Forskere fra University of Cambridge har ledet utviklingen av neste generasjons smart belysningssystem ved å bruke en kombinasjon av nanoteknologi, fargevitenskap, avanserte beregningsmetoder, elektronikk og en unik fabrikasjonsprosess. De kommer med smarte, fargekontrollerbare hvite lysenheter fra kvanteprikker.
Ved å bruke mer enn tre primære lysfarger som hovedsakelig brukes i lysdioder, kunne forskere produsere dagslys mer nøyaktig. Da det ble testet, viste systemet utmerket fargegjengivelse, et bredere driftsområde enn dagens smarte lysteknologi og et bredere spekter av tilpasning av hvitt lys.
Siden 1990-tallet har kvanteprikker blitt forsket på og utviklet som lyskilder på grunn av deres utmerkede fargerenhet og avstembarhet. De viser stor fargeytelse i både bred fargekontrollerbarhet og høye fargegjengivelsesevner på grunn av deres karakteristiske optoelektroniske egenskaper.
Forskere utviklet en arkitektur for quantum-dot light-emitting diodes (QD-LED) basert på neste generasjons skarp hvit belysning. De kombinerte fargeoptimalisering på systemnivå, optoelektronisk simulering på enhetsnivå og parameterutvinning på materialnivå for å gjøre det.
De utviklet et beregningsbasert designrammeverk fra en fargeoptimaliseringsalgoritme brukt for nevrale nettverk i maskinlæring, sammen med en ny metode for ladningstransport og lysutslippsmodellering.
Kvanteprikkene som forskerne brukte var mellom tre og 30 nanometer i diameter. Ved å velge kvantepunkter av en bestemt størrelse, var de i stand til å overvinne noen av de praktiske begrensningene til LED. Å gjøre det hjalp dem også med å oppnå utslippsbølgelengdene de trengte for å teste spådommene sine.
Teamet validerte deretter designet sitt ved å lage en ny enhetsarkitektur med QD-LED-basert hvit belysning. Testen viste utmerket fargegjengivelse, et bredere driftsområde enn dagens teknologi og et bredt spekter av tilpasning av hvitt lys.
Det nydesignede QD-LED-systemet viste et korrelert fargetemperaturområde (CCT) fra 2243K (rødaktig) til 9207K (sterk middagssol), sammenlignet med dagens LED-baserte smartlys, som har en CCT mellom 2200K og 6500K. Fargegjengivelsesindeksen (CRI) – et mål på farger opplyst av lyset sammenlignet med dagslys (CRI=100) – til QD-LED-systemet var 97, sammenlignet med dagens smarte lyspærer, mellom 80 og 91.
Designet kan åpne døren til smart belysning som er mer presis og effektiv. Hver av de tre LED-ene må reguleres separat for å produsere en bestemt farge i en LED-smartpære. Alle kvanteprikkene drives av en enkelt felles kontrollspenning for å oppnå hele fargetemperaturområdet i QD-LED-systemet.
Professor Jong Min Kim fra CambridgeInstitutt for ingeniørvitenskap, som ledet forskningen, sa: "Dette er en verdensnyhet: et fullt optimert, høyytelses kvantepunktbasert smart hvitt lyssystem. Dette er den første milepælen mot å fullt ut utnytte kvantepunktbasert smart hvit belysning for daglig bruk.»
Professor Gehan Amaratunga, som ledet forskningen, sa, "Evnen til bedre å reprodusere dagslys gjennom dets varierende fargespekter dynamisk i ett enkelt lys er det vi siktet mot. Vi oppnådde det på en ny måte ved å bruke kvanteprikker. Denne forskningen åpner veien for ulike nye menneskelig responsive lysmiljøer."
Tidsreferanse:
- Samarakoon, C., Choi, HW, Lee, S. et al. Optoelektronisk system og enhetsintegrasjon for kvantepunktlysemitterende diode hvit belysning med beregningsdesignramme. Nat Commun 13, 4189 (2022). GJØR JEG: 10.1038/s41467-022-31853-9
