Gli scienziati dell'Università di Cambridge hanno guidato lo sviluppo del sistema di illuminazione intelligente di nuova generazione utilizzando una combinazione di nanotecnologia, scienza del colore, metodi computazionali avanzati, elettronica e un processo di fabbricazione unico. Creano dispositivi a luce bianca intelligenti e controllabili dal colore da punti quantici.
Utilizzando più di tre colori di illuminazione primari utilizzati principalmente nei LED, gli scienziati hanno potuto produrre la luce del giorno in modo più accurato. Durante il test, il sistema ha dimostrato un'eccellente resa cromatica, una gamma operativa più ampia rispetto all'attuale tecnologia di illuminazione intelligente e uno spettro più ampio di personalizzazione della luce bianca.
Dagli anni '1990, i punti quantici sono stati studiati e sviluppati come sorgenti luminose grazie alla loro eccellente purezza del colore e sintonizzabilità. Mostrano grandi prestazioni cromatiche sia nell'ampia controllabilità del colore che nelle elevate capacità di resa cromatica grazie alle loro caratteristiche optoelettroniche distintive.
Gli scienziati hanno sviluppato un'architettura per diodi a emissione di luce a punti quantici (QD-LED) basata sull'illuminazione bianca brillante di prossima generazione. Per farlo, hanno combinato l'ottimizzazione del colore a livello di sistema, la simulazione optoelettronica a livello di dispositivo e l'estrazione di parametri a livello di materiale.
Hanno sviluppato un framework di progettazione computazionale da un algoritmo di ottimizzazione del colore utilizzato per le reti neurali machine learning, insieme a un nuovo metodo per il trasporto di carica e la modellazione delle emissioni luminose.
I punti quantici utilizzati dagli scienziati avevano un diametro compreso tra tre e 30 nanometri. Scegliendo punti quantici di dimensioni specifiche, sono stati in grado di superare alcuni dei limiti pratici dei LED. Ciò li ha anche aiutati a raggiungere le lunghezze d'onda di emissione di cui avevano bisogno per testare le loro previsioni.
Il team ha quindi convalidato il progetto creando una nuova architettura del dispositivo di illuminazione bianca basata su LED QD. Il test ha mostrato un'eccellente resa cromatica, una gamma operativa più ampia rispetto alla tecnologia attuale e un ampio spettro di personalizzazione della tonalità della luce bianca.
Il sistema QD-LED di nuova concezione ha mostrato un intervallo di temperatura di colore correlata (CCT) da 2243K (rossastro) a 9207K (sole di mezzogiorno luminoso), rispetto alle attuali luci intelligenti basate su LED, che hanno un CCT compreso tra 2200K e 6500K. L'indice di resa cromatica (CRI) – una misura dei colori illuminati dalla luce rispetto alla luce diurna (CRI=100) – del sistema QD-LED era 97, rispetto alle attuali gamme di lampadine intelligenti, tra 80 e 91.
Il design potrebbe aprire la porta a un'illuminazione intelligente più precisa ed efficiente. Ciascuno dei tre LED deve essere regolato separatamente per produrre un colore specifico in una lampadina LED intelligente. Tutti i punti quantici sono guidati da un'unica tensione di controllo comune per realizzare l'intera gamma di temperature di colore nel sistema QD-LED.
Il professor Jong Min Kim di CambridgeIl Dipartimento di Ingegneria, che ha co-diretto la ricerca, ha dichiarato: “Questa è una novità mondiale: un sistema di illuminazione bianca intelligente completamente ottimizzato e ad alte prestazioni basato su punti quantici. Questa è la prima pietra miliare verso il pieno sfruttamento dell'illuminazione bianca intelligente basata su punti quantici per le applicazioni quotidiane".
Il professor Gehan Amaratunga, che ha co-diretto la ricerca, disse, “La capacità di riprodurre meglio la luce del giorno attraverso il suo spettro di colori variabile in modo dinamico in un'unica luce è ciò a cui miravamo. L'abbiamo raggiunto in un modo nuovo usando i punti quantici. Questa ricerca apre la strada a vari nuovi ambienti di illuminazione reattivi per l'uomo".
Riferimento della Gazzetta:
- Samarakoon, C., Choi, HW, Lee, S. et al. Sistema optoelettronico e integrazione di dispositivi per l'illuminazione bianca a diodi a emissione di luce a punti quantici con un framework di progettazione computazionale. Nat Comun 13, 4189 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
