Forskere fra University of Cambridge har ledet udviklingen af næste generations smarte belysningssystem ved hjælp af en kombination af nanoteknologi, farvevidenskab, avancerede beregningsmetoder, elektronik og en unik fremstillingsproces. De kommer med smarte, farvekontrollerbare hvide lysenheder fra kvanteprikker.
Ved at bruge mere end tre primære belysningsfarver, der hovedsageligt anvendes i LED'er, kunne forskerne producere dagslys mere præcist. Da systemet blev testet, viste systemet fremragende farvegengivelse, et bredere driftsområde end den nuværende smarte belysningsteknologi og et bredere spektrum af hvidt lys-tilpasning.
Siden 1990'erne er kvanteprikker blevet forsket og udviklet som lyskilder på grund af deres fremragende farverenhed og tunbarhed. De udviser stor farveydeevne i både bred farvekontrollerbarhed og høje farvegengivelsesegenskaber på grund af deres karakteristiske optoelektroniske egenskaber.
Forskere udviklede en arkitektur for kvanteprikker lysemitterende dioder (QD-LED) baseret på næste generations skarpe hvide belysning. De kombinerede farveoptimering på systemniveau, optoelektronisk simulering på enhedsniveau og parameterudvinding på materialeniveau for at gøre det.
De udviklede en beregningsdesignramme fra en farveoptimeringsalgoritme, der blev brugt til neurale netværk i machine learning, sammen med en ny metode til ladningstransport og lysemissionsmodellering.
De kvanteprikker, som forskerne brugte, var mellem tre og 30 nanometer i diameter. Ved at vælge kvantepunkter af en bestemt størrelse, var de i stand til at overvinde nogle af de praktiske begrænsninger ved LED'er. Det hjalp dem også med at opnå de emissionsbølgelængder, de havde brug for for at teste deres forudsigelser.
Holdet validerede derefter deres design ved at skabe en ny enhedsarkitektur af QD-LED-baseret hvid belysning. Testen viste fremragende farvegengivelse, et bredere driftsområde end den nuværende teknologi og et bredt spektrum af tilpasninger af hvidt lys.
Det nydesignede QD-LED-system viste et korreleret farvetemperaturområde (CCT) fra 2243K (rødlig) til 9207K (klar middagssol), sammenlignet med nuværende LED-baserede smarte lys, som har en CCT mellem 2200K og 6500K. Farvegengivelsesindekset (CRI) – et mål for farver oplyst af lyset sammenlignet med dagslys (CRI=100) – for QD-LED-systemet var 97 sammenlignet med de nuværende smart-pærer mellem 80 og 91.
Designet åbner måske døren til smart belysning, der er mere præcis og effektiv. Hver af de tre LED'er skal reguleres separat for at producere en bestemt farve i en LED smart pære. Alle kvanteprikkerne er drevet af en enkelt fælles styrespænding for at opnå hele farvetemperaturområdet i QD-LED-systemet.
Professor Jong Min Kim fra Cambridge's Department of Engineering, som var med til at lede forskningen, sagde, "Dette er en verdensnyhed: et fuldt optimeret, højtydende kvantepunktbaseret smart hvidt lyssystem. Dette er den første milepæl mod fuldt ud at udnytte kvanteprik-baseret smart hvid belysning til daglige applikationer."
Professor Gehan Amaratunga, som var med til at lede forskningen, sagde, "Evnen til bedre at gengive dagslys gennem dets varierende farvespektrum dynamisk i et enkelt lys er, hvad vi sigtede efter. Vi opnåede det på en ny måde ved at bruge kvanteprikker. Denne forskning åbner vejen for forskellige nye menneskelige belysningsmiljøer."
Journal Reference:
- Samarakoon, C., Choi, HW, Lee, S. et al. Optoelektronisk system- og enhedsintegration til kvantepunkt-lysemitterende diode hvid belysning med beregningsdesignramme. Nat Commun 13, 4189 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
