ケンブリッジ大学の科学者たちは、ナノテクノロジー、カラー サイエンス、高度な計算手法、エレクトロニクス、および独自の製造プロセスを組み合わせて、次世代のスマート照明システムの開発を主導してきました。 彼らは、量子ドットからスマートで色を制御できる白色光デバイスを思いつきました。
主に LED で使用される XNUMX つ以上の主要な照明色を使用することで、科学者は日光をより正確に作り出すことができます。 テストしたところ、システムは優れた演色性、現在のスマート照明技術よりも広い動作範囲、および白色光の幅広いカスタマイズ範囲を示しました。
量子ドットは、その優れた色純度と調整可能性から、1990年代から光源として研究開発されてきました。 それらは、独特の光電子特性により、幅広い色制御性と高い演色性の両方で優れた色性能を発揮します。
科学者は、次世代の明るい白色照明に基づく量子ドット発光ダイオード (QD-LED) のアーキテクチャを開発しました。 システム レベルの色の最適化、デバイス レベルのオプトエレクトロニクス シミュレーション、および材料レベルのパラメータ抽出を組み合わせて実行しました。
彼らは、ニューラルネットワークに使用される色最適化アルゴリズムから計算設計フレームワークを開発しました。 機械学習、電荷輸送と発光モデリングの新しい方法とともに。
科学者が使用した量子ドットは、直径が 30 ～ XNUMX ナノメートルでした。 選ぶことで 量子ドット 特定のサイズの LED の実用的な制限のいくつかを克服することができました。 そうすることで、予測をテストするために必要な発光波長を達成することもできました。
チームはその後、QD-LED ベースの白色照明の新しいデバイス アーキテクチャを作成することで、設計を検証しました。 このテストでは、優れた演色性、現在の技術よりも広い動作範囲、幅広い範囲の白色光シェードのカスタマイズが示されました。
新しく設計された QD-LED システムは、2243K から 9207K の間の CCT を持つ現在の LED ベースのスマートライトと比較して、2200K (赤みがかった色) から 6500K (明るい真昼の太陽) までの相関色温度 (CCT) の範囲を示しました。 QD-LED システムの演色評価数 (CRI) – 昼光 (CRI=100) と比較した光によって照らされた色の尺度 – は、現在のスマート電球の範囲である 97 ～ 80 と比較して 91 でした。
このデザインは、より正確で効率的なスマート照明への扉を開くかもしれません。 LED スマート電球で特定の色を生成するには、XNUMX つの LED のそれぞれを個別に調整する必要があります。 すべての量子ドットは、単一の共通制御電圧によって駆動され、QD-LED システムの全色温度範囲を実現します。
キム・ジョンミン教授 ケンブリッジ研究を共同で主導した工学部は、次のように述べています。 「これは世界初です。完全に最適化された高性能の量子ドットベースのスマート白色照明システムです。 これは、量子ドットベースのスマート白色照明を日常のアプリケーションに完全に活用するための最初のマイルストーンです。」
この研究を共同で主導したゲハン・アマラトゥンガ教授は、 と, 「単一の光で動的に変化する色スペクトルを通じて日光をよりよく再現する能力が、私たちが目指したものです。 量子ドットを使用することで、新しい方法でそれを実現しました。 この研究は、さまざまな新しい人間に反応する照明環境への道を開きます。」
ジャーナルリファレンス：
- Samarakoon、C.、Choi、HW、Lee、S.ら。 計算設計フレームワークを使用した量子ドット発光ダイオード白色照明用のオプトエレクトロニクス システムとデバイスの統合。 Nat Commun 13、4189（2022）。 DOI： 10.1038/s41467-022-31853-9
