Лампа будущего светодиоды презентация: Презентация по технологии «Лампы будущего – светодиоды» (7 класс)

12 Мар

Содержание

itrunonma / itrunonma / issues / #868

Презентация на тему лампы будущего светодиоды скачать

= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = Загрузить здесь: >>>>>> http://bobikdobrii.ru/?wat&keyword=%d0%bf%d1%80%d0%b5%d0%b7%d0%b5%d0%bd%d1%82%d0%b0%d1%86%d0%b8%d1%8f+%d0%bd%d0%b0+%d1%82%d0%b5%d0%bc%d1%83+%d0%bb%d0%b0%d0%bc%d0%bf%d1%8b+%d0%b1%d1%83%d0%b4%d1%83%d1%89%d0%b5%d0%b3%d0%be+%d1%81%d0%b2%d0%b5%d1%82%d0%be%d0%b4%d0%b8%d0%be%d0%b4%d1%8b+%d1%81%d0%ba%d0%b0%d1%87%d0%b0%d1%82%d1%8c Ссылка на загрузку №2: >>>>>> http://bobikdobrii.ru/?wat&keyword=%d0%bf%d1%80%d0%b5%d0%b7%d0%b5%d0%bd%d1%82%d0%b0%d1%86%d0%b8%d1%8f+%d0%bd%d0%b0+%d1%82%d0%b5%d0%bc%d1%83+%d0%bb%d0%b0%d0%bc%d0%bf%d1%8b+%d0%b1%d1%83%d0%b4%d1%83%d1%89%d0%b5%d0%b3%d0%be+%d1%81%d0%b2%d0%b5%d1%82%d0%be%d0%b4%d0%b8%d0%be%d0%b4%d1%8b+%d1%81%d0%ba%d0%b0%d1%87%d0%b0%d1%82%d1%8c = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =

Презентация на тему лампы будущего светодиоды скачать

Среди самых активных учителей, привлекших учеников к участию в олимпиаде, будет разделён призовой фонд 1. Разведка может вестись с открытых и скрытых наблюдательных постов на глубину до нескольких километров. Исследования показывают, что белый свет, который испускают светодиодные светильники, является более предпочтительным. Благодаря отсутствию нити накаливания, LED-лампы являются виброустойчивыми. Тест с выбором ответа. Описание слайда: Выводы: 1. Экономия от применения светодиодов может достигаться не только за счет снижения потребления энергии, но и благодаря использованию токоподводящих кабелей меньшего сечения. Утечка паров ртути из поврежденных и разбитых люминесцентных ламп приводит к долговременному загрязнению окружающей среды, становящейся вредной для человека и животных. Для сравнения, срок работы металлогалогенной лампы составляет 3000 часов, галогенной лампы — 1000 часов. Срок службы до 100 тысяч часов, что эквивалентно 10 годам непрерывной работы. В колбу вместо жидкой ртути вводится металлический сплав т. В зависимости от вида лампы, количество ртути в них колеблется от 20 до 300 мг.

В лампах отсутствуют ртутные пары. Светодиодные источники освещения в большинстве обладают лучшими характеристиками цветопередачи. Выяснить роль учеников, учителей и других работников школы в возникновении энергетического кризиса в школе. Светодиодные лампы просты в эксплуатации. Ее использование не требует применения каких-то особых мер при эксплуатации, хранении, утилизации и транспортировке.

К изделиям предъявляются повышенные требования к качеству освещения, в том числе к стабильности и цветопередаче, условиям эксплуатации. Среди энергосберегающих ламп наиболее экологически и экономически выгодны светодиодные лампы лампы накаливания — прошлое, энергосберегающие лампы — настоящее, светодиодные лампы — будущее. Всего в теме 10 презентаций. На свет именно этой длины волны должен реагировать зрачок глаза сужением, но этого не происходит и глаз хрусталик, сетчатка получает большую травмирующую дозу синего света. Два типа конструкции индукционных ламп по способу размещения электронного балласта: Индукционная лампа с отдельным балластом Индукционная лампа с встроенным балластом Электронный балласт вырабатывает высокочастотный ток, протекающий по индукционной катушке на магнитном кольце или стержне.

Перечень электроприборов очень велик. В России подобный закон вступает в силу с 2011 года. На сегодняшний день предприятие- главный поставщик ламп накаливания в регионах Сибири и Дальнего Востока.

Презентация на тему лампы будущего светодиоды скачать

<p>Корпус устройства дожен быть сконструирован так, чтобы мусор, испражнения птиц и вода не скапливались на поверхности светильника и не ухудшали его охлаждающую способность, прозрачность защитного стекла, тем самым сохраняя характеристики в течение всего срока службы.</p> <p>Как утверждают ученые, использование энергосберегающих ламп может нанести вред человеку, имеющему кожные заболевания и привести к раку кожи, а также вызвать мигрень и головокружение у людей, страдающих эпилепсией. Новые применения и новая культура освещения Эти новые применения и культура изменят способ использования и взаимодействия со светом 33 33. LED лампы работают в любую погоду, температурный диапазон работы LED ламп в зависимости от модели от минус 60 до плюс 60 градусов. </p>

LED лампы пожаро-безопасны и взрывобезопасны, при их эксплуатации отсутствует инфракрасное и ультрафиолетовое излучения. Описание слайда: Благодарим за консультации: Лобанова Утечка паров ртути из поврежденных и разбитых люминесцентных ламп приводит к долговременному загрязнению окружающей среды, становящейся вредной для человека и животных.

ЛАМПЫ БУДУЩЕГО СВЕТОДИОДЫ Гатауллина Аделия 7 б

ЛАМПЫ БУДУЩЕГО СВЕТОДИОДЫ Гатауллина Аделия 7 б

лампы будущего светодиоды

Светополупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. дио д или светоизлучающий диод (СД, СИД; англ. light-emitting diode, LED) —

Первое известное сообщение об излучении света твёрдотельным диодом было сделано в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом из Маркони Лабс. Раунд впервые открыл и описал электролюминесценцию, обнаруженную им при изучении прохождения тока в паре металл — карбид кремния (карборунд, Si. C), и отметил жёлтое, зелёное и оранжевое свечение на катоде. Эти эксперименты были позже, независимо от Раунда, повторены в 1923 году О. В. Лосевым, который, экспериментируя в Нижегородской радиолаборатории с выпрямляющим контактом из пары карборунд — стальная проволока, обнаружил в точке контакта двух разнородных материалов слабое свечение — электролюминесценцию полупроводникового перехода (в то время понятия «полупроводниковый переход» ещё не существовало). Это наблюдение было опубликовано, но тогда весомое значение этого наблюдения не было понято и потому не исследовалось в течение многих десятилетий. Лосев показал, что электролюминесценция возникает вблизи спая материалов[1]. Теоретического объяснения явлению тогда не было. Лосев вполне оценил практическую значимость своего открытия, позволявшего создавать малогабаритные твёрдотельные (безвакуумные) источники света с очень низким напряжением питания (менее 10 В) и очень высоким быстродействием.

Им были получены два авторских свидетельства на «Световое реле» (первое заявлено в феврале 1927 г. )[2] В 1961 году Роберт Байард и Гари Питтман из компании Texas Instruments открыли и запатентовали технологию инфракрасного светодиода.

Бренд — WOLTA освещая будущее

Продукция WOLTA®:

  • производится из высококачественных комплектующих и материалов, о чем свидетельствует расширенные гарантийные сроки, которые по некоторым видам товаров достигают 36 месяцев;
  • представляет собой европейское качество, подтверждённое результатами многочисленных тестов, сертификатами соответствия ЕС, ЕАС и RoHS;
  • соответствует высокому уровню заявленных характеристик их реальным показателям;
  • предлагает доступное светотехническое оборудование для бытового и промышленного освещения в среднем и экономичном ценовых сегментах;
  • является лауреатом престижной премии «Золотой Фотон», что говорит о широком признании коллег и экспертов отрасли;
  • пользуется высокой узнаваемостью у дистрибьюторов и конечных покупателей.

WOLTA®Pro – новый бренд профессионального светотехнического оборудования, разработанный в России с учетом потребностей и требований современного электротехнического рынка.

В ассортиментную матрицу входят следующие товарные категории: прожекторы, светодиодные панели, уличные, линейные и промышленные светильники.

Продукция WOLTA®Pro:
  • разработана ведущими специалистами отрасли с учетом потребностей российского рынка светотехники;
  • полностью соответствует всем самым строгим требованиям, предъявляемым к современному светотехническому оборудованию;
  • произведена из высококачественных материалов, благодаря чему увеличен срок службы приборов и расширена гарантия на эксплуатацию;
  • обладает высокими светотехническими характеристиками, превосходящими аналогичные предложения в сфере освещения;
  • производится на территории РФ;
  • положительно зарекомендовала себя у отечественного потребителя, благодаря соответствию технических параметров условиям эксплуатации;
  • имеет непродолжительный цикл производства, что позволяет сократить логистические и временные затраты на доставку;
  • профессиональный расчет освещенности помещения;
  • может быть изготовлена под заказ с учетом необходимых технических характеристик по доступной цене для различных проектов освещения.

WOLTA®Decor — суббренд интерьерного освещения, совместивший в себе высококачественное основное и акцентное освещение. Благодаря современным решениям WOLTA®Decor, каждый потребитель сможет найти что-то своё для реализации идей в дизайн жилых и нежилых помещений.

Новое направление WOLTA®Decor включает в себя магнитную трековую систему направленного света для современного акцентного освещения и декоративную подсветку интерьеров с помощью светодиодной ленты.

Продукция WOLTA®Decor:

  • выполнена их высококачественных компонентов и материалов;
  • позволяет создавать различные сцены освещения торговых помещений (магазинов, бутиков), ресторанов и кафе, салонов красоты и особенно в дизайнерских жилых и общественных пространствах;
  • имеет множество комплектующих, что позволяет создавать различные конфигурации и оригинальные системы освещения;
  • имеет большой срок службы и высокие технические характеристики.

WOLTA®Std — суббренд светотехнического оборудования, разработанный в России, в котором прежде всего делается упор на качественное освещение по привлекательной цене.


В каталоге суббренда имеются универсальные панели, линейные и промышленные светильники

Продукция WOLTA®Std:

  • имеет высокие технические характеристики, которые полностью совпадают с заявленными;
  • изготавливается в Российской Федерации;
  • разрабатывалась для широкого сегмента потребителей, ценящих высокоэффективность и надёжность по доступной цене;
  • соответствует всем стандартам качества и безопасности.

Презентация дизайн-проекта – 7 способов визуализации дизайна интерьера

Презентация дизайн-проекта – важный момент в общении дизайнера и заказчика. Первому нужно придумать идею, и правильно её подать. Вариантов визуализации интерьера несколько:

Moodboard или «Доска настроения»

Видение концепции будущего интерьера у дизайнера и заказчика не всегда совпадет. Чтобы избавиться от многочисленных правок клиента на моменте презентации готового проекта, дизайнеру стоит отразить идеи на «доске настроения».

Мудборд не демонстрирует точное решение, но передает общую атмосферу дизайна. И если она не устроит заказчика, на доработку уйдёт меньше времени, чем на внесение изменений в дизайн-проект или составление нового. На коллаже собираются визуальные составляющие проекта:

  • цветовые сочетания;
  • текстуры материалов;
  • примеры мебели и декора.

Минусы: это превью будущего дизайна, оно не даёт точных ответов, какой будет шкаф или кровать.

Программы: Olioboard, Niice, Realtime Board, Sampleboard, Moodboard.

Conceptboard или «концептуальный коллаж»

На концептборде собираются конкретные примеры готовых интерьеров с реальной мебелью, декором и аксессуарами. Если его достаточно проработать, то может отпасть необходимость в полноценной презентации дизайн-проекта. Главное, соблюдать цельность и единство композиции, упорядоченно расположить все элементы, чтобы у заказчика сложилось чёткое представление о будущем интерьере. Здесь он увидит:

  • планировку;
  • палитру цветов;
  • мебель, освещение, аксессуары, текстиль, декор;
  • текстуры стен, полотка, пола, мебели;
  • поясняющие надписи.

Минусы: не все предметы интерьера можно купить или заказать в России. Следите за тем, чтобы вещи из вашего концепт-борда легко можно было найти.

Программы: AutoCAD, Photoshop.

Карта покупок

Коллаж, где собрана подборка предметов для будущего интерьера без их расположения в помещении. Фотографии можно накладывать друг на друга, вырезав их с фона. Это можно сделать в одной программе – Photoshop.

Еще один вариант карты покупок – расположение предметов не слоями, а ячейками, то есть они не будут соприкасаться друг с другом. Для этого подойдет Lay Out, где набор стилей и рамок больше, чем в фотошопе.

Можно комбинировать обе техники – часть предметов наложить друг на друга, а часть – расположить в ячейках.

Минусы: клиенту без пространственного мышления сложно будет оценить вашу работу и примерить такой визуал на свою квартиру или дом.

Программы: Photoshop, Lay Out.

3D коллаж

Показывает пространство в перспективе. Дизайнер берет 4 фотографии помещения без мебели и в Photoshop добавляет объекты так, чтобы получить объем и эффект перспективы. Для этого нужно обладать хорошим навыком работы в программе. И самое приятное – достаточно иметь только его, чтобы создать такую «визуализацию».

Минусы: огромные временные затраты. Найти фотографии помещений без мебели в четырёх вариантах сложно, но еще сложнее бывает найти в подходящем качестве фото предметов интерьера, ведь не у всех магазинов и салонов они есть.

Программы: Photoshop.

Эскиз

Дизайн-проект можно представить заказчику в виде эскиза, нарисованного от руки или стилусом на планшете. Это не абстрактный подбор предметов интерьера или передача атмосферы, а облик конкретного дизайна. Поэтому для составления такой презентации, дизайнер обязательно должен обладать навыками рисования. Можно представить заказчику бумажный эскиз или доработать его в графическом редакторе. Рисовать можно в любой технике: маркерами, карандашом, акварелью. Главное, сделать это профессионально, ведь здесь заказчик будет оценивать не только сам интерьер, но и то, как он нарисован.

Минусы: обязательное условие для такой презентации – умение рисовать. Сейчас научиться этому несложно. Можно посмотреть обучающие видео-уроки в Интернете, где показаны основы. Или пройти курсы, где за месяц вас научат создавать эскизы от руки.

Компьютерный скетч

Это «умный» эскиз, который включает визуальный концепт интерьера, данные рабочих документов: строительного плана, чертежей и размеров. Программы для скетчинга объединяют проектирование, моделирование и художественную подачу.

Например, SketchUp позволяет собрать весь интерьер, опираясь на точные расчёты. Здесь используйте конкретные предметы мебели, отделочных материалов и текстур.

Программы: SketchUp, AutoCad, ArchiCad.

Минусы: В полной мере описанными функциями обладает только SketchUp. Остальные же программы не всегда могут передать материалы и текстуры будущего интерьера.

3D визуализация

Самая реалистичная и удобная презентация дизайна интерьера. В точности показывает заказчику, как будет выглядеть квартира после ремонта. Преимущество 3d визуализации перед остальными способами воплощения идей дизайнера в том, что здесь клиент, имея точное представление о будущем интерьере, сможет более объективно внести правки.

Трёхмерные рисунки дают увидеть детали дизайна, например, вид квартиры при разном освещении, благодаря чему дизайнер сможет подобрать идеальный для клиента вариант не только светильников, но и лампочек.

Минусы: только настоящий профессионал сможет сделать хорошую 3D визуализацию. Посмотреть обучающее видео будет недостаточно. Поэтому прежде, чем приступать к коммерческим заказам, поработайте над созданием хорошего портфолио.

Программы: Cinema 4D, Google ScketchUp, 3Ds Max.

———————-

Смотрите также по теме:

Самопрезентация дизайнера

Анкета для заказчика дизайн-проекта

Как дизайнеру интерьера привлекать клиентов из интернета

Авторское право на дизайн-проект

Новые лампы Philips RacingVision — h5 и H7 — журнал За рулем

Презентация разработок голландской компании Philips проходила под лозунгом «Наглядная безопасность». Бесспорно, автомобильный свет напрямую влияет на безопасность движения, и вот как его можно улучшить.

Это свет ламп X‑tremeVision второго поколения — самых ярких из всех ксеноновых ламп марки Philips.

Это свет ламп X‑tremeVision второго поколения — самых ярких из всех ксеноновых ламп марки Philips.

Новинки этого года — лампы RacingVision (h5 и H7), поступившие в продажу в начале осени. Чтобы продемонстрировать их преимущества, в темном подземном паркинге поставили «лицом» к стене две одинаковые «единички» BMW: на одной машине — штатные галогенные лампы Philips, на другой — RacingVision («гоночное видение»). Свет у фар с новыми источниками света явно ярче и белее. Увеличения яркости добились точным позиционированием нити накаливания и повышенным давлением газа в колбе из кварцевого стекла — 13 бар против обычных четырех-пяти. Цветовая температура «гоночных» ламп — 3500 К, то есть ближе к дневному свету по сравнению с обычными галогенками (у тех 2900–3100 К).

Так светят одинаковые фары с обычными галогенками Philips и с новыми лампами RacingVision. Разница видна невооруженным глазом.

Так светят одинаковые фары с обычными галогенками Philips и с новыми лампами RacingVision. Разница видна невооруженным глазом.

Название «гоночное видение» маркетологи объясняют тем, что эти лампы позволяют ездить в темноте «резвее» (цитата) и быстрее реагировать на опасные ситу­ации. Однако чтобы быть уверенным в этом, нужно поездить на автомобиле в реальных условиях, а не смотреть на стенку в гараже. Что ж, будет чем заняться в Москве.

Одновременно в продажу поступила и другая новая разработка Филипса — ксеноновые лампы Xenon WhiteVision второго поколения (D1S, D2S, D2R). Как и у «супергалогенок» RacingVision, колбы сделаны из кварцевого стекла и в них увеличено давление газа, что позволило повысить яркость и улучшить освещенность. Цветовая температура такая же, как у светодиодных ламп, - 5000 К: они излучают ярко-белый свет.

Упаковка с голографическими наклейками и уникальным кодом, который можно проверить на официальном сайте, - так теперь Philips защищает свои ксеноновые лампы от подделки.

Упаковка с голографическими наклейками и уникальным кодом, который можно проверить на официальном сайте, - так теперь Philips защищает свои ксеноновые лампы от подделки.

Светодиодная лампа Philips, заменяющая галогенную лампу типа h5. Радиатор на хвостовике — защита от перегрева.

Светодиодная лампа Philips, заменяющая галогенную лампу типа h5. Радиатор на хвостовике — защита от перегрева.

Материалы по теме

Светодиодные лампы взамен штатных галогенных — пожалуй, самый спорный продукт в линейке фирмы. Они долговечнее, экономичнее, имеют самые быстрые отклики, не требуют времени на «розжиг». С другой стороны, у мощных светодиодов корпус сильно нагревается, поэтому для охлаждения к нему пристраивают радиатор. А рассеиватель фары, наоборот, остается холодным. Чтобы в снегопад светодиодная фара не обмерзала, проектируют еще и систему вентиляции, которой за ненадобностью нет в обычной галогенке. Поэтому в Европе запрещено устанавливать светодиоды в фары, спроектированные под лампы h5 или H7. Исключения составляют лишь случаи, когда автомобиль не выезжает на дороги общего пользования. При этом на упаковке лампы должна быть соответствующая маркировка.

В России такие же требования, но у нас строгость закона компенсируется необязательностью его исполнения, так что автомобилей со светодиодными лампами в галогенной оптике становится всё больше. И в основном это кустарные китайские светодиоды — дешевые, слепые и ненадежные. Philips же предлагает добротные заменители. Эти светодиодные лампы правильно светят, производитель гарантирует им долгую жизнь и (что гораздо менее важно для нашего потребителя) невысокое энергопотребление. Но, опять же, ставить их в фары — на свой страх и риск.

На обратном пути моим соседом в самолете оказался Михаил Новиков, руководитель направления автомобильных ламп российского представительства Lumileds, куриру­ющий бренды Philips и Narva. Заспорили. Я предположил, что ксенон скоро полностью уступит место светодиодам. Михаил не согласился: дескать, даже у галогенных ламп еще есть потенциал, а тем более у ксеноновых — лучших, как он считает, по соотношению цены и качества света и имеющих минимум слабых мест в конструкции. Кто из нас прав — покажет время. Возможно, что в будущем фары просто исчезнут, так как машинами станут управлять исключительно автопилоты с инфракрасными камерами. Впрочем, Рhilips и тут без работы не останется.

Фото: Илья Пименов, Philips

В Москве состоялась презентация модели Hyundai Tucson нового поколения

Презентация нового поколения модели Tucson прошла в Мультимедиа Арт Музее Москвы и на YouTube-канале Hyundai Russia с участием основателя и директора МАММ Ольги Свибловой и известного российского техноблогера Wylsacom – Валентина Петухова

Мировой бестселлер Hyundai отличается передовым технологическим оснащением и набором интеллектуальных цифровых решений, а также воплощает новое направление развития автомобильного дизайна

Футуристичный внешний вид кроссовера четвертой генерации идеально гармонирует с интерьером, выполненным в новой концепции INTERSPACE

Новый Hyundai Tucson – первая модель бренда на российском рынке с телематическими сервисами Bluelink®, открывающими множество опций взаимодействия с автомобилем

31 мая 2021 года. Сегодня в московском Мультимедиа Арт Музее (МАММ) и на YouTube-канале Hyundai Russia состоялась презентация городского кроссовера Hyundai Tucson четвертого поколения. В рамках мероприятия компания «Хендэ Мотор СНГ» официально представила новинку для российского рынка, а также объявила цены и комплектации модели.

Торжественная презентация нового автомобиля Tucson прошла сразу в двух форматах – офлайн и онлайн – с участием основателя и директора МАММ Ольги Свибловой и известного российского техноблогера Wylsacom – Валентина Петухова. В рамках онлайн-трансляции ведущие обсудили необычный дизайн кроссовера нового поколения, а также подробно рассказали о его ключевых преимуществах. Ольга Свиблова сделала акцент на стильных дизайнерских решениях новой модели Hyundai, один из самых популярных блогеров страны дополнил обзор новинки через призму прогрессивных технологических деталей. Запись трансляции доступна для всех желающих на YouTube-канале Hyundai Russia.

Параллельно с онлайн-трансляцией гости Мультимедиа Арт Музея Москвы смогли вживую познакомиться с кроссовером Hyundai Tucson и новейшими функциями автомобиля, включая дебютировавшие в России телематические сервисы Hyundai Bluelink®, а также принять участие в эксклюзивной экскурсии по музею вместе с его знаменитым директором-основателем Ольгой Свибловой. В оформлении галереи, центральным экспонатом которой на один вечер стал кроссовер Tucson, были использованы яркие световые акценты и спецэффекты с чистыми геометрическими линиями, подчеркнувшие воплощенные в новой модели дизайнерские и инженерные решения. В их числе – стильная световая оптика, уже успевшая стать визитной карточкой автомобиля Tucson нового поколения.

«Запуск нового кроссовера Tucson – поистине знаковое событие для нашего бренда. Футуристичный облик модели символизирует вектор дальнейшей эволюции дизайна Hyundai. Ведущие в классе инновационные решения и передовые «подключенные» технологии идеально подойдут автолюбителям, которые идут в ногу со временем и активно внедряют современные гаджеты в повседневную жизнь», – заявил управляющий директор компании «Хендэ Мотор СНГ» Алексей Калицев.

«Как человек искусства, могу смело назвать новую модель Hyundai Tucson настоящим арт-объектом. Фантастический дизайн, который складывается из множества интересных элементов, выдержанных в единой стилистике, формируют образ динамичного, мощного, но одновременно чувственного кроссовера. Внутри автомобиля – своеобразный «умный» дом, дающий возможность обладать будущим, которое становится настоящим», – отметила Ольга Свиблова, основатель и директор Мультимедиа Арт Музея.

«Практичность и технологичная эстетика – основа нового взгляда на внешний вид современного кроссовера. Четвертое поколение модели Hyundai Tucson предлагает «умные» инновации в обрамлении смелого дизайна, позволяя всегда оставаться на связи с настоящим. Это идеальная находка для тех, кто интересуется новейшими технологиями», – добавил Валентин Петухов, автор популярного YouTube-канала о технологиях и гаджетах Wylsacom.

Новый городской кроссовер Hyundai Tucson для российского рынка

Tucson – мировой бестселлер Hyundai и яркое воплощение стратегии компании в сфере прогрессивного дизайна и инноваций. Кроссовер с эффектными элементами экстерьера выполнен в фирменной стилистике «параметрической динамики». В интерьере, получившем название INTERSPACE, царит атмосфера открытости и безмятежности. На российском рынке новинка будет доступна в четырех комплектациях на выбор – Classic, Family, Lifestyle и Prestige, а также в специальной версии Visioner.

В комплектациях Classic, Family, Lifestyle и Prestige кроссовер Tucson предлагается с бензиновым двигателем Smartstream G2,0 (149,6 л.с.) в паре с 6-ступенчатыми МКП или АКП. Для версий Family, Lifestyle, Prestige и Visioner также доступен бензиновый агрегат Smartstream G2,5 GDi (190 л.с.) с 8-ступенчатой АКП. В комплектациях Lifestyle, Prestige и в исполнении Visioner автомобиль может оснащаться дизельным мотором Smartstream D2,0 (186 л.с.) вместе с 8-ступенчатой автоматической трансмиссией. Кроссовер Tucson в комплектации Classic оборудован передним приводом, начиная с версии Family новинка предлагается с системой полного привода HTRAC. Вне зависимости от комплектации доступна функция выбора режимов движения Drive Mode Select, для полноприводных автомобилей Tucson с АКП она дополнена функцией Multi-Terrain Control.

Новый Tucson – первая модель бренда на российском рынке с телематическими сервисами Hyundai Bluelink®, открывающей множество опций взаимодействия с автомобилем. Дистанционный запуск двигателя, прогрев салона до нужной температуры, включение подогрева сидений и лобового стекла, информация о текущем состоянии автомобиля – все это и многое другое доступно на экране смартфона владельца. Кроме того, в мобильном приложении можно найти интересующую точку маршрута и передать ее напрямую в бортовую навигационную систему.

Дополнительно благодаря сервисам Bluelink® клиент получает доступ к информации о местоположении своего автомобиля. Телематические сервисы Bluelink® бесплатны для владельцев нового кроссовера Tucson в течение трех лет после покупки и позволяют подключить до пяти пользователей к управлению одним автомобилем.

Hyundai Tucson доступен в восьми цветах кузова: White Cream, Shimmering Silver, Titan Gray, Crimson Red, Deep Sea, Silky Bronze, Amazon Gray и Phantom Black. Их можно комбинировать с одним из двух цветов интерьера в комплектациях Classic, Family, Lifestyle и Prestige, а также с одним из четырех цветов, предлагаемых для спецверсии Visioner.

Стартовая комплектация Classic с богатым базовым оснащением

Уже в базовом оснащении кроссовер Hyundai Tucson предлагает высочайший уровень комфорта и безопасности водителя и пассажиров. В список оборудования автомобиля в комплектации Classic входят шесть подушек безопасности, 17-дюймовые легкосплавные диски, панель приборов Supervision с цветным 4,2-дюймовым экраном, круиз-контроль с ограничителем скорости, подогрев передних сидений и мультифункциональное рулевое колесо с кожаной отделкой. Также салон оборудован мультимедийной системой с 8-дюймовым экраном и поддержкой интерфейсов Apple CarPlayTM и Android AutoTM.

Прогрессивные опции и телематические сервисы Bluelink® в комплектации Family

Оснащение кроссовера Tucson в комплектации Family дополнено камерой заднего вида, двухзонным климат-контролем, задними датчиками парковки, системой бесключевого доступа с кнопкой запуска двигателя, подогревом руля, электрорегулировкой поясничного подпора сиденья водителя и USB-разъемами для задних пассажиров. Кроме того, для версии с двигателем Smartstream G2,5 предусмотрен электронный стояночный тормоз с режимом автоматического удержания (EPB). Для автомобилей с АКП доступна мультимедиа-система с телематическими сервисами Bluelink®.

Дополнительно клиенты могут заказать пакет опций Advanced. В его составе – функция подогрева лобового стекла и форсунок стеклоомывателя, функция антизапотевания лобового стекла, рейлинги на крыше, электропривод складывания наружных зеркал, датчик дождя и теплозащитное остекление лобового стекла и передних боковых стекол.

Комплектация Lifestyle – высокие технологии и максимальная безопасность

Оснащение Tucson в вариации Lifestyle расширено за счет передних датчиков парковки, подогрева лобового стекла и форсунок стеклоомывателя, функции антизапотевания лобового стекла, электрипривода складывания наружных зеркал, самозатемняющегося салонного зеркала, подогрева задних сидений, датчика дождя, теплозащитного остекления лобового стекла и передних стекол, беспроводного зарядного устройства для смартфонов и функции складывания сидений второго ряда из багажника. В экстерьере автомобиля в этом исполнении выделяются светодиодные фары, статичные лампы подсветки поворота, рейлинги на крыше и хромированная решетка радиатора.

Начиная с комплектации Lifestyle оборудование технологичного кроссовера Hyundai можно усовершенствовать с помощью пакета интеллектуальных систем безопасности Smart Sense. К ним относятся система автоматического торможения перед препятствием спереди с функцией предотвращения столкновений при проезде перекрестков (FCA-JT), адаптивный круиз-контроль (SCC) с ассистентом движения в пробке (LVDA) и автоматическим ограничителем скорости (ISLA), система автоматического управления дальним светом (HBA), система предотвращения столкновений в слепой зоне (BCA), система предотвращения столкновений сбоку при выезде с парковки задним ходом (RCCA), ассистент удержания в полосе движения (LKA), система удержания в центре занимаемой полосы (LFA), система слежения за состоянием водителя (DAW), система безопасного выхода из автомобиля (SEW) и система распознавания пассажиров сзади (ROA).

Комплектация Prestige с роскошной отделкой салона и технологичным оснащением

Версия Prestige отличается комбинацией натуральной и искусственной кожи в отделке сидений, отделкой передней панели и дверных карт тканью, хромированными элементами в интерьере, электроприводом двери багажника с системой автоматического открывания, сиденьем водителя с электрорегулировкой в 10 направлениях, цифровой приборной панелью с цветным 10,25-дюймовым экраном, аудиосистемой премиум-класса KRELL с сабвуфером и внешним усилителем, навигационной системой с сенсорным 10,25-дюймовым экраном и телематическими сервисами Bluelink®, электронным селектором АКП и подрулевыми лепестками (для двигателей G2,5 и D2,0) и контурной подсветкой салона.

Кроссовер Tucson в топовой комплектации Prestige также оборудован 18-дюймовыми легкосплавными дисками, полноразмерным запасным колесом с легкосплавным диском, задними светодиодными фонарями, тонированными задними стеклами, серебристыми накладками на передний и задний бамперы, глянцевыми элементами на деталях экстерьера.

Спецверсия Visioner – стильный дизайн и полный набор ассистентов водителя

Эксклюзивная версия Visioner сочетает в себе богатое оснащение комплектации Prestige, наличие пакета систем безопасности Smart Sense и стильные дизайнерские решения. Покупателям предоставлена возможность выбора из четырех цветов интерьера, включая два уникальных: темно-синий и коричневый. Для каждого кроссовера Tucson Visioner подготовлен премиальный дорожный набор.

Еще в список оборудования нового автомобиля в версии Visioner входят 19-дюймовые легкосплавные диски, вентиляция передних сидней, электрорегулировка сиденья пассажира в 8 направлениях, дополнительный блок управления регулировками переднего пассажирского сиденья, память настроек водительского кресла для двух человек и панорамная крыша с люком. В числе удобных ассистентов водителя – система предотвращения столкновений при движении задним ходом (PCA-R), функция дистанционной парковки (RSPA), система камер кругового обзора (AVM) и система обзора слепых зон (BVM).

Стоимость кроссовера Tucson нового поколения в различных комплектациях

Максимальная рекомендованная розничная цена Hyundai Tucson в комплектации Classic составляет 1 869 000 ₽ за версию с 6-ступенчатой МКП и 1 929 000 ₽ за версию с 6-ступенчатой АКП. Автомобиль в комплектации Family предлагается по максимальной рекомендованной розничной цене 2 019 000 ₽ с силовым агрегатом Smartstream G2,0, 6-ступенчатой АКП и передним приводом, по цене 2 059 000 ₽ – с системой полного привода HTRAC и 6-ступенчатой МКП, за 2 119 000 ₽ – с системой полного привода HTRAC и 6-ступенчатой АКП и за 2 269 000 ₽ – с бензиновым двигателем Smartstream G2,5 GDI и 8-ступенчатой АКП. Кроме того, кроссовер Tucson в версии Family можно оснастить пакетом дополнительных опций Advanced за 50 000 ₽.

Максимальная рекомендованная розничная цена новинки в комплектации Lifestyle варьируется от 2 169 000 до 2 519 000 ₽. Модель в топовой комплектации Prestige предлагается по максимальной рекомендованной розничной цене от 2 499 000 до 2 769 000 ₽. Кроссовер Tucson нового поколения в этих двух версиях можно дополнить пакетом систем безопасности Smart Sense за 115 000 ₽.

Спецверсия Visioner позволяет заказать автомобиль с уникальными элементами дизайна и комплексом систем безопасности Smart Sense. Tucson Visioner с бензиновым двигателем Smartstream G2,5 GDi предлагается по максимальной рекомендованной розничной цене 2 899 000 ₽, стоимость автомобиля с дизельным мотором составляет 2 999 000 ₽.

Кроссовер Tucson нового поколения можно приобрести в официальных дилерских центрах и на платформе онлайн-продаж Hyundai.

Arcadia создала самую лучшую LED лампу для аквариума

Презентация LED лампа для аквариума от Arcadia. Мы создали идеальные лампы

 

Технологии в области освещения семимильными шагами постоянно движутся вперед, а новинки появляются в этой отрасли по всему миру практически ежедневно.  Много обзоров посвящается этим достижениям во всех доступных средствах информации. Но одно из наших любимых направлений в этом развитии хочется выделить особо. Это освещение для морских рифовых аквариумов. Современный свет дарит обитателям рифа новые яркие краски и дополнительные силы к быстрому росту. LED лампа для аквариума является чем-то новым в организации освещения искууственных биотопов.

 

Почему стоит купить LED лампа для аквариума?

 

HQI, T8, T5 и LED технологии, которые сменяя и дополняя друг друга, все больше позволяют добиться от наших рифов фантастически красивых оттенков. Порой в этих безумных гонках за новинками рынка, мы часто тратим большие деньги. Новые светильники меняются слишком быстро, не оставляя времени своему пользователю по-настоящему, взвешенно и спокойно, оценить их достоинства. Переход от одной технологии к другой, гарантирует падение общего потребления электроэнергии и получение более четкого спектра. Давая возможность таким образом содержать в неволе все больше видов кораллов, наиболее требовательных к солнечному свету. Сделать выбор в сторону лед и купить LED лампа для аквариума является правильным решением, так как эта технология имеет огромнейшие преимущеста и достоинства.

Именно в этом контексте было хорошо сделать паузу, чтобы увидеть какие именно продукты предлагают компании Aquarium Systems и Arcadia. Сегодня мы предлагаем к обзору T5 трубки со светодиодами.

 

Достижения, которыми обладают лед лампы для аквариума Arcadia T5

 

-энергосбережение

-уменьшение теплоотдачи

-сохранение уже потраченных средств в приобретенные ранее светильники под люминисцентные лампы формата Т5. Наши лед лампы для аквариума в 99% случаях работают с балластами для розжига ЛЛ Т5.

-плавный и достаточно короткий переход, соединяющий прошлое и будущее в одной стратегической покупке, при смене люминесцентной лампы T5

 

Диодный лампы для аквариума. Спектры и внешний вид T5 светодиодных трубок 

 

На сегодняшний день, мы предлагаем 4 вида ламп для пресноводного и морского аквариума. Мы уверяем всех скептиков, что лампы Arcadia не имеют ничего общего с китайскими дешевыми аналогами, так как они обладают продолжительным сроком службы, правильными подобранными цветами светодиодов и исключительной надежностью. Средний срок службы одной лампы составляет 50 000 часов. Гарантия от производителя 2 года! 

 

Диодные лампы для аквариам Arcadia T5 являются отличной альтернативой и правильным выбором, когда стоит вопрос о покупке светодиодного светильника. Не тратьте деньги, а просто постаьте в свой старый светильник с люминесцентными лампами наши диодные лампа для аквариума. 

 

Светодиоды – это также хороший способ сэкономить деньги, потому что они потребляют намного меньше электричества, чем традиционные лампы Т5. Чтобы окончательно убедиться, а нужно ли диодный лампы для аквариума купить, мы приведем для примера специальную таблицу. Эта сравнительная таблица показывает эквивалент мощности LED к старым Т5 лампам по размеру и количеству ватт.

 

 

 

Сделайте правильный выбор — купите диодную лампу для аквариума уже сегодня!

 

 

Мы предлагаем купить лед лампы для аквариума T5 LED Tube на сегодняшний день четырех видов

 

Интенсивный белый свет. Идеально подходит для организации фотосинтеза в растениях и кораллов в морских аквариумах

Также подходит для цихлид и дискусов, подчеркивая блеск их естественных цветов

Воспроизводится ощущение «глубокой воды»

 

Высокая интенсивность актиничного спектра

Увеличение флуоресценции кораллов. Пожалуй стоит купить лед лампы для аквариума Deep Blue, так как это на нащ взгляд лучшая диодная актиническая лампа в мире

3 различных типов синих светодиодов, что делает флуоресценцию просто фантастической

 

Идеально подходит для Акваскейпинга

Тропический цвет создает теплую атмосферу

Мощный проникающий свет способствует росту растений

Особенно  выделяет красные и синие оттенки

Идеальная лампа для фотосинтеза растений в пресноводном аквариуме

 

Идеально подходит для Акваскейпинга

Мощный проникающий свет способствует росту растений

Выделяет яркие цвета у всех видов рыб

Совместно с лампой Tropical Pro является полноценным освещением для пресноводного аквариума

 

(PDF) IEEE/OSA Статус и будущее светоизлучающих диодов высокой мощности для твердотельного освещения

174 JOURNAL OF DISPLAY TECHNOLOGY, VOL. 3, НЕТ. 2, JUNE 2007

[13] Х. Амано, Н. Саваки, И. Акасаки и Ю. Тойода, «Эпитаксиальный рост в фазе паров металлов

высококачественной пленки GaN с использованием буферного слоя AlN

», Appl. . физ. Лет., т. 48, pp. 353–355, 1986.

[14] Х. Амано, М. Кито, К. Хирамацу и И. Акасаки, «P-тип проводимости

в легированном магнием GaN, обработанном низкоэнергетичными электронами. лучевое облучение

(LEEBI)», Jpn.Дж. Заявл. физ., вып. 28, с. физ. Lett.,

vol. 62, pp. 2390–2392, 1993.

[16] S. Nakamura, M. Senoh, N. Iwasa, and S.-I. Нагахама, «Мощные синие и фиолетовые светоизлучающие диоды

с одиночной квантовой ямой InGaN

», Appl. физ. Лет., т. 67, стр. 1868–1870, 1995.

[17] С.Накамура, М. Сенох, С. Нагахама, Н. Иваса, Т. Ямада, Т. Мат-

Сушита, Х. Киёку и Ю. Сугимото, «Многоквантовые лазерные диоды с ямной структурой на основе InGaN

». », яп. Дж. Заявл. физ., вып. 35, pp. L74–L76,

1996.

[18] SJ Rosner, EC Carr, MJ Ludowise, G. Girolami, and HI Erikson,

«Корреляция неоднородности катодолюминесценции с микроструктурными эпитаксиальными дефектами. GaN, выращенный методом осаждения из паров металлоорганических соединений

», Appl.физ. Лет., т. 70, pp. 420–422, 1997.

[19] С. Накамура, «Роль структурных дефектов в

синих светоизлучающих диодах и лазерных диодах на основе InGaN», Science, vol. 14, pp. Преп. Б, том.

56, стр. R10024–R10027, 1997.

[21] T. Takeuchi et al., «Определение пьезоэлектрических полей в напряженных квантовых ямах

GaInN с использованием квантово-ограниченного эффекта Штарка», Appl.

Физ. Лет., т. 73, pp. 1691–1693, 1998.

[22] Н. Ф. Гарднер, Дж. К. Ким, Дж. Дж. Вирер, Ю.-К. Shen, and M.R. Krames,

«Поляризационная анизотропия в электролюминесценции m-плоскости

InGaN-GaN светоизлучающих диодов с несколькими квантовыми ямами», Appl.

Физ. Лет., т. 86, с. 111101, 2005.

[23] Р. Шарма и др., «Демонстрация полуполярного (10-1-3) InGaN/GaN

зеленого светоизлучающего диода», Appl. физ. Лет., т. 87, с.231110, 2005.

[24] М. Фунато и др., «Синие, зеленые и янтарные светоизлучающие диоды InGaN/GaN

на полуполярных объемных подложках {11–22} GaN», Jpn. Дж. Заявл. Phys.,

vol. 45, с. . физ. Лет., т. 72, pp. 40–42, 1998.

[26] K. Iida et al., «УФ-лазерный диод 350,9 нм, выращенный на AlGaN с низкой плотностью дислокаций —

», Jpn.Дж. Заявл. физ., вып. 43, pp. L499–L500, 2004.

[27] WB Joyce, RZ Bachrach, RW Dixon, and DA Sealer, «Геометрические свойства случайных частиц и извлечение фотонов из

электролюминесцентных диодов». Дж. Заявл. физ., вып. 45, pp. 2229–2253,

1974.

[28] G. O. Mueller, Philips Lumileds Lighting Co., Сан-Хосе, Калифорния, данные, неопубликованные

.

[29] H. Sugawara, K. Itaya, H. Nozaki и G. Hatakoshi, «Высокояркие

InGaAlP зеленые светоизлучающие диоды», Appl. физ. Лет., т. 61, pp.

1775–1777, 1992.

[30] I. Schnitzer and E. Yablonovitch, «Внешняя квантовая эффективность

30% от текстурированной поверхности тонкопленочных светоизлучающих диодов», Appl. физ.

Письма, том. 63, pp. 2174–2176, 1993.

[31] K. Streubel, Osram Opto Semiconductors, Регенсбург, Германия, июль

2006, частное сообщение.

[32] Н. Ф. Гарднер, Х. К. Чуй, Э. И. Чен, М. Р. Крамес, Дж.-В. Хуанг, Ф.

А. Киш, С.Стокман А., Кокот С.П., Тан Т.С., Молл Н., «Улучшение эффективности в 1,4 раза в прозрачных подложках Ga In

светоизлучающих диодов с тонкими активными областями», Appl. физ.

Письма, том. 74, стр. 2230–2232, 1999.

[33] J. Edmond et al., «Высокоэффективные светодиоды и лазеры на основе GaN на SiC»,

J. Crystal Growth, vol. 272, pp. 242–250, 2004.

[34] M. Yamada et al., «Диоды

ближнего ультрафиолетового и синего света на основе InGaN с высокой внешней квантовой эффективностью с использованием структурированного

сапфировая подложка и сетчатый электрод», Jpn. Дж. Заявл. физ., вып. 41,

pp. L1431–L1433, 2002.

[35] Y. Narukawa et al., «Сверхвысокоэффективные белые светоизлучающие диоды»,

Jpn. Дж. Заявл. физ., вып. 45, стр. L1084–L1086, 2006.

[36] Дж. Дж. Вирер и др., «Мощные AlGaInN флип-чип светоизлучающие диоды

», Appl. физ. Лет., т. 78, стр. 3379–3381, 2001.

[37] D.A. Steigerwald et al., «Освещение с помощью технологии твердотельного освещения

», IEEE J. Sel. Темы Квант.Электрон., т. 1, с. 2002. Т. 8. С. 310–320.

[38] Ю.-К. Шен и др., «Эффекты оптического резонатора в светоизлучающих диодах InGaN/GaN с квантовой ямой

и гетероструктурой с перевернутым кристаллом», Appl. физ. Лет., т.

82, стр. 2221–2223, 2003.

[39] MK Kelly, O. Ambacher, R. Dimitrov, R. Handschuh, and M. Stutz-

mann, «Оптический процесс для старта группы III- нитридные пленки // Физ. Стат.

Сол. (А), т. 159, стр. R3–R4, 1997.

[40] В. С. Вонг, Т.Sands и N.W. Cheung, «Отделение без повреждений

тонких пленок GaN от сапфировых подложек», Appl. физ. Лет., т. 72,

, стр. 599–601, 1998.

[41] В. Хаерле и др., «Светодиоды высокой яркости для общего освещения с использованием новой технологии ThinGaN», Phys. Стат. Сол. (А), т. 201,

, стр. 2736–2739, 2004.

[42] D. Morita et al., «Ультрафиолетовые

светоизлучающие диоды с высокой выходной мощностью 365 нм», Jpn.Дж. Заявл. физ., вып. 43, pp. 5945–5950,

2004.

[43] Щекин О.Б. и др. Высокопроизводительные тонкопленочные флип-чипы

InGaN-GaN светоизлучающие диоды // Прикл. физ. Лет., т. 89, с.

071109, 2006.

[44] JJ Wierer, DA Kellogg, and N. Holonyak, Jr., “Tunnel contact junc-

tion

tation апертура и зеркало с вертикальной полостью, поверхностно-излучающие

лазеры и резонансные -резонаторные светодиоды», Заявл. физ. Лет., т.

74, стр. 926–928, 1999.

[45] Р. Джорай, Р. П. Стэнли и М. Илегемс, «Высокоэффективные планарные

MCLED», Phys. Стат. Сол. (Б), том. 242, pp. 2315–2325, 2005.

[46] С. Фан, П. Р. Вильнёв, Дж. Д. Джоаннопулос и Е. Ф. Шуберт, «Высокая эффективность извлечения спонтанного излучения из пластин фотонных

кристаллов», Phy. Преподобный Письмо, том. 78, pp. 3294–3297, 1997.

[47] M. Rattier et al., «На пути к сверхвысокоэффективным крокавитным светоизлучающим диодам на основе оксида алюминия

: экстракция направленного режима с помощью фотонных кристаллов

», IEEE Дж.Выбирать. Верхняя. Квант. Электрон., т. 1, с. 8, pp. 238–247,

2002.

[48] JJ Wierer et al., «InGaN/GaN квантово-размерная гетероструктура свет-

излучающих диодов с использованием фотонно-кристаллических структур», Appl. физ.

Письма, том. 84, стр. 3885–3887, 2004.

[49] М. Бородицкий и др., «Измерения поверхностной рекомбинации на материалах-кандидатах III-V

для наноструктурных светоизлучающих диодов», J. Appl.

Phys., vol. 87, стр. 3497–3504, 2000.

[50] Г. Э. Стиллман, М. Д. Сиркис, Дж. А. Росси, М. Р. Джонсон, Н.

Холоньяк, младший, «Объемное возбуждение ультратонкого однокодового CdSe

лазера», Appl. физ. Лет., т. 9, pp. 268-269, 1966.

[51] P. Schlotter, R. Schmidt, and J. Schneider, «Люминесцентное преобразование

синих светоизлучающих диодов», Appl. физ. А, том. 64, pp. 417–418,

1997.

[52] С. Накамура и Г. Фасол, Синий лазерный диод. Берлин, Германия:

Springer, 1997, стр.216–219.

[53] R. Mueller-Mach, G. O. Mueller, M. R. Krames, and T. Trottier, «Мощные

люминофорные светоизлучающие диоды на основе III-нитридов»,

IEEE J. Select. Верхняя. Квант. Электрон., т. 1, с. 8, с. —

минесценция и ап-конверсия», J. Phys. хим. Твердые вещества, об. 61, стр.

2001–2006, 2000.

[55] R. Mueller-Mach et al., «Высокоэффективный полностью нитридный фосфорсодержащий

инвертированный белый светоизлучающий диод», Phys. Стат. Сол. (А), т. 202, стр.

1727–1732, 2005.

[56] Г. О. Мюллер, Р. Мюллер-Мах и М. Р. Крамес, «Предложение по новой

метрике качества освещения света», в LRO Symp. on Light

and Color, 2005.

[57] W. Davis и Y. Ohno, «На пути к улучшенной метрике цветопередачи»,

в Proc.SPIE, 2005, том. 5941, стр. 283–290.

[58] П. Н. Грилло, М. Р. Крамес, Х. Чжао и С.-Х. Теох, «Шестьдесят тысяч

часов надежности светоотдачи светодиодов AlGaInP», IEEE

Trans. Дев. Матер. Отн., представленный для публикации.

[59] GE Höffer, C. Carter-Coman, MR Krames, NF Gardner, FA

Kish, TS Tan, B. Loh, J. Posselt, D. Collins, and G. Sasser, High-

потоковые высокоэффективные светодиоды AlGaInP/GaP на прозрачной подложке

// Электрон.Лет., т. 34, стр. 1781–1782, 1998.

[60] Н. Нарендран, Политехнический институт Ренсселера, Трой, штат Нью-Йорк, Трой, штат Нью-Йорк,

, июль 2006 г., частное сообщение.

[61] Г. Дерра, «Системы ламп сверхвысокого давления для проекционных приложений», J. Phys. D:

Заяв. физ., вып. 38, стр. 1995–3110, 2005.

[62] «Портфолио исследований и разработок твердотельного освещения», 2006, с.

48, подготовлено для Департамента США. энергии.

[63] Р. Хайц, Ф. Киш, Дж. Цао и Дж.Нельсон, «Обоснование национальной исследовательской программы по полупроводниковому освещению», представлено в Ассоциации развития оптоэлектроники

, Вашингтон, округ Колумбия, 1999,

, не опубликовано.

[64] G. Harbers, S. Bierhuizen и M. R. Krames, «Производительность

мощных светоизлучающих диодов в дисплеях», J. Display

Technol., no. 2, июнь 2007 г.

Разрешенное лицензированное использование ограничено: IEEE Xplore. Загружено 10 мая 2010 г. в 19:10:58 UTC из IEEE Xplore.Ограничения применяются.

www.DownloadPaper.ir

www.DownloadPaper.ir

Как белый свет создается с помощью светодиодов? | Системы светодиодного освещения | Освещение ответы

Как получается белый свет с помощью светодиодов?

В настоящее время существует два подхода к созданию белого света.

Белый свет смешанных цветов: один из подходов заключается в смешении света от нескольких цветных светодиодов (рис. 4) для создания спектрального распределения мощности, которое кажется белым.Точно так же в так называемых люминесцентных лампах с тремя люминофорами используются три люминофора, каждый из которых излучает относительно узкий спектр синего, зеленого или красного света при получении ультрафиолетового излучения от ртутной дуги в трубке лампы. При расположении красных, зеленых и синих светодиодов рядом друг с другом и правильном смешивании количества их выходного сигнала (Zhao et al. 2002) в результате получается белый свет.

Рис. 4. Спектральное распределение мощности нескольких типов светодиодов.

Белый свет, преобразованный из люминофора. Другой подход к получению белого света заключается в использовании люминофоров вместе с коротковолновым светодиодом. Например, когда один люминофор, используемый в светодиодах, освещается синим светом, он излучает желтый свет, имеющий довольно широкое спектральное распределение мощности. При включении люминофора в корпус синего светодиода с пиковой длиной волны от 450 до 470 нанометров часть синего света будет преобразована люминофором в желтый свет.Оставшийся синий свет при смешивании с желтым светом дает белый свет. Разрабатываются новые люминофоры для улучшения цветопередачи, как показано на рис. 5.

Рис. 5. Спектральное распределение мощности белых светодиодов на основе люминофора (слева) и белых светодиодов, использующих недавно разработанные люминофоры (справа) с повышенной выходной мощностью от 600 до 650 нанометров.

 

Светодиоды – обзор

10.16 Внутренняя эффективность светодиодов

Эффективность светодиодов определяется как электрическим КПД, так и эффективностью фотонного потока. Выходная излучаемая мощность, деленная на потребляемую электрическую мощность, представляет собой показатель электрического КПД, тогда как мкмоль выхода фотонов, деленный на джоули подводимой энергии, является показателем эффективности фотона. Оба определения используются специалистами светодиодной отрасли в качестве показателя эффективности светодиодов. С другой стороны, эффективность использования энергии может быть определена как выход биомассы свежих продуктов на единицу подводимой энергии (г/кВтч), а эффективность использования света как биомасса свежих продуктов на квант подводимой энергии (г/моль).Эти определения в основном используются исследователями фотобиологии растений. Такие термины эффективности стали центром внимания, и были проведены исследования для сравнения различных типов светодиодов в этих терминах. Масса и соавт. (2006) сообщили, что красные светодиоды имеют электрическую эффективность 21,5%, тогда как синие — 11%, тогда как холодно-белые флуоресцентные лампы имеют эффективность 22%, а галогениды натрия и металла высокого давления — 35% и 29% соответственно. Двумя годами позже Бурже (2008) сообщил, что эффективность красных светодиодов выросла до 25%, за ними следуют синие до 20%, а эффективность белых светодиодов отставала до 10%.Красный стал более эффективным, чем галогенид металла и HPS, но не был таким эффективным, как LPS (27%). Белые светодиоды в то время были менее эффективны, чем узкополосные из-за низкой эффективности люминофорного покрытия синих светодиодов. Кочетта и соавт. (2017) предположили, что эффективность светодиодов увеличивается каждое десятилетие в 10 раз, а производительность — в 20 раз на основании закона Хайца. Шесть лет спустя эффективность синих светодиодов достигла пика (49%), за ними последовали холодные белые светодиоды с 33%, а затем красные с 32% (Нельсон и Багби, 2014).Эффективность потока фотонов составила 1,87 мкмоль Дж -1 для синих светодиодов с пиковой длиной волны 455 нм, 1,72 для красных 655 нм и 1,52 для холодных белых с индексом цветопередачи 5650. Эффективность фотона в настоящее время считается наиболее полезной единицей для реакции растений на свет, включая фотосинтез. Соотношение между электрическим КПД и фотонным КПД зависит от длины волны на основании уравнения Планка E = hc/λ.

Три года спустя Cocetta et al. (2017) дополнительно охарактеризовали свойства различных диапазонов волн светодиодов на основе повышения электрической эффективности и эффективности потока фотонов.HPS с концентрацией 1,76 мкмоль J -1 и 38% использовался в качестве эталона освещения для эпохи до появления светодиодов.

С точки зрения электрической эффективности синие светодиоды в последнее время по-прежнему лидируют со средним значением 54,85%, а красные светодиоды идут дальше со средним значением 47,62%. Белые светодиоды находятся на третьем месте с эффективностью 42,5%. Коротковолновые зеленые светодиоды (525–530 нм) имеют эффективность всего 16,7 %, тогда как зеленые светодиоды с большей длиной волны (575,5 нм) имеют эффективность 30,5 %.

Cocetta et al. (2017) сообщили, что красные светодиоды имеют самую высокую эффективность потока фотонов при 2. 42 мкмоль J -1 , за которыми следуют синий и белый при 2,17 мкмоль J -1 и 1,94 мкмоль J -1 соответственно. Зеленые светодиоды имеют самые низкие значения PFE: 0,73 мкмоль J -1 и 1,46 мкмоль J -1 для более коротких и длинных длин волн соответственно.

Красный и синий цвета являются наиболее эффективными светодиодами благодаря превосходным диодным добавкам нитрида индия-галлия (InGaN) для синего цвета и фосфида индия-галлия-алюминия (InGaIP) для красного цвета. Еще одно важное изменение заключается в том, что белые спектры, полученные из смешанных лучей монохроматических светодиодов G + R + B, более электрически эффективны, чем белые светодиоды с преобразованием люминофора.

На основе последних (2019 г.) опто-полупроводниковых светодиодов Osram в листах данных по применению в садоводстве лучшие синие светодиоды имеют наибольшую электрическую эффективность 71%, за ними следуют красные и дальнекрасные с эффективностью 59% каждый. Дальнекрасные светодиоды имеют эффективность потока фотонов 3,50 мкмоль Дж -1 , за ними следуют красные светодиоды с эффективностью 3,14 мкмоль Дж -1 . Тепло-белые светодиоды имеют эффективность потока фотонов 2,76, за ними следуют синий и белый с низким индексом цветопередачи (CRI) с эффективностью 2.42 мкмоль J -1 и 2,02 мкмоль J -1 соответственно.

Улучшение характеристик светоизлучающих диодов с помощью плазмонных стратегий: Журнал прикладной физики: Том 127, № 4

I. ВВЕДЕНИЕ

Раздел:

ChooseВверх страницыРЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕ < 1–3 1. J. H. Burroughes, D. D. Bradley, A. Brown, R. Marks, K. Mackay, R. H. Friend, P. Burns, and A. Holmes, Nature 347 , 539 (1990). https://doi.org/10.1038/347539a02. S. Nakamura, M. Senoh и T. Mukai, Appl. физ. лат. 62 , 2390–2392 (1993). https://doi.org/10.1063/1.1093743. X. Gu, T. Qiu, W. Zhang и P. K. Chu, Nanoscale Res. лат. 6 , 199 (2011). https://doi.org/10.1186/1556-276X-6-199 В настоящее время большинство жидкокристаллических телевизоров, компьютерных мониторов и мобильных телефонов имеют светодиодную подсветку.Фактически, они по существу заменили традиционные лампы накаливания в коммерческих целях, а также завоевывают популярность у люминесцентных ламп (ламп) для общего освещения. За последние несколько десятилетий низкоразмерные светодиоды на основе квантовых ям (светодиоды на основе квантовых ям) и органические светодиоды (OLED) были разработаны в результате обширных исследований новых светоизлучающих материалов, новых конфигураций устройств и расширений рабочего диапазона. длины волн за пределами видимого режима. Внешняя квантовая эффективность (EQE) светодиодного устройства обычно описывается внутренней квантовой эффективностью (IQE) и эффективностью извлечения света (LEE). На ВКЭ сильно влияют процессы безызлучательной рекомбинации, и он определяется отношением скоростей излучательной (krad) и безызлучательной (knon) рекомбинации электронно-дырочных пар: IQE=kradkrad+knon. 4 4. K. Okamoto, I. Niki, A. Shvartser, Y. Narukawa, T. Mukai, and A. Scherer, Nat. Матер. 3 , 601–605 (2004). https://doi.org/10.1038/nmat1198 Большинство светодиодов имеют изначально низкую светоизлучающую эффективность из-за низкого IQE, и было предложено несколько стратегий для улучшения значений IQE, таких как выращивание высококачественных излучающих кристаллов, 5 5.С. Накамура и Т. Мукаи, Jpn. Дж. Заявл. физ. 31 , L1457 (1992). https://doi.org/10.1143/JJAP.31.L1457 управление синглетными и триплетными экситонами излучателей, 6,7 6. М.А. Бальдо, Д. О’Брайен, Ю. Ю, А. Шустиков, С. Сибли, М. Томпсон и С.Р. Форрест, Nature 395 , 151 (1998). https://doi.org/10.1038/259547. Y. Sun, N. C. Giebink, H. Kanno, B. Ma, M. E. Thompson и S. R. Forrest, Nature 440 , 908 (2006). https://doi.org/10.1038/nature04645 и включение плазмонных структур. 4,8,9 4. Окамото К., Ники И., Шварцер А., Нарукава Ю., Мукаи Т., Шерер А. // Нац. Матер. 3 , 601–605 (2004). https://doi.org/10.1038/nmat11988. М.-К. Квон, Дж.-Ю. Ким, Б.-Х. Ким, И.-К. Парк, С.-Ю. Чо, К.-К. Бён и С.-Дж. Парк, авт. Матер. 20 , 1253–1257 (2008). https://doi.org/10.1002/adma.2007011309. И.-Х. Ли, Л.-В. Jang, and A.Y. Polyakov, Nano Energy 13 , 140–173 (2015). https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2015.01.050 Среди этих методов введение плазмонных структур имеет большие перспективы в продвижении IQE благодаря его способности управлять скоростью затухания спонтанного излучения.Плазмонные структуры обеспечивают сильные колебания плотности заряда в окрестности плазмонных наноструктур. 10 10. W.A. Murray and W.L. Barnes, Adv. Матер. 19 , 3771–3782 (2007). https://doi.org/10.1002/adma.200700678 Коллективные колебания, а именно локализованный поверхностный плазмонный резонанс (LSPR), могут возбуждаться электрическим полем на той длине волны, на которой возникает резонанс, что приводит к возникновению интенсивных ограниченных электромагнитных полей. 11 11. Э.Хаттер и Дж. Х. Фендлер, Adv. Матер. 16 , 1685–1706 (2004). https://doi.org/10.1002/adma.200400271 Когда светоизлучающие материалы находятся в пределах глубины проникновения краевого поля локализованных поверхностных плазмонов (LSP), испускаемые фотоны соединяются с модами LSP вместо свободного пространства. Связь приводит к изменению плотности фотонных состояний (DOS), вызывая спонтанный эмиссионный распад излучателей. 4,12 4. Окамото К., Ники И., Шварцер А., Нарукава Ю., Мукаи Т., А.Шерер, Нат. Матер. 3 , 601–605 (2004). https://doi.org/10.1038/nmat119812. K.Okamoto, I.Niki, A.Scherer, Y.Narukawa, T.Mukai, and Y.Kawakami, Appl. физ. лат. 87 , 071102 (2005). https://doi.org/10.1063/1.2010602 Как указал Перселл, эффективность модификации скорости затухания спонтанного излучения для данной длины волны зависит от DOS фотона на этой длине волны. Самое сильное усиление происходит, когда спектр излучения соответствует энергии LSPR, что приводит к значительно большему DOS фотона. non — модифицированные скорости излучательного и безызлучательного распада, klsp — скорость связи LSP, а Cext’ — вероятность извлечения света из мод LSP, определяемая рассеянием света и колебанием электронов. 4 4. K. Okamoto, I. Niki, A. Shvartser, Y. Narukawa, T. Mukai, and A. Scherer, Nat. Матер. 3 , 601–605 (2004). https://doi.org/10.1038/nmat1198 Как правило, включение плазмонных структур чрезвычайно эффективно для улучшения ВКЭ излучающих материалов с низкой квантовой эффективностью, но оно не может помочь ВКЭ превысить 100%.Следовательно, дальнейшая оптимизация светодиодов направлена ​​на улучшение LEE. Из-за высокого полного внутреннего отражения в светодиодах большая часть генерируемого света задерживается в устройстве и в конечном итоге рассеивается. Следовательно, может быть извлечена только небольшая часть света, направление которого находится внутри выходного конуса. 14 14. Дж. Фэн, Ю.-Ф. Лю, Ю.-Г. Би и Х.-Б. Sun, Laser Photonics Rev. 11 , 1600145 (2017). https://doi.org/10.1002/lpor.201600145 Тем не менее, когда плазмонные наноструктуры находятся в резонансе с ограниченными фотонами, эффективное рассеяние Ми может изменить углы распространения фотонов, что приведет к более высокой вероятности рассеяния фотонов из светодиодов. 15 15. H. Lian, J. Shen, H. Guo, X. Cheng, Q. Dong, J. Yang и W.-Y. Вонг, хим. Рек. 19 , 1753–1767 (2019). https://doi.org/10.1002/tcr.201800204 С другой стороны, металлические электроды, используемые для питания светодиодов, покрывают часть или даже всю поверхность светодиодов. Моды поверхностного плазмон-поляритона (ППП) формируются на металлических электродах и сильно ограничивают генерируемые фотоны, что приводит к сильному рассеиванию энергии. Ограниченные моды, распространяющиеся вдоль металлической поверхности, имеют относительно большое время жизни.Соответствующий дизайн плазмонных структур может помочь фотонам повторно излучаться в свободное пространство, тем самым улучшая LEE. 13 13. S. Hayashi and T. Okamoto, J. Phys. Д заявл. физ. 45 , 433001 (2012). https://doi.org/10.1088/0022-3727/45/43/433001 Создание плазмонных структур на слое люминофора для модификации ФЛ от люминофора, возбуждаемого светодиодами с задней подсветкой, является еще одним подходом к оптимизации характеристик светодиодов, особенно белых светодиодов. 16 16. Г. Лосано, С.Р.Rodriguez, M.A. Verschuuren и J. Gómez Rivas, Light Sci. заявл. 5 , e16080 (2016). https://doi.org/10.1038/lsa.2016.80 Как правило, LSPR, поддерживаемые плазмонными структурами, демонстрируют широкополосные оптические отклики, слабую угловую зависимость и экспоненциально затухают вдали от плазмонных структур. 17 17. G. Lozano, D.J. Louwers, S.R.K. Rodríguez, S. Murai, O.T.A. Jansen, M.A. Verschuuren, and J. Gómez Rivas, Light Sci. заявл. 2 , e66 (2013). https://дои.org/10.1038/lsa.2013.22 Но их оптический отклик может быть усилен за счет когерентного рассеяния, когда плазмонные материалы располагаются периодическими массивами, что приводит к коллективному плазмонно-фотонному резонансу, называемому поверхностным решеточным резонансом (SLR). 18–22 18. G. Vecchi, V. Giannini, and J. Gómez Rivas, Phys. Преподобный Летт. 102 , 146807 (2009). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.14680719. V. Giannini, G. Vecchi и J. Gómez Rivas, Phys. Преподобный Летт. 105 , 266801 (2010).https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.26680120. Кравец В.Г., Кабашин А.В., Барнс В.Л., Григоренко А.Н. // Хим. Ред. 118 , 5912–5951 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b0024321. C. Cherqui, M. R. Bourgeois, D. Wang, and G. C. Schatz, Acc. хим. Рез. 52 , 2548–2558 (2019). https://doi.org/10.1021/acs.accounts.9b0031222. М. Юоденас, Т. Тамулявичюс, Дж. Хензи, Д. Эртс и С. Тамулявичюс, ACS Nano 13 , 9038–9047 (2019). https://дои.org/10.1021/acsnano.9b03191 Соединение люминофоров с режимами SLR позволяет формировать спектр ФЛ и улучшать угловое излучение слоев люминофора, что приводит к эффективной люминесценции в желаемых направлениях. 23,24 23. G. Lozano, G. Grzela, M.A. Verschuuren, M. Ramezani, and J. Gómez Rivas, Nanoscale 6 , 9223–9229 (2014). https://doi.org/10.1039/C4NR01391C24. M. Ramezani, G. Lozano, M.A. Verschuuren, and J. Gómez Rivas, Phys. Ред. B 94 , 125406 (2016).https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.125406

С этой точки зрения представлены проблемы и возможности светодиодов и органических светодиодов на основе квантовых ям, а также обсуждаются соответствующие плазмонные стратегии для повышения эффективности генерации и извлечения фотонов. Описан также плазмонный контроль направленного излучения люминофоров. Обсуждаются важные вопросы, касающиеся проектирования, изготовления и управления плазмонными структурами в светодиодах, а также будущие тенденции в области плазмонных светодиодов.

II. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СВЕТОДИОДОВ С ПОМОЩЬЮ СТРАТЕГИЙ НА ОСНОВЕ ПЛАЗМОНИКИ

Раздел:

ChooseВерх страницыРЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕII. ПРОДВИЖЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СВЕТОДИОДОВ… < 25 25. Л. М. Лиз Марзан, Ленгмюр 22 , 32–41 (2006).https://doi.org/10.1021/la0513353 Как показано на рис. 1, благородные металлы, такие как Au и Ag, являются обычными плазмонными материалами в видимом диапазоне из-за их большой отрицательной действительной части диэлектрической проницаемости и небольшой мнимой части диэлектрической проницаемости в этом диапазоне. . 10 10. W.A. Murray and W.L. Barnes, Adv. Матер. 19 , 3771–3782 (2007). https://doi.org/10.1002/adma.200700678 Частоты LSPR Au могут быть настроены от видимого до ближнего инфракрасного (ближнего ИК) диапазона, но расширение LSPR в УФ-диапазоне затруднено из-за диссипативных каналы, индуцированные межзонными переходами на длинах волн короче 550 нм.Наноструктуры Ag поддерживают LSPR до 360 нм и обычно используются в качестве улучшающих материалов в ближнем ультрафиолетовом диапазоне. Недавно Al с диэлектрической проницаемостью, состоящей из большой отрицательной действительной и малой положительной мнимой составляющих в УФ-диапазоне, был предложен как перспективный в качестве УФ-плазмонного материала. 26,27 26. M.W. Knight, L. Liu, Y. Wang, L. Brown, S. Mukherjee, N.S. King, H.O. Everitt, P. Nordlander, and N.J. Halas, Nano Lett. 12 , 6000–6004 (2012). https://дои.орг/10.1021/nl303517v27. М. В. Найт, Н. С. Кинг, Л. Лю, Х. О. Эверитт, П. Нордландер и Н. Дж. Халас, ACS Nano 8 , 834–840 (2014). https://doi.org/10.1021/nn405495q

Для решения проблем в светодиодных устройствах требуются настраиваемые плазмонные материалы с чувствительными спектрами, охватывающими широкий диапазон от УФ до ближнего ИК, чтобы получить эффективную связь LSP-экситон и лучшее LEE . Следовательно, плазмонные материалы должны быть тщательно выбраны и соответствующим образом спроектированы для светодиодных устройств.В этом разделе обсуждаются проблемы и возможности плазмонных светодиодов. Между тем, представлены основанные на плазмонике стратегии для повышения производительности светодиодов.

A. Плазмонные светодиоды на основе квантовых ям

1. Плазмоники в синих светодиодах на основе квантовых ям

В 2004 г. Okamoto et al. , синие квантовые ямы InGaN/GaN, усиленные Ag LSP, продемонстрировали 14-кратное усиление пика фотолюминесценции (ФЛ) и 6,8-кратное улучшение IQE. 4 4. К. Окамото, И.Niki, A. Shvartser, Y. Narukawa, T. Mukai, and A. Scherer, Nat. Матер. 3 , 601–605 (2004). https://doi.org/10.1038/nmat1198 Другие металлы (Au и Al) были включены в квантовые ямы InGaN/GaN, но усиление IQE не является удовлетворительным из-за несоответствия между пиками излучения и LSPR, как показано на рис. 2(а) и 2(б). Позже они наблюдали эффективную связь LSP и QW с помощью PL с временным разрешением. 12 12. К. Окамото, И. Ники, А. Шерер, Ю. Нарукава, Т. Мукаи и Ю.Каваками, заявл. физ. лат. 87 , 071102 (2005). https://doi.org/10.1063/1.2010602 Они обнаружили, что профили распада квантовых ям InGaN/GaN с серебряным покрытием сильно зависят от длины волны и становятся быстрее на более коротких длинах волн, тогда как профили непокрытого образца демонстрируют небольшую спектральную зависимость, как показано на рис. 2(в). Был предложен возможный механизм [рис. 2(d)] видно, что, когда ширина запрещенной зоны слоя InGaN близка к энергии колебаний электронов LSP, а эмиссионный слой находится в пределах глубины проникновения краевого поля LSP, эмиссионные экситоны в КЯ передают энергию LSP, вызывая более быстрый распад PL.Затем LSP теряют импульс и соединяются с излучаемым светом, что приводит к усилению ФЛ. Кроме того, генерируемый свет также рассеивается светодиодами слоем Ag с покрытием. Их результаты демонстрируют потенциал плазмонных структур в решении существующих проблем в светодиодах. Следует отметить, что повышение IQE излучателей за счет включения плазмонных структур эффективно только для тех, у кого низкий IQE. В настоящее время EQE коммерческих синих светодиодов превышает 60%. Основной проблемой высокопроизводительных синих светодиодов является падение EQE при высоком токе возбуждения и дальнейшее снижение его цены.Значительный спад EQE при высоком управляющем токе был подтвержден в основном из-за безызлучательной оже-рекомбинации и эффекта перетекания тока. 35–37 35. K.T. Delaney, P. Rinke, and C.G. Van de Walle, Appl. физ. лат. 94 , 1 (2009). https://doi.org/10.1063/1.313335936. E. Kioupakis, P. Rinke, K.T. Delaney, and C.G. Van de Walle, Appl. физ. лат. 98 , 161107 (2011). https://doi.org/10.1063/1.357065637. Дж. Айвелэнд, Л. Мартинелли, Дж. Перетти, Дж.S. Speck и C. Weisbuch, Phys. Преподобный Летт. 110 , 177406 (2013). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.110.177406 В 2010 г. Lu et al. 38 38. К.-Ф. Лу, К.-Х. Ляо, К.-Ю. Чен, К. Се, Ю.-В. Kiang и C.C. Yang, Appl. физ. лат. 96 , 261104 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3459151 продемонстрировало, что эффективная связь LSP с квантовыми ямами InGaN/GaN может значительно уменьшить явление спада. Перекрытие LSP ближнего поля и QW приводит к эффективной передаче энергии от QW к LSP, создавая альтернативный канал излучения даже при высокой плотности тока инжекции.Связь приводит к значительному снижению плотности носителей, что подавляет скорости нерекомбинации и спад EQE. Вставка диэлектрической прослойки между квантовыми ямами и плазмонными структурами может еще больше усилить связь между LSP и квантовыми ямами, что приведет к дальнейшему уменьшению спада EQE. 39 39. К.-Х. Лин, К.-Х. Чен, Ю.-Ф. Яо, С.-Ю. Су, П.-Ю. Ши, Х.-С. Чен, К. Се, Ю. Куо, Ю.-В. Kiang, and CC Yang, Plasmonics 10 , 1029–1040 (2015). https://дои.org/10.1007/s11468-015-9902-9 Хотя высокопроизводительные синие светодиоды были созданы на сапфировой или GaN-подложке, дальнейшее снижение их цены сдерживается неудовлетворительным IQE на гораздо более дешевой подложке, такой как Si-подложка. 9 9. И.-Х. Ли, Л.-В. Jang, and A.Y. Polyakov, Nano Energy 13 , 140–173 (2015). https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2015.01.050 Низкий IQE объясняется наличием глубоких ловушек, служащих каналами безызлучательной рекомбинации. Дальнейшее улучшение синих светодиодов на основе кремния можно ожидать за счет включения плазмонных структур, где эффективная связь LSP с квантовыми ямами открывает альтернативный путь излучательной рекомбинации для улучшения IQE светодиодов на основе кремния.

2. Плазмоники в зеленых светодиодах на основе квантовых ям

В последние десятилетия синие и красные светодиоды на основе квантовых ям были хорошо разработаны для коммерческого использования. Однако зеленые светодиоды серьезно ограничены фундаментальной трудностью, связанной с выращиванием квантовых ям InGaN/GaN с высоким содержанием индия. 40 40. R. Kour, S. Arya, S. Verma, A. Singh, P. Mahajan и A. Khosla, ECS J. Solid State Sci. Технол. 9 , 015011 (2020). https://doi.org/10.1149/2.02JSS Увеличение состава In может вызвать химическую неоднородность ямных слоев InGaN из-за плохой смешиваемости между InN и GaN и дефектов, вызванных деформацией несоответствия из-за большого несоответствия решеток между InGaN ямы и GaN-барьеры.Когда размер сегрегации фазы In превышает критическое значение, большое количество структурных дефектов внутри ямных слоев InGaN серьезно снижает интенсивность основного пика и действует как центры безызлучательной рекомбинации, вызывая уменьшение ВКЭ. 41 41. С. Накамура, Science 281 , 956–961 (1998). https://doi.org/10.1126/science.281.5379.956 Другой важной проблемой, связанной с уменьшением IQE InGaN/GaN, богатой In, является встроенная пьезоэлектрическая поляризация, вызванная деформацией в квантовых ямах, где квантово-размерный эффект Штарка ( QCSE) уменьшает перекрытие волновых функций между электронами и дырками, что приводит к сильному снижению скорости излучательной рекомбинации и красному смещению длины волны излучения. 42 42. С.-Ю. Чен, Ю.-К. Лу, Д.-М. Yeh и C.C. Yang, Appl. физ. лат. 90 , 183114 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2735936 Когда носители подаются в квантовые ямы со встроенным пьезоэлектрическим полем, эффект экранирования носителей может уменьшить QCSE, что приведет к спектру с голубым смещением и повышению эффективности излучения. В 2007 г. Чен и др. 42 42. С.-Ю. Чен, Ю.-К. Лу, Д.-М. Yeh и C.C. Yang, Appl. физ. лат. 90 , 183114 (2007). https://doi.org/10.1063/1.2735936 продемонстрировали, что эффект экранирования QCSE в условиях высокой инжекции носителей не только способствует усилению излучения, но также увеличивает связь LSP-QW. Позже Чо и др. 43 43. С.-Ю. Чо и С.-Дж. Парк, опт. Экспресс 24 , 7488–7494 (2016). https://doi.org/10.1364/OE.24.007488 сообщается об уменьшении QCSE за счет эффекта Au LSP-связи в зеленом светодиоде на основе InGaN [показан на рис. 3(а) и 3(б)]. Они проанализировали вклад LSP-связи в QCSE в светодиодах с помощью измерений ФЛ, зависящей от мощности возбуждения, и электролюминесценции (ЭЛ), зависящей от тока.Как показано на рис. 3(в) и 3(г), синие смещения ФЛ и ЭЛ зеленого светодиода с наночастицами (НЧ) золота намного меньше, чем у обычного зеленого светодиода без наночастиц (НЧ) золота из-за компенсации встроенного пьезоэлектрического поля. с усиленными LSP локальными полями Au NP. Эти результаты показывают, что внедрение плазмонных структур в квантовые ямы InGaN/GaN с высоким содержанием индия может значительно увеличить выходную мощность зеленых светодиодов и одновременно компенсировать влияние QCSE. Так называемый «зеленый зазор» в EQE светодиодов на основе квантовых ям может быть перекрыт плазмонным эффектом.

3. Плазмоники в УФ-светодиодах на основе квантовых ям

УФ-светодиоды имеют потенциальное применение в очистке воздуха и воды, медицинской фототерапии и источнике накачки белых светодиодов. Производительность устройства УФ-светодиодов сильно зависит от длины волны их излучения. Поскольку в излучателях ближнего ультрафиолетового диапазона (400–365 нм) на основе InGaN используются в основном те же материалы и технологии устройств, что и в синих светодиодах, они извлекли выгоду из многолетнего крупномасштабного промышленного развития.Таким образом, светодиоды ближнего ультрафиолетового диапазона демонстрируют уровни производительности, близкие к показателям синих светодиодов с EQE в диапазоне от 46% до 76%. 44 44. М. Кнайсль, Т.-Ю. Seong, J. Han и H. Amano, Nat. Фотоника 13 , 233–244 (2019). https://doi.org/10.1038/s41566-019-0359-9 Однако наблюдается значительное снижение EQE УФ-светодиодов с длиной волны излучения менее 365 нм из-за перехода от светодиодных технологий на основе InGaN к технологиям на основе AlGaN. AlGaN, легированный GaN и AlN, является одним из самых популярных нитридов группы III, используемых для изготовления УФ-светодиодов, благодаря своим превосходным свойствам, таким как прямая запрещенная зона, высокая эффективность излучения коротковолнового света, покрывающего почти весь УФ-диапазон (210–400 нм), высокая подвижность электронов и высокая теплопроводность. 45 45. D. Li, K. Jiang, X. Sun, and C. Guo, Adv. Опц. Фотоника 10 , 43 (2018). https://doi.org/10.1364/AOP.10.000043 До сих пор практическое применение светодиодов на основе AlGaN сдерживалось их низким значением EQE, которое обычно ниже 6%. Одной из основных причин низкой эффективности светодиодов на основе AlGaN является высокая плотность безызлучательных дефектов, возникающих при изготовлении материала. ИКЭ. 48 48. Д.-М. Да, С.-Ю. Чен, Ю.-К. Лу, К.-Ф. Huang, and C.C. Yang, Nanotechnology 18 , 265402 (2007). https://doi.org/10.1088/0957-4484/18/26/265402 Для достижения лучшего взаимодействия LSP-экситона в УФ-диапазоне необходимы плазмонные материалы, представляющие LSPR в УФ-диапазоне. Ag по-прежнему является достаточно хорошим плазмонным материалом в ближнем ультрафиолетовом диапазоне, но он может поддерживать LSPR только до ∼360 нм. В последнее время алюминий считается лучшим кандидатом на роль УФ-плазмонных материалов, что открывает широкие возможности для УФ-светодиодов. 26,27 26. M.W. Knight, L. Liu, Y. Wang, L. Brown, S. Mukherjee, N.S. King, H.O. Everitt, P. Nordlander, and N.J. Halas, Nano Lett. 12 , 6000–6004 (2012). https://doi.org/10.1021/nl303517v27. М. В. Найт, Н. С. Кинг, Л. Лю, Х. О. Эверитт, П. Нордландер и Н. Дж. Халас, ACS Nano 8 , 834–840 (2014). https://doi.org/10.1021/nn405495q В 2013 г. Cho et al. 46 46. С.-Ю. Чо, Ю. Чжан, Э. Цичек, Б. Рахнема, Ю. Бай, Р. МакКлинток и М.Разеги, заявл. физ. лат. 102 , 211110 (2013). https://doi.org/10.1063/1.4809521 продемонстрировал улучшенную оптическую выходную мощность УФ-светодиодов на основе AlGaN с усилением LSP, выращенных на подложке Si (111) с использованием улучшающего слоя Al. Слой Al был выборочно нанесен рядом с несколькими квантовыми ямами, так что индуцированные ближние поля вокруг слоя Al могли сильно взаимодействовать с квантовыми ямами. Как показано на рис. 4(a) и 4(b), УФ-светодиоды с усилением LSP и алюминиевым слоем продемонстрировали на 45 % более высокий световой выход, чем обычные УФ-светодиоды без алюминиевого слоя при 700  мА; пиковая импульсная мощность 1.2 мВт было достигнуто при УФ-излучении 346 нм. Значительное увеличение выходной оптической мощности связано с улучшением IQE в нескольких квантовых ямах в результате увеличения скорости спонтанного излучения за счет связи LSP-QW. Позже He et al. 47 47. J. He, S. Wang, J. Chen, F. Wu, J. Dai, H. Long, Y. Zhang, W. Zhang, ZC Feng, J. Zhang, S. Du, L , Ye и C. Chen, Nanotechnology 29 , 195203 (2018). В https://doi.org/10.1088/1361-6528/aab168 сообщается о 2,6-кратном усилении излучения в глубоком УФ диапазоне 292 нм от нескольких квантовых ям AlGaN за счет введения в устройство наночастиц Al [рис. 4(с)]. По сравнению с голыми КЯ, 2,3-кратное усиление IQE (с 16% до 37%) и 13%-ное усиление LEE наблюдались для нескольких QW, украшенных наночастицами Al, благодаря улучшенному IQE, а также эффективному рассеянию Ми Al. НП [рис. 4(г)]. Примеры подчеркивают, что включение соответствующих плазмонных структур Al в светодиоды глубокого ультрафиолетового излучения значительно эффективнее для оптимизации характеристик устройства за счет создания эффективной связи LSP-экситона и увеличения LEE. Чтобы довести EQE светодиодов глубокого УФ-излучения на основе AlGaN до уровня коммерческого использования, необходимо приложить огромные усилия для улучшения характеристик.Мы считаем, что включение плазмонных структур алюминия может стать альтернативным путем для улучшения характеристик светодиодов глубокого УФ-излучения.

B. Плазмонные OLED-дисплеи

OLED-дисплеи привлекли большое внимание в качестве потенциальных дисплеев следующего поколения из-за их низкого энергопотребления, отличной цветовой гаммы, быстрого времени отклика и особенно их гибкости. 49,50 49. С. Рейнеке, Ф. Линднер, Г. Шварц, Н. Зайдлер, К. Вальцер, Б. Люссем и К. Лео, Nature 459 , 234 (2009).https://doi.org/10.1038/nature0800350. H. Uoyama, K. Goushi, K. Shizu, H. Nomura, and C. Adachi, Nature 492 , 234 (2012). https://doi.org/10.1038/nature11687 В настоящее время большинство излучателей OLED неэффективны по светоизлучающим свойствам. То же самое и со светодиодами на основе квантовых ям: IQE OLED может быть усилен за счет плазмонного эффекта. Подходящие плазмонные материалы и структуры всегда должны быть хорошо спроектированы для максимизации эффективности OLED. Как показано на рис. 5(а), Xiao et al. 51 51. Y. Xiao, J. P. Yang, P. P. Cheng, J. J. Zhu, Z. Q. Xu, Y. H. Deng, S. T. Lee, Y. Q. Li, and J. X. Tang, Appl. физ. лат. 100 , 013308 (2012). https://doi.org/10.1063/1.3675970 распределили НЧ Au в транспортном слое дырок с правильным соотношением. Полоса LSPR НЧ Au перекрывает излучение зеленых эмиттеров (рис. 5(b) и 5(c)], а у ОСИД с наночастицами Au наблюдается увеличение интенсивности электролюминесценции на 25%, тогда как спектральные и электрические свойства остаются такими же, как у эталонного устройства.В другом исследовании синергетические эффекты различных плазмонных НЧ подтверждены и используются для одновременного повышения IQE и LEE. 52 52. К. Чо, Х. Канг, С.-В. Бэк, Т. Ким, К. Ли, Б. Дж. Ким и Дж.-Ю. Ли, приложение ACS. Матер. Интерфейсы 8 , 27911–27919 (2016 г.). https://doi.org/10.1021/acsami.6b07666 Как показано на рис. 5(d), OLED легированы либо Au, либо Ag, либо и Au, и Ag NP, и измерения электролюминесценции показывают, что OLED с содопированием демонстрируют наибольшую Улучшение ЭЛ.И Au, и Ag NP способствуют усилению IQE, тогда как улучшение LEE в основном вызвано рассеянием Ag NP. Поскольку более высокая эффективность рассеяния Ми приводит к изменению угла распространения ограниченного света [рис. 5(e)], что приводит к более высокой вероятности рассеяния света устройством. В последнее десятилетие были приложены большие усилия для разработки излучателей с высоким квантовым выходом. В частности, перовскитные квантовые точки (КТ) APbX 3 [A = CH 3 NH 3 + (MA) и Cs; X = I, Br, Cl] в качестве нового класса оптоэлектронных полупроводников использовались в светодиодах из-за большой длины диффузии свободных носителей, высокой подвижности носителей, регулируемой ширины запрещенной зоны, высокого квантового выхода ФЛ, а также технологичности решения. 53–55 53. М. Юань, Л. Н. Цюань, Р. Комин, Г. Уолтерс, Р. Сабатини, О. Возный, С. Хугланд, Ю. Чжао, Э. М. Борегар, П. Канджанабус, З. Лу, Д. Х. Ким и Э. Х. Сарджент, Nat. нанотехнологии. 11 , 872–877 (2016). https://doi.org/10.1038/nnano.2016.11054. J. Song, J. Li, X. Li, L. Xu, Y. Dong, and H. Zeng, Adv. Матер. 27 , 7162–7167 (2015). https://doi.org/10.1002/adma.20150256755. Л. Протесеску, С. Якунин, М. И. Боднарчук, Ф. Криг, Р. Капуто, Ч. Х. Хендон, Р.X. Yang, A. Walsh, and M.V. Kovalenko, Nano Lett. 15 , 3692–3696 (2015). https://doi.org/10.1021/nl5048779 Тем не менее, их нестабильные свойства в воздухе необходимо решить до коммерциализации. Хотя перовскитные КТ имеют высокие квантовые выходы, все же остается место для улучшения IQE за счет плазмонного эффекта. 56–59 56. К. Линь, Дж. Син, Л. Н. Цюань, Ф. П. Г. де Аркер, С. Гонг, Дж. Лу, Л. Се, В. Чжао, Д. Чжан, К. Ян, В. Ли, X. Лю, Ю. Лу, Дж. Кирман, Э.Х. Сарджент, К. Сюн и З. Вей, Nature 562 , 245–248 (2018). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0575-357. Ю. Цао, Н. Ван, Х. Тянь, Дж. Го, Ю. Вэй, Х. Чен, Ю. Мяо, В. Цзоу, К. Пан, Ю. Хэ, Х. Цао, Ю. Кэ, М. Сюй, Ю. Ван, М. Ян, К. Ду, З. Фу, Д. Конг, Д. Дай, Ю. Джин, Г. Ли, Х. Ли, К. Пэн, Дж. Ван и В. Хуанг , Природа 562 , 249–253 (2018). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0576-258. X. Zhang, B. Xu, W. Wang, S. Liu, Y. Zheng, S. Chen, K. Wang и X. W. Sun, ACS Appl.Матер. Интерфейсы 9 , 4926–4931 (2017). https://doi.org/10.1021/acsami.6b1245059. P. Chen, Z. Xiong, X. Wu, M. Shao, Y. Meng, Z. H. Xiong, and C. Gao, J. Phys. хим. лат. 8 , 3961–3969 (2017). https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.7b01562 Первый отчет, демонстрирующий улучшенные характеристики светодиодов на основе перовскитовых КТ за счет плазмонного эффекта, был сделан Zhang et al. , который синтезировал наностержни Ag, обладающие LSPR в видимом диапазоне. 58 58. С. Чжан, Б.Xu, W. Wang, S. Liu, Y. Zheng, S. Chen, K. Wang и X.W. Sun, ACS Appl. Матер. Интерфейсы 9 , 4926–4931 (2017). https://doi.org/10.1021/acsami.6b12450 Чтобы максимизировать коэффициент усиления, наностержни Ag с пиком LSPR 525 нм были равномерно распределены в дырочном транспортном слое светодиодов, чтобы соответствовать зеленому пику излучения CsPbBr 3 КТ (527 нм). Результаты показывают, что ЭЛ была увеличена в 42% от устройства, состоящего из наностержней Ag, в результате эффективного LSP-экситонного взаимодействия между КТ CsPbBr 3 и наностержнями Ag. Хотя было достигнуто почти 100% IQE OLED, EQE все еще ограничен из-за плохой светоотдачи. В OLED металлические электроды необходимы для покрытия всей поверхности для введения достаточного количества носителей. В этом случае моды SPP, возбуждаемые на металлических электродах, и сопровождающие их волноводные моды обычно удерживают большую часть генерируемых фотонов, что приводит к сильной диссипации энергии. 14 14. Дж. Фэн, Ю.-Ф. Лю, Ю.-Г. Би и Х.-Б. Sun, Laser Photonics Rev. 11 , 1600145 (2017).https://doi.org/10.1002/lpor.201600145 Ограниченные фотоны имеют относительно долгое время жизни и могут быть повторно излучены в свободное пространство путем разработки соответствующих структур. Из-за безызлучательных свойств ППП трудно вывести свет с плоских границ раздела металл-диэлектрик. Внедрение плазмонных структур со свойствами LSPR приводит к эффективному выводу света и может быть реализовано для извлечения света либо со стороны катода, либо со стороны анода для светодиодов с верхним и нижним излучением соответственно. Светодиоды с верхним излучением особенно подходят для дисплеев, поскольку управляющие схемы пикселя/матрицы могут быть интегрированы в подложку без уменьшения размера окна или пропускной способности. 13 13. S. Hayashi and T. Okamoto, J. Phys. Д заявл. физ. 45 , 433001 (2012). https://doi.org/10.1088/0022-3727/45/43/433001 Генерируемый свет может быть извлечен из непрозрачного металлического катода за счет эффекта перекрестной связи. 60 60. D.K. Gifford and D.G. Hall, Appl. физ.лат. 81 , 4315–4317 (2002). https://doi.org/10.1063/1.1525882 Как показано на рис. 6, первоначально возбужденные моды LSP на границе раздела диэлектрик-металл (внутренняя часть) могут быть перекрестно связаны с модами LSP на противоположной границе раздела металл-диэлектрик (внешняя часть). ) и поэтому фотоны могут переизлучаться в свободное пространство внешними модами LSP. Было продемонстрировано, что в светодиодах с нижним излучением, особенно в OLED, введение микро- / наноструктур со случайной или периодической морфологией на поверхности раздела металлический электрод-органический восстанавливает фотоны из захваченных мод SPP. 61–69 61. P.A. Hobson, S. Wedge, J.A. Wasey, I. Sage, and W.L. Barnes, Adv. Матер. 14 , 1393–1396 (2002). https://doi.org/10.1002/1521-4095(20021002)14:19<1393::AID-ADMA1393>3.0.CO;2-B62. P. Hobson, J. Wasey, I. Sage и W. Barnes, IEEE J. Sel. Верхняя. Квантовый электрон. 8 , 378–386 (2002). https://doi.org/10.1109/2944.993. J. Frischeisen, J. Photonics Energy 1 , 011004 (2011). https://doi.org/10.1117/1.352331464. Ю. Бай, Дж. Фэн, Ю.-Ф. Лю, Ж.-Ф. Сонг, Дж. Симонен, Ю. Джин, К.-Д. Чен, Дж. Зи и Х.-Б. Солнце, орг. Электрон. 12 , 1927–1935 (2011). https://doi.org/10.1016/j.orgel.2011.08.00465. W. Brütting, J. Frischeisen, T.D. Schmidt, B.J. Scholz, and C. Mayr, Phys. Status Solidi A 210 , 44–65 (2013). https://doi.org/10.1002/pssa.20122832066. Ю. Джин, Дж. Фэн, С.-Л. Чжан, Ю.-Г. Би, Ю. Бай, Л. Чен, Т. Лан, Ю.-Ф. Лю, К.-Д. Чен и Х.-Б. Солнце, авт. Матер. 24 , 1187–1191 (2012). https://дои.org/10.1002/adma.20110339767. Ю.-Г. Би, Дж. Фэн, Ю.-С. Лю, Ю.-Ф. Ли, Ю. Чен, X.-L. Чжан, X.-C. Хан и Х.-Б. Солнце, научн. 4 , 7108 (2015). https://doi.org/10.1038/srep0710868. M.C. Gather and S. Reineke, J. Photonics Energy 5 , 057607 (2015). https://doi.org/10.1117/1.JPE.5.05760769. Ю. Ф. Лю, М.-Х. Ан, Х.-Л. Чжан, Ю.-Г. Би, Д. Инь, Ю.-Ф. Чжан, Дж. Фэн и Х.-Б. Солнце, заявл. физ. лат. 109 , 193301 (2016). https://doi.org/10.1063/1.4967504 Фотоны, захваченные в волноводных модах, также могут быть восстановлены одновременно, когда на периодическом катоде выполняется условие брэгговского рассеяния (рис.7). 64 64. Ю. Бай, Дж. Фэн, Ю.-Ф. Лю, Ж.-Ф. Сонг, Дж. Симонен, Ю. Джин, К.-Д. Чен, Дж. Зи и Х.-Б. Солнце, орг. Электрон. 12 , 1927–1935 (2011). C. Плазмонный контроль над направленным излучением люминофоров

иттрий-алюминиевый гранат, легированный люминофором Ce 3+ (YAG:Ce). Люминофоры на основе редкоземельных ионов обычно имеют низкие коэффициенты поглощения в синей области, в результате чего толщина люминофоров составляет несколько десятков микрометров. Случайно рассеянный свет в слое люминофора обычно представляет собой ламбертовский профиль излучения. 70,71 70. Z. Liu, S. Liu, K. Wang, and X. Luo, Appl. Опц. 49 , 247–257 (2010). https://doi.org/10.1364/AO.49.00024771. W.L. Vos, T.W. Tukker, A.P. Mosk, A. Lagendijk, and W.L. IJzerman, Appl. Опц. 52 , 2602–2609 (2013). https://doi.org/10.1364/AO.52.002602 В этом случае почти половина извлекаемого света из слоя люминофора рассеивается обратно, и для максимального светоотдачи необходимы внешние вторичные оптические элементы, что приводит к потерям света.В других приложениях, таких как автомобильное освещение и световоды в экранах, обычно требуются узконаправленные источники света. 16 16. G. Lozano, S.R. Rodriguez, M.A. Verschuuren, and J. Gómez Rivas, Light Sci. заявл. 5 , e16080 (2016). https://doi.org/10.1038/lsa.2016.80 Следовательно, направленное управление излучением слоя люминофора интересно для повышения эффективности светоотдачи и удовлетворения потребностей практических приложений. Как обсуждалось во введении, когда плазмонные НЧ организованные в периодические массивы, такие когерентные рассеяния приводят к SLR.Это сильно отличается от LSPR тем, что рассеяние в плоскости плазмонными НЧ и фазовое накопление этих рассеянных полей определяют оптический отклик SLR, представляя острые резонансные пики и чрезвычайно низкие потери излучения. 20 20. Кравец В.Г., Кабашин А.В., Барнс В.Л., Григоренко А.Н. // Хим. Ред. 118 , 5912–5951 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b00243 Более того, усиление поля этого резонанса распространяется на гораздо большее расстояние в пространстве между наноантеннами [как показано на рис.8(a) и 8(b)], что приводит к его способности усиливать эмиссию красителя из гораздо больших объемов по сравнению со случаем LSPR. 17,18 17. G. Lozano, D.J. Louwers, S.R.K. Rodríguez, S. Murai, O.T.A. Jansen, M.A. Verschuuren, and J. Gómez Rivas, Light Sci. заявл. 2 , e66 (2013). https://doi.org/10.1038/lsa. 2013.2218. G. Vecchi, V. Giannini и J. Gómez Rivas, Phys. Преподобный Летт. 102 , 146807 (2009). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.146807 SLR могут очень эффективно взаимодействовать с излучением из-за их гибридных плазмонно-фотонных характеристик.В 2013 г. Лозано и др. 17 17. G. Lozano, D.J. Louwers, S.R.K. Rodríguez, S. Murai, O.T.A. Jansen, M.A. Verschuuren, and J. Gómez Rivas, Light Sci. заявл. 2 , e66 (2013). https://doi.org/10.1038/lsa.2013.22 разработали массив периодических алюминиевых наноантенн, который поддерживает режимы SLR. После интеграции молекул красителя в массив алюминиевых наноантенн продемонстрировано 70-кратное направленное усиление p-поляризованного излучения и 60-кратное усиление неполяризованного излучения молекул красителя [рис.8(с)]. Было подтверждено, что резонансное возбуждение излучателей способствует общему усилению, зависящему от угла. Кроме того, SLR, поддерживаемый плазмонными структурами, позволяет формировать спектр ФЛ и угловую картину излучения излучателей. В этом случае усиление пространственной когерентности излучения приводит к тому, что большая часть света излучается в очень узком угловом диапазоне в определенном направлении, что приводит к усилению, зависящему от угла. Впоследствии они объединили эти структуры со стандартными источниками синих светодиодов высокой мощности, показав, что плазмонная структура действует как интегрированный оптический компонент, формирующий картину излучения слоя люминофора.Позже они продемонстрировали усиленное и индивидуальное направленное излучение светоизлучающих устройств с использованием наноимпринтированных гексагональных массивов Al NP. 23 23. G. Lozano, G. Grzela, M.A. Verschuuren, M. Ramezani, and J. Gómez Rivas, Nanoscale 6 , 9223–9229 (2014). https://doi.org/10.1039/C4NR01391C Разделение НЧ Al в массиве дает точное угловое распределение излучения, как показано на рис. 8(г)–8(ж). Такая новая конструкция плазмонных массивов позволяет контролировать излучение света, не требуя внешних вторичных оптических компонентов. Однако направленное управление излучением плазмонными структурами, как правило, сопровождается изменением интенсивности и формы спектра ФЛ люминофора. Для производства направленного источника белого света необходимо тщательно спроектировать плазмонные структуры, а также слои люминофора.

III. НАНОИЗГОТОВЛЕНИЕ ПЛАЗМОННЫХ НАНОСТРУКТУР

Раздел:

ВыбратьНаверх РЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕII. ПРОДВИЖЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СВЕТОДИОДОВ…III. НАНОИЗГОТОВЛЕНИЕ П… < et al. в 2004 г., включение слоя серебра увеличивает скорость спонтанной рекомбинации излучателей, что приводит к значительному увеличению IQE. 4 4. K. Okamoto, I. Niki, A. Shvartser, Y. Narukawa, T. Mukai, and A. Scherer, Nat. Матер. 3 , 601–605 (2004). https://doi.org/10.1038/nmat1198 Однако такая структура может быть непрактичной для реальных устройств, поскольку тонкая прокладка из GaN приводит к неэффективной инжекции носителей и плохому омическому контакту. Слой Ag на слое p-GaN снижает LEE устройства за счет потери ППП в плоском слое Ag, и, кроме того, свет, генерируемый светодиодами, блокируется непрозрачным слоем Ag. Для решения этих проблем используются плазмонные наноструктуры с настраиваемыми откликами LSPR, и были предложены различные методы нанопроизводства. В этом разделе методы нанопроизводства плазмонных наноструктур на светодиодах подразделяются на две категории: НЧ и наномассивы.

Химический синтез на основе растворов и твердофазное обезвоживание (SSD) эффективны при изготовлении плазмонных НЧ.В то время как плазмонные наномассивы часто изготавливаются в сочетании с вакуумным осаждением с литографией или сборкой с помощью шаблона, такой как электронно-лучевая литография (EBL), интерференционная литография, литография отпечатков, литография с наносферами и литография с твердым шаблоном. Из-за различных материалов и конфигураций светодиодных устройств следует выбрать подходящий метод включения плазмонной структуры, чтобы обеспечить лучшую производительность устройства.

В этом разделе мы не только сосредоточимся на теме нескольких практических методов нанопроизводства для включения плазмонных наноструктур в светодиодные устройства, но также обсудим их совместимость с различными типами светодиодов.Эти методы нанопроизводства предлагают хорошие решения для согласования энергии между LSP и горячими экситонами путем настройки свойств LSPR плазмонных структур. Высокопроизводительные светодиоды также извлекают выгоду из передовых нанотехнологий благодаря улучшенному LEE. Кроме того, также обсуждается точная конструкция периодических плазмонных наномассивов, поддерживаемых SLR, для получения усиления направленного излучения от слоя люминофора.

A. Химический синтез

Плазмонные НЧ четко определенной формы, такие как сферы, сфероиды, кубы, пластины и стержни, как правило, получают методом химического синтеза. 72 72. M. Rycenga, C. M. Cobley, J. Zeng, W. Li, C. H. Moran, Q. Zhang, D. Qin, and Y. Xia, Chem. 111 , 3669–3712 (2011). https://doi.org/10.1021/cr100275d Положение и интенсивность полос LSPR можно настроить, изменив размер, форму или диэлектрическую среду. Гибкая настройка частоты LSPR обеспечивает точное согласование энергии с горячими экситонами излучающих материалов и иногда создает эффективное рассеяние света для повышения LEE. 73,74 73.Ю. Гу, Д.-Д. Чжан, Q.-D. Оу, Ю.-Х. Дэн, Дж.-Дж. Чжу, Л. Ченг, З. Лю, С. Т. Ли, Ю. К. Ли и Дж.-Х. Тан, Дж. Матер. хим. С 1 , 4319 (2013). https://doi.org/10.1039/c3tc30197d74. B. Munkhbat, H. Pöhl, P. Denk, T.A. Klar, M.C. Scharber, and C. Hrelescu, Adv. Опц. Матер. 4 , 772–781 (2016). https://doi.org/10.1002/adom.201500702 Процессы центрифугирования, литья под давлением или распыления обычно применяются для диспергирования плазмонных НЧ на функциональных слоях светодиодов на основе квантовых ям; 75 75.С.-Х. Хонг, Дж.-Дж. Ким, Дж.-В. Канг, Ю.-С. Юнг, Д.-Ю. Ким, С.-Ю. Йим и С.-Дж. Парк, Нанотехнологии 26 , 385204 (2015). https://doi.org/10.1088/0957-4484/26/38/385204 Однако необходимо решить проблему агрегации плазмонных NP, чтобы избежать неудовлетворительного повышения производительности устройства. Химически синтезированные плазмонные наночастицы могут принести большую пользу OLED благодаря легкому методу включения их смешивания в функциональные слои, например, слои ввода носителей. Эффективная связь LSP-экситон изменяет скорость спонтанного распада излучателей и иногда приводит к лучшему LEE за счет рассеяния Ми плазмонных НЧ. 76 76. Ким С.Х., Т.-С. Бэ, В. Хо, Т. Джу, К.-Д. Песня, Х.-Г. Park и S. Ryu, ACS Appl. Матер. Интерфейсы 7 , 15031–15041 (2015 г.). https://doi.org/10.1021/acsami.5b04248

B. Осушение твердого тела

В светодиодах на основе квантовых ям светоизлучающие структуры обычно изготавливаются с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии, химического осаждения из паровой фазы или других методов, требующих термической обработки. для уменьшения дефектов, поэтому удобно сочетать вакуумное напыление с постотжигом для изготовления плазмонных НЧ для светодиодов на основе КЯ. Этот процесс всегда называют твердофазным обезвоживанием (SSD), при котором частицы образуются, когда твердые вещества нагреваются до достаточно высокой температуры, но ниже точки плавления. 77–80 77. C.V. Thompson, Annu. Преподобный Матер. Рез. 42 , 399–434 (2012). https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-070511-15504878. D. Kim, A.L. Giermann и C.V. Thompson, Appl. физ. лат. 95 , 251903 (2009). https://doi.org/10.1063/1.326847779. X. Фан, К. Хао, Р. Джин, Х.Huang, Z. Luo, X. Yang, Y. Chen, X. Han, M. Sun, Q. Jing, Z. Dong, and T. Qiu, Sci. 7 , 2322 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-02552-z80. С. Ян, Ф. Сюй, С. Остендорп, Г. Уайлд, Х. Чжао и Ю. Лей, Adv. Функц. Матер. 21 , 2446–2455 (2011). https://doi.org/10.1002/adfm.201002387Kwon et al. 8 8. М.-К. Квон, Дж.-Ю. Ким, Б.-Х. Ким, И.-К. Парк, С.-Ю. Чо, К.-К. Бён и С.-Дж. Парк, авт. Матер. 20 , 1253–1257 (2008). https://дои.org/10.1002/adma.200701130 вставили слой НЧ Ag между квантовыми ямами InGaN/GaN и слоем n-GaN путем вакуумного осаждения и последующего отжига (как показано на рис. 9). Выходная оптическая мощность светодиодов с НЧ Ag на 32,2 % выше, чем у светодиодов без НЧ Ag при входном токе 100 мА. Кроме того, крупные НЧ Ag также были встроены в прозрачный анод ITO путем термической обработки небольших НЧ Ag с центрифугированием. 81 81. С.-Х. Чуанг, К.-С. Цунг, К.-Х. Чен, С.-Л. Оу, Р.-Х. Хорнг, С.-Ю. Лин и Д.-С. Вуу, приложение ACS. Матер. Интерфейсы 7 , 2546–2553 (2015). https://doi.org/10.1021/am507481n Хотя слой ITO с НЧ Ag на 150 нм выше нескольких квантовых ям InGaN/GaN, выходная мощность в 1,8 раза больше, чем у обычных светодиодов при 350 мА. Улучшенная производительность устройства объясняется сильным рассеянием света плазмонными наночастицами Ag, встроенными в анод ITO. Хотя процесс SSD позволяет легко включать плазмонные наночастицы в светодиодное устройство, точное управление LSPR плазмонных структур на светодиодах является сложной задачей.Поскольку процесс SSD очень чувствителен к морфологии поверхности нижележащих субстратов, процесс SSD всегда производит случайно рассеянные плазмонные НЧ на поверхности без рисунка. 79 79. X. Fan, Q. Hao, R. Jin, H. Huang, Z. Luo, X. Yang, Y. Chen, X. Han, M. Sun, Q. Jing, Z. Dong и Т. Цю, Sci. 7 , 2322 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-02552-z На рис. 9(b) изображены осушенные массивы НЧ Ag на структурированной кремниевой подложке с высокоупорядоченной морфологией поверхности. 82 82. A. Le Bris, F. Maloum, J. Teisseire, and F. Sorin, Appl. физ. лат. 105 , 203102 (2014). https://doi.org/10.1063/1.4

5 Таким образом, SSD на хорошо структурированной поверхности, такой как узорчатый анод ITO, был бы одним из хороших решений для точного управления LSPR плазмонных НЧ в светодиодах.

C. Электронно-лучевая литография

Электронно-лучевая литография (ЭЛС) позволяет точно контролировать размер, форму и расстояние между частицами. Пространственное разрешение плазмонных наномассивов, сформированных с помощью EBL, достигает уровня менее 10 нм, что позволяет точно контролировать частоты LSPR.Как правило, процесс EBL включает в себя центрифугирование электронно-чувствительного фоторезиста, формирование рисунка электронным лучом, проявление фоторезиста, нанесение материалов и удаление остаточного фоторезиста. Как показано на рис. 10, Lu et al. 83 83. К.-Х. Лу, К.-К. Лан, Ю.-Л. Лай, Ю.-Л. Ли и К.-П. Лю, адв. Функц. Матер. 21 , 4719–4723 (2011). https://doi.org/10.1002/adfm.201101814 использовали EBL для формирования наномассивов Ag на слоях оболочки p-GaN множественных квантовых ям InGaN/GaN, чтобы преодолеть ограничения экспоненциально затухающего поля LSPR наноструктур Ag без ущерба для толщины слоя p-GaN.Одновременно были достигнуты увеличение интенсивности ФЛ в 2,8 раза и улучшение LEE.

Кроме того, EBL позволяет создавать плазмонные наномассивы с высоким разрешением на слое люминофора некоторых светодиодов с четко определенной формой, размером и расположением NP, что позволяет точно настраивать SLR-свойства плазмонных наномассивов для получения желаемого углового усиления излучения люминофоров. . Хотя EBL представляет собой мощный инструмент для управления плазмонными структурами в светодиодных устройствах, крупномасштабное производство может быть затруднено из-за его низкой производительности и высокой стоимости. Существуют альтернативные методы создания рисунка наноматриц с высоким разрешением на светодиодном устройстве, такие как интерференционная литография, импринт-литография и сборка с помощью шаблона. Эти методы могут производить плазмонные наномассивы с адекватной пространственной точностью при гораздо меньших затратах и ​​высокой производительности, что сулит хорошие перспективы для коммерциализации.

D. Интерференционная литография и литография отпечатков

В системе ОСИД металлический электрод может иметь соответствующую структуру для уменьшения рассеяния энергии, вызванного плазмонными и волноводными модами.Как правило, микро-/наноструктуры на металлическом катоде копируются с узорчатого анода или органических функциональных слоев. Методы интерференционной литографии и импринтной литографии обычно используются для построения периодических узоров.

Интерференционная литография начинается с экспонирования фоторезиста с центрифужным покрытием на аноде (подложке), а после проявления проводится реактивное ионное травление для создания рисунков на аноде. После удаления остаточного фоторезиста органические функциональные слои и металлический катод строятся слой за слоем.В качестве альтернативы Jin et al. 66 66. Ю. Цзинь, Дж. Фэн, С.-Л. Чжан, Ю.-Г. Би, Ю. Бай, Л. Чен, Т. Лан, Ю.-Ф. Лю, К.-Д. Чен и Х.-Б. Солнце, авт. Матер. 24 , 1187–1191 (2012). https://doi.org/10.1002/adma.201103397 непосредственно создавал узорчатый фоторезист на аноде без реактивного ионного травления [рис. 11(a)–11(c)] для упрощения процесса изготовления. Поскольку большинство полимеров чувствительны к УФ-лазерной абляции из-за низкого порога мощности УФ-излучения, гофрированная морфология может быть непосредственно записана на органических функциональных слоях OLED с помощью лазерной абляции.Бай и др. 64 64. Ю. Бай, Дж. Фэн, Ю.-Ф. Лю, Ж.-Ф. Сонг, Дж. Симонен, Ю. Джин, К.-Д. Чен, Дж. Зи и Х.-Б. Солнце, орг. Электрон. 12 , 1927–1935 (2011). https://doi.org/10.1016/j.orgel.2011.08.004 продемонстрировали одноэтапную лазерную абляцию дырочного транспортного слоя OLED, и гофрированная морфология была продублирована на металлическом катоде. Лучшая эффективность ЭЛ наблюдалась у гофрированных OLED из-за одновременного вывода ограниченных SPP и волноводных мод.Еще один подход к созданию гофрированной морфологии на катоде — это импринт-литография. Нанесение рисунка органических функциональных слоев с высоким пространственным разрешением может быть выполнено с помощью термической, вакуумной и УФ-печати. Лю и др. 69 69. Ю. Ф. Лю, М.-Х. Ан, Х.-Л. Чжан, Ю.-Г. Би, Д. Инь, Ю.-Ф. Чжан, Дж. Фэн и Х.-Б. Солнце, заявл. физ. лат. 109 , 193301 (2016). https://doi.org/10.1063/1.4967504 разработали наноструктурированный электрод в OLED с помощью вакуумной импринт-литографии, как показано на рис.11(а), 11(б) и 11(г)–11(ж). Подобные решетке узоры на штампе могут быть продублированы на транспортном слое дырок OLED, и, наконец, на катод Ag было нанесено покрытие для завершения устройства. В зависимости от длины волны излучения период решетчатой ​​наноструктуры Ag предназначен для поддержки резонанса ППП на той же длине волны. Яркость и выход по току увеличиваются за счет связи SPP-экситона и рассеяния наноструктур Ag. По результатам моделирования потери мощности в режимах СПП могут быть восстановлены, что повысит КПД устройства.Кроме того, импринт-литография также эффективна при создании плазмонных массивов на слое люминофора некоторых светодиодных устройств. 17,23 17. G. Lozano, D.J. Louwers, S.R.K. Rodríguez, S. Murai, O.T.A. Jansen, M.A. Verschuuren, and J. Gómez Rivas, Light Sci. заявл. 2 , e66 (2013). https://doi.org/10.1038/lsa.2013.2223. G. Lozano, G. Grzela, MA Verschuuren, M. Ramezani и J. Gómez Rivas, Nanoscale 6 , 9223–9229 (2014). https://doi.org/10.1039/C4NR01391C Как правило, плазмонные массивы, поддерживаемые SLR, должны быть точно спроектированы с учетом длины волны излучения люминофора для получения желаемого улучшения цвета и угла.

E. Изготовление с помощью шаблона

1. Литография наносфер

Технология литографии наносфер (NSL) часто называется «коллоидной литографией», которая обычно использует самособирающиеся плотноупакованные полимерные наносферы в качестве шаблонов в сочетании с реактивным ионным травлением, электрохимическим осаждение или вакуумное осаждение для создания текстурированных поверхностей или изготовления желаемых наноструктур. 84 84. J.C. Hulteen and R.P. Van Duyne, J. Vac. науч. Технол. А 13 , 1553–1558 (1995).https://doi.org/10.1116/1.579726 NSL — это эффективный, экономичный и высокопроизводительный метод изготовления наноструктур, обладающий превосходным структурным контролем и воспроизводимостью. Морфология шаблонов может быть адаптирована путем настройки размера наносфер, деформации, вызванной отжигом, и незамкнутой упаковки, вызванной плазменным травлением. 85–90 85. L. Li, T. Zhai, H. Zeng, X. Fang, Y. Bando, and D. Golberg, J. Mater. хим. 21 , 40–56 (2011). https://doi.org/10.1039/C0JM02230F86. Z. Yi, G. Niu, J. Luo, X. Kang, W. Yao, W. Zhang, Y. Yi, Y. Yi, X. Ye, T. Duan и Y. Tang, Sci. 6 , 32314 (2016). https://doi.org/10.1038/srep3231487. A. Kosiorek, W. Kandulski, H. Glaczynska и M. Giersig, Small 1 , 439–444 (2005). https://doi.org/10.1002/smll.20040009988. A. Valsesia, T. Meziani, F. Bretagnol, P. Colpo, G. Ceccone и F. Rossi, J. Phys. Д заявл. физ. 40 , 2341–2347 (2007). https://doi.org/10.1088/0022-3727/40/8/S1389.Z. Dai, X. Xiao, L. Liao, J. Zheng, F. Mei, W. Wu, J. Ying, F. Ren и C. Jiang, Appl. физ. лат. 103 , 041903 (2013). https://doi.org/10.1063/1.481634490. J. Zheng, Z. Dai, F. Mei, X. Xiao, L. Liao, W. Wu, X. Zhao, J. Ying, F. Ren и C. Jiang, J. Phys. хим. C 118 , 20521–20528 (2014). https://doi.org/10.1021/jp504803dБлагодаря гибкости NSL периодические плазмонные наномассивы, включая наноточки, нанометки и другие сложные наноструктуры, могут быть изготовлены непосредственно на поверхности квантовых ям или других слоев светодиодов.Инь и др. 91 91. Дж. Инь, Ю. Ли, С. Чен, Дж. Ли, Дж. Канг, В. Ли, П. Джин, Ю. Чен, З. Ву, Дж. Дай, Ю. Фан, и C. Chen, Adv. Опц. Матер. 2 , 451–458 (2014). https://doi.org/10.1002/adom.201300463 подготовил массив Al NPs на множественных квантовых ямах на основе AlGaN, и, манипулируя морфологией массива наносфер, размер Al NPs контролировался, как показано на рис. 12. Пики LSPR массива Al NP и сильное усиление излучения, сопровождающееся большими сдвигами в сторону более коротких длин волн, наблюдаются от квантовых ям AlGaN с Al NP.Сдвиг в излучении, возникающем от Al NP, происходит из-за подавления излучения экситона основного состояния и усиления излучения экситонов КЯ высокого порядка за счет LSP-экситонного взаимодействия. Когда частота LSPR соответствует частоте экситонов КЯ более высокого порядка, достигается максимальное усиление УФ-излучения в 3,2 раза. Наноструктурированный катод создается путем формирования рисунка на прозрачной подложке, а не путем прямого формирования рисунка на катоде.Ли и др. 92 92. С.-М. Ли, Ю. Чо, Д.-Ю. Ким, Ж.-С. Chae и KC Choi, Adv. Опц. Матер. 3 , 1240–1247 (2015). https://doi.org/10.1002/adom.201500103 изготовили плазмонную наносетчатую пленку Ag в качестве гибкого и прозрачного анода с помощью NSL и вакуумного осаждения, а оптическая прозрачность наносетчатой ​​пленки Ag была оптимизирована путем регулировки диаметра наносетки Ag. . Наноструктурированный катод, сформированный из анода с периодической наносеткой, снижает потери света на стороне катода, что приводит к увеличению EQE на 30%.

2. Литография с твердым шаблоном из анодного оксида алюминия

Другим широко используемым шаблоном для производства плазмонных наномассивов является мембрана из анодного оксида алюминия (ААО), которая представляет собой пористую морфологию ААО-мембран с плотно упакованными гексагональными и бинарными структурами пор. Преимуществами мембраны AAO являются большая площадь рисунка (∼ см 2 ), высокая производительность и экономичность. Подобно NSL, мембраны AAO можно использовать в качестве масок для осаждения для создания плазмонных наномассивов с высоким пространственным разрешением, хорошей однородностью и воспроизводимостью.Изменяя морфологию маски и условия осаждения, можно создать узорчатые наномассивы, такие как наноточки, нанокластеры, наноостровки, ядра-сателлиты, нанодимеры и массивы бинарных наноточек, как показано на рис. 13(а)–13(е). 93–97 93. Q. Hao, H. Huang, X. Fan, X. Hou, Y. Yin, W. Li, L. Si, H. Nan, H. Wang, Y. Mei, T. Qiu и П.К. Чу, Нанотехнологии 28 , 105301 (2017). https://doi.org/10.1088/1361-6528/aa596d94. К. Хао, Х. Хуан, С. Фань, Ю. Инь, Дж. Ван, В. Ли, Т. Цю, Л.Ma, P.K. Chu и O.G. Schmidt, ACS Appl. Матер. Интерфейсы 9 , 36199–36205 (2017). https://doi.org/10.1021/acsami.7b1142895. Q. Hao, J. Pang, Y. Zhang, J. Wang, L. Ma и O.G. Schmidt, Adv. Опц. Матер. 6 , 1700984 (2018). https://doi.org/10.1002/adom.20170098496. Q. Hao, W. Li, H. Xu, J. Wang, Y. Yin, H. Wang, L. Ma, F. Ma, X. Jiang, O. G. Schmidt, and P. K. Chu, Adv. Матер. 30 , 1705421 (2018). https://doi.org/10.1002/adma.20170542197. Л. Вэнь, Р. Сюй, Ю.Mi и ​​Y. Lei, Nat. нанотехнологии. 12 , 244–250 (2017). https://doi.org/10.1038/nnano.2016.257 LSPR от этих наномассивов можно точно настроить. На рисунках 13(g) и 13(h) показаны спектры экстинкции массивов наноостровков Ag и Al разного размера, изготовленных из ультратонких гексагональных ААО-мембран. 93 93. Q. Hao, H. Huang, X. Fan, X. Hou, Y. Yin, W. Li, L. Si, H. Nan, H. Wang, Y. Mei, T. Qiu и П. К. Чу, Нанотехнологии 28 , 105301 (2017). https://дои.org/10.1088/1361-6528/aa596d На рис. 13(i) представлены спектры экстинкции массивов бинарных наноточек Ag, приготовленных с ультратонкими бинарными ААО-мембранами. 97 97. L. Wen, R. Xu, Y. Mi, and Y. Lei, Nat. нанотехнологии. 12 , 244–250 (2017). https://doi.org/10.1038/nnano.2016.257 Тем не менее, весь потенциал ААО-мембран для повышения эффективности светодиодов еще не реализован. Можно наносить плазмонные наноматрицы непосредственно на слои инжекции носителей или электроды светодиодного устройства, используя мембрану AAO в качестве маски для осаждения.

IV. РЕЗЮМЕ И ПРОГНОЗ

Раздел:

ChooseВерх страницыРЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕII. ПРОДВИЖЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СВЕТОДИОДОВ…III. НАНОИЗГОТОВЛЕНИЕ П…IV. РЕЗЮМЕ И ПЕРСПЕКТИВ <<ССЫЛКИ НА СТАТЬИ

В последние десятилетия светодиоды получили огромное развитие благодаря таким преимуществам, как длительный срок службы, небольшой размер и низкое энергопотребление. Они по существу заменили коммерческие источники света накаливания, а также завоевывают популярность среди люминесцентных ламп. Постоянно исследуются новые светоизлучающие материалы и новые конфигурации устройств, чтобы получить высокоэффективные светодиоды для более широкого коммерческого применения.В этой перспективе описываются проблемы и возможности в светодиодах и OLED на основе квантовых ям, обсуждаются плазмонные стратегии для повышения эффективности генерации и извлечения фотонов, а также вводится плазмонный контроль над направленным излучением люминофоров для направленного освещения. Кроме того, объясняются важные вопросы, связанные с проектированием, изготовлением и манипулированием плазмонными структурами в светодиодах для оптимизации светоизлучающих свойств, а также роли выбора в поиске подходящих плазмонных материалов для желаемых светодиодных устройств.

Будущей тенденцией оптимизации плазмонных светодиодов является разработка плазмонных структур и выбор соответствующих плазмонных материалов. Помимо плазмонных светодиодов УФ и видимого диапазона, исследования устройства светодиодов с рабочей длиной волны в ближнем ИК-диапазоне вызывают все больший интерес в связи с их широким применением в ночном видении, биомедицинской визуализации, оптической связи и вычислительной технике. В настоящее время проблемой для светодиодов на основе КТ ближнего ИК диапазона является эффективность фотолюминесценции и эффективность переноса заряда матрицы КТ.Хороший перенос заряда обычно сопровождается генерацией высокоподвижных носителей и диссоциацией экситонов, что приводит к самогашению из-за конкуренции с излучательной рекомбинацией. 98 98. H. Lu, G.M. Carroll, N.R. Neale, and M.C. Beard, ACS Nano 13 , 939–953 (2019). https://doi.org/10.1021/acsnano.8b09815 Альтернативные плазмонные структуры помимо материалов из благородных металлов могут предоставить решение для обеспечения хорошего отклика LSPR в ближней ИК-области для управления компромиссом между самогашением и переносом заряда. Альтернативные плазмонные материалы включают вырожденно легированные оксиды металлов, такие как Sn:In 2 O 3 и In:CdO, халькогениды металлов, такие как медь-дефицитная Cu 2 S, полупроводники III–V/Group IV, такие как сильно легированные n -Si, а также нитриды металлов, такие как TiN [как показано на рис. 1 и 14(а)]. 28–30,99,100–102 28. Наик Г.В., Шалаев В.М., Болтасева А. // Adv. Матер. 25 , 3264–3294 (2013). https://doi.org/10.1002/adma.20120507629. Г. В.Naik, J. Kim, and A. Boltasseva, Opt. Матер. Экспресс 1 , 1090–1099 (2011). https://doi.org/10.1364/OME.1.00109030. Уэст П.Р., Исии С., Найк Г.В., Эмани Н.К., Шалаев В.М., Болтасева А., Laser Photonics Rev. 4 , 795–808 (2010). https://doi.org/10.1002/lpor.200

599. A. Agrawal, S.H. Cho, O. Zandi, S. Ghosh, R.W. Johns и D.J. Milliron, Chem. Ред. 118 , 3121–3207 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.7b00613100. К. Кофлан, М. Ибаньес, О.Dobrozhan, A. Singh, A. Cabot и K.M. Ryan, Chem. Ред. 117 , 5865–6109 (2017). https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00376101. X. Liu and M.T. Swijhart, Chem. соц. 43 , 3908–3920 (2014). https://doi.org/10.1039/C3CS60417A102. X. Fan, M. Li, Q. Hao, M. Zhu, X. Hou, H. Huang, L. Ma, O. G. Schmidt, and T. Qiu, Adv. Матер. Интерфейсы 6 , 1

3 (2019). https://doi.org/10.1002/admi.201

3 Фактически, были предприняты некоторые попытки показать их потенциал в решении существующих проблем в светодиодах. 103,104 103. Фрагкос И.Е., Тансу Н. // Журн. 8 , 13365 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-31821-8104. Ю.-Дж. Лу, Р. Сохоян, В.-Х. Cheng, G. Kafaie Shirmanesh, A.R. Davoyan, R.A. Pala, K. Thyagarajan и H.A. Atwater, Nat. коммун. 8 , 1631 (2017). https://doi.org/10.1038/s41467-017-01870-0 Тем не менее, из-за того, что отклик LSPR большинства проводящих полупроводников происходит от носителей, индуцированных дефектами, рассеяние больших носителей на дефектах обычно приводит к расширению LSPR и высокие оптические потери на тепло, которые могут серьезно ограничить их применение для повышения производительности светодиодов. Например, TiN и подобные плазмонные материалы обычно считаются «металлами», но их высокие оптические потери по-прежнему сдерживают применение в светодиодных устройствах. Следовательно, поиск лучших плазмонных материалов с низкими оптическими потерями все еще в пути. Помимо поиска альтернативных плазмонных материалов, еще одним многообещающим подходом к оптимизации и управлению плазмонным эффектом является включение диэлектрических НЧ. 105 105. Кузнецов А.И., Мирошниченко А.Е., Бронгерсма М.Л., Кившар Ю.С., Кузнецов Б.Лукьянчук, Наука 354 , aag2472 (2016). https://doi.org/10.1126/science.aag2472 На самом деле, конструкция диэлектрических наноструктур на светодиодах продемонстрировала свою эффективность в повышении производительности светодиодов благодаря их уникальному резонансному поведению с малыми потерями и их способности рассеивать в узконаправленном направлении. . 106–109 106. X. Zhu, Y. Ou, V. Jokubavicius, M. Syväjärvi, O. Hansen, H. Ou, N. A. Mortensen, and S. Xiao, Appl. физ. лат. 101 , 241108 (2012). https://дои.орг/10.1063/1.4771124107. Г. Кан, Дж. Ю, Дж. Ан и К. Ким, Nano Today 10 , 22–47 (2015). https://doi.org/10.1016/j.nantod.2015.01.008108. С. Горский, Р. Чжан, А. Гок, Р. Ван, К. Кебеде, А. Ленеф, М. Раукас и Л. Даль Негро, APL Photonics 3 , 126103 (2018). https://doi.org/10.1063/1.5052637109. BH Bae, S. Jun, MS Kwon, YW Park, CJ Han, S.-I. Ким и Б.-К. Ю, опт. Матер. 92 , 87–94 (2019). https://doi.org/10.1016/j.optmat.2019.04.007 Эти диэлектрические наноструктуры потенциально могут быть использованы при изготовлении оптоплазмонных оптических резонаторов, где сигнал может дополнительно усиливаться и контролироваться для улучшения характеристик светодиодов.

сдвиг в первичном и вторичном метаболизме

Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2014 19 апреля; 369 (1640): 20130243.

EVA Darko

1 Сельскохозяйственный институт, Центр сельскохозяйственных наук, Венгерская академия наук, Мартонвара, Венгрия

Parisa Heydarizadeh

2 MicroMar, Mer Morécules Santé, IUML — FR 3473 CNRS, Факультет наук и технологий, Университет Ле-Мана, Ле-Ман, Франция

3 Сельскохозяйственный колледж, факультет агрономии и растениеводства, Исфаханский технологический университет, Исфахан 84156-83111, Иран

Benoît Schoefs

2 MicroMar, Mer Molécules Santé, IUML — FR 3473 CNRS, Факультет наук и технологий, Университет Ле-Мана, Ле-Ман, Франция

Mohammad R.

Сабзалян

3 Сельскохозяйственный колледж, факультет агрономии и растениеводства, Исфаханский технологический университет, Исфахан 84156-83111, Иран

1 Сельскохозяйственный институт, Центр сельскохозяйственных исследований Венгерской академии наук, Мартонвашар, Венгрия

2 MicroMar, Mer Molécules Santé, IUML — FR 3473 CNRS, Факультет наук и технологий, Университет Ле-Мана, Ле-Ман, Франция

3 Сельскохозяйственный колледж, факультет агрономии и растениеводства, Исфаханский университет Technology, Исфахан 84156-83111, Иран

Copyright © 2014 Автор(ы) Опубликовано Королевским обществом.Все права защищены. Эта статья цитировалась в других статьях PMC.

Abstract

Обеспечение достаточного количества и качества пищи для растущего населения в изменяющихся климатических условиях в настоящее время является большой проблемой. В уличных культурах солнечный свет обеспечивает энергией (посредством фотосинтеза) фотосинтезирующие организмы. Они также используют качество света, чтобы ощущать окружающую среду и реагировать на нее. Для увеличения производственных мощностей были приняты во внимание системы контролируемого выращивания с использованием искусственного освещения.Недавнее развитие технологий светодиодов (LED) представляет огромный потенциал для улучшения роста растений и повышения устойчивости систем. В этом обзоре используются избранные примеры, чтобы показать, как светодиоды могут имитировать естественный свет для обеспечения роста и развития фотосинтезирующих организмов, и как изменения интенсивности и длины волны могут влиять на метаболизм растений с целью производства функционализированных пищевых продуктов.

Ключевые слова: сельское хозяйство в контролируемых условиях, светодиоды, метаболизм, микроводоросли, фотосинтез

1.Введение

Рост населения, изменение климата, конкуренция за землепользование для производства продуктов питания, кормов, топлива и волокна, а также растущий спрос на ценные природные соединения усиливают потребность в системах искусственного выращивания, таких как теплицы, беспочвенные системы и вертикальное озеленение. даже в космических кораблях и космических станциях. Большинство этих систем выращивания требуют применения дополнительных, по крайней мере дополнительных, источников света для обеспечения роста растений. Поскольку эти источники являются рассеивателями тепла, требующими охлаждения, искусственные системы часто не соответствуют требованиям устойчивости промышленных процессов.Таким образом, с точки зрения экономики и устойчивости необходимо было разработать новые технологии освещения, такие как светоизлучающие диоды (СИД) [1,2]. Помимо технологических свойств, светодиоды должны быть совместимы с требованиями фотосинтеза и световой сигнализации растений, которые тесно связаны с двумя основными характеристиками света: длиной волны и плотностью потока.

Будучи в основном неподвижными, фотосинтезирующие организмы должны приспосабливаться к своей биотической и абиотической среде, которую они воспринимают с помощью различных типов рецепторов, в том числе фоторецепторов [3].Пигментная часть фоторецепторов позволяет рецептору извлекать из входящего естественного белого света конкретную информацию, связанную с интенсивностью ограничений окружающего света. Эта информация используется для выработки адекватного ответа [3].

Фотосинтез — это фотобиохимический процесс, использующий световую энергию для производства АТФ и НАДФН, которые в конечном итоге расходуются на сборку атомов углерода в органических молекулах. Функционально фотоны собираются комплексами белок-хлорофилл (Хл)-каротиноид (которые образуют светособирающую антенну фотосистем) и затем передаются в реакционный центр фотосистемы, где генерируются электроны; эти процессы происходят в хлоропластах [4].При слишком слабом освещении фотосинтез не может работать эффективно и появляются симптомы этиоляции [5]. Однако чрезмерный свет генерирует кислородные радикалы и вызывает фотоингибирование. Оба явления сильно ограничивают первичную продуктивность [6].

Процессы фотосинтеза часто изменяются у растений, выращиваемых при искусственном освещении, поскольку лампы обычно не имитируют спектр и энергию солнечного света. С агрономической точки зрения новые технологии освещения, такие как светодиоды, могут удовлетворить требования растений к плотности потока энергии и длине волны, позволяя при этом обогащать определенные длины волн, обеспечивая таким образом количество и качество света, необходимые для различных фаз роста. Таким образом, биомасса и продукты метаболизма культурных растений могут быть модифицированы.

В этом обзоре дается краткий обзор типов искусственного освещения, доступных для выращивания фотосинтезирующих организмов. Также рассматривается способность светодиодов имитировать эффекты естественного света с точки зрения энергии и информации, тем самым обеспечивая рост и развитие фотосинтезирующих организмов, а также возможность манипулирования метаболизмом растений для производства функционализированных пищевых продуктов посредством изменения интенсивности и длины волны. здесь, используя избранные примеры.

2. Искусственные источники света для фотосинтеза

Искусственное освещение должно обеспечивать растения энергией и информацией, необходимой для развития. С этой целью в вегетационных камерах широко используются люминесцентные лампы, особенно с усиленным синим и красным спектрами (т. е. холодные люминесцентные белые лампы), вместе с дополнительными источниками света для достижения устойчивого фотосинтетического потока фотонов, необходимого для высокой производительности [1,7]. ]. Однако спектр и интенсивность люминесцентных ламп не стабильны в течение длительного времени (см. сравнительную информацию в электронном дополнительном материале, таблица S1).

Разрядные лампы высокой интенсивности (HID), такие как металлогалогенные и натриевые лампы высокого давления, имеют относительно высокую плотность потока энергии (макс. 200 люмен на ватт) и высокую эффективность фотосинтетически активного излучения (ФАР) (макс. 40%), и обычно используются в теплицах и комнатах для выращивания растений. Недостатки, в том числе повышенная потребность в энергии дуги для возгорания, высокая рабочая температура, препятствующая размещению близко к навесу, и спектральное распределение (высокая доля зелено-желтой области, значительное ультрафиолетовое излучение и измененное соотношение красного и дальнего красного), которое может смещаться в зависимости от входная мощность, сильно ограничивают их использование и инновации [8].Среди систем искусственного освещения светодиоды имеют максимальную эффективность ФАР (80–100%; см. электронный дополнительный материал, таблица S1). Доступны светодиоды, излучающие синий, зеленый, желтый, оранжевый, красный и дальний красный, и их можно комбинировать для обеспечения либо высокой плотности потока (при желании, при полном солнечном свете), либо специальных характеристик длины волны света благодаря их узкополосному световому спектру [9]. ]. Высокий КПД, низкая рабочая температура и малые размеры позволяют использовать светодиоды в импульсном освещении и размещать близко к листьям при междосветке и внутрипологом освещении [7].Их длительный срок службы и простота управления делают их идеальными для круглогодичного использования в теплицах [7]. Прогнозируется, что светодиодная технология заменит люминесцентные и газоразрядные лампы в садоводческих системах и произведет революцию в контролируемой среде роста.

3. Изменение интенсивности и качества света

С биологической точки зрения основные вопросы, касающиеся светодиодов, связаны с их способностью имитировать и усиливать благотворное воздействие естественного света, избегая при этом неблагоприятного воздействия. Ниже выбранные примеры используются для краткого обзора полезных свойств светодиодных ламп в этих аспектах.

(a) Светодиодный свет (светодиоды) может поддерживать нормальный рост растений

Пионерские эксперименты по росту растений под действием красных светодиодов на листьях салата были проведены Bula et al . [9]. Мартино и др. [8] подсчитали, что количество сухого вещества на моль искусственного освещения, полученного салатом, выращенным с использованием красных (650 нм) светодиодов или натриевых ламп высокого давления, было одинаковым, а Chang et al .[10] подсчитали, что максимальная эффективность использования фотонов для роста зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii под красными светодиодами приходится на длину волны 674 нм. Салат, выращенный под красными светодиодами, имел удлиненные гипокотили и семядоли, явление, известное как фитохром-зависимое. При освещении красными светодиодами стимуляция фитохрома особенно высока, так как дальний красный свет не обеспечивается. Удлинение гипокотиля можно предотвратить, добавляя не менее 15 мкмоль м –2 с –1 синего света [11].Хотя полная демонстрация не была предоставлена, можно предположить, что дополнительный синий свет активировал криптохром, фоторецептор синего света, который опосредует уменьшение длины гипокотиля [12].

Эффективность красных (650–665 нм) светодиодов в отношении роста растений легко понять, поскольку эти длины волн идеально соответствуют пику поглощения хлорофиллов [13] и фитохромов, а добавленный синий свет ввел идею о том, что рост при естественном освещении можно имитировать с помощью синих и красных светодиодов.В дополнение к лучшему возбуждению различных типов фоторецепторов комбинация синего и красного цветов обеспечивала более высокую фотосинтетическую активность, чем при монохроматическом освещении [14]. Некоторые авторы связывали этот эффект с более высоким содержанием азота в растениях, получавших синий свет, в то время как другие предположили, что устьица открываются лучше, что дает больше CO 2 для фотосинтеза. Хорошо известно, что открытие устьиц контролируется фоторецепторами синего света [15].Возможно, это отражается в увеличении сухого вещества побегов при повышении уровня синего света [16]. Дополнение синих + красных светодиодов также может быть дополнено зелеными светодиодами. Освещение более чем 50% зеленого светодиодного света вызывает снижение роста растений, тогда как обработка, содержащая до 24% зеленого света, увеличивает рост некоторых видов [17]. Недавно светодиоды были успешно протестированы на их способность обеспечивать рост агрономически важных сельскохозяйственных культур, фруктовых и цветочных растений и даже деревьев [14,18].показаны изменения параметров в выбранных таксонах, подвергнутых воздействию различных длин волн светодиодов по сравнению с другими источниками света.

Таблица 1.

Влияние светодиодов на параметры роста и метаболизм растений по сравнению с обычным освещением: избранные примеры. HPS, натрий высокого давления; CFL, компактные люминесцентные лампы; PPFD — плотность потока фотосинтетических фотонов; DW, сухая масса; НВ, свежий вес.

0,9.9 / HPS / 250 / HPS / 250 4 2 / HPS, NA / 510
34
39.15
136
136
4 91 061 [24] 91 061 Panax Ginseng 91 061 метаболитов фенольных кислот (мкг г -1 DW):
vanilic кислота
кумаровая кислота
феруловая кислота
таксоны параметр светодиоды значение (жирный) /длина волны (нм)/интенсивность (PPFD) обычный (HPS, CFL) 9094/tensity (полужирный)100491 значение (intensity (intensity) 9094/tensity) каталожные номера
Lactuca sativa вар. Capital Сухой массы (GMOL -1 M -1 M -2) мокрый массы (GMOL -1 M -2 ) 0.45 /650/319 7.21 0,46 9092 /HPS, Na/642 8.18 [8]
Raphanus sativus var. Saxa продуктивность (гсм −2 сут −1 ) 0,14 /455 + 640 + 660 + 735/9 + 120 + 9,4 + 3
[19] [19]
Cucumis Sativus L. ‘Bodega’
Lycopersicon Escentulumum ‘Trust’ 9112
Fruit FW (G)
DW (G)
Fruit DW (G)
завод DW (G)
9091 976 / HPS + 445/400 + 16
47.5
54.8
113
735
[20]
Dendranthema Grandiflorum Китам ‘Cheonsu’
Plantlets
Plantlet Рост:

FW (MG на Plantlet)
Чистый фотосинтез (PN, μMol CO 2 м -2 с −1 )

/440;650;440 + 650;
650 + 720/50
361;446;750;498
0. 75; 1.95; 4.6; 2.2
/ CFL / 50

713
3.4

[21] [21] [21]
Lactuca Sativa CV. Гранд-Рапидс

Petroselinum crispum cv . Мох вьющийся

Majorana hortensis Moench.

METABOLITE (MG G -1 FW):
углеводов
Nitrates
C VIT (MG%)
углеводы
Nitrates
Cit
углеводы
Nitrates
C Vit
/640; 455 + 640 + 735/200
8;10
0.8; 1.0
7; 5
42,5; 23
; 23
Не оценивается

145; 140
13; 12
0,6; 0,5
19; 19
/ HPS, Son-T Agro / 200
2
1,4
10
3
3
3
9119 130992
130
8
1. 25
2 0
[22]
Brassica oleracea
cv.«Winterbor»

лютеин (мг 100 г -1 FM)
глюкозинолат
(мг 100 г -1 дм)
/730; 640; 525; 440; 400/253,
6.9; 11.2 ;7.8;9.8;8.1
21.7;32.0;0.8;ND;ND
не используется [23]
Петуния гибридная . cv Митчелл диплоидный

Fragaria x ananassa cv . клубничный фестиваль

летучие молекулы
(NMOL KG -1 ):
BenzyLALLICH
2-фенилэтанол
фенилацетальдегид

метил бутират
этил Caproate

/660; 755/50

0. 23; 0,2
0,25; 0,17
4,5; 4.0
/455; 660; 755/50
1.8; 2.1; 3.0
Nd; 0,5; 0,2

CFL / 50

0.015 ;
0,02;
2;

1,8;

1.9
/465; 630 / 24

41;27
314;186
586;313

CFL/24

0.33
76
319

[25]
Mentha sp .
M. spicata
M. piperita
m Longifolia M Longifolia

2

Эфирное масло (% от DW) /660; 470/500
4.34; 5,03
7.00; 3.11
4,37 ; 3.19
/ Солнечный свет / 1800
0.66
1.40
3,33
[14] [14] [14] [14] [14]

(b) дифференциация хлоропласта и деразъемность

в отсутствие света или под глубоким В условиях затенения у растений появляются симптомы этиоляции, такие как отсутствие Хл, уменьшение размеров листьев и удлинение гипокотиля [5].Когда растения подвергаются воздействию света, дифференцировка хлоропластов включает накопление белков, липидов и фотосинтетических пигментов [26]. Кинетика накопления Хл представляет собой лаг-фазу при белом светодиодном свете, которая устраняется при выращивании растений при синем светодиоде (460–475 нм), а не при красном светодиоде (650–665 нм) [27]. Интересно, что одинаковые количества Хл были достигнуты независимо от цвета светодиода. В отличие от Chl, листья гороха, облученные красным светодиодом, содержали более высокие уровни β-каротина, чем листья гороха, выращенные под синим или белым светом [27].Интенсивность света также важна для синтеза хлорофилла. Например, Tripathy & Brown [28] показали, что проростки пшеницы накапливали Хл под красным светодиодным светом при 100 мкмоль м –2 с –1 , но не при 500 мкмоль м –2 с –1 . Этого ингибирования накопления хлорофилла под действием красного светодиодного света с высокой плотностью энергии можно было бы избежать путем добавления синего света (30 мкмоль м –2 с –1 ). Хотя авторами не было продемонстрировано эффекта, отсутствие накопления Хл под действием красного света с высокой плотностью энергии могло быть результатом быстрой фотодеструкции новообразованных молекул Хл [29]. Интересно, что повторная этиоляция обеспечивает адекватные условия для производства белой спаржи, цикория или морской капусты [30]. В чайных листьях повторное этиолирование увеличивает содержание летучих веществ (ароматических веществ), особенно летучих фенилпропаноидов/бензоидов и нескольких аминокислот, включая L-фенилаланин [31], что указывает на активацию шикиматного пути, локализованного в пластидах [32].

(c) Светоизлучающий диод с высокой плотностью излучения запускает производство вторичных соединений

Фотосинтезирующие организмы, подвергшиеся воздействию сильного света, развивают механизмы краткосрочной и долгосрочной реакции для снижения воздействия стресса.Некоторым из этих механизмов посвящены другие статьи, включенные в этот специальный выпуск (ксантофилловый цикл [33], нефотохимическое тушение [34], реокисление восстановительных эквивалентов посредством фотодыхания, малатный клапан и действие антиоксидантов [3]. 35]). Этот раздел посвящен метаболическим сдвигам, вызванным сильным световым стрессом. Они используются в механизмах восстановления [36], экранирования [37], тушения активных форм кислорода (АФК) [37] или производства запасных соединений [38].Синтез метаболитов происходит в пластидах (терпеноиды [38]) или с их участием (фенилпропаноиды [32]). Типичными примерами являются лекарственные растения и травы, имеющие фармацевтическое значение, такие как мята ( Mentha sp.) [14] и драгоценная орхидея ( Anoectohilus sp.) [39]. Однако снижение вторичных метаболитов, флавоноидов и фенолов, также наблюдалось при увеличении облучения в кошачьих усах лекарственного растения ( Orthosiphon stamineus ) [40], что указывает на то, что облучение светом может иметь негативные последствия для продукции вторичных метаболитов.Было документально подтверждено, что у высших растений в зависимости от вида и условий выращивания вторичные метаболиты и пигменты семейства флавоноидов накапливаются в фотоингибирующих условиях на клеточном уровне [41], хотя механистические аспекты световых эффектов светодиодов не совсем понятны.

Эффект высокой плотности потока светодиодного света больше изучен на фотосинтезирующих микроорганизмах, отчасти потому, что они обладают огромным биотехнологическим и экономическим потенциалом (биотопливо, фармацевтические препараты, пищевые добавки и косметика) [42].Например, Ван и др. . [43] оценили экономическую эффективность преобразования энергии в биомассу в культуре микроводорослей ( Spirulina platensis ) при различном монохроматическом освещении светодиодами в граммах биомассы на литр на доллар. Данные показали, что при интенсивности света 1500–3000 мкмоль·м −2 с −1 красные светодиоды потребляли наименьшую мощность и давали наибольшую экономическую эффективность при одинаковой интенсивности излучения по сравнению с синими светодиодами (до 110 по сравнению с менее чем 10 г на литр за доллар соответственно).Однако такая высокая плотность энергии требуется не всегда. Например, у зеленой микроводоросли Dunaliella salina световой стресс, стимулирующий накопление β-каротина, находился в пределах 170–255 мкмоль·м -2 с -1 при использовании светодиодов, тогда как 1000 мкмоль·м — 2 с −1 потока фотонов требовалось при использовании обычных источников света, таких как люминесцентные лампы и натриевые лампы высокого давления [44]. Дополнительный красный или синий (470 нм) светодиодный свет вызывал стресс, в результате чего ксантофилловый цикл активировался.Дополнительный синий свет вызывал меньший стресс, чем красный свет [45]. Кацуда и др. . [46] сообщили, что красный светодиод способствует росту зеленой водоросли Haematococcus pluvialis , тогда как синий светодиод увеличивает выработку астаксантина. Совсем недавно Katsuda et al. [47] показал, что в условиях миксотрофного выращивания мигающий светодиодный свет (8 мкмоль фотон·м –2 с –1 ) вызывает сходную концентрацию астаксантина с непрерывным светодиодным светом (12 мкмоль фотон·м –2 с –1). ).Такая низкая потребность в освещении предполагает участие фоторецепторов. Предполагаемый механизм передачи синего светового сигнала должен включать главные каротиноиды D. salina . Сигнализация вторичного синтеза каротиноидов включает АФК, генерируемые хлоропластами [37]. Необходимы дополнительные исследования, чтобы понять влияние светодиодного света на первичный и вторичный метаболизм фотосинтезирующих организмов.

(d) Изменение метаболизма посредством дополнительного монохроматического освещения

Эффект дополнительного синего и/или красного светодиодного света не ограничивается свойствами роста и развития.Они также увеличивают содержание антиоксидантов в овощах. Например, красный (658–660 нм) светодиодный свет увеличивал концентрацию фенолов в листьях салата [48] и содержание антоцианов в листьях краснокочанной капусты [27]. Таким образом, можно представить себе разработку дополнительной обработки светодиодным светом в качестве процессов до или после сбора урожая для обработки сырья. Это дало бы большие коммерческие и производственные преимущества. Например, Colquhoun и др. . [24] использовали светодиодную обработку для изменения синтеза летучих соединений в цветах и ​​плодах.У томата обработка красным светодиодом (668 нм, 50 мкмоль фотон·м -2 с -1 ) вызвала значительное повышение уровней 2-метилбутанола и 3-метил-1-бутанола, в то время как количество цис -3-гексанол был снижен по сравнению с уровнями, достигаемыми при освещении белым светодиодом. Поскольку два из этих трех соединений влияют на степень сладости помидоров [49], можно предположить, что обработка светодиодами повлияет на вкус фруктов. Механизм действия монохроматического света еще не изучен, но можно предположить, что красный свет влияет на продукцию терпеноидов в хлоропластах через фитохром.Альтернативно, специфическая продукция АФК может иметь такое же действие, как показано в случае вторичного синтеза каротиноидов [37].

4. Фотосинтез в свете будущих достижений

Производство продуктов питания зависит от фотосинтеза. Обеспечение достаточного количества и качества продовольствия для девяти миллиардов человек, как прогнозируется в 2050 году, особенно сложно в условиях глобального изменения климата. Технологии земледелия с контролируемой средой (CEA), включая теплицы, гидропонику, аквакультуру и аэропонные системы, а также возможности вертикального земледелия обеспечивают альтернативные и дополнительные источники растениеводства, особенно в районах с ограниченным дневным светом (в северных широтах) или неблагоприятными экологическими условиями. условиях (засухи, наводнения, ураганы и засоленные почвы) или в районах с ограниченным пространством, таких как города и космические станции [1,7].

Преимущества технологий СЕА, т.е. повышенная урожайность в год (за счет более короткого периода выращивания в оптимальных условиях окружающей среды и круглогодичного возделывания), большая площадь роста на м 2 (большая густота растений, многоярусные полки для выращивания), эффективное использование питательных веществ и воды, меньшие потери урожая и отсутствие применения пестицидов делают их эффективными для растениеводства. Кроме того, с помощью этих технологий можно производить стандартную высококачественную садоводческую продукцию. Однако, в отличие от сельского хозяйства на открытом воздухе, выращивание растений в закрытых и закрытых помещениях зависит от новых источников света, таких как светодиоды, способных стимулировать рост растений при резком снижении потребления энергии.

Светодиоды представляют собой инновационный источник искусственного освещения для растений, как в качестве дополнительного, так и в качестве единственного источника освещения, не только благодаря их интенсивному, спектральному и энергетическому прогрессу (см. §2 и электронные дополнительные материалы, таблица S1), но также благодаря возможности целенаправленного управления метаболическими реакциями с целью оптимизации продуктивности и качества растений. В настоящее время светодиоды коммерчески применимы в основном для листовой зелени, овощей, трав и горшечных цветов (и электронных дополнительных материалов, таблица S2).Более полная литература была также представлена ​​на седьмом Международном симпозиуме по освещению в садоводческих системах, проходившем в Вагенингене (http://www.actahort.org/books/956). Применение светодиодов также имеет огромный потенциал для процессов, которые генерируют кислород и очищают воду, в культуре водорослей для производства сырья, фармацевтических препаратов, топлива или красителей, а также в культурах тканей растений для микроразмножения, например, клубники или цветущих растений [50]. ,51]. Исследования влияния светодиодов на первичный и вторичный метаболизм растений и того, как направление и сочетание светодиодов влияют на реакцию растений, в сочетании с достижениями в области динамического изменения количества и качества света на разных фазах роста могут способствовать эффективному использованию Технологии светодиодного освещения при выращивании растений в закрытых помещениях ().

Трехстороннее соединение технологических и физиологических достижений для улучшения растениеводства с использованием светодиодного освещения. CPPS, закрытые заводские производственные системы; pLED, полимерный светодиод; oLED, органический светодиод. (Онлайн-версия в цвете.)

Осветительной промышленности необходимо предлагать энергосберегающие, экологически безопасные лампы, адаптированные к изменяющимся требованиям потребителей. Светодиоды, оснащенные микросхемами драйверов, могут обеспечить дополнительные преимущества эксплуатационной гибкости, эффективности, надежности, управляемости и интеллекта для систем освещения теплиц.Тем не менее, принятие твердотельного светодиодного освещения в нишевых приложениях в садоводческом освещении будет зависеть от повышения эффективности преобразования и светоотдачи на пакет светодиодного света, а также стоимости люменов на пакет. Прогнозируется, что садоводство в контролируемых условиях окружающей среды (садоводство) будет расширяться в ближайшем будущем, как было представлено на семинаре «Проблемы вертикального земледелия» (http://challengesinverticalfarming. org/). Новые технологии открывают возможности экономически эффективного потребления световой энергии для выращивания сельскохозяйственных культур как на Земле, так и в космосе уже в ближайшем будущем и могут способствовать продовольствию растущего населения и поддержанию наружных (преимущественно лесных) экосистем и тем самым защите земли.

Благодарности

Авторы признательны своим институтам, Венгерской академии наук, Университету Ле-Мана и Исфаханскому технологическому университету. МИССИС. также благодарит Фонд национальной элиты Ирана за финансовую поддержку работ по строительству светодиодных инкубаторов и выращиванию садовых и сельскохозяйственных культур, освещенных светодиодными лампами.

Отчет о финансировании

E.D. выражает благодарность за частичную финансовую поддержку TÁMOP (грант № 4.2.2A-11/1/KONV-2012-0008).

Ссылки

1. Massa GD, Emmerich JC, Morrow RC, Bourget CM, Mitchell CA. 2006. Освещение роста растений для жизнеобеспечения космоса: обзор. Гравит. Космическая биол. Бык. 19, 19–30. [Google Академия]2. Шэн К.С., Сингх С., Гамбетта А., Дрори Т., Тонг М., Третьяк С., Вардени З.В. 2013. Сверхбыстрый интеркомбинационный переход в π-сопряженных полимерах, содержащих платину, с настраиваемой спин-орбитальной связью. науч. Респ. 3, 2653 (10.1038/srep02653) [бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]3. Ченг М., Чори Дж., Фанкхаузер С.2004. Трансдукция светового сигнала у высших растений. Анну. Преподобный Жене. 38, 87–117. (10.1146/annurev.genet.38.072902.0) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]4. Солимоши К., Керестеш А. 2012. Пластидная структура, диверсификация и взаимопревращения II. Наземные растения. Курс. хим. биол. 18, 187–204. (10.2174/2212796811206030003) [CrossRef] [Google Scholar]5. Солимози К., Шефс Б. 2010. Формирование этиопластов и этиохлоропластов в природных условиях: темная сторона биосинтеза хлорофилла у покрытосеменных растений.Фотосинтез. Рез. 105, 143–166. (10.1007/s11120-010-9568-2) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]6. Барбер Дж., Андерссон Б. 1992. Слишком много хорошего: свет может быть плохим для фотосинтеза. Тенденции биохим. науч. 17, 61–66. (10.1016/0968-0004(92)
-2) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]7. Йе Н, Чанг Дж.П. 2009. Светодиоды высокой яркости: энергоэффективные источники света и их потенциал в выращивании комнатных растений. Продлить. Поддерживать. Энергия преп. 13, 2175–2180. (10.1016/j.rser.2009.01.027) [CrossRef] [Google Scholar]8.Мартино В., Лефсруд М., Назнин М.Т. 2012. Сравнение обработки светоизлучающим диодом и натриевым светом высокого давления для выращивания бостонского салата на гидропонике. ХортНаука 47, 477–482. [Google Академия]9. Була Р.Дж., Морроу Р.С., Тиббитс Т.В., Барта Д.Дж., Игнатиус Р.В., Мартин Т.С. 1991. Светодиоды как источник излучения для растений. ХортНаука 26, 203–205. [PubMed] [Google Scholar] 10. Чанг Р.Л. и др. 2011. Реконструкция метаболической сети Chlamydomonas дает представление об управляемом светом метаболизме водорослей.Мол. Сист. биол. 7, 518 (10.1038/msb.2011.52) [бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]11. Хёнеке М.Е., Була Р.Дж., Тиббиттс Т.В. 1992. Важность уровней «синих» фотонов для проростков салата, выращенных под красными светодиодами. ХортНаука 27, 427–430. [PubMed] [Google Scholar] 12. Ахмад М., Гранчер Н., Хейл М., Блак Р.С., Джовани Б., Галланд П., Лардемер Д. 2002. Спектр действия криптохром-зависимого ингибирования роста гипокотиля у Arabidopsis . Завод Физиол. 129, 774–785.(10.1104/pp.010969) [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]13. Шефс Б. 2002. Анализ хлорофилла и каротиноидов в пищевых продуктах. Свойства пигментов и методы анализа. Тенденции Food Sci. Технол. 13, 361–371. (10.1016/S0924-2244(02)00182-6) [CrossRef] [Google Scholar]14. Сабзалян М.Р., Гейдаризаде П., Захеди М., Бороманд А., Агарох М., Сахба М.Р., Шефс Б. В прессе Высокая производительность овощей, цветов и лекарственных растений в красно-синем светодиодном инкубаторе для выращивания комнатных растений. Агрон. Поддерживать. Дев. (10.1007/s13593-014-0209-6) [CrossRef] [Google Scholar] 15. Шварц А, Зейгер Э. 1984. Метаболическая энергия для открывания устьиц: роль фотофосфорилирования и окислительного фосфорилирования. Планта 161, 129–136. (10.1007/BF00395472) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 16. Гоинс Г.Д., Йорио Н.К., Санво-Левандовски М.М., Браун К.С. 1998. Эксперименты с жизненным циклом Arabidopsis при освещении красными светодиодами. Жизнеобеспечение Биосф. науч. 5, 143–149. [PubMed] [Google Scholar] 17.Ким Х. Х., Уилер Р. М., Сагер Дж. К., Гоинс Г. Д., Норикан Дж. Х. 2006. Оценка роста салата с использованием дополнительного зеленого света с красными и синими светодиодами в контролируемой среде: обзор исследований Космического центра Кеннеди. Акта Хорт. 711, 111–119. [Google Академия] 18. Астольфи С., Марианелло С., Грего С., Беллароза Р. 2012. Предварительное исследование светодиодного освещения для выращивания саженцев различных пород деревьев в ростовых камерах. Нет. Бот. Садоводство. Агробот. 40, 31–38. [Google Академия] 19.Тамулайтис Г., Духовскис П., Близникас З., Брейв К., Улинскайте Р., Бразайтите А., Новичковас А., Жукаускас А. 2005. Мощная светодиодная установка для выращивания растений. Дж. Физ. Д, заявл. физ. 38, 3182–3187. (10.1088/0022-3727/38/17/020) [CrossRef] [Google Scholar] 20. Менар С., Дорэ М., Хови Т., Госселин А. 2006. Развитие и физиологические реакции помидоров и огурцов на дополнительный синий свет. Акта Хорт. (ISHS) 711, 291–296. [Google Академия] 21. Kim SJ, Hahn EJ, Heo JW, Paek KY.2004. Влияние светодиодов на скорость фотосинтеза, рост и устьица листьев Chrysanthemum проростков in vitro . науч. Садоводство. 101, 143–151. (10.1016/j.scienta.2003.10.003) [CrossRef] [Google Scholar]22. Урбонавичюте А., Самуолене Г., Бразайтите А., Улинскайте Р., Янкаускене Ю., Духовскис П., Жукаускас А. 2008. Возможность контролировать метаболизм зеленых овощей и рассады с помощью светодиодной подсветки. Sodininkyste ir Darz ininkyste 27, 83–92. [Google Академия] 23.Лефсруд М.Г., Копселл Д.А., Сэмс С. 2008. Излучение от светодиодов с разной длиной волны влияет на вторичные метаболиты в капусте. ХортНаука 43, 2243–2244. [Google Академия] 24. Колкухун Т.А. и соавт. 2013. Легкая модуляция летучих органических соединений из цветов петунии и некоторых фруктов. Послеуборочная биол. Тех. 86, 37–44. (10.1016/j.postharvbio.2013.06.013) [CrossRef] [Google Scholar] 25. Пак С.И., Ли Дж.Г., Чо Х.С., Сон Э.С., Ким Х.И., Ю.С.И., Ким Дж.К. 2013. Метод профилирования метаболитов для оценки воздействия цветного светодиодного освещения на придаточные корни женьшеня ( Panax ginseng C.А. Майер). Плант Омикс Дж. 6, 224–230. [Google Академия] 26. Biswal UC, Biswal B, Raval MK. 2003. Биогенез хлоропластов: от пропластида к геронтопласту. Дордрехт, Нидерланды: Kluwer Academic Publisher (Springer). [Google Академия] 27. Wua MC, Hou CY, Jiang CM, Wang YT, Wang CY, Chen HH, Chang HM. 2007. Новый подход светодиодного светового излучения улучшает антиоксидантную активность проростков гороха. Пищевая хим. 101, 1753–1758 гг. (10.1016/j.foodchem.2006.02.010) [CrossRef] [Google Scholar]28. Трипати до н.э., Браун CS.1995. Взаимодействие корней и побегов в позеленении проростков пшеницы, выращенных на красном свете. Завод Физиол. 107, 407–411. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]29. Franck F, Schoefs B, Barthélemy X, Mysliwa-Kurdziel B, Strzalka K, Popovic R. 1995. Защита нативных форм хлорофилла(ида) и фотосистемы II от фотоповреждения на ранних стадиях дифференцировки хлоропластов. Акта Физиол. Растение. 17, 123–132. [Google Академия] 30. Перон Ж.Ю. 1990. Морская капуста: новый овощ, полученный в виде этиолированных ростков.В прогрессе новых культур (ред. Яник Дж., Саймон Дж. Э.), стр. 419–422. Портленд, Орегон: Timber Press. [Google Академия] 31. Ян Зи и др. 2012. Характеристика летучих и нелетучих метаболитов в этиолированных листьях чая ( Camellia sinensis ) растений в темноте. Пищевая хим. 135, 2268–2276. (10.1016/j.foodchem.2012.07.066) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]32. Brillouet JM, Romieu C, Schoefs B, Solymosi K, Cheynier V, Fulcrand H, Verdeil JL, Conéjéro G. 2013. Танносома представляет собой органеллу, образующую конденсированные танины в хлорофилловых органах Tracheophyta .Анна. Бот. 112, 1003–1014. (10.1093/aob/mct168) [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]33. Далл’Осто Л., Каззанига С., Вада М., Басси Р. 2014. О происхождении медленно обратимого компонента затухания флуоресценции у мутанта Arabidopsis npq4 . Фил. Транс. Р. Соц. Б 369, 20130221 (10.1098/rstb.2013.0221) [бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]34. Рогачек К., Бертран М., Моро Б., Жакетт Б., Каплат С., Моран-Мансо А., Шефс Б. 2014. Релаксация нефотохимического тушения флуоресценции хлорофилла у диатомей: кинетика, компоненты и механизмы.Фил. Транс. Р. Соц. Б 369, 20130241 (10.1098/rstb.2013.0241) [бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]35. Heyno E, Innocenti G, Lemaire SD, Issakidis-Bourguet E, Krieger-Liszkay A. 2014. Предполагаемая роль фермента малатного клапана НАДФ-малатдегидрогеназы в передаче сигналов H 2 O 2 у Arabidopsis . Фил. Транс. Р. Соц. Б 369, 20130228 (10.1098/rstb.2013.0228) [бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]36. Лонг С.П., Хамфрис С., Фальковски П.Г.1994. Фотоингибирование фотосинтеза в природе. Анну. Преподобный Завод Физиол. Завод Мол. биол. 45, 633–662. (10.1146/annurev.pp.45.060194.003221) [CrossRef] [Google Scholar] 37. Ли Д.У., Гулд К.С. 2002. Почему листья краснеют: пигменты, называемые антоцианами, вероятно, защищают листья от повреждения светом путем прямого экранирования и поглощения свободных радикалов. Являюсь. науч. 90, 524–531. [Google Академия] 38. Лемуан Ю., Шефс Б. 2010. Вторичный биосинтез кетокаротиноидов астаксантина в водорослях: многофункциональный ответ на стресс.Фотосинтез. Рез. 106, 155–177. (10.1007/s11120-010-9583-3) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]39. Ма З, Ш Л, Чжан М, Цзян С, Сяо Ю. 2010. Интенсивность освещения влияет на рост, способность к фотосинтезу и общее накопление флавоноидов растений Anoectohilus . ХортНаука 45, 863–867. [Google Академия]40. Ибрагим М.Х., Джаафар Х.З. 2012. Первичные, вторичные метаболиты, H 2 O 2 , малоновый диальдегид и реакции фотосинтеза Orthosiphon stimaneus Benth.на разный уровень освещенности. Молекулы 17, 1159–1176. (10.3390/molecules17021159) [бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]41. Чан Л.К., Коай С.С., Бой П.Л., Бхатт А. 2010. Влияние абиотического стресса на биомассу и продукцию антоцианов в культурах клеток Melastoma malabatricum . биол. Рез. 43, 127–135. (10.4067/S0716-97602010000100014) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]42. Мимуни В., Ульманн Л., Паске В., Матье М., Пико Л., Бугаран Г., Кадоре Ж.-П., Моран-Мансо А., Шефс Б.2012. Потенциал микроводорослей для производства биоактивных молекул, представляющих фармацевтический интерес. Курс. фарм. Биотехнолог. 13, 2733–2750. (10.2174/1382804724828) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]43. Ван С.И., Фу С.К., Лю Ю.С. 2007. Влияние использования светодиодов на выращивание Spirulina platensis . Биохим. англ. Дж. 37, 21–25. (10.1016/j.bej.2007.03.004) [CrossRef] [Google Scholar]44. Ламерс П.П., ван де Лаак К.С., Каасенброд П.С., Лориер Дж., Янссен М., Де Вос Р.К., Бино Р.Дж., Вийффелс Р.Х.2010. Метаболизм каротиноидов и жирных кислот при световом стрессе Dunaliella salina . Биотехнолог. биоинж. 106, 638–648. (10.1002/bit.22725) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]45. Фу В., Гудмундссон О., Палья Г., Херйолфссон Г., О.С. Андрессон, Палссон Б., Бриньолфссон С. 2013. Усиление биосинтеза каротиноидов у зеленой микроводоросли Dunaliella salina с помощью светодиодов и адаптивной лабораторной эволюции. заявл. микробиол. Биотехнолог. 97, 2395–2403. (10.1007/s00253-012-4502-5) [бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]46.Кацуда Т., Лабабпур А. , Симахара К., Като С. 2004. Производство астаксантина штаммом Haematococcus pluvialis при освещении светодиодами. Ферментный микроб. Технол. 35, 81–86. (10.1016/j.enzmictec.2004.03.016) [CrossRef] [Google Scholar]47. Кацуда Т., Шираиси Х., Исидзу Н., Ранджбар Р., Като С. 2008. Влияние интенсивности света и частоты мигания синих светодиодов на выработку астаксантина штаммом Haematococcus pluvialis . Дж. Биоци. биоинж. 105, 216–220. (10.1263/jbb.105.216) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]48. Ли Кью, Кубота С. 2009. Влияние качества дополнительного света на рост и фитохимические вещества молодого листового салата. Эксп. Эксп. Бот. 67, 59–64. (10.1016/j.envexpbot.2009.06.011) [CrossRef] [Google Scholar]49. Тиман Д. и соавт. 2012. Химические взаимодействия, лежащие в основе вкусовых предпочтений помидоров. Курс. биол. 22, 1035–1039. (10.1016/j.cub.2012.04.016) [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]50. Нхут Д.Т., Такамура Т., Ватанабэ Х., Танака М. 2000. Светоизлучающие диоды (СД) как источник излучения для микроразмножения земляники. В «Производстве трансплантатов в 21 веке» (ред. Кубота С., Чун С.), стр. 114–118. Дордрехт, Нидерланды: Kluwer Academic Publishers. [Google Академия]51. Лиан М.Л., Мурти Х.Н., Пэк К.Ю. 2002. Влияние светоизлучающих диодов (СИД) на индукцию in vitro и рост луковиц восточного гибрида Lilium ‘Pesaro’. науч. Садоводство. 94, 365–370. (10.1016/S0304-4238(01)00385-5) [CrossRef] [Google Scholar]

Побочные металлы и редкоземельные элементы, используемые в производстве светоизлучающих диодов — обзор основных источников поставок и потребности в материалах для отдельных рынков

Аннотация

Использование светоизлучающих диодов (LED) расширяется из-за экологических проблем, а также эффективности и экономии средств по сравнению с использованием традиционных ламп накаливания.Более длительный срок службы и сниженное энергопотребление некоторых светодиодов привели к ежегодной экономии энергии, снижению затрат на техническое обслуживание и снижению выбросов двуокиси углерода, двуокиси серы и оксидов азота от электростанций из-за сокращения энергопотребления, необходимого для освещения, когда светодиоды используются для замены менее энергоэффективных источников.

Такие металлы, как мышьяк, галлий, индий и редкоземельные элементы (РЗЭ) церий, европий, гадолиний, лантан, тербий и иттрий, являются важными минеральными материалами, используемыми в полупроводниковой технологии светодиодов.Большая часть мировых поставок этих материалов производится в виде побочных продуктов производства алюминия, меди, свинца и цинка. Большая часть редкоземельных элементов, необходимых для производства светодиодов в 2011 году, поступила из Китая, а большинство производственных мощностей по производству светодиодов располагались в Азии.

Процесс производства светодиодов сложен и претерпевает значительные изменения в связи с ростом отрасли и изменениями в структуре спроса на сопутствующие товары. Во многих отношениях продолжающийся рост светодиодной промышленности, особенно в секторе общего освещения, связан с ее способностью повышать эффективность светодиодов и однородность цвета при одновременном снижении затрат на производство, покупку и эксплуатацию светодиодов. Исследования поддерживаются правительствами Китая, Европейского Союза, Японии, Республики Корея и США. Из-за объема текущих исследований в этом секторе вполне вероятно, что требования к материалам для будущих светодиодов могут сильно отличаться от используемых в настоящее время (2011 г.) светодиодов, поскольку промышленность пытается сократить расходы за счет снижения требований к материалам для дорогих тяжелых редкоземельных люминофоров. и увеличение размеров пластин для экономии за счет масштаба. Улучшенные характеристики светодиодов позволят клиентам сократить количество светодиодов в автомобильной, электронной и светотехнической промышленности, что может снизить общий спрос на материальные компоненты.

Разрабатываются некитайские источники редкоземельных элементов, и некоторые из этих новых источников, вероятно, будут введены в эксплуатацию со временем, чтобы удовлетворить растущий спрос на редкоземельные элементы в секторе светодиодов. Поскольку большая часть производства и изготовления светодиодных компонентов находится в Азии, и многие производители светодиодов заключили контракты на поставку с китайскими производителями редкоземельных элементов, значительное количество металлического галлия, индия и редкоземельных элементов, используемых для производства светодиодов, вероятно, будет по-прежнему поступать из Китая. источники как минимум на ближайшие 5 лет; однако в настоящее время большее количество этих материалов перерабатывается в Японии, Республике Корея и Тайване.По мере того, как в производство будут поступать некитайские источники редкоземельных металлов, эти новые рудники, вероятно, станут источниками легких РЗЭ, но Китай, вероятно, останется ведущим источником поставок тяжелых РЗЭ, подходящих для использования в качестве примесей для светодиодов и люминофоров, по крайней мере, для следующие несколько лет. Расширение исследований по разработке люминофоров, в которых используются меньшие количества или другие РЗЭ, направлено на снижение зависимости от редкоземельных элементов из Китая. Перебои с поставками редкоземельных элементов и других специальных металлов могут произойти, если китайский экспорт специальных металлов будет перенаправлен на внутренние рынки.

Стоимость восстановления высока, а срок службы светодиодов сравнительно велик; таким образом, объем отходов светодиодов в 2010 году был низким, и лишь немногие светодиоды были переработаны. Минимальное содержание металла в светодиодах приводит к высокой стоимости утилизации, поэтому переработка светодиодов за исключением электронных отходов маловероятна в ближайшем будущем, хотя некоторые производители светодиодов оценивают варианты переработки. Переработка металлов из светодиодов в электронные отходы возможна, если затраты на утилизацию металлов оправдываются спросом и ценами на металл.

Онлайн-кампус микроскопии ZEISS | Светодиоды

Введение

Среди наиболее многообещающих новых технологий освещения в оптической микроскопии — светоизлучающий диод ( LED ). Эти универсальные полупроводниковые устройства обладают всеми желательными характеристиками, которых лишены лампы накаливания (галогенные вольфрамовые) и дуговые лампы, и теперь они достаточно эффективны, чтобы питаться от низковольтных батарей или относительно недорогих переключаемых источников питания.Разнообразный спектральный выход, обеспечиваемый светодиодами, позволяет выбрать индивидуальный диодный источник света для обеспечения оптимальной полосы длин волн возбуждения для флуорофоров, охватывающих ультрафиолетовую, видимую и ближнюю инфракрасную области. Кроме того, новые мощные светодиоды генерируют достаточную интенсивность, чтобы обеспечить полезный источник освещения для широкого спектра применений во флуоресцентной микроскопии (см. Таблицу 1), включая исследование фиксированных клеток и тканей, а также визуализацию живых клеток в сочетании с Frster. методы резонансной передачи энергии ( FRET ) и измерения срока службы ( FLIM ).Полная ширина на полувысоте ( FWHM ; полоса пропускания) типичного квазимонохроматического светодиода варьируется от 20 до 70 нанометров (см. рис. 1), что аналогично по размеру ширине полосы возбуждения многих синтетических флуорофоров и флуоресцентных белков. Как показано в Таблице 1, светодиоды с выходной длиной волны в диапазоне 400–465 нанометров демонстрируют уровни мощности, превышающие 20 мВт/см 2 , в то время как большинство светодиодов с большей длиной волны (от зеленого до красного) имеют выходную мощность менее 10 мВт/см. милливатт/см 2 .Широкий спектральный профиль некоторых светодиодов в диапазоне от 535 до 585 нанометров обусловлен тем, что эти диоды содержат вторичный люминофор, который возбуждается первичным светодиодом фиолетового или ультрафиолетового излучения, что снижает выходную мощность и расширяет спектральный профиль. Таким образом, область возбуждения от зеленого до желто-оранжевого цвета, одна из наиболее полезных для обычных флуорофоров, таких как TRITC, MitoTrackers и оранжевых или красных флуоресцентных белков, остается недостатком для тех приложений (таких как FRAP и фотоактивация), которые требуют высоких уровней освещенности. .

По сравнению с лазерным светом, более широкая полоса пропускания, характерная для светодиодов, более полезна для возбуждения различных флуоресцентных зондов, а по сравнению с чрезмерным теплом и непрерывным спектром, излучаемым дуговыми лампами, светодиоды холоднее, меньше и обеспечивают гораздо более удобный механизм. для циклического включения и выключения источника, а также для быстрого выбора определенных длин волн. Несколько производителей представили коммерческие светодиодные осветители, предназначенные для флуоресцентной микроскопии, и, несмотря на их более слабую интенсивность излучения по сравнению с яркими спектральными линиями ртутных и металлогалогенных дуговых ламп, современные тенденции в развитии светодиодов указывают на ожидание значительного увеличения яркости. во всех диапазонах длин волн в ближайшие несколько лет.Кроме того, недавние достижения в светодиодной технологии, направленные на производство кристаллов кристаллов, геометрия которых снижает потери света из-за внутреннего отражения, должны помочь в создании устройств, которые можно использовать практически во всех приложениях флуоресцентной микроскопии. На рисунке 1 показаны спектральные профили излучения светодиодов для нескольких коммерчески доступных диодов. Спектры регистрировались в фокальной плоскости объектива микроскопа с помощью широкополосного зеркала, расположенного во флуоресцентном оптическом блоке.Уровни мощности для этих светодиодов перечислены в таблице 1 с использованием как зеркала, так и обычных наборов флуоресцентных фильтров.

В отличие от дуговых ламп, которые демонстрируют высокую степень собственного излучения или яркости, светодиодная технология медленно эволюционировала от рудиментарных устройств, которые в конце 1960-х годов были способны обеспечить только тысячную долю люмена красного света. Однако за последние четыре десятилетия светодиоды развивались такими темпами, что могут соперничать с микропроцессорами. Подобно предсказанию Гордона Э.Мура, что количество транзисторов на компьютерном чипе будет удваиваться каждые два года, ученый из Agilent Technologies Роланд Хейтц предсказал, что яркость светодиодов будет увеличиваться в 20 раз каждые 10 лет. На самом деле, то, что сейчас называется законом Хайца , доказало свою надежность, поскольку яркость светодиодов исторически удваивалась каждые два года, и ожидается, что этот резкий рост производительности продолжится. Поскольку их яркость и диапазон доступных цветов увеличились, светодиоды стали использоваться во множестве новых приложений, включая роль энергоэффективной и надежной замены ламп накаливания для домашнего и промышленного освещения.Кроме того, высокопроизводительные светодиоды в настоящее время используются в ряде других промышленных, медицинских и военных приложений. Среди множества примеров — навигация, робототехника, машинное зрение, эндоскопия и диагностическое оборудование. В будущем должен возникнуть растущий спрос на источники света высокой яркости на основе светодиодных устройств в тех областях экономики, которые имеют существенно большую рыночную власть, чем оптическая микроскопия. Этот спрос, несомненно, послужит движущей силой для разработки мощных светодиодов, излучающих во всех спектральных областях, что принесет пользу всем модальностям освещения в оптической микроскопии.

Многие из первоначальных попыток использовать светодиоды в качестве источников света для микроскопии потерпели неудачу отчасти из-за низкой мощности излучения ранних устройств. Как правило, ранее запатентованные конструкции освещения микроскопов основывались на большом количестве светодиодов, сгруппированных для создания однородной картины освещения. Этот подход обеспечил относительно высокий уровень лучистого потока, но не смог решить проблему низкого излучения, возникающего из-за такого большого распределенного источника света (в отличие от характеристик точечного источника дуговой лампы). Имеющиеся в настоящее время высокопроизводительные светодиоды обладают достаточной яркостью, чтобы работать по отдельности в качестве высокоэффективного источника монохроматического света с низкой пространственной когерентностью для наблюдений при флуоресцентном эпи-освещении или с полихроматическим светом в проходящей микроскопии. Хотя их усредненная спектральная освещенность все еще ниже, чем у спектральных пиков мощной 100-ваттной дуговой лампы HBO (ртутная), она приближается к континууму 75-ваттной дуговой лампы XBO (ксенон) во многих видимых областях. части спектра.

Светодиоды

значительно более эффективны, чем дуговые лампы, при преобразовании электричества в видимый свет, часто достигая выходной мощности до 100 люменов на ватт по сравнению с 22 люменами на ватт для 100-ваттного источника HBO. Эти полупроводниковые устройства прочны и компактны и часто могут работать в течение 100 000 часов при использовании, что примерно в 500 раз дольше, чем у ртутной лампы HBO. Некоторые из зеленых светодиодов имеют эффективность преобразования до 75 процентов, хотя устройства в этом диапазоне длин волн по-прежнему страдают от снижения выходной мощности. Напротив, фиолетовые и синие светодиоды, имеющие светоотдачу 250 и 150 мВт соответственно, в настоящее время коммерчески доступны, и в ближайшем будущем должна появиться аналогичная мощность на других длинах волн. Выход светодиодов можно модулировать на высоких частотах (до 5 кГц), а их выходную яркость можно регулировать, контролируя доступный ток. Эти преимущества устраняют необходимость в механических заслонках, а также в фильтрах нейтральной плотности для управления освещением образца в микроскопии.Хотя светодиоды имеют относительно узкие спектральные профили излучения, в большинстве случаев они должны использоваться с интерференционными тонкопленочными фильтрами возбуждения для удаления остаточных длин волн на крайних значениях (на хвостах спектра).

Оптическая мощность светодиодов

Флуорофор
Возбуждение
Категория
Светодиод
Обозначение
Светодиод на полувысоте
Полоса пропускания
(нм)
Мощность
мВт/см 2
(LLG) a
Мощность
мВт/см 2
(Зеркало) б
Флуоресцентный
Набор фильтров
Возбуждение
Ширина полосы
(нм)
Мощность
мВт/см 2
(комплект фильтров) b
Ультрафиолет (DAPI, BFP) 400 393-408 748 23. 3 ДАПИ с 365/10 0,09
Голубой (ECFP) 445 433-453 819 24,2 ECFP 114 д 440/20 9,0
Синий (EGFP, Cy2, AF488) 465 449-473 777 21.8 ET-GFP c 470/40 17,5
Сине-зеленый (EYFP) 505 491-520 308 6,4 ET-YFP с 500/20 2,8
Зеленый (AF532) 525 503-539 273 6. 6 Штаб-квартира TRITC c 545/30 1,5
Зеленый (TRITC, Cy3, AF546) 535 503-573 383 9,5 Штаб-квартира TRITC c 545/30 2,6
Зелено-желтый (TRITC, Cy3) 565 515-594 333 7.3 Штаб-квартира TRITC c 545/30 1,9
Зелено-желтый (TRITC, Cy3) 565 515-594 333 7,3 Штаб-квартира TR c 560/55 3,2
Желтый (TR, MitoTracker) 585 547-613 348 5. 9 Штаб-квартира TR c 560/55 2,8
Апельсин (TR, mCherry) 595 587-604 112 2,7 Штаб-квартира TR c 560/55 0,51
Красный (Cy5, AF635) 635 620-637 370 4.6 Cy5 XF110 д 630/50 3,5

Таблица 1

В таблице 1 представлены значения оптической выходной мощности и спектральные полосы FWHM для нескольких светодиодов ближнего ультрафиолетового и видимого диапазона, которые в настоящее время используются во флуоресцентной микроскопии. Мощность каждого светодиода указана в милливаттах/см 2 и измерялась на выходе жидкостного световода (столбец LLG в таблице 1), а также в фокальной плоскости объектива микроскопа (40-кратное увеличение сухого флюорита, числовое значение). апертура = 0,85) с помощью радиометра на основе фотодиодов. Для проецирования света через объектив и в датчик радиометра использовалось либо зеркало с коэффициентом отражения более 95% от 350 до 800 нанометров, либо стандартный набор флуоресцентных фильтров (значения указаны в столбцах, обозначенных Зеркало и Набор фильтров , соответственно, в таблице 1).Потери светопропускной способности в системе освещения микроскопа могут варьироваться от 95 до 99 процентов входной мощности в зависимости от количества фильтров, зеркал, призм и линз в оптической цепи. Для типичного инвертированного микроскопа исследовательского класса, подключенного к внешнему светодиодному источнику освещения, менее 3 процентов света, выходящего из жидкостного световода, доступно для возбуждения флуорофоров, расположенных в фокальной плоскости объектива. Аналогичная степень потери света происходит с внешними металлогалогенными источниками света, подключенными к микроскопу через жидкостный световод, а также с традиционными ксеноновыми и ртутными дуговыми лампами, прикрепленными непосредственно к осветителю через ламповый корпус.

В коммерческих светодиодных лампах отдельные диодные модули могут быть легко заменены, чтобы получить ширину полосы возбуждения, подходящую для различных флуорофоров, используемых в каждом эксперименте. Интенсивность каждого светодиодного модуля также можно независимо отрегулировать с точными электрическими шагами (в процентах от максимальной мощности), чтобы периоды возбуждения освещения можно было сбалансировать с чувствительностью детектора, чтобы избежать фототоксичности образца. Еще одним преимуществом светодиодов является их способность мгновенно загораться с полной интенсивностью при подаче электрического тока.В отличие от ламп дугового разряда и ламп накаливания, светодиоды можно многократно модулировать, включать и выключать без вредного воздействия на их срок службы. Кроме того, полностью электронная система освещения на диодах лишена механических частей и не вызывает проблемных вибраций, создаваемых движением затвора и фильтра нейтральной плотности.

Уникальным аспектом светодиодного освещения является выдающаяся пространственная и временная стабильность (по сравнению с традиционными источниками освещения), которая позволяет использовать высокоточные методы количественного анализа в течение продолжительных периодов времени.Светодиоды управляются полностью обратимым фотоэлектрическим эффектом во время работы. В результате светодиоды имеют самые низкие рабочие температуры среди всех источников света в оптической микроскопии и являются одними из самых стабильных во временном и пространственном отношении, а также в распределении длин волн. Кроме того, при условии, что светодиоды работают при правильном напряжении и токе, они имеют значительно более длительный срок службы, чем любой из других доступных в настоящее время источников света (см. рис. 2). Ртутные и ксеноновые дуговые лампы имеют срок службы от 200 до 400 часов (соответственно), тогда как металлогалогенные источники работают 2000 часов и более.Вольфрамово-галогенные лампы накаливания имеют срок службы от 500 до 2000 часов в зависимости от рабочего напряжения. Напротив, многие светодиодные источники имеют срок службы более 10 000 часов без существенной потери интенсивности, а некоторые производители гарантируют срок службы 100 000 часов до того, как интенсивность источника упадет до 70 процентов от первоначального значения.

Все лампы, выделяющие значительное количество тепла, включая светодиоды, также демонстрируют зависимость мощности излучения от температуры источника.Для ламп накаливания и дуговых ламп требуется период времени до одного часа, пока источник освещения не станет достаточно стабильным, чтобы можно было производить воспроизводимые измерения или собирать цейтраферные видеопоследовательности без существенных изменений интенсивности во времени. Этот длительный период ожидания не требуется для светодиодов, которые способны реагировать очень быстро (в течение нескольких микросекунд). Однако версии с самой высокой мощностью также могут генерировать значительное количество тепла (приблизительно от 60 до 70 процентов своей мощности) во время прогрева и из-за их высокой скорости подвержены влиянию высокочастотной нестабильности в источнике питания.При работе светодиодов изменение тока может привести к смещению пика излучения, аналогичному по величине наблюдаемому в линиях дуговых ламп. Этот эффект часто возникает, если кристалл светодиода не является идеально однородным, а величина сдвига часто зависит от типа и качества полупроводникового кристалла, используемого при изготовлении устройства. Стабильность длины волны может быть обеспечена при использовании светодиодов путем калибровки спектрального выхода с рабочим током перед началом экспериментов.

Кремниевые диоды излучают свет в ближней инфракрасной ( ИК ) области, но диоды, изготовленные из других полупроводников, могут излучать в видимой и ближней ультрафиолетовой ( УФ ) длинах волн. Типичный светодиодный источник состоит из полупроводникового кристалла размером примерно от 0,3 x 0,3 миллиметра до 1 или 2 квадратных миллиметров. Наиболее распространенные кристаллы, используемые в производстве светодиодов, основаны на смесях элементов периодической таблицы группы III и группы V , таких как GaN (нитрид галлия), SiC (карбид кремния), ZnSe ( селенид цинка) и GaAlAsP (смесь галлия, алюминия, мышьяка и фосфора).Каждый из этих кристаллов излучает в разных диапазонах волн (см. рис. 1 и табл. 2). Тщательный контроль относительных пропорций полупроводников, а также добавление примесей для изменения электронных свойств кристаллической решетки позволяет производителям и исследователям производить диоды, излучающие красный, оранжевый, желтый или зеленый свет. Спектральная полоса этих излучений обычно находится в диапазоне от 12 до 40 нанометров без каких-либо значительных внеполосных компонентов в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне длин волн (спектральные области, вредные для визуализации живых клеток). Применение карбида кремния и нитрида галлия в светодиодах привело к созданию устройств, которые излучают в синей области (полезно для возбуждения вариантов голубого, зеленого и желтого флуоресцентных белков), а сочетание нескольких цветов в разных пропорциях может генерировать различные цветовые температуры белого. света для применения в проходящей микроскопии.

В типичной конфигурации для освещения оптической микроскопии один или несколько кристаллов встроены в более крупную светодиодную структуру для защиты и более эффективного сбора света, а также для простоты электрического подключения и термообработки.Одним из основных преимуществ светодиодной технологии является то, что небольшие отдельные блоки могут быть объединены для создания источника света, имеющего форму, наиболее подходящую для конкретного применения. Возможные геометрии источника ограничены только рассеиванием тепла и допустимой плотностью корпуса технологии устройства поверхностного монтажа ( SMD ), используемой для интеграции нескольких кристаллов на печатной плате. Таким образом, можно изготовить очень плотные, яркие, специально разработанные источники света, чтобы они соответствовали параметрам сбора входных данных целевой оптической системы.В микроскопии несколько светодиодов могут быть объединены в компактный и эффективный внутренний или внешний источник света, который излучает большой поток квазимонохроматических фотонов с небольшой площади, чтобы полностью заполнить апертуру объектива (или конденсора).

Основные свойства светодиодов

Основные характеристики светодиодов отличаются от характеристик других источников освещения, обычно используемых в оптической микроскопии. Таким образом, светодиоды составляют уникальную категорию некогерентных источников света, способных обеспечивать непрерывное и эффективное освещение от простого двухэлементного полупроводникового диода (называемого микросхемой или кристаллом ), заключенным в прозрачный корпус из эпоксидной смолы, который, во многих случаях также выполняет двойную функцию проекционного объектива. Общая концепция работы светодиодов чрезвычайно проста. В одной из двух полупроводниковых областей чипа преобладают отрицательные заряды (область n ), а в другой преобладают положительные заряды (область p ). Когда к электрическим выводам приложено достаточное напряжение, создается ток, поскольку электроны переходят через соединение между двумя полупроводниками из области n в область p , где отрицательно заряженные электроны объединяются с положительными зарядами.Промежуточная область или соединение между двумя полупроводниками известна как обедненная область (см. рис. 3). Каждая рекомбинация зарядов, происходящая в обедненной области, связана с уменьшением уровня энергии (равного заряду, умноженному на ширину запрещенной зоны, В(г) , полупроводника), что может привести к высвобождению кванта электромагнитного излучения в форма фотона, имеющего энергию (и длину волны), равную энергии запрещенной зоны. Полоса пропускания длин волн излучаемых фотонов является характеристикой полупроводникового материала (см. Таблицу 2), поэтому различные цвета могут быть легко получены путем внесения изменений в полупроводниковый состав чипа.

Варианты цветов светоизлучающих диодов

Название цвета Длина волны
(нанометров)
Полупроводник
Состав
Ультрафиолет 395 InGaN/SiC
сине-фиолетовый 430 GaN/SiC
Супер синий 470 GaN/SiC
Зеленый 520 InGaN/сапфир
Чисто-зеленый 555 GaP/GaP
Зелено-желтый 567 GaP/GaP
Желтый 585 GaAsP/GaP
Оранжевый 605 GaAsP/GaP
Супер оранжевый 612 АлГаИнП
Супер красный 633 АлГаИнП
Ультракрасный 660 GaAlAs/GaAs
Ближний инфракрасный диапазон 700 GaP/GaP
Инфракрасный 880 GaAlAs/GaAs
Бледно-белый 6500К InGaN/SiC
Таблица 2

В качестве полупроводниковых материалов светодиоды обладают свойствами, общими для элементов из категории кремния периодической таблицы, и демонстрируют переменные характеристики электропроводности.Типичные полупроводники обладают значениями электрического сопротивления, промежуточными между значениями проводников и изоляторов, и их поведение моделируется в терминах электронной зонной теории для твердых тел. В кристаллическом твердом теле электроны занимают большое количество энергетических уровней, которые сгруппированы в почти непрерывные энергетические зоны, ширина и расстояние между которыми значительно различаются в зависимости от конкретных свойств материала. На более высоких уровнях энергии две отдельные полосы, называемые валентной и проводимостью , используются для определения ширины запрещенной зоны для конкретного материала. Электроны валентной зоны, которые образуют фиксированные локализованные связи между атомами в твердом теле, имеют меньшую энергию, чем высокоподвижные электроны зоны проводимости. Проводники имеют перекрывающиеся валентную зону и зону проводимости, что позволяет валентным электронам переходить в зону проводимости с образованием дырок (вакансий с суммарным положительным зарядом) в валентной зоне. Электроны от соседних атомов могут легко мигрировать через решетку в дырки, создавая тем самым движение вакансий в обратном направлении.Напротив, изоляторы имеют полностью занятые валентные зоны и гораздо большую ширину запрещенной зоны, что требует значительных затрат энергии для вытеснения валентных электронов в зону проводимости.

Ширина запрещенной зоны в полупроводниках мала, но конечна, и при комнатной температуре простого теплового возбуждения достаточно, чтобы переместить некоторое количество электронов в зону проводимости. Большинство электронных устройств, включающих полупроводники (такие как диоды и транзисторы), сконструированы таким образом, что требуется приложение напряжения, чтобы вызвать изменения в распределении электронов между валентной зоной и зоной проводимости, необходимые для обеспечения протекания тока. Существуют большие различия в потенциале запрещенной зоны между различными полупроводниками, хотя расположение зон во всех этих материалах одинаково. Кремний, который является простейшим собственным полупроводником, не имеет подходящей структуры запрещенной зоны, чтобы его можно было использовать в конструкции светодиодов (но кремний по-прежнему используется во многих других устройствах, включая интегральные схемы). Тем не менее, характеристики проводимости кремния могут быть улучшены путем легирования (рис. 3), что вводит незначительные количества примесей для создания дополнительных электронов или вакансий (дырок) в естественной кристаллической структуре.

Процесс легирования лучше всего описывается с помощью элемента кремния, члена группы IV периодической таблицы. Кремний имеет четыре валентных электрона, которые участвуют в связывании с соседними атомами в чистом кристалле, не оставляя дефицита или избытка. Если небольшое количество элемента группы III (имеющего три валентных электрона) смешать с твердым кремнием, теперь будет доступно недостаточное количество электронов для удовлетворения всех требований к связыванию, что приведет к образованию дыр в кристалле и созданию общего положительного заряда для классификации. легированный кремний как полупроводник типа p .Бор является одним из элементов, который обычно используется для легирования чистого кремния для достижения характеристик типа p . Напротив, добавление элемента группы V , такого как фосфор (имеющий пять валентных электронов), к чистому кремнию создает полупроводник типа n , который имеет суммарный отрицательный заряд из-за дополнительных валентных электронов. Два наиболее распространенных полупроводниковых элемента, кремний и германий, как правило, не подходят для изготовления светодиодов из-за значительного количества тепла, выделяемого в местах соединения, а также из-за низкого уровня излучения видимого и инфракрасного света.

Фотонно-излучающий диод p-n переходы обычно основаны на смеси элементов группы III и группы V , таких как галлий, мышьяк, фосфор, индий и алюминий. Относительно недавнее добавление карбида кремния и нитрида галлия к этой полупроводниковой палитре привело к появлению синих диодов, которые можно комбинировать с другими цветами или вторичными люминофорами для получения светодиодов, излучающих белый свет. Фундаментальным ключом к управлению свойствами светодиодов является электронная природа перехода p-n между двумя различными полупроводниковыми материалами.Когда сплавляются разнородные легированные полупроводники, протекание тока в переходе и характеристики длины волны излучаемого света определяются электронным характером каждого материала. Как правило, ток легко течет в одном направлении через переход, но не в другом, что составляет базовую конфигурацию диода. Этот тип поведения лучше всего понять с точки зрения перехода электронов и дырок в двух материалах и через соединение. Электроны из полупроводника типа n переходят в положительно легированный (типа p ) полупроводник, который имеет вакантные дырки, позволяя электронам «прыгать» с дырки на дырку.Результатом этой миграции является то, что дырки кажутся движущимися в противоположном направлении или от положительно заряженного полупроводника к отрицательно заряженному полупроводнику. Электроны из области типа n и дырки из области p рекомбинируют вблизи перехода, образуя обедненную область (рис. 3), в которой не остается носителей заряда. Таким образом, в области истощения устанавливается статический заряд, который препятствует протеканию тока, если не приложено внешнее напряжение.

Для настройки диода электроды размещаются на противоположных концах полупроводникового устройства p-n для подачи напряжения, способного преодолеть эффекты обедненной области. Обычно область типа n соединяется с отрицательной клеммой, а область p соединяется с положительной клеммой (известной как прямое смещение перехода), так что электроны будут течь от n — материал типа p , и отверстия будут двигаться в противоположном направлении.Чистый эффект заключается в том, что зона истощения исчезает, и электрический заряд перемещается по диоду, при этом электроны направляются к переходу из материала типа n , тогда как дырки направляются к переходу из материала типа p . Комбинация дырок и электронов, втекающих в переход, позволяет поддерживать непрерывный ток через диод. Хотя контроль взаимодействия между электронами и дырками в p-n-переходе является фундаментальным элементом конструкции всех полупроводниковых диодов, основной целью светодиодов является эффективное генерирование света.Генерация видимого света за счет инжекции носителей заряда через переход pn имеет место только в полупроводниковых диодах с определенным составом материалов, что привело к поиску новых комбинаций, обладающих необходимой шириной запрещенной зоны между зоной проводимости и орбиталями валентная полоса. Кроме того, продолжаются исследования по разработке архитектуры светодиодов, которые минимизируют поглощение света диодными материалами и более устойчивы при концентрации излучения света в определенном направлении.

Светодиодная конструкция

К числу критических аспектов производства светодиодов относятся характер элементов, используемых в полупроводниках типа n и p , а также их физическая геометрия, конструкция корпуса устройства и конфигурация пути выхода света. . Базовая структура типичного светодиода состоит из полупроводникового материала (кристалла или микросхемы), каркаса, на котором установлен кристалл, и герметизирующего материала, окружающего сборку (см. рис. 4).В большинстве случаев светодиодный полупроводник поддерживается в чашке отражателя, которая прикреплена к электроду (катоду), а верхняя поверхность чипа соединена золотым проводом со вторым электродом (анодом). Некоторые из более сложных конструкций соединительной структуры требуют двух соединительных проводов, по одному на каждый электрод. В дополнение к очевидным различиям в длине волны излучения различных светодиодов существуют также различия в форме, размере и диаграмме направленности. Полупроводниковые светодиодные чипы имеют размер до нескольких квадратных миллиметров, а диаметр системы корпус/линза варьируется от 2 до 10 миллиметров.Чаще всего КОРПУС светодиода имеет полусферическую геометрию, но они также могут быть прямоугольными, квадратными, треугольными или многоугольными.

На рис. 4 представлены архитектурные детали двух популярных конструкций светодиодных корпусов. Обычный полусферический 5-миллиметровый светодиод с выводной рамкой, показанный на рисунке 4 (а), обычно используется в качестве индикаторной лампы для электронных приборов. Эпоксидные смолы используются для заливки герметизирующей системы в этих светодиодах, которые также имеют цилиндрическую и прямоугольную геометрию линз.Кристалл закреплен в конической чашке отражателя, которая припаяна к выводу катода, а анод соединен с кристаллом соединительной проволокой. Свет, исходящий от боковых сторон светодиода, отражается чашкой в ​​эпоксидный КОРПУС. Плоский отлив в основании купола из эпоксидной смолы служит индикатором полярности свинца. Как правило, эти индикаторные светодиоды содержат кристалл размером от 0,25 до 0,3 миллиметра сбоку, а диаметр линзы составляет от 2 до 10 миллиметров. Поперечное сечение диода с перекидным кристаллом GaInN , показанное на рис. 4(b), построено на алюминиевом или медном стержне радиатора, который можно припаять к печатной плате для более эффективного отвода тепла. Инкапсуляция кристалла представляет собой защитный силиконовый слой, предназначенный для преодоления полного внутреннего отражения излучаемых волновых фронтов и направления их через большую пластиковую линзу. Золотая проволока служит для соединения большого катодного вывода с матрицей, которая закреплена на кремниевой микросхеме для защиты от электростатического разряда. Анод (не показан) аналогичен по конфигурации катоду, но выступает от корпуса в противоположном направлении. Светодиоды этой конструкции в настоящее время являются предпочтительным выбором для освещения в флуоресцентной микроскопии.

Цвет излучения светодиода определяется комбинацией полупроводников, используемых в процессе изготовления, тогда как оптические характеристики обычно контролируются переменными в упаковке. Угол луча может варьироваться от узкого до широкого (см. рис. 5) и определяется формой чашки отражателя, размером и конструктивными критериями полупроводника, расстоянием от поверхности чипа до верхней части корпуса или системы линз. и геометрия объектива. Профили излучения светодиодов в целом можно разделить на два класса: краевых излучателя (рис. 4(a)) и поверхностных излучателя (рис. 4(b)).Большинство поверхностных излучателей имеют диаграмму излучения Lambertian (см. рис. 5(d)), где профиль интенсивности пропорционален косинусу угла излучения, который отсчитывается от оси, перпендикулярной поверхности кристалла. Напротив, краевые излучатели обычно излучают свет из небольшой области (размером примерно 50 микрометров) по бокам кристалла в виде сложной схемы, зависящей от оси. Свет, выходящий из краевого излучателя, несимметричен: быстрая ось перпендикулярна поперечному размеру края, а ось медленного параллельна кристаллу.Чтобы сфокусировать и коллимировать свет со всех четырех сторон светодиода с торцевым излучателем, кристалл обычно размещают внутри отражающего колпачка (рис. 4(а)) за счет увеличения размера источника.

На Рисунке 5(d) показаны диаграммы направленности излучения в дальней зоне для светодиодов с плоскими (Рисунок 5(a)), полусферическими (Рисунок 5(b)) и параболическими (Рисунок 5(c)) линзами. Три модели выбросов на рисунке 5(d) нормализованы и наложены друг на друга для целей сравнения. Обратите внимание, что при F=60 диаграмма излучения планарного ламбертовского диода снижается до 50 процентов от максимального значения, тогда как полусферический светодиод имеет более симметричное распределение.Тонирование, применяемое к некоторым эпоксидным линзам, не определяет цвет излучения светодиода, а скорее используется в качестве удобного индикатора цвета лампы, когда она неактивна. Конструкции светодиодов, предназначенные для приложений, требующих высокой интенсивности (таких как флуоресцентная микроскопия), обычно имеют прозрачные линзы без оттеночных или диффузионных добавок. Эта конфигурация обеспечивает максимальный уровень светоотдачи и обычно предназначена для использования луча нестандартной формы для наиболее эффективной передачи света в систему собирающих или проекционных линз.В качестве альтернативы светодиодные линзы диффузионного типа содержат встроенные частицы стекла, которые расширяют излучаемый световой конус под большим углом. Этот тип линз обычно используется в приложениях, в которых светодиод просматривается напрямую, например, для индикаторных ламп на панелях оборудования.

Выбор материалов и технологий изготовления светодиодов определяется двумя основными целями: максимизация генерации света в гибридных полупроводниковых материалах и эффективное извлечение света, создаваемого устройством.В типичных переходах pn электроны и дырки из материалов типа n и p (основные носители ) инжектируются через переход, чтобы установить протекание тока и произвести свет ( излучательная рекомбинация ) в определенном диапазоне длин волн. Этому процессу часто препятствует безызлучательная рекомбинация неосновных носителей (электронов в материалах типа p и дырок в материалах типа n ) с основными носителями.Кроме того, наличие примесей, структурных дислокаций и других кристаллических дефектов в полупроводниковых материалах может привести к безызлучательной рекомбинации, не приводящей к излучению фотона. Таким образом, одной из основных целей при разработке светодиодов является максимизация излучательной рекомбинации носителей заряда за счет тщательного выбора подходящих полупроводниковых материалов для обеспечения соответствующей зонной структуры для получения благоприятных значений квантовой эффективности. Другая важная цель, как более подробно обсуждается ниже, состоит в том, чтобы гарантировать, что максимально возможное количество света, генерируемого светодиодом, может выйти из устройства и использоваться для освещения.

Длина волны (и цвет) света, излучаемого полупроводниковым диодом, определяется разницей в энергии между рекомбинирующими электронно-дырочными парами валентной зоны и зоны проводимости, как описано ранее. Приблизительные энергии носителей соответствуют верхнему уровню энергии валентной зоны и самой низкой энергии зоны проводимости. В результате длина волны ( l ) излучаемого фотона аппроксимируется следующим выражением:

л =
ч с/Е бг

, где h — постоянная Планка, c — скорость света, а E bg — ширина запрещенной зоны. Чтобы модулировать длину волны испускаемого излучения, необходимо тщательно выбирать полосу пропускания полупроводникового материала, используемого для изготовления диода. Арсенид галлия является популярным диодным материалом и служит прекрасным примером того, как можно изменить зонную структуру полупроводника, чтобы изменить длину волны излучения светодиода. Ширина запрещенной зоны арсенида галлия составляет примерно 1,4 электрон-вольта, что приводит к излучению примерно на 900 нанометрах в ближней инфракрасной области. Чтобы увеличить частоту излучения для достижения длин волн в видимой красной области (650 нанометров), ширина запрещенной зоны должна быть увеличена примерно до 1.9 вольт. Этого можно добиться путем смешивания арсенида галлия с совместимым материалом, имеющим большую ширину запрещенной зоны (например, фосфид галлия; ширина запрещенной зоны 2,3 электрон-вольта). Таким образом, светодиоды, изготовленные с соединением GaAsP (фосфид арсенида галлия), могут быть адаптированы для получения ширины запрещенной зоны с любым значением от 1,4 до 2,3 электрон-вольт путем регулирования соотношения содержания мышьяка и фосфора. Другие комбинации полупроводников могут аналогичным образом применяться для генерации длин волн излучения, охватывающих ближний ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра.

Эффективное извлечение света, генерируемого светодиодом, является еще одной важной проблемой при производстве этих полупроводниковых устройств. Поскольку объемная обедненная область внутри светодиодного кристалла представляет собой изотропный (ламбертовский) излучатель, обычно предполагается, что свет, покидающий переднюю поверхность кристалла, также будет изотропным во всех направлениях. Однако из-за явления полного внутреннего отражения только часть света, изотропно генерируемого в полном объеме полупроводникового чипа, действительно может выйти во внешнюю среду.В большинстве случаев примерно 50 процентов света, генерируемого внутри, теряется из-за отражений и других явлений, и еще меньше света излучается под большими углами.

Согласно закону Снеллиуса, свет может переходить из среды с более высоким показателем преломления в среду с более низким показателем преломления (фактически из полупроводника в окружающую атмосферу) только в том случае, если выходящие волновые фронты пересекают границу раздела двух сред под углом меньше чем критический угол для двух сред. В типичном светодиоде, имеющем кубическую геометрию, только около 2 процентов генерируемого света может выйти через верхнюю поверхность (фактическое значение зависит от конкретных полупроводниковых материалов и характеристик перехода). Остаток поглощается внутри полупроводника, как описано выше. В качестве примера на рис. 6 показано прохождение света из слоистого полупроводника с показателем преломления n s в эпоксидную линзу с меньшим показателем преломления ( n e ).Угол, образуемый выходным конусом, определяется критическим углом q c для двух материалов. Световые волны, выходящие из светодиода под углами меньше q c , уходят в эпоксидную смолу с минимальными потерями на отражение, а волны, распространяющиеся под углами больше q c c , испытывают полное внутреннее отражение на границе и не выходят наружу. Устройство. Однако из-за кривизны купола из эпоксидной смолы в примере на рис. 6 большинство световых волн, выходящих из полупроводникового материала, сталкиваются с поверхностью раздела эпоксидная смола/воздух почти под прямым углом и выходят из корпуса с небольшими потерями на отражение.

Количество света, излучаемого светодиодом, зависит от количества поверхностей, через которые свет может выходить, и от того, насколько эффективно это может происходить на каждой поверхности. Почти все светодиодные структуры состоят из многослойной конфигурации, в которой процессы эпитаксиального роста кристаллов используются для последовательного осаждения ряда материалов с согласованной решеткой друг на друга для настройки свойств чипа. Можно использовать широкий спектр структурных комбинаций, при этом каждая система имеет различную многоуровневую архитектуру для оптимизации характеристик производительности.В большинстве случаев требуется вторичный этап роста для нанесения монокристаллического слоя на поверхность материала подложки, выращенного в объеме. К числу соображений, необходимых для обеспечения высокого уровня производительности, относятся физические свойства полупроводниковых материалов, расположение перехода p n (где происходит излучение света) и строгий контроль кристаллических дефектов, все из которых могут повысить или понизить эффективность генерации света.

Эпитаксиальный рост кристаллов включает жидкостное или химическое осаждение из паровой фазы одного материала на другой при попытке уменьшить количество дефектов в слоистой структуре за счет сохранения точного соответствия постоянных атомной решетки и коэффициента теплового расширения.Для создания эпитаксиальных слоев используется ряд методов, в том числе жидкофазная эпитаксия ( LPE ), парофазная эпитаксия ( VPE ), металлоорганическое эпитаксиальное химическое осаждение из паровой фазы ( MOCVD ) и молекулярно-лучевая эпитаксия ( MBE). ). Каждая методология имеет определенные преимущества в отношении оптимальных полупроводниковых материалов и условий производства. Среди многих стратегий, лежащих в основе применения различных многослойных полупроводниковых конфигураций, можно назвать микроструктурирование областей p и n , параметры перехода, требования к отражающему слою для повышения внутренней квантовой эффективности, добавление буферных слоев с градиентным составом (предназначенных для преодоления несоответствия решеток). между слоями) и цели ширины запрещенной зоны для управления профилем излучения.

Источники освещения на основе светодиодов

, предназначенные для микроскопии, используют три разных принципа для отражения и сбора света, генерируемого внутри полупроводникового кристалла. В первом и наиболее распространенном подходе используется прозрачный формованный пластик (полимер) для сбора и фокусировки излучаемого света. Несмотря на то, что этот метод подходит для приложений с низким уровнем светлого поля, он не особенно полезен в общей микроскопии из-за ограниченной оптической мощности, доступной от одного диода. Второй подход предполагает организацию небольшого массива светодиодных кристаллов непосредственно на печатной плате и использование специализированной оптической системы коллектора.Плотность упаковки светодиодов ограничена только необходимостью соединять каждый кристалл отдельными соединительными проводами и включать механизм рассеивания тепла. Основным недостатком вложенных печатных светодиодов является потеря света, происходящая с краев устройств. Третий метод заключается в размещении кристалла светодиода в зеркальном углублении, которое служит отражателем, а затем в размещении этих блоков на печатной плате. Однако, поскольку отражатели больше, чем отдельные кристаллы, этот метод приводит к меньшей плотности упаковки.

Поскольку каждый кристалл светодиода представляет собой отдельный источник света, при построении большой диодной матрицы с использованием нескольких устройств сбор излучаемого света требует стратегии, отличной от той, которая используется с обычными лампами. Наиболее эффективный механизм сбора света от вложенных друг в друга светодиодов включает в себя применение матрицы микролинз, расположенной на нужном расстоянии от печатной платы диодов. Подходящая матрица линз может быть изготовлена ​​из формованного пластика или стекла и должна быть сконструирована таким образом, чтобы каждый светодиод имел отдельную собирающую линзу.Затем массив микролинз проецирует свет от отдельных источников на макроскопическую собирающую линзу оптической системы микроскопа с меньшей числовой апертурой и большим фокусным расстоянием, чем это требуется для традиционной лампы. Дополнительным преимуществом этого типа оптической системы является более низкая степень хроматической и сферической аберраций. Основная цель проектирования конфигурации микролинза-светодиод (как и любого другого источника освещения) состоит в том, чтобы захватить как можно больше света и эффективно доставить его в угол приема оптической системы освещения микроскопа, чтобы полностью и однородно заполнить Конденсорная (или объективная) апертурная диафрагма с аксиальным, параллельным светом.

Светодиоды белого света

Наиболее широко используемые светодиоды текущего поколения в основном представляют собой монохроматические излучатели высокой яркости, но все большее число приложений (например, микроскопия в проходящем свете) требуют широкого спектра или белого света. Существует два основных подхода к получению белого света от устройств, которые в основном являются монохроматическими. Один метод основан на объединении диодов трех разных цветов в одной оболочке или различных полупроводниковых материалах в общем кристалле (в такой пропорции, чтобы выходной сигнал казался белым). В другом методе используется фиолетовый или ультрафиолетовый светодиод для получения энергии, возбуждающей вторичный люминофор, который затем излучает белый свет (см. рис. 7 (а)). Светодиоды белого света потенциально очень энергоэффективны по сравнению с лампами накаливания. Например, в то время как обычные источники света имеют среднюю мощность от 15 до 100 люмен на ватт, эффективность белых светодиодов, по прогнозам, достигнет более 300 люмен на ватт в результате постоянного развития. Возможно, наиболее важным критерием выбора светодиодов белого света является средняя цветовая температура профиля излучения, которая колеблется примерно от 4500 К до 8000 К, в зависимости от свойств устройства.Выбор наилучшего совпадения цветов для оптической микроскопии должен основываться на характеристиках детектора и возможностях программного обеспечения, но оптимальными должны быть значения, близкие к 5500 К.

Комбинация красных, зеленых и синих диодов в одном корпусе или в ламповом узле, содержащем группу диодов, позволяет генерировать белый свет или любой из 256 цветов за счет использования схемы, которая управляет тремя диодами независимо ( Рисунок 7(б)). В приложениях, требующих полного спектра цветов от одного точечного источника, этот тип диодного формата RGB является предпочтительным методом.Однако большинство диодов белого света изготавливаются с использованием светодиода, излучающего на короткой длине волны (от 365 до 450 нанометров; ультрафиолет в синий цвет), и преобразователя длины волны , который поглощает свет от диода и подвергается вторичному излучению на большей длине волны. Такие светодиоды излучают свет с двумя или более длинами волн, которые при объединении выглядят как белые. Качество и спектральные характеристики комбинированного излучения зависят от материалов, из которых изготовлено устройство. Наиболее распространенные материалы преобразователя длины волны называются люминофорами, которые представляют собой материалы, которые проявляют люминесценцию, когда они поглощают энергию от другого источника излучения.Обычно люминофоры состоят из неорганической подложки-хозяина, содержащей оптически активную легирующую добавку. Иттрий-алюминиевый гранат ( YAG ) является распространенным исходным материалом, который можно легировать одним из редкоземельных элементов, например церием.

Светодиодные лампы

Одним из преимуществ использования светодиодов для освещения в флуоресцентной микроскопии является то, что каждый вариант этих полупроводниковых устройств имеет одинаковую эффективность преобразования энергии с излучением, ограниченным узким диапазоном длин волн, а светодиоды работают при гораздо более низкой температуре, чем дуговые лампы или лампы накаливания. .В результате для достижения того же оптического выхода, что и у традиционного источника света, требуется гораздо меньше электроэнергии. Кроме того, светодиоды значительно более компактны, чем дуговые лампы, и их можно подключать непосредственно к радиатору, который легко охлаждается с помощью небольшого вентилятора с компьютерным управлением. Такая технология позволяет устанавливать светодиодные источники непосредственно внутри системы микроскопа, ближе к образцу, чтобы потенциально избежать значительной потери интенсивности света (часто превышающей 95 процентов), которая происходит со всеми источниками света, когда они проецируются через оптическую систему. Несмотря на такой высокий уровень гибкости, следует отметить, что источникам на основе светодиодов абсолютно необходим эффективный теплоотвод, поскольку работа при температуре выше комнатной сокращает их ожидаемый срок службы и приводит к потере эффективности оптического выхода.

Оптический выход типичного светодиода (измеряемый как общий поток излучения) приблизительно пропорционален уровню тока, подаваемого на питание устройства. Конструкции источников питания светодиодов должны учитывать время отклика (порядка микросекунд), нелинейность зависимости напряжения от эмиссии и максимальный рекомендованный управляющий ток.Еще одна первоочередная проблема связана с внутренним уровнем шума светодиодов, хотя эти устройства гораздо более стабильны (по крайней мере, на порядок), чем вольфрамовые галогенные или дуговые лампы. Дальнейшие соображения должны включать возможность быстрого переключения или модуляции светодиодов для приложений в микроскопии. Несмотря на то, что соотношение между входным током и светоотдачей может быть нелинейным, его можно точно измерить и соответствующим образом откалибровать источник питания. В качестве альтернативы, линейное управление может быть достигнуто с помощью широтно-импульсной модуляции, которая регулирует интенсивность светодиода, изменяя количество времени, которое диод проводит во включенном состоянии по сравнению с выключенным состоянием.Такая конструкция позволяет модулировать интенсивность света относительно воспроизводимым образом, изменяя управляющий ток, что устраняет необходимость в шторках или фильтрах нейтральной плотности.

На рис. 8(а) представлена ​​типичная электронная схема, предназначенная для управления одним синим светодиодом поверхностного излучения, который можно использовать для флуоресцентного освещения. Интенсивность выхода светодиода регулируется с помощью потенциометра, а излучение можно включать и выключать с помощью сигнала переключения, полученного от слаботочного 5-вольтового TTL-входа (предпочтительно исходящего от главного компьютера).При настройке фонаря для нескольких светодиодов необходимо учитывать безопасный максимальный ток возбуждения для каждого диода. Светодиоды из одной и той же партии (и дистрибьютора) могут значительно различаться (до вольта) по прямому падению напряжения, а также другим электрическим свойствам из-за присущих им производственных различий, возникающих из различных источников, включая неоднородность исходных материалов. Таким образом, чтобы поддерживать постоянную производительность между диодными блоками, необходимо заранее определить соотношение между удерживающим напряжением и током для каждого светодиода, который будет использоваться в индивидуальном фонаре.В качестве примера производительности светодиода взаимосвязь между временем отклика светодиода на вход прямоугольной формы показана на рисунке 8(b). Обратите внимание, как точно интенсивность выходного сигнала светодиода соответствует шагу напряжения.

В ситуациях, когда для широкополосного освещения требуются светодиоды белого света, можно использовать одноканальный источник тока, интенсивность и переключение которого регулируются путем изменения тока, протекающего через один или несколько светодиодов, согласованных по рабочим характеристикам. В более сложных сценариях используются сложные конфигурации светодиодов (сочетающие несколько кристаллов с разными профилями излучения) для получения либо узкополосного излучения для флуоресценции, либо белого света для яркого освещения. Этими более сложными конструкциями можно управлять с помощью многоканального источника тока, способного изменять интенсивность или длину волны излучения в микросекундном (или даже наносекундном) временном масштабе. Этот тип источника питания, называемый импульсным режимом с переключением , полезен в технологиях, требующих чрезвычайно коротких световых вспышек, таких как визуализация в течение всего срока службы.Схема импульсного режима полезна для преодоления сдвигов пиковой длины волны излучения из-за неоднородности светодиодов путем предварительной настройки каждого диодного блока на пиковый ток, необходимый для получения желаемой выходной длины волны. Таким образом, среднюю яркость источника можно регулировать, изменяя ширину импульса при фиксированном пиковом токе, что обеспечивает управляемый спектральный выход. Как показано на рис. 8(b), оптический выход следует за текущим импульсом без значительной задержки, а частоты импульсной модуляции возможны в диапазоне мегагерц.

За последние несколько лет было представлено несколько коммерческих светодиодных ламп для флуоресцентной и широкопольной микроскопии в проходящем (белом свете), пример которых показан на рис. 9. Лампа на рис. 9 предназначена для прямого подключения к входному порту осветителя микроскопа. и содержит до четырех независимо управляемых модульных светодиодов для последовательного или одновременного возбуждения нескольких флуорофоров. Отдельные светодиодные модули можно легко заменить, чтобы обеспечить возбуждение флуоресценции во всем видимом и ультрафиолетовом спектре.Модульная конструкция предназначена для того, чтобы будущие светодиоды, независимо от их конфигурации, можно было сделать совместимыми для использования в фонаре. Многоцветные флуоресцентные изображения, полученные с помощью этого лампового блока (называемого Colibri и производимого ZEISS), отличаются очень высокой контрастностью и большим динамическим диапазоном.

Одним из преимуществ встроенного светодиодного фонаря является возможность установки интенсивности освещения для каждого диода в соответствии с требуемым временем интеграции камеры вместо использования нескольких настроек камеры.Кроме того, управление яркостью и переключение светодиодов полностью электронное, что исключает необходимость в механических заслонках и колесах фильтров для большей скорости и виброустойчивости. Низкая выходная мощность светодиодов, которые преобразуют электричество в свет с высокой эффективностью, как обсуждалось выше, устраняет необходимость в вентиляторах или вспомогательных охлаждающих устройствах. Кроме того, поскольку светодиоды не находятся под высоким давлением, их режим отказа безвреден (без взрывов) по сравнению с дуговыми лампами.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.