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キーワード：
上方変換/素子構造と用途/蛍光体の評価方法/一般照明用蛍光体/液晶バックライト用蛍光体/紫色ないし近紫外LED励起用蛍光体/発光型液晶ディスプレイ用蛍光体/冷陰極管用蛍光体/太陽電池の種類と波長変換の意義/バイオ用蛍光体
著者一覧
山元 明 東京工科大学 三田 陽 東京工科大学 小玉展宏 秋田大学 下村康夫 ㈱三菱化学科学技術研究センター 岡本信治 NHK放送技術研究所 楠木常夫 ソニーケミカル&インフォメーションデバイス㈱ 大長久芳 ㈱小糸製作所 岡本慎二 ㈱東京化学研究所 末廣隆之 東北大学 三上昌義 ㈱三菱化学科学技術研究センター 五十嵐崇裕 ソニー㈱ | 大観光徳 鳥取大学 國本 崇 徳島文理大学 清水耕作 日本大学 竹下 覚 慶應義塾大学 磯部徹彦 慶應義塾大学 上田純平 京都大学 田部勢津久 京都大学 瀬川正志 サンビック㈱ 前之園信也 北陸先端科学技術大学院大学 曽我公平 東京理科大学 和田裕之 東京工業大学 |
執筆者の所属表記は、2012年当時のものを使用しております。
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第1章 発光材料による波長変換機構のあらまし
1 「波長変換」の意味
1.1 本書の目的と「波長変換」の意味
1.2 蛍光現象におけるストークス・シフト
1.3 波長変換の様々な機構
2 上方変換(アップコンバージョン)過程─希土類イオン含有材料の場合─
2.1 アップコンバージョン現象
2.2 アップコンバージョン現象の研究経過
2.3 アップコンバージョンの機構
2.4 レイト方程式模型による解析
2.5 アップコンバージョン・デバイスの改善
2.6 その他の応用例
2.7 赤外―赤外アップコンバージョン過程
2.8 マーカーなどへの応用
3 狭義の下方変換(量子カッティング)の機構
3.1 量子カッティング研究の契機とその意義
3.2 基本的な量子カッティング過程
3.3 VUV励起による量子カッティング(VUV光から可視/UV光への変換)
3.4 励起イオンの増感を利用した量子カッティング
3.5 可視励起による近赤外量子カッティング(可視光から近赤外光への変換)
3.6 量子カッティングにおけるエネルギー伝達機構
3.7 今後の展望
第2章 白色LED用蛍光体
1 素子構造と用途
1.1 蛍光体の組合せによる白色LEDの分類とその特徴
1.1.1 青色LED+黄色蛍光体
1.1.2 青色LED+緑色蛍光体+赤色蛍光体
1.1.3 紫色LED+青・緑・赤色蛍光体
1.2 白色LEDの用途
1.2.1 照明用途
1.2.2 バックライト用途
1.2.3 その他(車載用途)
2 蛍光体に求められる性能
3 蛍光体の評価
3.1 発光・光学的特性評価
3.1.1 励起・発光スペクトル
3.1.2 発光色・輝度
3.1.3 演色性
3.1.4 フォトルミネッセンスにおける量子効率
3.1.5 発光波形・蛍光寿命
3.1.6 温度消光・寿命
3.1.7 トラップ測定
3.1.8 光学的特性
3.2 結晶工学的評価
3.3 化学的性質の評価
4 用途から見た蛍光体の種類
4.1 一般照明用蛍光体
4.1.1 赤色蛍光体
4.1.2 黄色〜緑色蛍光体
(1)ガーネット系蛍光体
(2)La3Si6N11:Ce3+
(3)スカンジウム系緑色蛍光体
4.1.3 紫色LED用蛍光体
4.2 液晶バックライト用蛍光体
4.2.1 はじめに
4.2.2 液晶バックライト用白色LED
4.2.3 液晶バックライト用蛍光体
(1) 要求性能
(2) 黄色蛍光体
(3) 緑色蛍光体
(4) 赤色蛍光体
(5) その他の蛍光体
4.2.4 おわりに
4.3 紫色ないし近紫外LED励起用蛍光体
4.3.1 紫色ないし近紫外LEDチップと青色LEDチップの違いについて
4.3.2 紫色ないし近紫外LEDチップを用いた白色LEDの課題
4.3.3 紫色ないし近紫外LEDチップに適した蛍光体特性
4.3.4 紫色ないし近紫外LED励起用の蛍光体
5 母体材料からみた蛍光体の種類
5.1 酸化物・酸ハロゲン化物
5.1.1 4f-5d遷移の利用
5.1.2 4f-4f遷移の利用
5.1.3 エネルギー伝達の利用
5.1.4 酸ハロゲン化物蛍光体
5.2 窒化物,酸窒化物
5.2.1 窒化物,酸窒化物蛍光体の発光特性と高圧合成
(1) 化学組成から見た特徴
(2) 結晶構造から見た特徴
(3) 発光特性
(4) 合成法
(5) まとめと今後の展望
5.2.2 窒化物・酸窒化物の還元窒化法合成
(1) はじめに
(2) GRNによるSiAlON系蛍光体の合成
(3) GRNによるアルカリ土類窒化ケイ素系蛍光体の合成
(4) GRNによる希土類窒化ケイ素系蛍光体の合成
(5) おわりに
6 計算化学的手法によるアプローチ
6.1 はじめに―計算化学への期待―
6.2 第一原理計算について
6.3 結晶構造設計に関する経験則
6.4 母体組成設計および配位子場設計に関する経験則
6.5 第一原理計算の適用例
6.5.1 CaAlSiN3
6.5.2 (Sr,Ca)AlSiN3
6.5.3 CaAlSiN3-Si2N2O固溶体
6.5.4 Ba3Si6O12N2
6.6 まとめと今後の期待
第3章 ディスプレイ用蛍光体
1 液晶ディスプレイ用蛍光体
1.1 冷陰極管用蛍光体
1.1.1 はじめに
1.1.2 蛍光体による液晶ディスプレイの高画質化
1.1.3 CCFL用蛍光体について(水銀の影響)
1.1.4 おわりに
1.2 発光型液晶ディスプレイ用蛍光体
1.2.1 はじめに
1.2.2 発光型液晶ディスプレイの基本構造と画像表示原理
1.2.3 発光型液晶ディスプレイに適した蛍光体材料
1.2.4 PLユニットの光変換効率
1.2.5 発光型液晶ディスプレイの表示特性
1.2.6 今後の課題と展望
2 プラズマディスプレイ用真空紫外励起蛍光体
2.1 はじめに
2.2 実用PDP用蛍光体
2.2.1 赤色蛍光体
2.2.2 緑色蛍光体
2.2.3 青色蛍光体
2.3 母体吸収と結晶
2.3.1 ホウ酸塩(YBE,YBT,YAB)
2.3.2 アルミン酸塩(BAM,BA,YAG)
2.3.3 ケイ酸塩(CMS,ZSM)
2.3.4 バナジン酸塩(YV)
2.4 励起エネルギーの伝達過程
2.4.1 励起子を介した発光中心へのエネルギー伝達(BAM,YAB)
2.4.2 光キャリアの発光中心への捕獲
2.5 結晶構造と劣化の関係
2.5.1 BAM vs CMS
2.5.2 アルカリ土類ケイ酸塩(MO-MgO-SiO2)
第4章 太陽電池の効率向上のための波長変換材料
1 太陽電池の種類と波長変換の意義
1.1 はじめに
1.2 太陽電池の種類
1.2.1 太陽電池の分類と特徴
1.3 波長変換の意義
1.3.1 波長変換膜の作製
1.3.2 考察
1.3.3 他の波長変換膜について
1.4 まとめ
2 蛍光体に求められる性質
2.1 はじめに
2.2 波長変換層の導入方法
2.3 波長変換層の光路と光損失
2.4 ホスト材料に求められる特性
2.5 蛍光体に求められる特性
3 紫外光から可視光・近赤外光への変換
3.1 はじめに
3.2 ダウンシフト蛍光体による紫外光から可視光への変換
3.2.1 有機色素を用いた波長変換
3.2.2 希土類錯体を用いた波長変換
3.2.3 単結晶・ガラス蛍光体を用いた波長変換
3.2.4 量子ドットを用いた波長変換
3.2.5 無機ナノ蛍光体・薄膜蛍光体を用いた波長変換
3.3 ダウンコンバージョン蛍光体による紫外光から近赤外光への変換
3.4 まとめと展望
4 青色光から近赤外光への変換
4.1 はじめに
4.2 量子切断現象の歴史
4.3 量子切断の原理
4.4 青色から近赤外の量子切断現象
4.4.1 Pr3+-Yb3+
4.4.2 Er3+-Yb3+
4.4.3 Tb3+-Yb3+
4.5 広帯域吸収ドナーの材料選択
4.5.1 Ce3+-Yb3+
4.6 おわりに
5 長波赤外光の短波長化
5.1 はじめに
5.2 アップコンバージョン機構
5.3 アップコンバーターの構成
5.4 アップコンバージョン波長変換の効率限界
5.5 波長変換機能を担う蛍光体
5.5.1 蛍光体に求められる特性
5.5.2 希土類イオンによるアップコンバージョン
5.5.3 希土類イオンペアによるアップコンバージョン
5.5.4 遷移金属イオンによるアップコンバージョン
5.5.5 色素によるアップコンバージョン
5.5.6 複合材料による取り組み
5.6 まとめと展望
6 素子化と野外実験の実際
6.1 太陽電池モジュールの構造
6.2 EVA樹脂に関して
6.2.1 EVA樹脂の生産量
6.2.2 EVA樹脂の分類
6.3 結晶系シリコンセルの封止向けEVA封止材について
6.3.1 EVA封止材の組成と架橋・接着の原理
6.3.2 結晶系シリコン太陽電池モジュールの製造方法
6.3.3 太陽電池ラミネーターの条件設定に関して
6.4 EVA封止材の評価方法
6.5 EVA封止材の開発動向
6.5.1 原理
6.5.2 詳細
6.5.3 発電量向上に関する実証試験
6.5.4 太陽電池市場の変化の中での発電効率向上への取り組み
第5章 生体分子イメージング・センシング用蛍光体
1 下方変換を利用したバイオ用可視・近赤外蛍光体
1.1 コロイダル量子ドット
1.1.1 はじめに
1.1.2 CQDバイオイメージング
1.1.3 CQDバイオセンサー
1.1.4 おわりに
1.2 希土類ドープナノ粒子
1.2.1 はじめに
1.2.2 「生体の窓」とOTN近赤外蛍光バイオイメージング
1.2.3 OTN-NIR-FBIのための蛍光プローブ設計
1.2.4 OTN-NIR-FBIのためのイメージングシステム
2 上方変換を利用したバイオ用可視蛍光体
2.1 はじめに
2.2 アップコンバージョン材料
2.2.1 付活剤(activator)
2.2.2 母体結晶(host material,matrix)
2.2.3 発光効率改善
2.3 アプリケーション
2.3.1 バイオイメージング
2.3.2 がん治療
2.4 まとめ
3 磁性機能と複合化させたバイオ用蛍光体
3.1 はじめに
3.2 MRI陽性造影剤として作用するナノ粒子
3.3 マルチモーダルイメージング用ナノ粒子
3.3.1 量子ドットを利用する場合
3.3.2 希土類ドープナノ粒子を利用する場合
3.4 まとめ
1 「波長変換」の意味
1.1 本書の目的と「波長変換」の意味
1.2 蛍光現象におけるストークス・シフト
1.3 波長変換の様々な機構
2 上方変換(アップコンバージョン)過程─希土類イオン含有材料の場合─
2.1 アップコンバージョン現象
2.2 アップコンバージョン現象の研究経過
2.3 アップコンバージョンの機構
2.4 レイト方程式模型による解析
2.5 アップコンバージョン・デバイスの改善
2.6 その他の応用例
2.7 赤外―赤外アップコンバージョン過程
2.8 マーカーなどへの応用
3 狭義の下方変換(量子カッティング)の機構
3.1 量子カッティング研究の契機とその意義
3.2 基本的な量子カッティング過程
3.3 VUV励起による量子カッティング(VUV光から可視/UV光への変換)
3.4 励起イオンの増感を利用した量子カッティング
3.5 可視励起による近赤外量子カッティング(可視光から近赤外光への変換)
3.6 量子カッティングにおけるエネルギー伝達機構
3.7 今後の展望
第2章 白色LED用蛍光体
1 素子構造と用途
1.1 蛍光体の組合せによる白色LEDの分類とその特徴
1.1.1 青色LED+黄色蛍光体
1.1.2 青色LED+緑色蛍光体+赤色蛍光体
1.1.3 紫色LED+青・緑・赤色蛍光体
1.2 白色LEDの用途
1.2.1 照明用途
1.2.2 バックライト用途
1.2.3 その他(車載用途)
2 蛍光体に求められる性能
3 蛍光体の評価
3.1 発光・光学的特性評価
3.1.1 励起・発光スペクトル
3.1.2 発光色・輝度
3.1.3 演色性
3.1.4 フォトルミネッセンスにおける量子効率
3.1.5 発光波形・蛍光寿命
3.1.6 温度消光・寿命
3.1.7 トラップ測定
3.1.8 光学的特性
3.2 結晶工学的評価
3.3 化学的性質の評価
4 用途から見た蛍光体の種類
4.1 一般照明用蛍光体
4.1.1 赤色蛍光体
4.1.2 黄色〜緑色蛍光体
(1)ガーネット系蛍光体
(2)La3Si6N11:Ce3+
(3)スカンジウム系緑色蛍光体
4.1.3 紫色LED用蛍光体
4.2 液晶バックライト用蛍光体
4.2.1 はじめに
4.2.2 液晶バックライト用白色LED
4.2.3 液晶バックライト用蛍光体
(1) 要求性能
(2) 黄色蛍光体
(3) 緑色蛍光体
(4) 赤色蛍光体
(5) その他の蛍光体
4.2.4 おわりに
4.3 紫色ないし近紫外LED励起用蛍光体
4.3.1 紫色ないし近紫外LEDチップと青色LEDチップの違いについて
4.3.2 紫色ないし近紫外LEDチップを用いた白色LEDの課題
4.3.3 紫色ないし近紫外LEDチップに適した蛍光体特性
4.3.4 紫色ないし近紫外LED励起用の蛍光体
5 母体材料からみた蛍光体の種類
5.1 酸化物・酸ハロゲン化物
5.1.1 4f-5d遷移の利用
5.1.2 4f-4f遷移の利用
5.1.3 エネルギー伝達の利用
5.1.4 酸ハロゲン化物蛍光体
5.2 窒化物,酸窒化物
5.2.1 窒化物,酸窒化物蛍光体の発光特性と高圧合成
(1) 化学組成から見た特徴
(2) 結晶構造から見た特徴
(3) 発光特性
(4) 合成法
(5) まとめと今後の展望
5.2.2 窒化物・酸窒化物の還元窒化法合成
(1) はじめに
(2) GRNによるSiAlON系蛍光体の合成
(3) GRNによるアルカリ土類窒化ケイ素系蛍光体の合成
(4) GRNによる希土類窒化ケイ素系蛍光体の合成
(5) おわりに
6 計算化学的手法によるアプローチ
6.1 はじめに―計算化学への期待―
6.2 第一原理計算について
6.3 結晶構造設計に関する経験則
6.4 母体組成設計および配位子場設計に関する経験則
6.5 第一原理計算の適用例
6.5.1 CaAlSiN3
6.5.2 (Sr,Ca)AlSiN3
6.5.3 CaAlSiN3-Si2N2O固溶体
6.5.4 Ba3Si6O12N2
6.6 まとめと今後の期待
第3章 ディスプレイ用蛍光体
1 液晶ディスプレイ用蛍光体
1.1 冷陰極管用蛍光体
1.1.1 はじめに
1.1.2 蛍光体による液晶ディスプレイの高画質化
1.1.3 CCFL用蛍光体について(水銀の影響)
1.1.4 おわりに
1.2 発光型液晶ディスプレイ用蛍光体
1.2.1 はじめに
1.2.2 発光型液晶ディスプレイの基本構造と画像表示原理
1.2.3 発光型液晶ディスプレイに適した蛍光体材料
1.2.4 PLユニットの光変換効率
1.2.5 発光型液晶ディスプレイの表示特性
1.2.6 今後の課題と展望
2 プラズマディスプレイ用真空紫外励起蛍光体
2.1 はじめに
2.2 実用PDP用蛍光体
2.2.1 赤色蛍光体
2.2.2 緑色蛍光体
2.2.3 青色蛍光体
2.3 母体吸収と結晶
2.3.1 ホウ酸塩(YBE,YBT,YAB)
2.3.2 アルミン酸塩(BAM,BA,YAG)
2.3.3 ケイ酸塩(CMS,ZSM)
2.3.4 バナジン酸塩(YV)
2.4 励起エネルギーの伝達過程
2.4.1 励起子を介した発光中心へのエネルギー伝達(BAM,YAB)
2.4.2 光キャリアの発光中心への捕獲
2.5 結晶構造と劣化の関係
2.5.1 BAM vs CMS
2.5.2 アルカリ土類ケイ酸塩(MO-MgO-SiO2)
第4章 太陽電池の効率向上のための波長変換材料
1 太陽電池の種類と波長変換の意義
1.1 はじめに
1.2 太陽電池の種類
1.2.1 太陽電池の分類と特徴
1.3 波長変換の意義
1.3.1 波長変換膜の作製
1.3.2 考察
1.3.3 他の波長変換膜について
1.4 まとめ
2 蛍光体に求められる性質
2.1 はじめに
2.2 波長変換層の導入方法
2.3 波長変換層の光路と光損失
2.4 ホスト材料に求められる特性
2.5 蛍光体に求められる特性
3 紫外光から可視光・近赤外光への変換
3.1 はじめに
3.2 ダウンシフト蛍光体による紫外光から可視光への変換
3.2.1 有機色素を用いた波長変換
3.2.2 希土類錯体を用いた波長変換
3.2.3 単結晶・ガラス蛍光体を用いた波長変換
3.2.4 量子ドットを用いた波長変換
3.2.5 無機ナノ蛍光体・薄膜蛍光体を用いた波長変換
3.3 ダウンコンバージョン蛍光体による紫外光から近赤外光への変換
3.4 まとめと展望
4 青色光から近赤外光への変換
4.1 はじめに
4.2 量子切断現象の歴史
4.3 量子切断の原理
4.4 青色から近赤外の量子切断現象
4.4.1 Pr3+-Yb3+
4.4.2 Er3+-Yb3+
4.4.3 Tb3+-Yb3+
4.5 広帯域吸収ドナーの材料選択
4.5.1 Ce3+-Yb3+
4.6 おわりに
5 長波赤外光の短波長化
5.1 はじめに
5.2 アップコンバージョン機構
5.3 アップコンバーターの構成
5.4 アップコンバージョン波長変換の効率限界
5.5 波長変換機能を担う蛍光体
5.5.1 蛍光体に求められる特性
5.5.2 希土類イオンによるアップコンバージョン
5.5.3 希土類イオンペアによるアップコンバージョン
5.5.4 遷移金属イオンによるアップコンバージョン
5.5.5 色素によるアップコンバージョン
5.5.6 複合材料による取り組み
5.6 まとめと展望
6 素子化と野外実験の実際
6.1 太陽電池モジュールの構造
6.2 EVA樹脂に関して
6.2.1 EVA樹脂の生産量
6.2.2 EVA樹脂の分類
6.3 結晶系シリコンセルの封止向けEVA封止材について
6.3.1 EVA封止材の組成と架橋・接着の原理
6.3.2 結晶系シリコン太陽電池モジュールの製造方法
6.3.3 太陽電池ラミネーターの条件設定に関して
6.4 EVA封止材の評価方法
6.5 EVA封止材の開発動向
6.5.1 原理
6.5.2 詳細
6.5.3 発電量向上に関する実証試験
6.5.4 太陽電池市場の変化の中での発電効率向上への取り組み
第5章 生体分子イメージング・センシング用蛍光体
1 下方変換を利用したバイオ用可視・近赤外蛍光体
1.1 コロイダル量子ドット
1.1.1 はじめに
1.1.2 CQDバイオイメージング
1.1.3 CQDバイオセンサー
1.1.4 おわりに
1.2 希土類ドープナノ粒子
1.2.1 はじめに
1.2.2 「生体の窓」とOTN近赤外蛍光バイオイメージング
1.2.3 OTN-NIR-FBIのための蛍光プローブ設計
1.2.4 OTN-NIR-FBIのためのイメージングシステム
2 上方変換を利用したバイオ用可視蛍光体
2.1 はじめに
2.2 アップコンバージョン材料
2.2.1 付活剤(activator)
2.2.2 母体結晶(host material,matrix)
2.2.3 発光効率改善
2.3 アプリケーション
2.3.1 バイオイメージング
2.3.2 がん治療
2.4 まとめ
3 磁性機能と複合化させたバイオ用蛍光体
3.1 はじめに
3.2 MRI陽性造影剤として作用するナノ粒子
3.3 マルチモーダルイメージング用ナノ粒子
3.3.1 量子ドットを利用する場合
3.3.2 希土類ドープナノ粒子を利用する場合
3.4 まとめ
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