Full-visible-spectrum LED lighting by using a near-UV-excitable broadband blue-emitting Ca2LuHf2GaAl2O12:Ce3+ garnet phosphor

荧光粉 材料科学 光电子学 发光二极管 色温 量子效率 紫外线 发光 显色指数 发射光谱 二极管 光学 分析化学(期刊) 谱线 化学 物理 天文 色谱法
作者
Zhe Xü,Lina Cao,Jingming Chan,Balaji Devakumar,Xiaoyong Huang
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier]
卷期号:50 (4): 7048-7058 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2023.12.062
摘要

Highly efficient broadband blue-emitting phosphors are urgently needed for full-visible-spectrum white light-emitting diodes (WLEDs). Herein, we report a new highly luminescent garnet-type Ca2LuHf2GaAl2O12:Ce3+ (abbreviated as: CLHGAO:Ce3+) blue phosphor enabling full-visible-spectrum LED lighting. These CLHGAO:Ce3+ phosphors doped with different Ce3+ concentrations have been prepared by using a high-temperature solid-state reaction approach, and their phase purity, crystal structure, luminescent properties, CIE color coordinates, and quantum efficiency have been systematically studied. Importantly, CLHGAO:Ce3+ blue phosphors show a broadband excitation spectrum in the 300–450 nm spectral range peaking around 398 nm, matching well with the emission wavelengths of commercial near-ultraviolet LED chips (380–420 nm). Upon 398 nm excitation, the optimal CLHGAO:2%Ce3+ phosphor sample generates a bright broad blue emission band (emission peak: 472 nm; bandwidth: 84 nm) with high internal quantum efficiency of 79.2% and external quantum efficiency of 55.3%. Notably, the emission intensity of CLHGAO:2%Ce3+ phosphor is about 1.87 times higher compared to the commercial BaMgAl10O17:Eu2+ blue phosphor (emission peak: 451 nm; bandwidth: 53 nm). Finally, a white LED device is fabricated with a 395 nm near-UV LED chip with CLHGAO:2%Ce3+ blue phosphor and commercial (Ba,Sr)2SiO4:Eu2+ green phosphor as well as commercial CaAlSiN3:Eu2+ red phosphor, and the device demonstrates bright warm-white emission with an ultrahigh color rendering index (Ra = 95.1, R9 = 97.8, R12 = 88.4) and low correlated color temperature of 3540 K. These results show that as-developed blue-emitting CLHGAO:Ce3+ garnet phosphors with superior photoluminescence properties can potentially be used in phosphor-converted full-visible-spectrum WLEDs.
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