Вчені з Кембриджського університету очолили розробку системи інтелектуального освітлення нового покоління, використовуючи поєднання нанотехнологій, науки про колір, передових обчислювальних методів, електроніки та унікального процесу виготовлення. Вони придумали розумні пристрої білого світла з квантовими точками, які керують кольором.
Використовуючи більше ніж три основні кольори освітлення, які використовуються в основному в світлодіодах, вчені могли виробляти денне світло більш точно. Під час тестування система продемонструвала чудову передачу кольору, ширший робочий діапазон, ніж поточна технологія розумного освітлення, і ширший спектр налаштування білого світла.
З 1990-х років квантові точки досліджували та розробляли як джерела світла завдяки їхній чудовій чистоті кольору та можливості налаштування. Завдяки своїм відмінним оптоелектронним властивостям вони демонструють чудову продуктивність кольору як у широкому контролі кольору, так і у високій здатності передачі кольору.
Вчені розробили архітектуру світлодіодів із квантовими точками (QD-LED) на основі яскраво-білого освітлення нового покоління. Для цього вони об’єднали оптимізацію кольору на рівні системи, оптико-електронне моделювання на рівні пристрою та вилучення параметрів на рівні матеріалу.
Вони розробили структуру обчислювального дизайну на основі алгоритму оптимізації кольору, який використовується для нейронних мереж у навчання за допомогою машиниразом із новим методом моделювання переносу заряду та випромінювання світла.
Квантові точки, які використовували вчені, мали діаметр від трьох до 30 нанометрів. Вибираючи квантові точки певного розміру, вони змогли подолати деякі практичні обмеження світлодіодів. Це також допомогло їм досягти довжин хвиль випромінювання, необхідних для перевірки своїх прогнозів.
Потім команда перевірила свій дизайн, створивши нову архітектуру пристрою білого освітлення на основі QD-LED. Тест показав чудову передачу кольору, ширший робочий діапазон, ніж поточна технологія, і широкий спектр налаштування відтінків білого світла.
Нещодавно розроблена система QD-LED показала діапазон корельованої колірної температури (CCT) від 2243K (червонуватий) до 9207K (яскраве полуденне сонце) у порівнянні з поточними розумними світлодіодними лампами, які мають CCT від 2200K до 6500K. Індекс передачі кольору (CRI) – міра кольорів, освітлених світлом у порівнянні з денним світлом (CRI=100) – системи QD-LED становив 97, у порівнянні з поточними діапазонами розумних лампочок, які коливаються від 80 до 91.
Цей дизайн може відкрити двері для розумного освітлення, яке є більш точним і ефективним. Кожен із трьох світлодіодів потрібно окремо регулювати, щоб створити певний колір у світлодіодній розумній лампочці. Усі квантові точки керуються єдиною загальною керуючою напругою для досягнення всього діапазону колірної температури в системі QD-LED.
Професор Чон Мін Кім з КембриджДепартамент інженерії США, який керував дослідженням, сказав: «Це вперше в світі: повністю оптимізована, високоефективна інтелектуальна система білого освітлення на основі квантових точок. Це перша віха на шляху до повного використання інтелектуального білого освітлення на основі квантових точок для щоденного застосування».
Професор Гехан Амаратунга, який керував дослідженням, сказав, «Здатність краще динамічно відтворювати денне світло за допомогою різноманітного колірного спектру в одному світлі — це те, до чого ми прагнули. Ми досягли цього по-новому, використовуючи квантові точки. Це дослідження відкриває шлях для різноманітних нових освітлювальних середовищ, які реагують на людину».
Довідка з журналу:
- Самаракун К., Чой Х.В., Лі С. та ін. Оптоелектронна система та інтеграція пристрою для квантово-точкового світлодіодного білого освітлення з обчислювальною структурою проектування. Nat Commun 13, 4189 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
