מדענים מאוניברסיטת קיימברידג' הובילו את פיתוח מערכת התאורה החכמה מהדור הבא תוך שימוש בשילוב של ננוטכנולוגיה, מדעי הצבע, שיטות חישוב מתקדמות, אלקטרוניקה ותהליך ייצור ייחודי. הם מגיעים עם התקני אור לבן חכמים הניתנים לשליטה בצבע מנקודות קוונטיות.
באמצעות יותר משלושה צבעי תאורה עיקריים המשמשים בעיקר בנוריות LED, מדענים יכולים להפיק אור יום בצורה מדויקת יותר. כאשר נבדקה, המערכת הפגינה עיבוד צבעים מצוין, טווח פעולה רחב יותר מטכנולוגיית התאורה החכמה הנוכחית, וספקטרום רחב יותר של התאמה אישית של אור לבן.
מאז שנות ה-1990, נקודות קוונטיות נחקרו ופותחו כמקורות אור בגלל טוהר הצבע והיכולת המצוינים שלהן. הם מציגים ביצועי צבע מעולים גם בשליטה רחבה בצבע וגם ביכולות עיבוד צבע גבוהות בגלל התכונות האופטואלקטרוניות הייחודיות שלהם.
מדענים פיתחו ארכיטקטורה עבור דיודות פולטות אור קוונטיות (QD-LED) המבוססת על תאורה לבנה בוהקת מהדור הבא. הם שילבו אופטימיזציה של צבע ברמת המערכת, סימולציה אופטו-אלקטרונית ברמת המכשיר, וחילוץ פרמטרים ברמת החומר כדי לעשות זאת.
הם פיתחו מסגרת עיצוב חישובית מאלגוריתם אופטימיזציה של צבע המשמש לרשתות עצביות ב למידת מכונה, יחד עם שיטה חדשה להובלת מטענים ומידול פליטת אור.
הנקודות הקוונטיות שבהן השתמשו מדענים היו בקוטר של בין שלושה ל-30 ננומטר. על ידי בחירה נקודות קוונטיות בגודל מסוים, הם הצליחו להתגבר על כמה מהמגבלות המעשיות של נוריות LED. פעולה זו גם עזרה להם להשיג את אורכי הגל הפליטה שהם צריכים כדי לבחון את התחזיות שלהם.
לאחר מכן, הצוות אימת את העיצוב שלהם על ידי יצירת ארכיטקטורת מכשיר חדשה של תאורה לבנה מבוססת QD-LED. הבדיקה הראתה עיבוד צבעים מצוין, טווח פעולה רחב יותר מהטכנולוגיה הנוכחית, וספקטרום רחב של התאמה אישית של גווני אור לבן.
מערכת ה-QD-LED החדשה, המעוצבת, הראתה טווח טמפרטורת צבע (CCT) בקורלציה בין 2243K (אדמדם) ל-9207K (שמש צהריים בהירה), בהשוואה לנורות חכמות הנוכחיות מבוססות LED, שלהן CCT בין 2200K ל-6500K. אינדקס עיבוד הצבע (CRI) - מדד של צבעים המוארים באור בהשוואה לאור יום (CRI=100) - של מערכת QD-LED היה 97, בהשוואה לטווחי הנורות החכמות הנוכחיות, בין 80 ל-91.
העיצוב עשוי לפתוח את הדלת לתאורה חכמה יותר מדויקת ויעילה. כל אחת משלושת הנוריות חייבות להיות מווסתות בנפרד כדי לייצר צבע ספציפי בנורת LED חכמה. כל הנקודות הקוונטיות מונעות על ידי מתח בקרה משותף אחד כדי להשיג את כל טווח טמפרטורת הצבע במערכת ה-QD-LED.
פרופסור ג'ונג מין קים מ קיימברידג'המחלקה להנדסה, שהובילה את המחקר, אמרה, "זוהי התחלה עולמית: מערכת תאורה לבנה חכמה המבוססת על נקודות קוונטיות ומבוססות על ביצועים גבוהים לחלוטין. זוהי אבן הדרך הראשונה לקראת ניצול מלא של תאורה לבנה חכמה מבוססת נקודות קוונטיות עבור יישומים יומיומיים."
פרופסור Gehan Amaratunga, שהיה שותף להובלת המחקר, אמר, "היכולת לשחזר טוב יותר את אור היום דרך ספקטרום הצבעים המשתנה שלו באופן דינמי באור בודד היא המטרה שאליה כיוונו. השגנו את זה בדרך חדשה על ידי שימוש בנקודות קוונטיות. מחקר זה פותח את הדרך לסביבות תאורה מגיבות אנושיות שונות."
עיון ביומן:
- Samarakoon, C., Choi, HW, Lee, S. et al. אינטגרציה של מערכת אופטו-אלקטרוניקה ומכשירים לתאורה לבנה של דיודה פולטת אור קוונטית עם מסגרת עיצוב חישובית. קהילת Nat י"ב, 13 (4189). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
