Znanstveniki z Univerze v Cambridgeu so vodili razvoj pametnega sistema razsvetljave naslednje generacije z uporabo kombinacije nanotehnologije, znanosti o barvah, naprednih računalniških metod, elektronike in edinstvenega postopka izdelave. Pridejo do pametnih, barvno nadzorovanih naprav za belo svetlobo iz kvantnih pik.
Z uporabo več kot treh primarnih barv osvetlitve, ki se uporabljajo predvsem v LED, bi znanstveniki lahko natančneje proizvedli dnevno svetlobo. Pri testiranju je sistem pokazal odlično upodabljanje barv, širši razpon delovanja od trenutne tehnologije pametne razsvetljave in širši spekter prilagajanja bele svetlobe.
Od leta 1990 so kvantne pike raziskovali in razvijali kot vire svetlobe zaradi njihove odlične barvne čistosti in nastavljivosti. Zaradi svojih značilnih optoelektronskih lastnosti izkazujejo odlično barvno zmogljivost tako pri širokem barvnem nadzoru kot pri visokih zmožnostih upodabljanja barv.
Znanstveniki so razvili arhitekturo za svetleče diode s kvantnimi pikami (QD-LED), ki temeljijo na svetlo beli osvetlitvi naslednje generacije. Za to so združili barvno optimizacijo na ravni sistema, optoelektronsko simulacijo na ravni naprave in ekstrakcijo parametrov na ravni materiala.
Razvili so okvir računalniškega načrtovanja iz algoritma za optimizacijo barv, ki se uporablja za nevronske mreže v strojno učenje, skupaj z novo metodo za prenos naboja in modeliranje svetlobnih emisij.
Kvantne pike, ki so jih znanstveniki uporabili, so imele premer od tri do 30 nanometrov. Z izbiro kvantne pike določene velikosti, jim je uspelo premagati nekatere praktične omejitve LED. To jim je tudi pomagalo doseči valovne dolžine emisij, ki so jih potrebovali za preizkušanje svojih napovedi.
Ekipa je nato potrdila svojo zasnovo z ustvarjanjem nove arhitekture naprave bele osvetlitve na osnovi QD-LED. Preizkus je pokazal odlično barvno upodabljanje, širši razpon delovanja od trenutne tehnologije in širok spekter prilagajanja odtenkov bele svetlobe.
Na novo zasnovan sistem QD-LED je pokazal razpon korelirane barvne temperature (CCT) od 2243 K (rdečkasto) do 9207 K (svetlo opoldansko sonce) v primerjavi s trenutnimi pametnimi lučmi na osnovi LED, ki imajo CCT med 2200 K in 6500 K. Indeks barvnega upodabljanja (CRI) – merilo barv, osvetljenih s svetlobo v primerjavi z dnevno svetlobo (CRI=100) – sistema QD-LED je bil 97, v primerjavi s trenutnimi razponi pametnih žarnic med 80 in 91.
Zasnova bi lahko odprla vrata pametni razsvetljavi, ki je bolj natančna in učinkovita. Vsako od treh LED diod je treba posebej regulirati, da proizvede določeno barvo v pametni LED žarnici. Vse kvantne pike poganja ena skupna krmilna napetost, da se doseže celotno območje barvne temperature v sistemu QD-LED.
Profesor Jong Min Kim iz CambridgeMinistrstvo za inženiring, ki je sovodilo raziskavo, je dejalo, »To je novost na svetu: popolnoma optimiziran, visoko zmogljiv sistem pametne bele razsvetljave, ki temelji na kvantnih pikah. To je prvi mejnik k popolnemu izkoriščanju pametne bele razsvetljave, ki temelji na kvantnih pikah, za vsakodnevno uporabo.«
Profesor Gehan Amaratunga, ki je sodeloval pri raziskavi, je dejal, »Naš cilj je bila zmožnost boljše dinamične reprodukcije dnevne svetlobe skozi njen raznolik barvni spekter v eni sami svetlobi. To smo dosegli na nov način z uporabo kvantnih pik. Ta raziskava odpira pot različnim novim svetlobnim okoljem, odzivnim na ljudi.«
Referenca dnevnika:
- Samarakoon, C., Choi, HW, Lee, S. et al. Optoelektronski sistem in integracija naprav za belo razsvetljavo s svetlečimi diodami s kvantnimi pikami z okvirjem računalniškega načrtovanja. Nat Commun 13, 4189 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
