Cientistas da Universidade de Cambridge lideraram o desenvolvimento do sistema de iluminação inteligente de próxima geração usando uma combinação de nanotecnologia, ciência da cor, métodos computacionais avançados, eletrônica e um processo de fabricação exclusivo. Eles criam dispositivos de luz branca inteligentes e com controle de cor a partir de pontos quânticos.
Usando mais de três cores primárias de iluminação usadas principalmente em LEDs, os cientistas puderam produzir a luz do dia com mais precisão. Quando testado, o sistema demonstrou excelente reprodução de cores, uma faixa operacional mais ampla do que a atual tecnologia de iluminação inteligente e um espectro mais amplo de personalização de luz branca.
Desde a década de 1990, os pontos quânticos têm sido pesquisados e desenvolvidos como fontes de luz devido à sua excelente pureza e sintonização de cores. Eles exibem excelente desempenho de cores tanto em ampla capacidade de controle de cores quanto em alta capacidade de renderização de cores devido às suas características optoeletrônicas distintas.
Os cientistas desenvolveram uma arquitetura para diodos emissores de luz de pontos quânticos (QD-LED) com base na iluminação branca brilhante da próxima geração. Eles combinaram otimização de cores em nível de sistema, simulação optoeletrônica em nível de dispositivo e extração de parâmetros em nível de material para fazer isso.
Eles desenvolveram uma estrutura de design computacional a partir de um algoritmo de otimização de cores usado para redes neurais em aprendizado de máquina, juntamente com um novo método de transporte de carga e modelagem de emissão de luz.
Os pontos quânticos que os cientistas usaram tinham entre três e 30 nanômetros de diâmetro. Escolhendo pontos quânticos de um tamanho específico, conseguiram superar algumas das limitações práticas dos LEDs. Isso também os ajudou a alcançar os comprimentos de onda de emissão necessários para testar suas previsões.
A equipe então validou seu projeto criando uma nova arquitetura de dispositivo de iluminação branca baseada em QD-LED. O teste mostrou excelente reprodução de cores, uma faixa operacional mais ampla do que a tecnologia atual e um amplo espectro de personalização de tons de luz branca.
O sistema QD-LED recém-projetado mostrou uma faixa de temperatura de cor correlacionada (CCT) de 2243 K (avermelhado) a 9207 K (sol brilhante do meio-dia), em comparação com as atuais luzes inteligentes baseadas em LED, que têm um CCT entre 2200 K e 6500 K. O índice de reprodução de cores (CRI) – uma medida das cores iluminadas pela luz em comparação com a luz do dia (CRI=100) – do sistema QD-LED foi de 97, em comparação com as gamas atuais de lâmpadas inteligentes, entre 80 e 91.
O design pode abrir a porta para uma iluminação inteligente, mais precisa e eficiente. Cada um dos três LEDs deve ser regulado separadamente para produzir uma cor específica em uma lâmpada LED inteligente. Todos os pontos quânticos são acionados por uma única tensão de controle comum para atingir toda a faixa de temperatura de cor no sistema QD-LED.
Professor Jong Min Kim de CambridgeO Departamento de Engenharia de, que co-liderou a pesquisa, disse: “Esta é uma inovação mundial: um sistema de iluminação branca inteligente baseado em pontos quânticos totalmente otimizado e de alto desempenho. Este é o primeiro marco rumo à exploração total da iluminação branca inteligente baseada em pontos quânticos para aplicações diárias.”
O professor Gehan Amaratunga, que co-liderou a pesquisa, dito, “A capacidade de reproduzir melhor a luz do dia através de seu espectro de cores variado de forma dinâmica em uma única luz é o que buscamos. Conseguimos isso de uma nova maneira, usando pontos quânticos. Esta pesquisa abre caminho para vários novos ambientes de iluminação responsivos ao homem.”
Jornal de referência:
- Samarakoon, C., Choi, HW, Lee, S. et al. Sistema optoeletrônico e integração de dispositivos para iluminação branca de diodo emissor de luz de pontos quânticos com estrutura de design computacional. Nat Commun 13 (4189). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
