发光二极管（LED）和半导体激光器（LD）的应用前景展望

本文从ＬＥＤ和ＬＤ的特点和器件已达到的性能与水平展望其应用前景．目前ＬＥＤ和ＬＤ已在光纤通讯、显示器件、光存储、办公现代化、医疗、军事、检测等领域得到广泛应用显示出其蓬勃发展的应用前景．

不同波长LEDs光源对苦荞芽菜生长、生物活性物积累及抗氧化活性的影响

为探究不同波长LEDs光源对苦荞芽菜生长的影响,本研究以黑暗(D)作对照,采用单色红(R)、蓝(B)、绿(G)光源培养苦荞芽菜,收获后分别测定其形态指标、生物活性物积累量、类黄酮合成关键基因表达量及抗氧化活性指标,结果表明:B处理的苦荞芽菜下胚轴呈深红色,伸长生长受到强烈抑制,花青素、总黄酮及总酚积累量均最高,分别是D的7.18、2.96和2.49倍;R处理的下胚轴呈浅粉色,上述3种生物活性物积累量分别是对照的2.56、1.68和1.40倍;G处理的下胚轴伸长与R相似,外观呈透明白色,生物活性物积累量与对照无显著差异。B和R均强烈诱导类黄酮生物合成通路上关键结构基因表达,显著增加苦荞芽菜下胚轴抗氧化活性。此外,各单色光处理均未显著影响苦荞芽菜可食用部位的鲜重。由此可见,红、蓝LEDs光源可显著影响苦荞芽菜形态生长,并增加其生物活性物积累及抗氧化能力,以蓝光最佳。

宽输入电压范围的软开关四路均流LED驱动器

为了应对LED的不同输入电压等级应用场合,提出了一种具有宽输入电压范围的四路LED驱动器。该驱动器将Buck-Boost结构集成到全桥网络中,通过不同的开关组合工作在不同的模式,从而获得宽增益。采用无源均流方式实现了四路LED输出均流。由于驱动器的工作特性,开关管无需添加无损缓冲电路即可在全范围内实现零电压开通。详细分析了该驱动器的调制策略、工作原理和性能。最后,搭建了一个69 W的实验样机,实验结果表明该驱动器的输入电压范围为17 V~216 V,均流误差低于3.7%,最大效率可达97.8%。

温室园艺LED照明研究与应用现状

LED作为设施园艺光环境调控的优选光源和手段,节能、精准、长寿命且光效率高,可通过光质及其光强和光周期等光照属性的控制,调控植物光合作用和光形态建成,调节设施园艺作物生长发育、生物量和果实产量、开花及农产品品质,获得温室补光的效益。而且,基于时空光环境调控带来的显著效益,动态照明和立体照明应运而生,方兴未艾,应用前景广阔。本文总结了温室LED照明产品和应用领域,提出了动态照明和立体照明技术概念,总结了光质、光强和光周期植物调控的研究进展,重点阐述了光质调控植物园艺作物生长发育、产量、开花及农产品品质的研究进展,对未来温室LED补光产业发展前景进行了展望。

液晶汽车仪表LED背光硬件电路分析与设计

为了使液晶汽车仪表的背光灯在受到外界电气干扰的情况下能够保持稳定的输出电流、亮度不发生变化,对已使用的三种汽车仪表LED背光电路进行了研究和分析,提出了一种稳定性较高的硬件电路设计——仪表LED恒流源电路。该电路可通过调节精密电阻值来调节LED背光灯的亮度,设计方案简单、调整电流便捷、成本较低,在液晶汽车仪表市场中具有较高的应用价值。

基于量子点@有序介孔复合材料的Micro⁃LED色转换特性

量子点(Quantum dots)由于具有优异的光电特性,广泛应用于发光与显示、太阳能电池、光催化等领域,它的发现和合成获得了2023年诺贝尔化学奖。采用量子点色转换的Micro-LED全彩化显示技术无需巨量转移,有望实现大规模量产,然而,量子点在高强度Micro-LED出光激发下的性能和寿命仍存在局限。基于此,本文研究了基于量子点@有序介孔(QDs@SBA-15)复合材料的Micro-LED色转换技术及其特性,有序介孔分子筛载体独特的孔道结构不仅能够有效提升Micro-LED色转换和光提取效率,且致密的有序介孔材料也一定程度上保障了量子点的稳定性。首先,通过时域有限差分方法(FDTD)建立了Micro-LED仿真模型,探究量子点粒径和有序介孔材料的孔径对光提取效率的影响;基于仿真结果指导,进一步采用物理共混法制备了QDs@SBA-15复合材料,通过透射光谱、荧光激发光谱、紫外-可见光吸收谱等手段对其进行表征并确定浓度配比;最后,将该复合材料与聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合固化成膜,并研究了其光致发光性能。实验结果发现,量子点粒径和介孔材料孔径的匹配度以及量子点和有序介孔材料的比例浓度是影响QDs@SBA-15复合材料发光效率及Micro-LED色转换性能的关键因素;通过优化,所得复合材料可获得优异的发光性能以及良好的环境稳定性,相比于纯量子点色转换层,复合材料的光提取效率提升了81.73%,复合材料的环境稳定性提升了14.33%,以Micro-LED作为蓝光光源组成的三基色发光器件工作色域达到了104.52%NTSC。本研究为量子点色转换Micro-LED显示技术提供了理论指导,为实现Micro-LED全彩化开辟了新路径。

Micro LED车灯投影光学系统设计与优化

本文提出了一种基于Micro LED阵列的车灯投影方案,设计了以像素尺寸为80μm×80μm的200×150白光Micro LED阵列作为显示光源,视场角为16°×34°的车灯投影光学系统,并对物面倾斜角度和光学系统结构进行了优化。此外,分别采用反向畸变处理方法和像素灰度调制方法用以解决车灯投影图像的梯形畸变和照度均匀性问题,并搭建了投影实验平台,对图像校正方法进行了验证。实验结果表明:校正后图像梯形畸变系数p1,p2分别从0.0932和0.3680下降至0.0835和0.0373,像面照度均匀性从83.2%提高到93.2%。本文通过对基于Micro LED的倾斜投影车灯光学系统进行优化设计及采用图像校正方法,实现了高光效、低畸变的车灯投影。

LED光处理对鲜切果蔬品质影响的研究进展

鲜切果蔬因其方便、新鲜、安全等优点而受到消费者喜爱,但果蔬经切分处理会引发微生物侵染、褐变和货架期缩短等一系列问题。发光二极管(Light-emitting diode, LED)光处理技术能降低果蔬呼吸强度,延缓衰老,且因其成本低廉、绿色安全等优点在鲜切果蔬中应用广泛。综述了LED光处理对鲜切果蔬感官品质、生理品质和表面微生物的影响,以期为LED光处理技术在鲜切果蔬保鲜应用中提供理论参考。

基于LED反光杯系统的优化研究

在照明系统设计中,接收面的均匀照明以及光能的充分利用一直是光源设计急需解决的问题。目前在LED光源设计领域中,通常采用斯派罗法则分析和微分方程计算的方式进行照明效果优化,这些方式的优化层面较单一,周期长且误差较大。为了加强LED光源系统优化效率,同步提高光源系统的光照均匀度和能量利用率,论文提出了基于光照均匀度评价函数、能量利用率评价函数和综合性评价函数的优化设计算法。运用数值分析方法对单光源系统的反光杯第二面圆锥常数K与曲率半径R进行优化调整,实现整个反光杯光源系统的光照均匀度和能量利用率的同步优化。研究结果表明:利用该文算法优化后的系统比未优化的光源系统光照均匀度提高了14.2%,能量利用率提高了16.75%,与理想值的接近度提升了14.42%,验证了优化方法的可行性。在此基础上,论文进一步研究多光源系统阵列间距对系统光照均匀度和能量利用率的影响,得出光源阵列系统的最优阵列间距,在此间距下的光照均匀度与理想值的接近度为44.84%,能量利用率为88.84%,最终实现了光照均匀度和能量利用率均较好的矩形阵列光源系统。

不同光质配比的LED光源补光对水稻机插秧苗生长发育的影响

以甬优12和扬两优6号作为试验材料,育秧期间采用纯蓝LED光源、纯红LED光源及红蓝光质各50%配比光源补光,以自然光下育秧为对照,研究不同红蓝光质配比LED光源补光对水稻机插秧苗生长发育的影响。结果表明,不同光质配比的LED光源补光对水稻秧苗生长有显著影响。蓝光能够抑制幼苗株高,提高充实度和根冠比,在培育壮苗方面发挥重要作用。红光处理下的水稻幼苗茎和叶鞘显著伸长,秧苗生长进程加快。此外,参试2个品种经红蓝光处理后的幼苗叶龄显著提高。试验结果探明了使用LED补光处理对水稻幼苗形态的影响,为调控水稻工厂化育秧的光环境提供了科学依据。

可用于近紫外LED芯片的铕-铱双金属配合物红光共聚荧光粉

本研究以Ir配合物FIrPic作为Eu离子的配体,合成了一种新的Eu-Ir双金属配合物Eu(FIrPic)_(2)(Phen)UA,并通过自由基聚合成功制备了红色发光荧光共聚物PM-Eu-Ir,适用于商用近紫外芯片型LED。在不影响Eu^(3+)离子的荧光发射特性的前提下,加入Ir-配合物可以有效地敏化Eu^(3+)离子,增强其对400 nm紫外光的吸收。在365 nm紫外光激发下,共聚物PM-Eu-Ir在612 nm处显示出最强的发射峰,其CIE坐标为(0.461,0.254),这与365 nm近紫外芯片非常吻合。红色共聚荧光粉PM-Eu-Ir的微观形貌为典型的多层空间网络结构,除了表现出明显的红光发射和634.54μs的荧光寿命外,还在25~250℃的宽温范围内具有优异的热稳定性。使用共聚物PM-Eu-Ir制作的LED发出的红光亮度为149800 cd/m^(2)。研究结果表明,所制备的共聚荧光粉可作为红光元件用于制造近紫外芯片白光LED。

一种用于光隔离IGBT栅极驱动的智能型LED驱动电路

采用双极型工艺设计了一种智能型高速LED驱动电路,可用于光隔离IGBT栅极驱动芯片的输入驱动。该设计采用一种新型逻辑门结构来实现信号传输、故障反馈以及外部置位等功能,同时达到降低信号传输延迟时间的目的。测试结果表明,在常温条件下,LED驱动电路的输入信号传输延迟时间为70 ns,复位信号有效到故障消除的延迟时间为4.59μs。所设计的驱动电路能够满足光耦隔离IGBT栅极驱动芯片的使用要求。

LED红蓝光配比对番茄生长和光合的影响

以番茄品种‘普罗旺斯’为材料,在双拱钢架日光温室内进行人工补光试验,设置T1(2R3B,即红光/蓝光珠数配比R:B=2:3)、T2(4R1B)、T3(6R1B)、T4(7R1B)四组红蓝光处理,以不进行人工补光为对照(CK),探究温室番茄生长和光合响应最优的红蓝光配比。结果表明,在T1处理下35d后,番茄的株高、SPAD、蒸腾速率(Tr)和光化学淬灭系数(qP)较对照组分别显著提高26.7%、19.6%、107.6%和34.3%。在T3处理下35d后,番茄的茎粗、花朵数、净光合速率(Pn)、胞间CO_(2)浓度(Ci)、气孔导度(Gs)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)和电子传输速率(ETR)较对照组分别显著提高26.9%、38.6%、133.7%、5.9%、183.3%、31.3%和30.9%。在T4处理下35d后,最大光化学效率(Fv/Fm)较对照组分别显著提高4.0%。在对设施番茄进行不同配比红蓝光补光处理下,较对照组可显著促进番茄的生长及光合作用,在本试验设置的2R3B、4R1B、6R1B、7R1B四组红蓝组合光处理中,6R1B(红/蓝光珠数配比R:B=6:1)处理下各项指标表现的综合效果最佳,可为温室番茄栽培LED补光提供一定的理论指导。

含磷苯并噁嗪UV-LED固化防火涂层

为了获得低吸水率的防火涂层,合成了含磷苯并噁嗪,并将其用于制备环氧丙烯酸酯涂料,以LED-385 nm为光源对涂料进行光固化,研究了涂层的防火性能、附着力、铅笔硬度、耐酸碱性和耐水性。为了降低防火涂层中含磷元素的用量,同时保持涂层的防火性能,在上述体系中引入了盐酸多巴胺,并在此基础上探索了磷氮协同作用对涂层性能的影响。结果表明:2种含磷苯并噁嗪衍生物(DPOBH和DOPOBH)中,DPOBH对涂层防火性能、附着力和硬度的提升作用优于DOPOBH。添加3.7%DPOBH的涂层(EA/DPOBH3.7)的UL-94为V-0等级,硬度为B,附着力为1级,酸质量损失率仅为0.40%,碱质量损失率为2.13%,吸水率仅为0.82%。添加0.5%盐酸多巴胺所得涂层(EA/DPOBH3.5-N0.5)的UL-94为V-0等级,硬度为2H,附着力为1级,耐酸碱性提升。综上可知,在含磷苯并噁嗪环氧丙烯酸酯光固化涂层中磷氮协同作用可有效提升环氧丙烯酸酯涂层的防火性能和耐酸碱性能,降低吸水率。

基于光效和BP神经网络的LED结温预测研究

提出了一种发光效率结合BP神经网络的大功率LED结温预测方法。实验中发现LED的发光效率在结温升高至80℃左右将急剧下降,光效与结温的函数关系发生改变,进而影响了测量精度。针对这一问题,基于发光效率与结温的函数关系,构建实验平台,获取发光效率和相应结温的数据,然后通过BP神经网络建立LED结温预测模型。模型所得数据与正向电压法进行对比实验,最大误差为2.1℃,验证了所提方法的可行性,同时所提方法无需考虑LED的内部结构,能够简便,准确地预测大功率LED结温。

基于能量信息协同调控的LED智能调光技术

针对当前LED照明系统对智能化的迫切需求和对成本的高度敏感,而现有智能化调控方案在成本和可靠性等方面存在不足等问题,提出一种基于电力电子变换器能量信息协同调控的LED智能调光技术。该技术基于电力电子变换器驱动的LED线性调光照明系统,采用四进制差分相移键控(Quaternary differential phase shift keying,QDPSK)对公共直流母线上的开关纹波进行信息调制,从而在不额外增加硬件成本的条件下,实现四进制数字信号的调制、耦合与传输。从通信视角解构了DC/DC变换器的基本工作原理,揭示了LED调光系统中能量信息协同调控的实现方法,并以隧道LED照明系统的智能调光为例,围绕系统结构、通信协议、噪声干扰、通信速率等方面展开了具体分析。最后,搭建试验平台验证了所提方法的可行性。

基于三基色LED的线性调光混合照明

为提供高品质、智能健康的照明光源,基于三基色LED光源构建了线性调光混合照明系统,并提出一种调光调色的优化方法。混合光源的光色度和光强度分别用色温和明度等级来设定,使得混合照明效果更加符合“人因照明”的需求。在系统的智能优化配光过程中,将色温转化为CIE u′v′色度坐标,明度转化为亮度,使优化计算更加精确。该系统采用线性调光的方式,既能有效避免混合光源闪烁带来的健康安全问题,配合优化算法又有效解决了线性调光色度漂移大的问题。实验结果表明,在2000 K~8000 K的色温范围内,混合照明系统混合光的色度稳定性保持在1阶CIE u′v′圆内,在对应色温下的整个光强度调节范围内无可察觉的色差。采用线性调光方式在保持光色度稳定上比脉冲宽度调光方式效果更佳。理论探究和实验结果表明该混光照明系统简易可行,具有较高的实用价值。

基于大面积拼接优化的大功率LED照明阵列分布研究

为了实现在(4 m×6 m)目标面积内模拟适合座舱人机训练的光照均匀环境,提出一种面积拼接的大功率LED阵列设计方法。针对传统矩形和圆形阵列的照度分布不均匀问题,采用一种改进型的阵列分布,结合改进的粒子群算法进行优化排布。经仿真分析,改进型单模块阵列的照度均匀性为91.17%。由于安装误差的影响,实际测试光照均匀性为89%。单模块阵列拼接优化多模块LED阵列,仿真结果为照度均匀性85.83%,光能量利用率87.40%。研究结果显示,使用面积拼接方法设计的改进型多模块阵列更适合模拟大面积光照环境,具有高照度均匀性和高光能量利用率的特点,对实际应用具有重要的参考价值。

一种两阶段求解LED光谱匹配系数高效全局优化算法

用单色发光二极管(LED)组份合成目标光谱在现实中有重要意义。当单色LED组成成份多、目标光谱合成精度要求高时,求解光谱组成成份的比例问题变成了超定方程组非负解的组合优化难题。智能优化类算法提高了解的全局最优性,但若没有利用目标函数的数学解析性质,其收敛速度慢,解的精度不高。梯度类算法收敛到局部解的速度快且精度高,但至今没有成熟理论技术求解非凸优化全局最优解,且问题中非负解的要求限制了该类算法的收敛速度。同时,目标函数的最小二乘信息在求解时没有得到充分利用。基于目标函数的数学可解析性、表现形式的二次非线性格式、最终解的非负要求,提出了一种两阶段优化算法LLR_LBFGS。第一阶段进行无约束的线性拟合,得到目标函数的最小二乘近似理论解,第二阶段借助带约束的拟牛顿方法LBFGS进一步求取问题的非负全局最优解。以标准目标光谱CIE-A、CIE-D65、CIE-D50、CIE-D55、CIE-D75的最佳拟合为研究对象,对比了新方法与拉索回归算法(LASSO)、岭回归算法(RIDGE)、差分进化算法(DE)、粒子群算法(PSO)及遗传算法(GA)的求解精度和运行速度,以及决策系数R 2。基于实际工业案例的数值结果表明,LLR_LBFGS能够较快地锁定全局解的范围,收敛速度更快;能够借助目标函数的数学可解析性提高解的精度。两个阶段的衔接融合能够获得较好的全局最优解的起始点和高精度的最优解。该方法对解决LED光谱拟合问题潜力大,有普适性。基于该设计思路,可以在算法的两个阶段中,组合设计更多、更灵活的光谱配比解决方案。这对于求取LED光谱匹配最优解的智能优化类方法改善效果有较好的启发意义。

LED光源照射及PI3K抑制剂对人视网膜色素上皮细胞自噬和凋亡的影响

目的探讨LED光源照射对人视网膜色素上皮(RPE)细胞自噬和凋亡的影响,以及磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)抑制剂LY294002在光照下对RPE细胞自噬和凋亡的影响。方法体外培养人ARPE-19细胞,随机分为6 h对照组、6 h模型组、6 h LY294002组,12 h对照组、12 h模型组、12 h LY294002组,24 h对照组、24 h模型组、24 h LY294002组,分别给于设定时间的LED冷光照射或加入LY294002后的光照。采用噻唑蓝法检测各组细胞存活率;流式细胞术检测各组细胞凋亡率;透射电子显微镜观察各组细胞超微结构;构建稳定表达红色荧光蛋白-绿色荧光蛋白-微管相关蛋白1轻链3(LC3)的RPE细胞株,激光共聚焦合倒置荧光显微镜分析细胞自噬流变化;Western blot法检测苄氯素1(Beclin 1)、LC3和p62自噬相关蛋白表达水平。结果与对照组比较,6、12、24 h模型组细胞存活率均下降(均P<0.05),12、24 h LY294002组细胞存活率均下降(均P<0.01);与模型组比较,12、24 h LY294002组细胞存活率均升高(均P<0.05)。与对照组比较,6、12、24 h模型组和LY294002组细胞凋亡率均升高(均P<0.05);与模型组比较,6、12 h LY294002组细胞凋亡率均下降(均P<0.05)。模型组RPE细胞在光照24 h后,胞内可见较多的自噬泡,LY294002干预后也可见聚集性分布的自噬囊泡。观察自噬流发现,对照组少见红色亮点,模型组红色亮点荧光随光照时间延长数量逐渐增多,Merge图中黄色亮点数量增多明显,LY294002干预后,红色亮点与黄色亮点呈增多趋势。与对照组比较,6、12、24 h模型组和LY294002组细胞中Beclin 1、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ蛋白表达水平均升高,p62蛋白表达水平均下降,差异均有统计学意义(均P<0.05);与模型组比较,6、12、24 h LY294002组细胞中Beclin 1、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ蛋白表达均升高,12、24 h LY294002组细胞中p62蛋白表达水平均下降,差异均有统计学意义(均P<0.05)。结论LED光源照射可刺激ARPE-19细胞发生自噬,增加细胞凋亡率;PI3K抑制剂LY294002能上调细胞的自噬活性,减缓凋亡。