Científicos de la Universidad de Cambridge han liderado el desarrollo del sistema de iluminación inteligente de próxima generación utilizando una combinación de nanotecnología, ciencia del color, métodos computacionales avanzados, electrónica y un proceso de fabricación único. Crean dispositivos inteligentes de luz blanca controlables por color a partir de puntos cuánticos.
Usando más de tres colores de iluminación primarios utilizados principalmente en los LED, los científicos pudieron producir la luz del día con mayor precisión. Cuando se probó, el sistema demostró una excelente reproducción del color, un rango operativo más amplio que la tecnología de iluminación inteligente actual y un espectro más amplio de personalización de luz blanca.
Desde la década de 1990, los puntos cuánticos se han investigado y desarrollado como fuentes de luz debido a su excelente pureza y capacidad de ajuste del color. Muestran un gran rendimiento de color tanto en la amplia capacidad de control del color como en la alta capacidad de reproducción del color debido a sus características optoelectrónicas distintivas.
Los científicos desarrollaron una arquitectura para diodos emisores de luz de puntos cuánticos (QD-LED) basada en iluminación blanca brillante de próxima generación. Combinaron la optimización del color a nivel de sistema, la simulación optoelectrónica a nivel de dispositivo y la extracción de parámetros a nivel de material para hacerlo.
Desarrollaron un marco de diseño computacional a partir de un algoritmo de optimización de color utilizado para redes neuronales en máquina de aprendizaje, junto con un nuevo método para el transporte de carga y el modelado de emisión de luz.
Los puntos cuánticos que utilizaron los científicos tenían entre tres y 30 nanómetros de diámetro. Por elección puntos cuánticos de un tamaño específico, pudieron superar algunas de las limitaciones prácticas de los LED. Hacerlo también les ayudó a lograr las longitudes de onda de emisión que necesitaban para probar sus predicciones.
Luego, el equipo validó su diseño mediante la creación de una nueva arquitectura de dispositivo de iluminación blanca basada en QD-LED. La prueba mostró una excelente reproducción del color, un rango operativo más amplio que la tecnología actual y un amplio espectro de personalización de tonos de luz blanca.
El sistema QD-LED de nuevo diseño mostró un rango de temperatura de color correlacionado (CCT) de 2243K (rojizo) a 9207K (sol brillante del mediodía), en comparación con las luces inteligentes basadas en LED actuales, que tienen una CCT entre 2200K y 6500K. El índice de reproducción cromática (CRI), una medida de los colores iluminados por la luz en comparación con la luz del día (CRI=100), del sistema QD-LED fue de 97, en comparación con los rangos actuales de bombillas inteligentes, entre 80 y 91.
El diseño podría abrir la puerta a una iluminación inteligente que sea más precisa y eficiente. Cada uno de los tres LED debe regularse por separado para producir un color específico en una bombilla LED inteligente. Todos los puntos cuánticos son impulsados por un solo voltaje de control común para lograr todo el rango de temperatura de color en el sistema QD-LED.
Profesor Jong Min Kim de Cambridgedel Departamento de Ingeniería, que codirigió la investigación, dijo: “Esta es una primicia mundial: un sistema de iluminación blanca inteligente basado en puntos cuánticos de alto rendimiento y completamente optimizado. Este es el primer hito hacia la explotación total de la iluminación blanca inteligente basada en puntos cuánticos para aplicaciones diarias”.
El profesor Gehan Amaratunga, quien codirigió la investigación, dijo, “La capacidad de reproducir mejor la luz del día a través de su espectro de color variable dinámicamente en una sola luz es lo que buscábamos. Lo logramos de una nueva manera mediante el uso de puntos cuánticos. Esta investigación abre el camino para varios nuevos entornos de iluminación sensibles a los humanos”.
Referencia de la revista:
- Samarakoon, C., Choi, HW, Lee, S. et al. Sistema optoelectrónico e integración de dispositivos para iluminación blanca de diodos emisores de luz de puntos cuánticos con marco de diseño computacional. Nat Commun 13, 4189 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
