Cambridgen yliopiston tutkijat ovat johtaneet seuraavan sukupolven älykkään valaistusjärjestelmän kehittämistä käyttämällä nanoteknologiaa, väritieteitä, kehittyneitä laskentamenetelmiä, elektroniikkaa ja ainutlaatuista valmistusprosessia. He kehittävät älykkäitä, väriohjattavia valkoisia valolaitteita kvanttipisteistä.
Käyttämällä enemmän kuin kolmea pääasiallisesti LED-valaistusväriä, tiedemiehet voisivat tuottaa päivänvaloa tarkemmin. Testattaessa järjestelmä osoitti erinomaista värintoistoa, laajempaa toiminta-aluetta kuin nykyinen älykäs valaistustekniikka ja laajempi kirjo valkoisen valon mukauttamiseen.
1990-luvulta lähtien kvanttipisteitä on tutkittu ja kehitetty valonlähteiksi niiden erinomaisen väripuhtauden ja viritettävyyden vuoksi. Niillä on erinomaisten optoelektronisten ominaisuuksiensa ansiosta erinomainen värisuorituskyky sekä laajan värinhallittavuuden että korkean värintoistokyvyn osalta.
Tutkijat kehittivät arkkitehtuurin kvanttipistevalodiodeille (QD-LED), jotka perustuvat seuraavan sukupolven kirkkaan valkoiseen valaistukseen. He yhdistivät järjestelmätason värien optimoinnin, laitetason optoelektronisen simulaation ja materiaalitason parametrien erotuksen.
He kehittivät laskennallisen suunnittelukehyksen värinoptimointialgoritmista, jota käytettiin hermoverkkoihin koneoppiminen, sekä uusi menetelmä latauksen kuljetukseen ja valopäästöjen mallintamiseen.
Tutkijoiden käyttämät kvanttipisteet olivat halkaisijaltaan 30-XNUMX nanometriä. Valitsemalla kvanttipisteet Tietyn kokoisia, he pystyivät voittamaan joitain LEDien käytännön rajoituksia. Tämä auttoi heitä myös saavuttamaan päästöaallonpituudet, joita he tarvitsivat ennusteidensa testaamiseen.
Tämän jälkeen tiimi vahvisti suunnittelunsa luomalla uuden QD-LED-pohjaisen valkoisen valaistuksen laitearkkitehtuurin. Testi osoitti erinomaisen värintoiston, nykytekniikkaa laajemman toiminta-alueen ja laajan kirjon valkoisen valon sävyjen räätälöintiä.
Äskettäin suunniteltu QD-LED-järjestelmä osoitti korreloivan värilämpötilan (CCT) välillä 2243K (punertava) 9207K (kirkas keskipäivän aurinko) verrattuna nykyisiin LED-pohjaisiin älyvaloihin, joiden CCT on välillä 2200K ja 6500K. QD-LED-järjestelmän värintoistoindeksi (CRI) – valon valaisemien värien mitta verrattuna päivänvaloon (CRI=100) – oli 97, verrattuna nykyisten älypolttimoiden välillä 80–91.
Suunnittelu saattaa avata oven älykkäämpään valaistukseen, joka on tarkempi ja tehokkaampi. Jokaista kolmesta LEDistä on säädettävä erikseen, jotta LED-älypolttimossa saadaan tietty väri. Kaikkia kvanttipisteitä ohjataan yhdellä yhteisellä ohjausjännitteellä saavuttamaan koko värilämpötila-alue QD-LED-järjestelmässä.
Professori Jong Min Kim alkaen CambridgeTutkimusta yhdessä johtanut tekniikan laitos sanoi, "Tämä on maailman ensimmäinen: täysin optimoitu, tehokas kvanttipistepohjainen älykäs valkoinen valaistusjärjestelmä. Tämä on ensimmäinen virstanpylväs kohti kvanttipistepohjaisen älykkään valkoisen valaistuksen täysimääräistä hyödyntämistä päivittäisissä sovelluksissa."
Professori Gehan Amaratunga, joka johti tutkimusta, sanoi, "Tavoittelimme kykyä toistaa paremmin päivänvaloa sen vaihtelevan värispektrin kautta dynaamisesti yhdessä valossa. Saavutimme sen uudella tavalla käyttämällä kvanttipisteitä. Tämä tutkimus avaa tien erilaisille uusille ihmisille reagoiville valaistusympäristöille.
Lehden viite:
- Samarakoon, C., Choi, HW, Lee, S. et ai. Optoelektroninen järjestelmä ja laiteintegraatio kvanttipistevalodiodivalkoiseen valaistukseen laskennallisen suunnittelukehyksen avulla. Nat Commun 13, 4189 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
