In this study, by employing fluorescent silicon nanoparticles (SiNPs) as a class of color converters, we introduce a type of small-sized (∼3.7 nm) SiNPs-based color converters for white light-emitting diodes (LEDs). The SiNPs with tunable fluorescent color ranging from blue to yellow-green could be achieved through an optimized microwave synthetic method. Of particular significance, the SiNPs exhibiting broadband yellow-green emission prepared at pH value of 4 are demonstrated to be suitable for forming the basis of a white spectrum, which are thus further employed as color converter for the construction of white LED. The resultant LED devices exhibit a luminous efficiency of 13 lm W−1, Commission Internationale de l'Eclairage chromaticity coordinates of (0.3041, 0.3129), color rendering index of 82, and correlated color temperature of 7982 K.

1.
H. S.
Jang
,
H.
Yang
,
S. W.
Kim
,
J. Y.
Han
,
S.
Lee
, and
D. Y.
Jeon
,
Adv. Mater.
20
,
2696
(
2008
);
[PubMed]
T.
Erdem
and
H. V.
Demir
,
Nat. Photonics
5
,
126
(
2011
).
2.
E.
Jang
,
S.
Jun
,
H.
Jang
,
J.
Lim
,
B.
Kim
, and
Y.
Kim
,
Adv. Mater.
22
,
3076
(
2010
);
[PubMed]
T.
Otto
,
M.
Müller
,
P.
Mundra
,
V.
Lesnyak
,
H. V.
Demir
,
N.
Gaponik
, and
A.
Eychmüller
,
Nano Lett.
12
,
5348
(
2012
);
[PubMed]
J.
Lee
,
V. C.
Sundar
,
J. R.
Heine
,
M. G.
Bawendi
, and
K. F.
Jensen
,
Adv. Mater.
12
,
1102
(
2000
).
3.
S.
Nakamura
,
T.
Mukai
, and
M.
Senoh
,
Appl. Phys. Lett.
64
,
1687
(
1994
).
4.
J.
Ziegler
,
S.
Xu
,
E.
Kucur
,
F.
Meister
,
M.
Batentschuk
,
F.
Gindele
, and
T.
Nann
,
Adv. Mater.
20
,
4068
(
2008
);
L.
Tang
,
R.
Ji
,
X.
Cao
,
J.
Lin
,
H.
Jiang
,
X.
Li
,
K. S.
Teng
,
C. M.
Luk
,
S.
Zeng
,
J.
Hao
, and
S. P.
Lau
,
ACS Nano
6
,
5102
(
2012
).
[PubMed]
5.
K. T.
Kamtekar
,
A. P.
Monkman
, and
M. R.
Bryce
,
Adv. Mater.
22
,
572
(
2010
);
[PubMed]
X.
Dai
,
Z.
Zhang
,
Y.
Jin
,
Y.
Niu
,
H.
Cao
,
X.
Liang
,
L.
Chen
,
J.
Wang
, and
X. G.
Peng
,
Nature
515
,
96
(
2014
);
[PubMed]
A. L.
Rogach
,
N.
Gaponik
,
J. M.
Lupton
,
C.
Bertoni
,
D. E.
Gallardo
,
S.
Dunn
,
N. L.
Pira
,
M.
Paderi
,
P.
Repetto
,
S. G.
Romanov
,
C.
O'Dwyer
,
C. M. S.
Torres
, and
A.
Eychüller
,
Angew. Chem. Int. Ed.
47
,
6538
(
2008
);
Y.
Shirasaki
,
G. J.
Supran
,
M. G.
Bawendi
, and
V.
Bulović
,
Nat. Photonics
7
,
13
(
2013
).
6.
H. V.
Demir
,
S.
Nizamoglu
,
T.
Erdem
,
E.
Mutlugun
,
N.
Gaponik
, and
A.
Eychüller
,
Nano Today
6
,
632
(
2011
);
Q.
Zhang
,
C.
Wang
,
L.
Ling
, and
S.
Chen
,
J. Mater. Chem. C
2
,
4358
(
2014
).
7.
A. B.
Parmentier
,
P.
Smet
, and
D.
Poelman
,
Opt. Mater.
33
,
141
(
2010
);
J. K.
Park
,
K. J.
Choi
,
J. H.
Yeon
,
S. J.
Lee
, and
C. H.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
043511
(
2006
);
R.
Xie
,
N.
Hirosaki
,
M.
Mitomo
,
K.
Takahashi
, and
K.
Sakuma
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
101104
(
2006
).
8.
Y.
He
,
Y. L.
Zhong
,
F.
Peng
,
X.
Wei
,
Y. Y.
Su
,
Y. M.
Lu
,
S.
Su
,
W.
Gu
,
L. S.
Liao
, and
S. T.
Lee
,
J. Am. Chem. Soc.
133
,
14192
(
2011
);
[PubMed]
Y. L.
Zhong
,
F.
Peng
,
F.
Bao
,
S. Y.
Wang
,
X. Y.
Ji
,
L.
Yang
,
Y. Y.
Su
,
S. T.
Lee
, and
Y.
He
,
J. Am. Chem. Soc.
135
,
8350
(
2013
);
[PubMed]
B. F. P.
McVey
and
R. D.
Tilley
,
Acc. Chem. Res.
47
,
3045
(
2014
).
[PubMed]
9.
M. L.
Mastronardi
,
E. J.
Henderson
,
D. P.
Puzzo
, and
G. A.
Ozin
,
Adv. Mater.
24
,
5890
(
2012
);
[PubMed]
Z.
Kang
,
Y.
Liu
,
C. H. A.
Tsang
,
D. D. D.
Ma
,
X.
Fan
,
N. B.
Wong
, and
S. T.
Lee
,
Adv. Mater.
21
,
661
(
2009
);
X.
Cheng
,
S. B.
Lowe
,
P. J.
Reece
, and
J. J.
Gooding
,
Chem. Soc. Rev.
43
,
2680
(
2014
);
[PubMed]
T. M.
Atkins
,
A.
Thibert
,
D. S.
Larsen
,
S.
Dey
,
N. D.
Browning
, and
S. M.
Kauzlarich
,
J. Am. Chem. Soc.
133
,
20664
(
2011
);
[PubMed]
F.
Erogbogbo
,
K.-T.
Yong
,
I.
Roy
,
G.
Xu
,
P. N.
Prasad
, and
M. T.
Swihart
,
ACS Nano
2
,
873
(
2008
);
[PubMed]
K.-Y.
Cheng
,
R.
Anthony
,
U. R.
Kortshagen
, and
R. J.
Holmes
,
Nano Lett.
11
,
1952
(
2011
);
[PubMed]
Y. Y.
Su
and
Y.
He
,
Silicon Nano-Biotechnology
(
Springer
,
2014
).
10.
R. J.
Anthony
,
K.-Y.
Cheng
,
Z. C.
Holman
,
R. J.
Holmes
, and
U. R.
Kortshagen
,
Nano Lett.
12
,
2822
(
2012
).
11.
D. P.
Puzzo
,
E. J.
Henderson
,
M. G.
Helander
,
Z.
Wang
,
G. A.
Ozin
, and
Z. H.
Lu
,
Nano Lett.
11
,
1585
(
2011
).
12.
F.
Maier-Flaig
,
J.
Rinck
,
M.
Stephan
,
T.
Bocksrocker
,
M.
Bruns
,
C.
Kübel
,
A. K.
Powell
,
G. A.
Ozin
, and
U.
Lemmer
,
Nano Lett.
13
,
475
(
2013
).
13.
B.
Ghosh
,
Y.
Masuda
,
Y.
Wakayama
,
Y.
Imanaka
,
J.
Inoue
,
K.
Hashi
,
K.
Deguchi
,
H.
Yamada
,
Y.
Sakka
,
S.
Ohki
,
T.
Shimizu
, and
N.
Shirahata
,
Adv. Funct. Mater.
24
,
7151
(
2014
).
14.
F.
Maier-Flaig
,
C.
Kübel
,
J.
Rinck
,
T.
Bocksrocker
,
T.
Scherer
,
R.
Prang
,
A. K.
Powell
,
G. A.
Ozin
, and
U.
Lemmer
,
Nano Lett.
13
,
3539
(
2013
).
15.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4919526 for experimental methods and Figure S1–4.
16.
M.
Dasog
,
G. B. D.
Reyes
,
L. V.
Titova
,
F. A.
Hegmann
, and
J. G. C.
Veinot
,
ACS Nano
8
,
9636
(
2014
);
[PubMed]
D.
Dai
,
X. X
Guo
, and
J. Y.
Fan
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
053115
(
2015
);
W. Q.
Huang
,
Z. M.
Huang
,
H. Q.
Cheng
,
X. J.
Miao
,
Q.
Shu
,
S. R.
Liu
, and
C. J.
Qin
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
171601
(
2012
);
V.
Švrček
,
D.
Mariotti
, and
M.
Kondo
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
161502
(
2010
).
17.
A.
Puzder
,
A. J.
Williamson
,
J. C.
Grossman
, and
G.
Galli
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
097401
(
2002
);
[PubMed]
Q. S.
Li
,
R. Q.
Zhang
,
S. T.
Lee
,
T. A.
Niehaus
, and
Th.
Frauenheim
,
J. Chem. Phys.
128
,
244714
(
2008
);
[PubMed]
Q. S.
Li
,
R. Q.
Zhang
,
S. T.
Lee
,
T. A.
Niehaus
, and
Th.
Frauenheim
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
053107
(
2008
).
18.
M.
Dasog
,
Z.
Yang
,
S.
Regli
,
T. M.
Atkins
,
A.
Faramus
,
M. P.
Singh
,
E.
Muthuswamy
,
S. M.
Kauzlzrich
,
R. D.
Tilley
, and
J. G. C.
Veinot
,
ACS Nano
7
,
2676
(
2013
).
19.
J. M. M.
Leitão
,
H.
Gonçalves
,
C.
Mendonça
, and
J. C. G. E.
Silva
,
Anal. Chim. Acta
628
,
143
(
2008
);
[PubMed]
C.
Maule
,
H.
Gonçalves
,
C.
Mendonça
,
P.
Sampaio
,
J. C. G. E.
Silva
, and
P.
Jorge
,
Talanta
80
,
1932
(
2010
);
[PubMed]
D.
Pan
,
J.
Zhang
,
Z.
Li
,
C.
Wu
,
X.
Yana
, and
M.
Wu
,
Chem. Commun.
46
,
3681
(
2010
);
L.
Wang
and
C.
Li
,
J. Mater. Chem.
21
,
15862
(
2011
);
N. M.
Park
,
C. J.
Choi
,
T. Y.
Seong
, and
S. J.
Park
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
1355
(
2001
).
[PubMed]
20.
N.
Kimura
,
K.
Sakuma
,
S.
Hirafune
, and
K.
Asano
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
051109
(
2007
);
M.
Zhang
,
J.
Wang
,
Z.
Zhang
,
Q.
Zhang
, and
Q.
Su
,
Appl. Phys. B
93
,
829
(
2008
).
21.
C. B.
Soh
,
W.
Liu
,
J. H.
Teng
,
S. Y.
Chow
,
S. S.
Ang
, and
S. J.
Chua
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
261909
(
2008
);
J. K.
Park
,
C. H.
Kim
,
S. H.
Park
, and
H. D.
Park
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
1647
(
2004
);
W.-S.
Song
and
H.
Yang
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
183104
(
2012
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.