Naukowcy z University of Cambridge kierowali rozwojem inteligentnego systemu oświetleniowego nowej generacji, wykorzystującego połączenie nanotechnologii, nauki o kolorze, zaawansowanych metod obliczeniowych, elektroniki i unikalnego procesu produkcyjnego. Wymyślają inteligentne, sterowane kolorem urządzenia z białym światłem z kropek kwantowych.
Wykorzystując więcej niż trzy podstawowe kolory oświetlenia stosowane głównie w diodach LED, naukowcy mogli dokładniej wytwarzać światło dzienne. Podczas testów system wykazał doskonałe oddawanie barw, szerszy zakres działania niż obecna technologia inteligentnego oświetlenia oraz szersze spektrum dostosowywania światła białego.
Od lat 1990. kropki kwantowe były badane i rozwijane jako źródła światła ze względu na ich doskonałą czystość kolorów i przestrajanie. Dzięki swoim charakterystycznym cechom optoelektronicznym charakteryzują się doskonałą wydajnością kolorów, zarówno pod względem szerokiego sterowania kolorami, jak i wysokiego współczynnika oddawania barw.
Naukowcy opracowali architekturę diod elektroluminescencyjnych z kropkami kwantowymi (QD-LED) opartą na jasnym, białym oświetleniu nowej generacji. W tym celu połączyli optymalizację kolorów na poziomie systemu, symulację optoelektroniczną na poziomie urządzenia oraz ekstrakcję parametrów na poziomie materiału.
Opracowali ramy projektowania obliczeniowego na podstawie algorytmu optymalizacji kolorów używanego w sieciach neuronowych w uczenie maszynowe, wraz z nową metodą transportu ładunków i modelowania emisji światła.
Kropki kwantowe, których użyli naukowcy, miały średnicę od 30 do XNUMX nanometrów. Wybierając kropki kwantowe o określonej wielkości, udało im się przezwyciężyć niektóre z praktycznych ograniczeń diod LED. Pomogło im to również osiągnąć długości fal emisji potrzebne do przetestowania swoich prognoz.
Zespół następnie zweryfikował swój projekt, tworząc nową architekturę urządzenia opartego na białym oświetleniu QD-LED. Test wykazał doskonałe oddawanie barw, szerszy zakres działania niż obecna technologia oraz szerokie spektrum dostosowywania odcieni światła białego.
Nowo zaprojektowany system QD-LED wykazał skorelowaną temperaturę barwową (CCT) w zakresie od 2243K (czerwonawy) do 9207K (jasne południowe słońce), w porównaniu z obecnymi inteligentnymi światłami opartymi na diodach LED, które mają CCT od 2200K do 6500K. Wskaźnik oddawania barw (CRI) – miara barw oświetlanych przez światło w porównaniu do światła dziennego (CRI=100) – systemu QD-LED wyniósł 97, w porównaniu do obecnych zakresów inteligentnych żarówek od 80 do 91.
Projekt może otworzyć drzwi do inteligentnego oświetlenia, które jest bardziej precyzyjne i wydajne. Każda z trzech diod LED musi być oddzielnie regulowana, aby wytworzyć określony kolor w inteligentnej żarówce LED. Wszystkie kropki kwantowe są sterowane jednym wspólnym napięciem sterującym, aby osiągnąć cały zakres temperatury barwowej w systemie QD-LED.
Profesor Jong Min Kim z CambridgeWydział Inżynierii, który współprowadził badania, powiedział: „To nowość na świecie: w pełni zoptymalizowany, wysokowydajny system inteligentnego białego oświetlenia oparty na kropkach kwantowych. To pierwszy kamień milowy w kierunku pełnego wykorzystania inteligentnego białego oświetlenia opartego na kropkach kwantowych do codziennych zastosowań”.
Profesor Gehan Amaratunga, który współprowadził badania, powiedziany, „Naszym celem jest zdolność do lepszego odwzorowania światła dziennego dzięki zróżnicowanemu spektrum kolorów w jednym świetle. Osiągnęliśmy to w nowy sposób, używając kropek kwantowych. Te badania otwierają drogę dla różnych nowych środowisk oświetleniowych reagujących na człowieka”.
Referencje czasopisma:
- Samarakoon, C., Choi, HW, Lee, S. i in. Integracja systemu optoelektronicznego i urządzeń do oświetlenia białego diodami emitującymi światło w postaci kropek kwantowych z obliczeniową ramą projektową. Nat Commun 13 4189 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
