Fluorescent protein integrated white LEDs for displays

Abstract

The usage time of displays (e.g., TVs, mobile phones, etc) is in general shorter than their functional life time, which worsens the electronic waste (e-waste) problem around the world. The integration of biomaterials into electronics can help to reduce the e-waste problem. In this study, we demonstrate fluorescent protein integrated white LEDs to use as a backlight source for liquid crystal (LC) displays for the first time. We express and purify enhanced green fluorescent protein (eGFP) and monomeric Cherry protein (mCherry), and afterward we integrate these proteins as a wavelength-converter on a blue LED chip. The protein-integrated backlight exhibits a high luminous efficacy of 248 lm/W and the area of the gamut covers 80% of the NTSC color gamut. The resultant colors and objects in the image on the display can be well observed and distinguished. Therefore, fluorescent proteins show promise for display applications.

Wenn fluoreszierende Proteine und Weißlicht emittierende Dioden aufeinandertreffen

“…Außerdem wird die Flexibilitätd er Konfiguration des Chromophors eingeschränkt durch eine Kombination von strukturellen und elektrostatischen Wechselwirkungen, die Wasserstoffbrücken, sterische Wechselwirkungen mit Gruppen in der Umgebung und das elektrostatische Feld, das durch die Proteinmatrix geschaffen wird, einschließen. [68,69] Obwohl FPs in der Molekular-u nd Zellbiologie schon routinemäßig bei der Bildgebung angewendet werden, [66,69,[70][71][72][73][74] wurde ihre Nutzung bei Photonikanwendungen, einschließlich Laser [75][76][77] und LEDs, [24][25][26][27] erst kürzlich gezeigt. [65] Und schließlich bietet die Proteinstruktur den geeigneten Rahmen fürd ie Feineinstel- lung der spektroskopischen Eigenschaften der FPs.D ies erfolgt durch verschiedene Mechanismen, etwa durch Veränderungen der Aminosäuren, die an der Bildung des Chromophors beteiligt sind, durch die Platzierung der Aminosäuren nahe am Chromophor,w as durch schwache Wechselwirkungen leichte Veränderungen der spektroskopischen Eigenschaften verursacht, oder durch eine Modifizierung des elektrostatischen Feldes,d as durch die Proteinmatrix am Chromophor gebildet wird.…”

“…[101] Auch Veränderungen des pH-Wertes kçnnen erhebliche Auswirkungen auf FPs nach sich ziehen. [18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29][30] Im Allgemeinen muss die Matrix folgende Eigenschaften aufweisen:1)eine gute Tr ansmission und einen hohen Brechungsindex, 2) eine gute Photostabilität, 3) eine hervorragende mechanische Robustheit und Beständigkeit bei Raumtemperatur und unter Freiluftbedingungen sowohl während der Lagerung als auch bei ständiger Bestrahlung,4 )leichte Herstellung mit einem kostengünstigen Verfahren ohne Verwendung von Dichtungsmitteln und/ oder thermischen/UV-Härtemethoden und 5) eine hohe Kompatibilitätm it wässrigen Lçsungen von FPs.A ußerdem sollte die Matrix umweltfreundlich und leicht wiederver-wertbar sein, wobei idealerweise keine toxischen Abfallprodukte anfallen, um den Anforderungen einer "grünen" Photonik zu genügen. Eine Erhçhung des pH-Werts auf 10-13 führt zur Denaturierung der Proteine.…”

“…[25] Die Autoren trockneten (40 8 8C über 25 min) in einem Glasreservoir (mit 4mmD urchmesser) eine wässrige Lçsung mit eGFP und mCherry,u m5 .0 mg cm À2 eGFP und 1.4 mg cm À2 mCherry auf einen LED-Chip aufzubringen. [25] Die Autoren trockneten (40 8 8C über 25 min) in einem Glasreservoir (mit 4mmD urchmesser) eine wässrige Lçsung mit eGFP und mCherry,u m5 .0 mg cm À2 eGFP und 1.4 mg cm À2 mCherry auf einen LED-Chip aufzubringen.…”

“…[12][13][14][15][16] Die genannten Probleme führten zur Entwicklung von organisch-anorganischen Hybrid-WLED (WHLED), um die Vorteile beider Ansätze in einem einzigen Bauelement zu vereinen (Abbildung 1). [18][19][20][21][22][23][24][25][26][27] Diese Hybride weisen wichtige Vorteile auf:1)einfaches Design von hellen Emittern, einschließlich jener Emitter,die auch den tiefroten und den NIR-Spektralbereich abdecken, 2) problemlose Herstellung und 3) kostengünstiges und umweltfreundliches Recycling. [17] Damit wurde ein neues Forschungsgebiet erçffnet, wobei organische Phosphore -z um Beispiel Polymere,K oordinationskomplexe,K ohlenstoff-Nanopunkte und FPs -g emeinsam mit einer neuen Ummantelungsmatrix -wie Polymeren, Cellulose und Metall-organischen Gerüsten (MOFs) -u ntersucht wurden.…”

“…[17] Damit wurde ein neues Forschungsgebiet erçffnet, wobei organische Phosphore -z um Beispiel Polymere,K oordinationskomplexe,K ohlenstoff-Nanopunkte und FPs -g emeinsam mit einer neuen Ummantelungsmatrix -wie Polymeren, Cellulose und Metall-organischen Gerüsten (MOFs) -u ntersucht wurden. [18][19][20][21][22][23][24][25][26][27] Diese Hybride weisen wichtige Vorteile auf:1)einfaches Design von hellen Emittern, einschließlich jener Emitter,die auch den tiefroten und den NIR-Spektralbereich abdecken, 2) problemlose Herstellung und 3) kostengünstiges und umweltfreundliches Recycling. WHLEDs auf dem neuesten Stand der Te chnik haben ausgezeichnete Lichtausbeuten bis 120 lm W À1 und eine hohe Farbqualitätm it Koordinaten der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) von 0.30-3/ 0.30-3, einen CRI über 80-90 und flexible korrelierte Farbtemperaturen (CCT) von 2700 Kb is 6500 K. Außerdem ist die Herstellung von WHLEDs mit nur geringen Kosten verbunden, und die Farbeinstellung ist relativ leicht.…”