قاد علماء من جامعة كامبريدج تطوير الجيل التالي من أنظمة الإضاءة الذكية باستخدام مزيج من تقنية النانو وعلوم الألوان والأساليب الحسابية المتقدمة والإلكترونيات وعملية تصنيع فريدة من نوعها. لقد توصلوا إلى أجهزة إضاءة بيضاء ذكية يمكن التحكم فيها بالألوان من النقاط الكمومية.
باستخدام أكثر من ثلاثة ألوان إضاءة أساسية تستخدم بشكل أساسي في مصابيح LED ، يمكن للعلماء إنتاج ضوء النهار بشكل أكثر دقة. عند الاختبار ، أظهر النظام عرضًا رائعًا للألوان ، ونطاق تشغيل أوسع من تقنية الإضاءة الذكية الحالية ، ومجموعة واسعة من تخصيص الضوء الأبيض.
منذ تسعينيات القرن الماضي ، تم البحث عن النقاط الكمومية وتطويرها كمصادر ضوئية بسبب نقاء اللون الممتاز وقابلية ضبطه. إنها تتميز بأداء ألوان رائع في كل من إمكانية التحكم في الألوان على نطاق واسع وإمكانيات عرض الألوان العالية بسبب ميزاتها الإلكترونية الضوئية المميزة.
طور العلماء بنية للصمامات الثنائية الباعثة للضوء (QD-LED) بناءً على الجيل التالي من الإضاءة البيضاء الساطعة. لقد قاموا بدمج تحسين اللون على مستوى النظام والمحاكاة الإلكترونية الضوئية على مستوى الجهاز واستخراج المعلمات على مستوى المواد للقيام بذلك.
لقد طوروا إطار تصميم حسابي من خوارزمية تحسين الألوان المستخدمة في الشبكات العصبية في آلة التعلم، جنبًا إلى جنب مع طريقة جديدة لنقل الشحنة ونمذجة الانبعاث الخفيف.
كانت النقاط الكمومية التي استخدمها العلماء يتراوح قطرها بين ثلاثة و 30 نانومتر. عن طريق الاختيار النقاط الكمومية بحجم معين ، فقد تمكنوا من التغلب على بعض القيود العملية لمصابيح LED. وقد ساعدهم القيام بذلك أيضًا على تحقيق أطوال موجات الانبعاث التي يحتاجونها لاختبار تنبؤاتهم.
ثم تحقق الفريق من صحة تصميمهم من خلال إنشاء بنية جهاز جديدة للإضاءة البيضاء القائمة على QD-LED. أظهر الاختبار تجسيدًا ممتازًا للون ، ونطاق تشغيل أوسع من التكنولوجيا الحالية ، وطيفًا واسعًا من تخصيص ظل الضوء الأبيض.
أظهر نظام QD-LED المصمم حديثًا مدى درجة حرارة اللون المرتبطة (CCT) من 2243 كلفن (ضارب إلى الحمرة) إلى 9207 كلفن (شمس منتصف النهار الساطعة) ، مقارنةً بالمصابيح الذكية الحالية القائمة على LED ، والتي تتراوح درجة حرارة اللون فيها بين 2200 كلفن و 6500 كلفن. كان مؤشر تجسيد اللون (CRI) - وهو مقياس للألوان المضاءة بالضوء مقارنة بضوء النهار (CRI = 100) - لنظام QD-LED 97 ، مقارنة بنطاقات اللمبة الذكية الحالية ، بين 80 و 91.
قد يفتح التصميم الباب أمام إضاءة ذكية أكثر دقة وكفاءة. يجب تنظيم كل من مصابيح LED الثلاثة بشكل منفصل لإنتاج لون معين في لمبة LED ذكية. جميع النقاط الكمومية مدفوعة بجهد تحكم مشترك واحد لإنجاز نطاق درجة حرارة اللون بالكامل في نظام QD-LED.
الأستاذ جونغ مين كيم من كامبردجقال قسم الهندسة ، الذي شارك في البحث ، "هذا هو الأول من نوعه في العالم: نظام إضاءة بيضاء ذكي محسن بالكامل وعالي الأداء قائم على النقاط الكمومية. هذه هي الخطوة الأولى نحو الاستغلال الكامل للإضاءة البيضاء الذكية القائمة على النقاط الكمومية للتطبيقات اليومية. "
البروفيسور جيهان أماراتونجا ، الذي شارك في قيادة البحث ، محمد, "القدرة على إعادة إنتاج ضوء النهار بشكل أفضل من خلال طيف الألوان المتنوع ديناميكيًا في ضوء واحد هو ما نهدف إليه. لقد حققناها بطريقة جديدة باستخدام النقاط الكمومية. يفتح هذا البحث الطريق لمختلف بيئات الإضاءة الجديدة التي تستجيب للإنسان ".
المرجع مجلة:
- Samarakoon ، C. ، Choi ، HW ، Lee ، S. et al. تكامل النظام الإلكتروني والجهاز للإضاءة البيضاء بصمام ثنائي باعث للضوء بنقطة الكم مع إطار تصميم حسابي. نات كومون 13 ، 4189 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
