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波長変換用蛍光体材料~白色LED・太陽電池への応用を中心として~

Phosphor Materials for Wavelength Conversion ―Applications to White LED and Solar Cells―

ディスプレイ光源のエネルギー変換効率向上やバイオイメージング・センシング分野でのさらなる応用をめざした蛍光体材料開発動向を詳述!

商品概要

略称
波長変換用蛍光体材料
商品 No.
bk7402
発刊日
2012年08月01日(水)
ISBN
978-4-7813-0585-1
体裁
B5判、249ページ
価格
71,280円(税込)
送料
当社負担(国内)
発行
シーエムシー出版
問い合わせ
(株)R&D支援センター TEL:03-5857-4811 MAIL:info@rdsc.co.jp
監修
山元明、磯部徹彦
著者
山元明   東京工科大学 名誉教授
三田陽   東京工科大学 名誉教授
小玉展宏  秋田大学 大学院工学資源学研究科 教授
下村康夫  (株)三菱化学科学技術研究センター 白色LED PJ グループリーダー
岡本信治  NHK放送技術研究所 表示・機能素子研究部 主任研究員
楠木常夫  ソニーケミカル&インフォメーションデバイス(株) 開発部門 担当部長
大長久芳  (株)小糸製作所 研究所 研究2グループ
岡本慎二  (株)東京化学研究所 開発室 開発室長
末廣隆之  東北大学 多元物質科学研究所 助教(現:(独)物質・材料研究機構)
三上昌義  (株)三菱化学科学技術研究センター R&D部門 基盤技術研究所 主席研究員
五十嵐崇裕  ソニー(株) 先端マテリアル研究所 統括課長
大観光徳  鳥取大学 大学院工学研究科 情報エレクトロニクス専攻 教授
國本崇   徳島文理大学 理工学部 准教授
清水耕作  日本大学 生産工学部 電気電子工学科 教授
竹下覚   慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 助教(有期)
磯部徹彦  慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 教授
上田純平  京都大学 大学院人間・環境学研究科 相関環境学専攻 助教
田部勢津久  京都大学 大学院人間・環境学研究科 相関環境学専攻 教授
瀬川正志  サンビック(株) 常務取締役
前之園信也  北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科 准教授
曽我公平  東京理科大学 基礎工学部 教授
和田裕之  東京工業大学 総合理工学研究科 准教授
発刊にあたって
 1995年から始まったIT社会化の波は世界に大きな変革をもたらした。この流れの中で日本で生まれたリチウムイオン電池技術は携帯電話、ノート型パソコンなどのモバイル機器の世界的普及に大きな貢献をしてきた。そして今、第二の波が押し寄せてきている。電気自動車の普及、電気エネルギーの効率的な貯蔵技術の実用化など、資源・環境・エネルギー問題を解決する一つの手段として、リチウムイオン二次電池技術はこれから更に進歩していかねばならない。そのためには技術開発を効率的に進めることが不可欠であるが、材料技術と電池技術の両面からの視点で技術を正確に判断し、開発方向を見定めることが技術開発成功のキーとなる。
 こうした背景のもと、本書刊行の第一の意図は材料メーカーと電池メーカーで豊富な経験をされている菅原氏に材料技術と電池技術の両方の観点からリチウムイオン電池技術の現状分析、課題の認識、今後の開発方向をまとめていただく点にある。菅原氏は呉羽化学(現クレハ)でのバインダー材料、負極材料の研究開発とその事業化に携わられた後、三井物産に移られ電池材料の販売と用途開発を経験されている。その後もエナックスでは電池開発、電池製造、パック製造とその販売に携わられており、電池の材料技術からパック化技術までの一連の経験を有されている多才な方である。その菅原氏の目から見た今後の技術動向の執筆は読者に有益な示唆を与えるものと思う。
 本書刊行の第二の意図は電気自動車などの中・大型電池の将来市場の予測である。現在極めて流動的な状況にあるが、野村総合研究所の風間、藤田、坂本、合田の各氏に豊富な経験とデータをもとに市場予測とその背景について解説いただく。
 上記の意図に基づいた本書が電池分野に関係されている方々のお役に立てば幸いに思う。
吉野 彰 (旭化成㈱ 吉野研究室長)
書籍・DVDの内容
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 山元 明
 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─ 三田 陽
 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 小玉展宏
 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 下村康夫
 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 下村康夫
 ① 励起スペクトル
 ② 発光スペクトル
 ③ 耐久性
 ④ 温度依存性
 ⑤ 粉体特性
3 蛍光体の評価 岡本信治
 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 下村康夫
  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 楠木常夫
  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 大長久芳
  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 岡本慎二
  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 山元 明
   (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 末廣隆之
   (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 三上昌義
 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 五十嵐崇裕
  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 大観光徳
  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 國本 崇
 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 清水耕作
 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 竹下 覚,磯部徹彦
 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 竹下 覚,磯部徹彦
 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 上田純平,田部勢津久
 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 竹下 覚,磯部徹彦
 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 瀬川正志
 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 前之園信也
  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 曽我公平
  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 和田裕之
 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 磯部徹彦
 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
キーワード
波長変換,蛍光体,白色,LED,ディスプレイ,太陽電池,生体分子,ナノ,蛍光体,窒化物,希土類,技術,図書,書籍

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