Các nhà khoa học từ Đại học Cambridge đã dẫn đầu việc phát triển hệ thống chiếu sáng thông minh thế hệ tiếp theo bằng cách sử dụng kết hợp công nghệ nano, khoa học màu sắc, phương pháp tính toán tiên tiến, điện tử và quy trình chế tạo độc đáo. Họ nghĩ ra các thiết bị ánh sáng trắng thông minh, có thể điều khiển màu sắc từ các chấm lượng tử.
Sử dụng nhiều hơn ba màu chiếu sáng cơ bản được sử dụng chủ yếu trong đèn LED, các nhà khoa học có thể tạo ra ánh sáng ban ngày chính xác hơn. Khi thử nghiệm, hệ thống này thể hiện khả năng hiển thị màu sắc tuyệt vời, phạm vi hoạt động rộng hơn so với công nghệ chiếu sáng thông minh hiện tại và phổ tùy chỉnh ánh sáng trắng rộng hơn.
Từ những năm 1990, chấm lượng tử đã được nghiên cứu và phát triển như nguồn sáng vì độ tinh khiết và khả năng điều chỉnh màu sắc tuyệt vời của chúng. Chúng thể hiện hiệu suất màu tuyệt vời ở cả khả năng kiểm soát màu rộng và khả năng hiển thị màu cao nhờ các tính năng quang điện tử đặc biệt của chúng.
Các nhà khoa học đã phát triển một kiến trúc cho đi-ốt phát quang chấm lượng tử (QĐ-LED) dựa trên ánh sáng trắng sáng thế hệ tiếp theo. Họ đã kết hợp tối ưu hóa màu sắc ở cấp độ hệ thống, mô phỏng quang điện tử ở cấp độ thiết bị và trích xuất tham số cấp độ vật liệu để làm như vậy.
Họ đã phát triển một khung thiết kế tính toán từ thuật toán tối ưu hóa màu sắc được sử dụng cho các mạng thần kinh trong học máy, cùng với một phương pháp mới để mô hình hóa vận chuyển điện tích và phát xạ ánh sáng.
Các chấm lượng tử mà các nhà khoa học sử dụng có đường kính từ 30 đến XNUMX nanomet. Băng cach chọn chấm lượng tử của một kích thước cụ thể, họ đã có thể khắc phục một số hạn chế thực tế của đèn LED. Làm như vậy cũng giúp họ đạt được bước sóng phát xạ mà họ cần để kiểm tra dự đoán của mình.
Sau đó, nhóm đã xác nhận thiết kế của họ bằng cách tạo ra một kiến trúc thiết bị chiếu sáng trắng dựa trên QD-LED mới. Thử nghiệm cho thấy khả năng hiển thị màu sắc tuyệt vời, phạm vi hoạt động rộng hơn so với công nghệ hiện tại và phổ tùy chỉnh bóng ánh sáng trắng rộng.
Hệ thống QD-LED được thiết kế mới cho thấy dải nhiệt độ màu tương quan (CCT) từ 2243K (hơi đỏ) đến 9207K (mặt trời chói chang giữa trưa), so với đèn thông minh dựa trên đèn LED hiện tại có CCT trong khoảng từ 2200K đến 6500K. Chỉ số kết xuất màu (CRI) – thước đo màu sắc được chiếu sáng bởi ánh sáng so với ánh sáng ban ngày (CRI=100) – của hệ thống QD-LED là 97, so với phạm vi bóng đèn thông minh hiện tại là từ 80 đến 91.
Thiết kế này có thể mở ra cơ hội chiếu sáng thông minh chính xác và hiệu quả hơn. Mỗi trong số ba đèn LED phải được điều chỉnh riêng để tạo ra một màu cụ thể trong bóng đèn thông minh LED. Tất cả các chấm lượng tử được điều khiển bởi một điện áp điều khiển chung duy nhất để hoàn thành toàn bộ dải nhiệt độ màu trong hệ thống QD-LED.
Giáo sư Jong Min Kim từ CambridgeKhoa Kỹ thuật, người đồng lãnh đạo nghiên cứu, cho biết, “Đây là hệ thống chiếu sáng trắng thông minh dựa trên chấm lượng tử hiệu suất cao, đầu tiên trên thế giới: được tối ưu hóa hoàn toàn. Đây là cột mốc quan trọng đầu tiên hướng tới việc khai thác triệt để ánh sáng trắng thông minh dựa trên chấm lượng tử cho các ứng dụng hàng ngày.”
Giáo sư Gehan Amaratunga, người đồng lãnh đạo nghiên cứu, nói, “Khả năng tái tạo ánh sáng ban ngày tốt hơn thông qua phổ màu thay đổi của nó một cách linh hoạt trong một ánh sáng duy nhất là điều chúng tôi hướng tới. Chúng tôi đã đạt được điều đó theo một cách mới bằng cách sử dụng các chấm lượng tử. Nghiên cứu này mở đường cho nhiều môi trường ánh sáng đáp ứng mới của con người.”
Tạp chí tham khảo:
- Samarakoon, C., Choi, HW, Lee, S. và cộng sự. Hệ thống quang điện tử và tích hợp thiết bị cho ánh sáng trắng đi-ốt phát quang chấm lượng tử với khung thiết kế điện toán. Cộng đồng 13, 4189 (năm 2022). DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9
