The purpose of this study was to determine optimum condition for the cultivation of Chlorella sp. FC-21, which is a freshwater microalgae, using light emitting diodes (LEDs). Specific growth rate and cell concentration were measured for the reactors at the illumination of different wavelengths of LEDs. Among various types of LEDs, red LEDs were the most effective light source, and also greatest increases of specific growth rate and cell concentrations were obtained when light intensity of red LEDs increased. From this study, we found that red LEDs were the most appropriate light source for the cultivation of Chlorella sp. FC-21.
Light-emitting-diodes (LEDs) are a lighting source useful for the precise evaluation of light quality effect on biological systems. Despite the importance of light spectra on the regeneration of land plant protoplasts ("naked cells"), this factor has not been tested yet on protoplasts from multicellular algae. This study reports on the effects of pure primary colors (red, blue, and green), dichromatic (red plus blue, RB, 1 : 2) and white LEDs on protoplast regeneration from male and female Undaria pinnatifida gametophytes. We also evaluated the effect of different light spectra on pigment composition (chlorophyll a, chlorophyll c, and fucoxanthine), and the light intensities under the best condition on the regeneration process. In the early stages, blue or RB LEDs increased the percentage of dividing female protoplasts, whereas red, blue, and RB LEDs enhanced that of dividing male protoplasts. In the later stages, RB LEDs showed a positive effect only on the percentage of multiple rhizoid-like protrusions (male gametophyte). They also increased the final area of both regenerated gametophytes. The LEDs did not affect pigment composition in female gametophytes. In male gametophytes, in contrast, they reduced chlorophyll c, while blue, RB, and green LEDs decreased fucoxanthin. Under RB LEDs, the optimal light intensity was 80 µmol photons m-2 s-1 for female gametophytes and 40 to 60 µmol photons m-2 s-1 for male gametophytes. Our results suggest that dichromatic LED illumination (red-blue) improves regeneration of U. pinnatifida gametophyte-isolated protoplasts. Thus, dichromatic LEDs might a suitable light source for enhancing protoplast regeneration in brown seaweeds.
Jung, Jae-Woo;Kim, Sarah;Jeong, Jun Ho;Jeong, Jong-Ryul
Korean Journal of Materials Research
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v.22
no.11
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pp.636-641
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2012
In this study, we have investigated highly efficient nanoscale surface corrugated light emitting diodes (LEDs) for the enhancement of light extraction efficiency (LEE) of nitride semiconductor LEDs. Nanoscale indium tin oxide (ITO) surface corrugations are fabricated by using the conformal nanoimprint technique; it was possible to observe an enhancement of LEE for the ITO surface corrugated LEDs. By incorporating this novel method, we determined that the total output power of the surface corrugated LEDs were enhanced by 45.6% for patterned sapphire substrate LEDs and by 41.9% for flat c-plane substrate LEDs. The enhancement of LEE through nanoscale surface corrugations was studied using 3-dimensional Finite Different Time Domain (FDTD) calculation. From the FDTD calculations, we were able to separate the light extraction from the top and bottom sides of device. This process revealed that light extraction from the top and bottom sides of a device strongly depends on the substrate and the surface corrugation. We found that enhanced LEE could be understood through the mechanism of enhanced light transmission due to refractive index matching and the increase of light scattering from the corrugated surface. LEE calculations for the encapsulated LEDs devices also revealed that low LEE enhancement is expected after encapsulation due to the reduction of the refractive index contrast.
This study investigated a graded-refractive-index (GRIN) coating pattern capable of improving the light extraction efficiency of GaN light-emitting diodes (LEDs). The planar LEDs had total internal reflection thanks to the large difference in refractive index between the LED semiconductor and the surrounding medium (air). The main goal of this paper was to reduce the trapped light inside the LED by controlling the refractive index using various compositions of (TiO2)x(SiO2)1-x in GRIN LEDs consisting of five dielectric layers. Several types of multilayer LEDs were simulated and it was determined the transmittance value of the LEDs with many layers was greater than the LEDs with less layers. Then, the specific ranges of incident angles of the individual layers which depend on the refractive index were evaluated. According to theoretical calculations, the light extraction efficiency (LEE) of the five-layer GRIN is 25.29 %, 28.54 % and 30.22 %, respectively. Consequently, the five-layer GRIN LEDs patterned enhancement outcome LEE over the reference planar LEDs. The results suggest the increased light extraction efficiency is related to the loss of Fresnel transmission and the release of the light mode trapped inside the LED chip by the graded-refractive-index.
Given a cubic space, it is easy to uniformly illuminate the floor with light sources placed on top. However, little has been reported about uniform illumination on walls with the same configuration of light sources. Here we present a luminaire consisting of nine light-emitting diodes (LEDs) with perfect Lambertian distribution, placed on the top as a 3 × 3 rectangular LED array. The distances between LEDs and tilt angles of each individual LED are adjustable and optimized by an annealing algorithm. After optimization, the array produces a rectangular illumination pattern on one wall with a uniformity of about 89%. Analysis shows that the tilt angles of individual LEDs are key parameters for uniform side illumination. In a scenario that is more practical, the tilt angles of all the LEDs are set to be the same, only decreasing the uniformity to 83%.
Because of their small mass, volume, solid state construction and long life, light-emitting diodes(LEDs) hold promises as a lighting source for intensive plant production system. Spectral characteristics and light intensity of LEDs were tested to investigate their feasibility as artificial lighting sources for growth and morphogenesis control in transplant production system. Blue, green, and red LEDs had a peak-emission wavelength at 442nm, 522nm, and 673nm, respectively. Their half width defined as the difference between upper and lower wavelength in the intensity equivalent to 50% of the maximum intensity showed 26nm, 41nm, and 74nm, respectively. Photosynthetic photon flux(PPE) at the distance of 9cm under the LEDs array was measured as $235{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ for red, $109{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ for green, and $75{\mu}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}$ for blue LEDs. At the same distance, green LEDs had the illuminance of 13,0001x, nine to ten times higher than those of red and blue LEDs. Red, green, and blue LEDs at a distance of 9cm had the irradiance of $46W{\cdot}m^{-2},\;19W{\cdot}m^{-2},\;8W{\cdot}m^{-2}$, respectively. Light intensity of blue, green, and red LEDs increased linearly in proportion to the magnitude of the current applied to the operating circuit. Thus the light intensity of LEDs was controlled by the applied current in operating circuit.
Nanosphere lithography is an inexpensive, simple, high-throughput nanofabrication process. NSL can be done in different ways, such as drop coating, spin coating or by means of tilted evaporation. Nitride-based light-emitting diodes (LEDs) are applied in different places, such as liquid crystal displays and traffic signals. The characteristics of gallium nitride (GaN)-based LEDs can be enhanced by fabricating nanopatterns on the top surface of the LEDs. In this work, we created differently sized (420, 320 and 140 nm) nanopatterns on the upper surfaces of GaN-based LEDs using a modified nanosphere lithography technique. This technique is quite different from conventional NSL. The characterization of the patterned GaN-based LEDs revealed a dependence on the size of the holes in the pattern created on the LED surface. The depths of the patterns were 80 nm as confirmed by AFM. Both the photoluminescence and electroluminescence intensities of the patterned LEDs were found to increase with an increase in the size of holes in the pattern. The light output power of the 420-nm hole-patterned LED was 1.16 times higher than that of a conventional LED. Moreover, the current-voltage characteristics were improved with the fabrication of differently sized patterns over the LED surface using the proposed nanosphere lithography method.
Kim, So Hee;Lee, Ui Hun;Lee, Sang Baek;Jeong, Gwi-Taek;Kim, Sung-Koo
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.31
no.3
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pp.456-463
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2021
In this study, the culture conditions for Porphyridium cruentum were optimized to obtain the maximum biomass and lipid productions. The eicosapentaenoic acid content was increased by pH optimization. P. cruentum was cultured with modified F/2 medium in 14-L photobioreactors using a two-phase culture system, in which the green (520 nm) and red (625 nm) light-emitting diodes (LEDs) were used during the first and second phases for biomass production and lipid production, respectively. Various parameters, including aeration rate, light intensity, photoperiod, and pH were optimized. The maximum biomass concentration of 0.91 g dcw/l was obtained with an aeration rate of 0.75 vvm, a light intensity of 300 μmol m-2s-1, and a photoperiod of 24:0 h. The maximum lipid production of 51.8% (w/w) was obtained with a light intensity of 400 μmol m-2s-1 and a photoperiod of 18:6 h. Additionally, the eicosapentaenoic acid and unsaturated fatty acid contents reached 30.6% to 56.2% at pH 6.0.
Lee Chang-Lyoul;Das R. R.;Noh Young-Yong;Kim Jang-Joo
Polymer(Korea)
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v.29
no.2
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pp.107-121
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2005
Electrophosphorescent light emitting diodes (LEDs) using phosphorescent dyes as triplet emitter, which incorporate a heavy metal atom to mix singlet and triplet states by the strong spin-orbit coupling, can achieve the theoretically $100\%$ internal quantum efficiency. In this paper, we report on the performance and the energy transfer mechanism of polymer based highly efficient electrophosphorescent LEDs. The effect of phase separation and aggregation to the energy transfer between polymer hosts and phosphorescent guests and performance of polymer electrophosphorescent LEDs were investigated. Finally, the effect of introducing substitute group and ligand modification of phosphorescent dyes on optical and electrical properties are reported.
This study investigates the optical characteristics of InGaN multiple quantum wells(MQWs) light emitting diodes(LEDs) on planar sapphire substrates(PSSs), nano-sized PSS(NPSS) and micro-sized PSS(MPSS). We obtain the results as the patterning size of the sapphire substrates approach the nanometer scale: The light from the back side of the device increases and the total light extraction becomes larger than the MPSS- and planar-LEDs. The experiment is conducted by Monte Carlo ray-tracing, which is regarded as one of the most suitable ways to simulate light propagation in LEDs. The results show fine consistency between simulation and measurement of the samples with different sized patterned substrates. Notably, light from the back side becomes larger in the NPSS LEDs. We strongly propose that the increase in the light intensity of NPSS LEDs is due to an abnormal optical distribution, which indicates an increase of extraction probability through NPSS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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