دانشمندان دانشگاه کمبریج توسعه نسل بعدی سیستم روشنایی هوشمند را با استفاده از ترکیبی از فناوری نانو، علم رنگ، روش‌های محاسباتی پیشرفته، الکترونیک و فرآیند ساخت منحصر به فرد رهبری کرده‌اند. آنها دستگاه‌های نور سفید هوشمند و قابل کنترل رنگ را از نقاط کوانتومی ابداع کردند.
دانشمندان با استفاده از بیش از سه رنگ روشنایی اصلی که عمدتاً در LED ها استفاده می شوند، می توانند نور روز را با دقت بیشتری تولید کنند. هنگام آزمایش، سیستم ارائه رنگ عالی، محدوده عملیاتی گسترده‌تر از فناوری روشنایی هوشمند فعلی و طیف گسترده‌تری از سفارشی‌سازی نور سفید را نشان داد.
از دهه 1990، نقاط کوانتومی به دلیل خلوص رنگ و قابلیت تنظیم عالی به عنوان منابع نور مورد تحقیق و توسعه قرار گرفتند. آنها به دلیل ویژگی های نوری متمایز خود، عملکرد رنگی عالی را هم در قابلیت کنترل رنگ گسترده و هم در قابلیت نمایش رنگ بالا نشان می دهند.
دانشمندان معماری برای دیودهای ساطع نور نقطه کوانتومی (QD-LED) بر اساس نسل بعدی نور سفید روشن ایجاد کردند. آنها بهینه سازی رنگ در سطح سیستم، شبیه سازی نوری الکترونیکی در سطح دستگاه و استخراج پارامتر در سطح مواد را برای انجام این کار ترکیب کردند.
آنها یک چارچوب طراحی محاسباتی را از یک الگوریتم بهینه‌سازی رنگ که برای شبکه‌های عصبی استفاده می‌شود، توسعه دادند فراگیری ماشینهمراه با روشی جدید برای انتقال بار و مدل سازی انتشار نور.
نقاط کوانتومی که دانشمندان استفاده کردند بین 30 تا XNUMX نانومتر قطر داشتند. با انتخاب نقاط کوانتومی با اندازه ای خاص، آنها توانستند بر برخی از محدودیت های عملی LED ها غلبه کنند. انجام این کار همچنین به آنها کمک کرد تا به طول موج های انتشاری مورد نیاز برای آزمایش پیش بینی های خود دست یابند.
سپس تیم طراحی خود را با ایجاد یک معماری دستگاه جدید از نور سفید مبتنی بر QD-LED تأیید کرد. این آزمایش رندر رنگی عالی، محدوده عملیاتی گسترده‌تر از فناوری فعلی و طیف گسترده‌ای از سفارشی‌سازی سایه نور سفید را نشان داد.
سیستم QD-LED جدید طراحی شده، در مقایسه با چراغ‌های هوشمند مبتنی بر LED فعلی، که دارای CCT بین 2243 تا 9207K هستند، محدوده دمای رنگ همبسته (CCT) را از 2200K (قرمز) تا 6500K (خورشید روشن ظهر روز) نشان داد. شاخص رندر رنگ (CRI) - معیاری از رنگ‌های روشن شده توسط نور در مقایسه با نور روز (CRI=100) - سیستم QD-LED 97 بود، در مقایسه با محدوده لامپ‌های هوشمند فعلی، بین 80 تا 91.
این طراحی ممکن است راه را برای روشنایی هوشمند که دقیق تر و کارآمدتر است باز کند. هر یک از سه LED باید به طور جداگانه تنظیم شود تا یک رنگ خاص در یک لامپ هوشمند LED ایجاد شود. تمام نقاط کوانتومی توسط یک ولتاژ کنترل مشترک هدایت می شوند تا کل محدوده دمای رنگ را در سیستم QD-LED انجام دهند.
پروفسور جونگ مین کیم از کمبریجدپارتمان مهندسی که این تحقیق را رهبری می کرد، گفت: "این اولین بار در جهان است: یک سیستم روشنایی سفید هوشمند کاملاً بهینه و با عملکرد بالا مبتنی بر نقاط کوانتومی. این اولین نقطه عطف به سمت بهره برداری کامل از نور سفید هوشمند مبتنی بر نقاط کوانتومی برای کاربردهای روزانه است.
پروفسور گهان آماراتونگا که این تحقیق را رهبری کرد، گفت:, توانایی بازتولید بهتر نور روز از طریق طیف رنگی متفاوت آن به صورت دینامیکی در یک نور، چیزی است که ما به دنبال آن هستیم. ما با استفاده از نقاط کوانتومی به روشی جدید به آن دست یافتیم. این تحقیق راه را برای محیط‌های مختلف نور پاسخگوی انسانی جدید باز می‌کند.»
مرجع مجله:
- Samarakoon, C., Choi, HW, Lee, S. et al. سیستم اپتوالکترونیک و یکپارچه سازی دستگاه برای نور سفید دیود ساطع کننده نور نقطه کوانتومی با چارچوب طراحی محاسباتی. Nat Commun 13، 4189 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
