Oamenii de știință de la Universitatea din Cambridge au condus dezvoltarea sistemului de iluminat inteligent de ultimă generație folosind o combinație de nanotehnologie, știință a culorii, metode de calcul avansate, electronică și un proces de fabricație unic. Ei vin cu dispozitive inteligente, controlabile de culoare, cu lumină albă din puncte cuantice.
Folosind mai mult de trei culori de iluminare primare utilizate în principal în LED-uri, oamenii de știință ar putea produce lumina zilei cu mai multă acuratețe. Când a fost testat, sistemul a demonstrat o redare excelentă a culorilor, o gamă de operare mai largă decât tehnologia actuală de iluminare inteligentă și un spectru mai larg de personalizare a luminii albe.
Începând cu anii 1990, punctele cuantice au fost cercetate și dezvoltate ca surse de lumină datorită purității și reglabilității lor excelente a culorii. Ele prezintă o performanță excelentă a culorii atât în ceea ce privește controlabilitatea largă a culorilor, cât și capabilitățile ridicate de redare a culorilor, datorită caracteristicilor optoelectronice distincte.
Oamenii de știință au dezvoltat o arhitectură pentru diodele emițătoare de lumină cu puncte cuantice (QD-LED) bazată pe iluminarea albă strălucitoare de ultimă generație. Au combinat optimizarea culorilor la nivel de sistem, simularea optoelectronică la nivel de dispozitiv și extragerea parametrilor la nivel de material pentru a face acest lucru.
Ei au dezvoltat un cadru de proiectare computațională dintr-un algoritm de optimizare a culorilor utilizat pentru rețelele neuronale masina de învățare, împreună cu o nouă metodă pentru transportul încărcăturii și modelarea emisiilor de lumină.
Punctele cuantice pe care le-au folosit oamenii de știință aveau între trei și 30 de nanometri în diametru. Prin alegere puncte cuantice de o anumită dimensiune, au reușit să depășească unele dintre limitările practice ale LED-urilor. Acest lucru i-a ajutat, de asemenea, să atingă lungimile de undă de emisie de care aveau nevoie pentru a-și testa predicțiile.
Apoi, echipa și-a validat designul creând o nouă arhitectură de dispozitiv de iluminare albă bazată pe LED-uri QD. Testul a arătat o redare excelentă a culorilor, o gamă de operare mai largă decât tehnologia actuală și un spectru larg de personalizare a nuanței luminii albe.
Noul sistem QD-LED a arătat un interval de temperatură de culoare corelată (CCT) de la 2243K (roșiatic) la 9207K (soarele strălucitor de amiază), în comparație cu luminile inteligente bazate pe LED-uri, care au un CCT între 2200K și 6500K. Indicele de redare a culorilor (CRI) – o măsură a culorilor iluminate de lumină în comparație cu lumina zilei (CRI=100) – al sistemului QD-LED a fost de 97, în comparație cu gamele actuale de becuri inteligente, între 80 și 91.
Designul ar putea deschide ușa către un iluminat inteligent, care este mai precis și mai eficient. Fiecare dintre cele trei LED-uri trebuie să fie reglat separat pentru a produce o anumită culoare într-un bec LED inteligent. Toate punctele cuantice sunt conduse de o singură tensiune de control comună pentru a realiza întreaga gamă de temperatură a culorii în sistemul QD-LED.
Profesorul Jong Min Kim de la CambridgeDepartamentul de Inginerie al lui, care a co-condus cercetarea, a spus: „Acesta este o premieră mondială: un sistem de iluminat alb inteligent, complet optimizat, de înaltă performanță, bazat pe puncte cuantice. Aceasta este prima etapă către exploatarea pe deplin a iluminatului alb inteligent bazat pe puncte cuantice pentru aplicații zilnice.”
Profesorul Gehan Amaratunga, care a coordonat cercetarea, a spus, „Abilitatea de a reproduce mai bine lumina zilei prin spectrul său variabil de culori în mod dinamic într-o singură lumină este ceea ce ne-am propus. Am realizat-o într-un mod nou, folosind puncte cuantice. Această cercetare deschide calea pentru diverse noi medii de iluminare receptive umane.”
Referința jurnalului:
- Samarakoon, C., Choi, HW, Lee, S. şi colab. Sistem optoelectronic și integrare dispozitiv pentru iluminare albă cu diode emițătoare de lumină cu puncte cuantice cu cadru de proiectare computațională. Nat Commun 13, 4189 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
