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Broadband Short-Wave Infrared Light-Emitting Diodes Based on Cr3+-Doped LiScGeO4 Phosphor
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2021-07-21 , DOI: 10.1021/acsami.1c10490 Shihai Miao 1 , Yanjie Liang 1 , Yan Zhang 1 , Dongxun Chen 1 , Xiao-Jun Wang 2
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2021-07-21 , DOI: 10.1021/acsami.1c10490 Shihai Miao 1 , Yanjie Liang 1 , Yan Zhang 1 , Dongxun Chen 1 , Xiao-Jun Wang 2
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Short-wave infrared (SWIR) spectroscopy has recently emerged as an important technology across a wide range of areas, whether industrial, biomedical, or environmental. Nevertheless, it is still a long-standing challenge to develop robust SWIR light sources. The SWIR phosphor-convert light emitting diodes (LEDs) by coating blue LED chips with desirable SWIR-emitting phosphors are becoming an ideal alternative for solid-state SWIR light sources due to its compactness, low-cost, and long operating lifetime, as does the commercial white LEDs. Herein, we report a blue-pumped Cr3+-doped LiScGeO4 SWIR phosphor as a luminescent converter for phosphor-convert SWIR LEDs. This phosphor shows an intense SWIR emission band with a peak wavelength at ∼1120 nm owing to the 4T2 → 4A2 electron transition of Cr3+ when exciting with blue light. The full width at half-maximum (fwhm) of the phosphor is ∼300 nm and the absolute quantum efficiency is determined to be ∼26%. SWIR LED prototypes are constructed by combining the optimized phosphor materials with commercial blue InGaN LED chips, which can generate a commendable emission band in the SWIR region over 800–1600 nm and achieve a maximum output power of ∼4.78 mW at 60 mA with the photoconversion efficiency of 4.4%. The current exploration of Cr3+-doped SWIR-emitting phosphors will lay the foundation to engineer phosphor-convert SWIR LEDs for applications in night-vision surveillance and SWIR spectroscopy technology. These blue-light-excitable SWIR-emitting phosphors can serve as an important complement to the spectral gap of the current Cr3+-doped phosphors in the SWIR region and will pave the way toward cost-effective phosphor-converted solid-state SWIR light sources.
中文翻译：
基于 Cr3+ 掺杂 LiScGeO4 磷光体的宽带短波红外发光二极管
短波红外 (SWIR) 光谱最近已成为广泛领域的一项重要技术，无论是工业、生物医学还是环境。尽管如此，开发强大的 SWIR 光源仍然是一个长期存在的挑战。SWIR 荧光粉转换发光二极管 (LED) 通过在蓝色 LED 芯片上涂上所需的 SWIR 发射荧光粉，由于其紧凑、低成本和长工作寿命，正成为固态 SWIR 光源的理想替代品，正如商用白光 LED。在此，我们报告了一种蓝色泵浦 Cr 3+掺杂的 LiScGeO 4 SWIR 荧光粉作为荧光粉转换 SWIR LED 的发光转换器。由于4Ť 2 → 4阿2的Cr的电子跃迁3+当用蓝色光激发。磷光体的半峰全宽 (fwhm) 为~300 nm，绝对量子效率确定为~26%。SWIR LED 原型是通过将优化的荧光粉材料与商用蓝色 InGaN LED 芯片相结合而构建的，该芯片可以在 SWIR 区域产生超过 800-1600 nm 的值得称道的发射带，并在 60 mA 下通过光转换实现 ~4.78 mW 的最大输出功率效率为 4.4%。Cr 3+目前的探索掺杂 SWIR 发射荧光粉将为设计用于夜视监视和 SWIR 光谱技术应用的荧光粉转换 SWIR LED 奠定基础。这些蓝光可激发的 SWIR 发射磷光体可以作为当前SWIR 区域中Cr 3+掺杂磷光体的光谱间隙的重要补充，并将为具有成本效益的磷光体转换固态 SWIR 光铺平道路来源。
更新日期：2021-08-04
中文翻译：
基于 Cr3+ 掺杂 LiScGeO4 磷光体的宽带短波红外发光二极管
短波红外 (SWIR) 光谱最近已成为广泛领域的一项重要技术，无论是工业、生物医学还是环境。尽管如此，开发强大的 SWIR 光源仍然是一个长期存在的挑战。SWIR 荧光粉转换发光二极管 (LED) 通过在蓝色 LED 芯片上涂上所需的 SWIR 发射荧光粉，由于其紧凑、低成本和长工作寿命，正成为固态 SWIR 光源的理想替代品，正如商用白光 LED。在此，我们报告了一种蓝色泵浦 Cr 3+掺杂的 LiScGeO 4 SWIR 荧光粉作为荧光粉转换 SWIR LED 的发光转换器。由于4Ť 2 → 4阿2的Cr的电子跃迁3+当用蓝色光激发。磷光体的半峰全宽 (fwhm) 为~300 nm，绝对量子效率确定为~26%。SWIR LED 原型是通过将优化的荧光粉材料与商用蓝色 InGaN LED 芯片相结合而构建的，该芯片可以在 SWIR 区域产生超过 800-1600 nm 的值得称道的发射带，并在 60 mA 下通过光转换实现 ~4.78 mW 的最大输出功率效率为 4.4%。Cr 3+目前的探索掺杂 SWIR 发射荧光粉将为设计用于夜视监视和 SWIR 光谱技术应用的荧光粉转换 SWIR LED 奠定基础。这些蓝光可激发的 SWIR 发射磷光体可以作为当前SWIR 区域中Cr 3+掺杂磷光体的光谱间隙的重要补充，并将为具有成本效益的磷光体转换固态 SWIR 光铺平道路来源。
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