Cambridge'i ülikooli teadlased on juhtinud uue põlvkonna nutika valgustussüsteemi väljatöötamist, kasutades nanotehnoloogiat, värviteadust, täiustatud arvutusmeetodeid, elektroonikat ja ainulaadset tootmisprotsessi. Nad toovad välja nutikad, värviga juhitavad valge valgusega seadmed kvantpunktidest.
Kasutades enam kui kolme põhivalgustuse värvi, mida kasutatakse peamiselt LED-ides, saavad teadlased päevavalgust täpsemalt toota. Testides näitas süsteem suurepärast värviedastust, laiemat töövahemikku kui praegune nutikas valgustustehnoloogia ja laiemat valge valguse kohandamise spektrit.
Alates 1990. aastatest on kvantpunkte valgusallikatena uuritud ja arendatud nende suurepärase värvipuhtuse ja häälestatavuse tõttu. Tänu oma iseloomulikele optoelektroonilistele omadustele on neil suurepärane värvide jõudlus nii laialdase värvijuhitavuse kui ka suure värviedastusvõime osas.
Teadlased töötasid välja kvantpunktvalgusdioodide (QD-LED) arhitektuuri, mis põhineb järgmise põlvkonna eredal valgel valgusel. Nad ühendasid selleks süsteemitasemel värvide optimeerimise, seadme tasemel optoelektroonilise simulatsiooni ja materjalitaseme parameetrite eraldamise.
Nad töötasid välja arvutusliku disainiraamistiku värvide optimeerimise algoritmist, mida kasutati närvivõrkude jaoks masinõpe, koos uue meetodiga laengu transpordiks ja valguse emissiooni modelleerimiseks.
Kvantpunktid, mida teadlased kasutasid, olid kolme kuni 30 nanomeetrise läbimõõduga. Valides kvantpunktid kindla suurusega, suutsid nad ületada mõned LED-ide praktilised piirangud. See aitas neil saavutada ka emissiooni lainepikkusi, mida nad oma prognooside kontrollimiseks vajasid.
Seejärel kinnitas meeskond oma disaini, luues uue QD-LED-põhise valge valgustuse seadmearhitektuuri. Test näitas suurepärast värviedastust, laiemat töövahemikku kui praegune tehnoloogia ja laia valikut valge valguse varjundi kohandamist.
Äsja disainitud QD-LED-süsteem näitas korrelatsiooni värvitemperatuuri (CCT) vahemikus 2243K (punakas) kuni 9207K (hele keskpäevapäike), võrreldes praeguste LED-põhiste nutikate tuledega, mille CCT on vahemikus 2200K kuni 6500K. QD-LED-süsteemi värviedastusindeks (CRI) – valgusega valgustatud värvide mõõt võrreldes päevavalgusega (CRI=100) – oli 97, võrreldes praeguste nutikate pirnide vahemikuga 80–91.
Disain võib avada ukse nutikale valgustusele, mis on täpsem ja tõhusam. Iga kolme LED-i tuleb eraldi reguleerida, et LED-nutipirnis oleks konkreetne värv. Kõiki kvantpunkte juhib üks ühine juhtpinge, et saavutada kogu värvitemperatuuri vahemik QD-LED-süsteemis.
Professor Jong Min Kim pärit CambridgeUuringut juhtinud tehnikaosakond ütles: „See on maailmas esimene: täielikult optimeeritud, suure jõudlusega kvantpunktipõhine nutikas valge valgustussüsteem. See on esimene verstapost kvantpunktipõhise nutika valge valgustuse täielikul ärakasutamisel igapäevastes rakendustes.
Professor Gehan Amaratunga, kes juhtis uurimistööd, ütles, "Võime paremini taasesitada päevavalgust selle muutuva värvispektri kaudu dünaamiliselt ühes valguses on see, mida me püüdsime. Saavutasime selle uuel viisil, kasutades kvantpunkte. See uurimus avab tee erinevatele uutele inimesele reageerivatele valgustuskeskkondadele.
Ajakirja viide:
- Samarakoon, C., Choi, H. W., Lee, S. et al. Optoelektrooniline süsteem ja seadmete integreerimine kvantpunktvalgusdioodvalge valgustuse jaoks koos arvutusliku disainiraamistikuga. Nat Commun 13, 4189 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
