A Cambridge-i Egyetem tudósai vezették a következő generációs intelligens világítási rendszer kifejlesztését nanotechnológia, színtudomány, fejlett számítási módszerek, elektronika és egyedi gyártási eljárás kombinációjával. Okos, színvezérelhető fehér fényű eszközökkel állnak elő kvantumpontokból.
A főként LED-ekben használt háromnál több elsődleges világítási szín használatával a tudósok pontosabban tudták előállítani a nappali fényt. A tesztelés során a rendszer kiváló színvisszaadást, a jelenlegi intelligens világítási technológiánál szélesebb működési tartományt és a fehér fény testreszabásának szélesebb spektrumát mutatta.
Az 1990-es évek óta a kvantumpontokat fényforrásként kutatják és fejlesztik kiváló színtisztaságuk és hangolhatóságuk miatt. Kiváló színteljesítményt mutatnak mind a széles színszabályozhatóság, mind pedig a kiváló színvisszaadási képességek terén jellegzetes optoelektronikai tulajdonságaik miatt.
A tudósok kifejlesztették a kvantumpontos fénykibocsátó diódák (QD-LED) architektúráját, amely a következő generációs fényes fehér világításon alapul. Ehhez kombinálták a rendszerszintű színoptimalizálást, az eszközszintű optoelektronikai szimulációt és az anyagszintű paraméterkinyerést.
Számítógépes tervezési keretrendszert fejlesztettek ki a neurális hálózatokhoz használt színoptimalizáló algoritmusból gépi tanulás, valamint a töltésszállítás és a fényemisszió modellezésének új módszere.
A tudósok által használt kvantumpontok átmérője három és 30 nanométer közötti volt. Választással kvantumpontok meghatározott méretűek, képesek voltak leküzdeni a LED-ek néhány gyakorlati korlátját. Ez segített nekik abban is, hogy elérjék az előrejelzéseik teszteléséhez szükséges emissziós hullámhosszokat.
A csapat ezután jóváhagyta tervét egy új QD-LED alapú fehér világítású eszközarchitektúra létrehozásával. A teszt kiváló színvisszaadást, a jelenlegi technológiánál szélesebb működési tartományt és a fehér fényárnyalat testreszabásának széles spektrumát mutatta ki.
Az újonnan tervezett QD-LED rendszer 2243K (vöröses) és 9207K (fényes déli nap) közötti korrelált színhőmérséklet (CCT) tartományt mutatott, szemben a jelenlegi LED-alapú intelligens lámpákkal, amelyek CCT-értéke 2200K és 6500K között van. A QD-LED rendszer színvisszaadási indexe (CRI) – a fény által megvilágított színek nappali fényhez viszonyított mértéke (CRI=100) – 97 volt, a jelenlegi intelligens izzók tartományához képest 80 és 91 között.
A dizájn megnyithatja az ajtót a pontosabb és hatékonyabb intelligens világítás előtt. Mindhárom LED-et külön kell szabályozni, hogy egy adott színt hozzon létre egy LED-es intelligens izzóban. Az összes kvantumpontot egyetlen közös vezérlőfeszültség hajtja, hogy elérje a teljes színhőmérséklet-tartományt a QD-LED rendszerben.
Jong Min Kim professzor CambridgeA kutatás társvezetője, a Mérnöki Tanszék azt mondta: „Ez a világelső: egy teljesen optimalizált, nagy teljesítményű kvantumpont-alapú intelligens fehér világítási rendszer. Ez az első mérföldkő a kvantumpont-alapú intelligens fehér világítás napi alkalmazásokban történő teljes körű kiaknázása felé.”
Gehan Amaratunga professzor, a kutatás társvezetője, mondott, „Az a képesség, hogy a változó színspektrumon keresztül dinamikusan, egyetlen fényben jobban reprodukáljuk a nappali fényt, ez az, amire törekedtünk. Ezt új módon, kvantumpontok használatával értük el. Ez a kutatás megnyitja az utat különféle új, emberre érzékeny világítási környezetek előtt.”
Journal Reference:
- Samarakoon, C., Choi, HW, Lee, S. et al. Optoelektronikai rendszer és eszköz integráció kvantumpontos fénykibocsátó dióda fehér világításhoz számítási tervezési kerettel. Nat Commun 13, 4189 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
