既存のCr³⁺ドープ近赤外蛍光体は、深刻な熱消光欠陥を抱えており、大出力近赤外蛍光体変換型LEDへの適用が難しい。一方、現在の研究は主にスペクトルおよび量子効率の最適化に注力しており、高温での消光耐性向上に関する体系的な研究は不足している。本論文では、高剛性の結晶格子骨格を有する三方晶系BaCa₂MgSi₂O₈（BCMS）ケイ酸塩蛍光体を選択・調製し、複数の評価手法を用いて材料の結晶構造、発光特性、熱安定性および素子応用効果を総合的に検討した。試験結果はCr³⁺が格子中の六配位Mg²⁺部位を優先的に占有し、単一の発光中心が存在することを示している。材料は青色励起下で803 nmにピークを持つ発光を生成し、650～1000 nmの広い近赤外発光帯域をカバーする。SiO₄四面体がMgO₆八面体を緊密に束縛し、強固な骨格を形成しているため、高温時の非放射遷移が著しく抑制され、423 Kでも発光強度は室温の90.84%を維持し、長時間の高温動作でも発光減衰は顕著でない。封止された近赤外pc-LED素子は、駆動電流に伴い出力光強度がほぼ線形に増加し、全体の動作特性は良好である。まとめると、この高剛性BCMS系蛍光体は従来のクロム系近赤外材料の熱消光課題を効果的に改善し、高出力近赤外固体光源、生体イメージング、非破壊検査などの分野で広範な応用が期待される。

広帯域近赤外発光;熱安定性;Cr³⁺;蛍光体変換型LED