Cambridge Üniversitesi'nden bilim insanları, nanoteknoloji, renk bilimi, gelişmiş hesaplama yöntemleri, elektronik ve benzersiz bir üretim sürecinin birleşimini kullanarak yeni nesil akıllı aydınlatma sisteminin geliştirilmesine öncülük etti. Kuantum noktalarından akıllı, renk kontrollü beyaz ışık cihazları ortaya çıkarıyorlar.
Bilim insanları, esas olarak LED'lerde kullanılan üçten fazla ana aydınlatma rengini kullanarak gün ışığını daha doğru bir şekilde üretebildiler. Test edildiğinde sistem mükemmel renksel geriverim, mevcut akıllı aydınlatma teknolojisinden daha geniş bir çalışma aralığı ve daha geniş bir beyaz ışık özelleştirme yelpazesi sergiledi.
1990'lı yıllardan bu yana kuantum noktaları, mükemmel renk saflığı ve ayarlanabilirliği nedeniyle ışık kaynağı olarak araştırıldı ve geliştirildi. Ayırt edici optoelektronik özellikleri nedeniyle hem geniş renk kontrol edilebilirliği hem de yüksek renksel geriverim yetenekleriyle mükemmel renk performansı sergilerler.
Bilim insanları, yeni nesil parlak beyaz aydınlatmayı temel alan kuantum noktalı ışık yayan diyotlar (QD-LED) için bir mimari geliştirdi. Bunu yapmak için sistem düzeyinde renk optimizasyonunu, cihaz düzeyinde optoelektronik simülasyonu ve malzeme düzeyinde parametre çıkarımını birleştirdiler.
Sinir ağları için kullanılan bir renk optimizasyon algoritmasından hesaplamalı bir tasarım çerçevesi geliştirdiler. makine öğrenmeyük taşıma ve ışık emisyon modellemesi için yeni bir yöntemle birlikte.
Bilim adamlarının kullandığı kuantum noktalarının çapı üç ile 30 nanometre arasındaydı. Seçerek kuantum noktaları Belirli bir boyuta sahip oldukları için LED'lerin bazı pratik sınırlamalarının üstesinden gelebildiler. Bunu yapmak aynı zamanda tahminlerini test etmek için ihtiyaç duydukları emisyon dalga boylarına ulaşmalarına da yardımcı oldu.
Ekip daha sonra QD-LED tabanlı beyaz aydınlatmadan oluşan yeni bir cihaz mimarisi oluşturarak tasarımlarını doğruladı. Test, mükemmel renksel geriverimi, mevcut teknolojiden daha geniş bir çalışma aralığını ve geniş bir beyaz ışık tonu özelleştirme yelpazesini gösterdi.
Yeni tasarlanan QD-LED sistemi, 2243K ile 9207K arasında bir CCT'ye sahip mevcut LED tabanlı akıllı ışıklarla karşılaştırıldığında, 2200K (kırmızımsı) ila 6500K (parlak öğle güneşi) arasında ilişkili bir renk sıcaklığı (CCT) aralığı gösterdi. QD-LED sisteminin renksel geriverim indeksi (CRI) - gün ışığına kıyasla ışıkla aydınlatılan renklerin ölçüsü (CRI=100) - mevcut akıllı ampul aralıklarıyla karşılaştırıldığında 97 ile 80 arasında 91 idi.
Tasarım, daha hassas ve verimli akıllı aydınlatmanın kapısını açabilir. Bir LED akıllı ampulde belirli bir rengin üretilmesi için üç LED'in her birinin ayrı ayrı düzenlenmesi gerekir. QD-LED sistemindeki tüm renk sıcaklığı aralığını elde etmek için kuantum noktalarının tümü tek bir ortak kontrol voltajıyla çalıştırılır.
Profesör Jong Min Kim CambridgeAraştırmayı yöneten Mühendislik Departmanı şunları söyledi: “Bu dünyada bir ilk: tamamen optimize edilmiş, yüksek performanslı kuantum nokta tabanlı akıllı beyaz aydınlatma sistemi. Bu, günlük uygulamalar için kuantum nokta tabanlı akıllı beyaz aydınlatmanın tam olarak kullanılmasına yönelik ilk kilometre taşıdır.”
Araştırmayı yöneten Profesör Gehan Amaratunga, şuraya, “Hedefimiz, değişen renk spektrumu aracılığıyla gün ışığını dinamik olarak tek bir ışıkta daha iyi yeniden üretme yeteneğiydi. Bunu kuantum noktalarını kullanarak yeni bir yöntemle başardık. Bu araştırma, insana duyarlı çeşitli yeni aydınlatma ortamlarının önünü açıyor."
Dergi Referans:
- Samarakoon, C., Choi, HW, Lee, S. ve diğerleri. Hesaplamalı tasarım çerçevesiyle kuantum noktalı ışık yayan diyot beyaz aydınlatma için optoelektronik sistem ve cihaz entegrasyonu. Nat Commun 13, 4189 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
