広帯域近赤外蛍光体KScP2O7∶Cr3+の発光特性研究および近赤外LEDデバイス応用

MA Ziting ,  

ZHANG Xianzhe ,  

DAI Pengpeng ,  

SHEN Lina ,  

摘要

近赤外線(NIR)デバイスの小型化およびスマート化のニーズは、高効率の広帯域近赤外蛍光体の設計と開発を促進している。現在、Cr3+を活性化剤とする広帯域近赤外蛍光体は、主に従来の多格位置共占有戦略を用いて設計されている。しかし、異なる結晶学的位置にあるCr3+の熱消光挙動の不一致やスペクトルの安定性の低さにより、実用化には制限がある。本研究では、単一格位置占有戦略に基づき、高温固相法により一連の広帯域近赤外蛍光体KSc1-xP2O7∶xCr3+ (x = 0.01~0.09)を調製し、その結晶構造、発光特性、熱消光メカニズムを分析した。研究結果は、x = 0.03において、KSc0.97PO7∶0.03Cr3+(KSP∶0.03Cr3+)試料の発光強度が最大に達し、その後に主に隣接するCr3+−Cr3+間のエネルギー移動に起因する濃度消光現象が現れることを示した。青色光励起下で、KSP∶0.03Cr3+試料のスペクトルは700〜1200 nmをカバーし、主な発光ピークは857 nm、半値全幅は149 nmであった。さらに、結晶構造および低温スペクトル解析、およびCr3+が位置する結晶場強度の計算により、この広帯域近赤外発光は弱い結晶場(Dq/B = 1.98)にあるSc3+の結晶学的位置にCr3+が占有していることに起因すると示された。高温373 Kにおいて、試料の発光強度は室温時の60.2%であり、この蛍光体は良好な熱安定性を有することが示された。最後に、この蛍光体と青色LEDチップを用いて近赤外蛍光体変換型LED(NIR pc⁃LED)デバイスを作製し、この蛍光体が生体医療イメージング、夜間視覚、食品検査に潜在的な応用価値を有することを確認した。

关键词

近赤外蛍光体;単一格位置占有戦略;広帯域発光;Cr3+ドープ;NIR pc-LED

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