ポリマーへの溶解性が低いことが実用化に向けた課題になっていた。溶媒への溶解性が低いと有機蛍光体が溶媒中で微粒子状で存在してしまうので、可視光を当てたときには透明なはずなのに、見る角度や光の当たり具合によって透明ではなくなってしまう。また、微粒子の粒径のばらつきにより素子特性のばらつきが発生したり、微粒子の光散乱が素子の特性を落としたりしてしまう。加えて、Eu（III）イオンの有機金属錯体は、発光スペクトルの色純度は高いものの発光強度が低いという問題もあった。

Eu（III）イオン有機金属錯体の透明蛍光体としての特性と課題［クリックで拡大］出所：東芝

　東芝は2007年に、優れた溶解性と発光強度、耐久性などを兼ね備えるEu（III）イオンの有機金属錯体を開発している。東芝 CPSxデザイン部新規事業推進室蛍光体事業推進プロジェクトチームプロジェクトマネージャーの岩永寛規氏は「今回の開発成果は、このときに見いだした独自の分子設計手法である『互いに異なる2種類以上のホスフィンオキシドをEu（III）に配位させる分子設計コンセプト』を活用した」と説明する。

東芝は互いに異なる2種類以上のホスフィンオキシドをEu（III）に配位させる分子設計コンセプトで蛍光体を開発してきた［クリックで拡大］出所：東芝

　従来は、異なる2種類のホスフィンオキシドをEu（III）イオンに配位させていたのに対して、今回は1個の分子中にホスフィンオキシドの構造を4つ持つ「非対称構造テトラホスフィンテトラオキシド配位子」を用いて、2個のEu（III）イオンがそれぞれ2個ずつのホスフィンオキシド構造と異なる状態で配位する新たなEu（III）イオンの複核錯体の開発に成功した。

新開発の透明蛍光体の配位構造［クリックで拡大］出所：東芝

　非対称構造テトラホスフィンテトラオキシド配位子では、配位子末端のホスフィンオキシドと、これらに挟まれて中央に位置するホスフィンオキシドは構造が異なる。1個のEu（III）イオンは末端のホスフィンオキシドと中央のホスフィンオキシドに配位しており、もう1個のEu（III）イオンは残った2つの末端のホスフィンオキシドに配位しているため有機金属錯体としての対称性が大きく崩れている。一般的に対称性が低い有機分子は溶媒への溶解度が高まる傾向があり、新開発の複核錯体もそれに合わせた特性を示したことになる。

　さらに、新開発の複核錯体は、一般的なEu（III）イオンを用いた赤色発光する有機蛍光体と比べて発光強度が6倍になった。照射した紫外線の光子数に対して蛍光発光した光子数の割合を示す量子効率は「0.9に達する」（岩永氏）という。