豊技大，スマートマテリアルから赤色蛍光体を合成

豊橋技術科学大学の研究グループは，Mn^4＋を賦活剤とした新規蛍光体の母材として，ユニークな周期構造を有する材料（スマートマテリアル：Li-M-Ti-O (M=Nb or Ta))を活用し，493nm励起により685nmの赤色発光を示す蛍光体を合成した（ニュースリリース）。

主な白色LEDは，青色光により黄色蛍光体を発光させることで白色を得るが，この方法では，太陽光に比べると赤色光が足らない分，演色性は低いと評価されるため，赤色発光を示す蛍光体は，高演色化材料として重要とされている。

研究グループは，これまでスマートマテリアル（Li-M-Ti-O (M=Nb or Ta))を母材にし，Eu3+を賦活剤にした赤色蛍光体の合成を行なってきた。今回，希土類を用いない材料として，Mn^4＋を賦活剤とした新規赤色蛍光体の合成に取り組んだ。

Li-Nb-Ti-O（LNT）系とLi-Ta-Ti-O（LTT）系は，いずれも自己組織的に周期構造を形成し，TiO₂添加量によりインターグロース層の周期間隔が変化するスマートマテリアル。LTTのほうが周期構造形成の領域がLNTよりも狭く，周期形成のための焼成条件にも差があるという。

そこで，LNTとLTTを比較しながら，焼成温度，組成，結晶構造，MgO共添加による発光強度とMnイオンの価数変化を詳細に調べた。その結果，焼成温度や組成による結晶構造変化により，LTTの方がLNTより発光強度は顕著に高くなることが分かった。一般に焼成温度が高いとMn⁴⁺からMn³⁺に還元されやすく，そのため発光強度は低下する。

結晶構造変化では，TiO₂添加量が増えると，周期を形成しているインターグロース層[Ti₂O₃]^2＋の数が増える。このインターグロース層はTi^3＋イオンで形成されているため，周囲の酸素欠損によりMn^4＋からMn^3＋を促進することが分かった。

さらに発光強度を向上させるため，MgOを添加したところ，周期構造を持たないLTT蛍光体が，Mn4+率100%を示し，最も明るい発光強度を示した。研究グループは，Mn4+率を制御することで，焼成温度はもちろん，結晶構造変化にも顕著に差が出るのことに気が付いたという。

今回合成した Mn^4＋を賦活剤とした蛍光体は，Mn⁴⁺率を上げるため，850℃と比較的低い焼成温度で合成を行なう必要があるため，今の条件では結晶性がやや低いという課題がある。研究グループは今後，合成プロセスの工夫と様々な共添加剤により，さらに明るい赤色蛍光体の合成に取り組みたいとしている。