Para ilmuwan dari University of Cambridge telah memimpin pengembangan sistem pencahayaan cerdas generasi berikutnya menggunakan kombinasi nanoteknologi, ilmu warna, metode komputasi canggih, elektronik, dan proses fabrikasi yang unik. Mereka datang dengan perangkat cahaya putih cerdas yang dapat dikontrol warna dari titik-titik kuantum.
Menggunakan lebih dari tiga warna pencahayaan utama yang digunakan terutama pada LED, para ilmuwan dapat menghasilkan cahaya matahari dengan lebih akurat. Saat diuji, sistem menunjukkan rendering warna yang sangat baik, jangkauan operasi yang lebih luas daripada teknologi pencahayaan pintar saat ini, dan spektrum kustomisasi cahaya putih yang lebih luas.
Sejak tahun 1990-an, titik-titik kuantum telah diteliti dan dikembangkan sebagai sumber cahaya karena kemurnian warna dan tunabilitasnya yang sangat baik. Mereka menunjukkan kinerja warna yang luar biasa baik dalam pengendalian warna yang luas dan kemampuan rendering warna yang tinggi karena fitur optoelektroniknya yang khas.
Para ilmuwan mengembangkan arsitektur untuk dioda pemancar cahaya quantum-dot (QD-LED) berdasarkan pencahayaan putih terang generasi berikutnya. Mereka menggabungkan pengoptimalan warna tingkat sistem, simulasi optoelektronik tingkat perangkat, dan ekstraksi parameter tingkat material untuk melakukannya.
Mereka mengembangkan kerangka desain komputasi dari algoritma pengoptimalan warna yang digunakan untuk jaringan saraf di Mesin belajar, bersama dengan metode baru untuk transportasi muatan dan pemodelan emisi cahaya.
Titik-titik kuantum yang digunakan para ilmuwan berdiameter antara tiga dan 30 nanometer. Dengan memilih titik kuantum dengan ukuran tertentu, mereka mampu mengatasi beberapa keterbatasan praktis LED. Melakukan hal itu juga membantu mereka mencapai panjang gelombang emisi yang mereka butuhkan untuk menguji prediksi mereka.
Tim kemudian memvalidasi desain mereka dengan membuat arsitektur perangkat baru pencahayaan putih berbasis QD-LED. Pengujian menunjukkan rendering warna yang sangat baik, rentang operasi yang lebih luas daripada teknologi saat ini, dan spektrum kustomisasi warna cahaya putih yang luas.
Sistem QD-LED yang baru dirancang menunjukkan rentang suhu warna (CCT) yang berkorelasi dari 2243K (kemerahan) hingga 9207K (matahari tengah hari yang cerah), dibandingkan dengan lampu pintar berbasis LED saat ini, yang memiliki CCT antara 2200K dan 6500K. Indeks rendering warna (CRI) – ukuran warna yang diterangi oleh cahaya dibandingkan dengan siang hari (CRI=100) – dari sistem QD-LED adalah 97, dibandingkan dengan rentang bohlam pintar saat ini, antara 80 dan 91.
Desainnya mungkin membuka pintu untuk pencahayaan cerdas yang lebih tepat dan efisien. Masing-masing dari tiga LED harus diatur secara terpisah untuk menghasilkan warna tertentu dalam bohlam pintar LED. Semua titik kuantum didorong oleh satu tegangan kontrol umum untuk mencapai seluruh rentang suhu warna dalam sistem QD-LED.
Profesor Jong Min Kim dari CambridgeDepartemen Teknik, yang ikut memimpin penelitian ini, mengatakan, “Ini adalah yang pertama di dunia: sistem pencahayaan putih pintar berbasis kuantum-dot berkinerja tinggi yang dioptimalkan sepenuhnya. Ini adalah tonggak pertama menuju pemanfaatan sepenuhnya pencahayaan putih pintar berbasis quantum-dot untuk aplikasi sehari-hari.”
Profesor Gehan Amaratunga, yang ikut memimpin penelitian, tersebut, “Kemampuan untuk mereproduksi siang hari dengan lebih baik melalui spektrum warna yang bervariasi secara dinamis dalam satu cahaya adalah tujuan kami. Kami mencapainya dengan cara baru dengan menggunakan titik-titik kuantum. Penelitian ini membuka jalan bagi berbagai lingkungan pencahayaan responsif manusia yang baru.”
Referensi Jurnal:
- Samarakoon, C., Choi, HW, Lee, S. dkk. Sistem optoelektronik dan integrasi perangkat untuk pencahayaan putih dioda pemancar cahaya quantum-dot dengan kerangka desain komputasi. Nat Commun 13 Agustus 4189 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
