Світлодіодна система розумного освітлення на основі квантових точок точніше відтворює денне світло
3. серпень, 2022 в 17:59
Дослідники розробили інтелектуальні, керовані кольором пристрої білого світла на основі квантових точок - крихітних напівпровідників розміром всього кілька мільярдних часток метра, які більш ефективні та мають кращу насиченість кольорів, ніж стандартні світлодіоди, і можуть динамічно відтворювати умови денного світла в одному світильнику.
Інтелектуальну систему освітлення нового покоління розробили дослідники з Кембридзького університету, використовуючи поєднання нанотехнологій, кольорознавства, передових обчислювальних методів, електроніки та унікального процесу виробництва.
Команда виявила, що завдяки використанню більше трьох основних кольорів освітлення, що використовуються у звичайних світлодіодах, вони змогли точніше відтворити денне світло. Ранні випробування нової конструкції показали відмінну кольоропередачу, ширший робочий діапазон порівняно з поточними технологіями інтелектуального освітлення та ширший спектр налаштовуваного білого світла.
Результати дослідження були опубліковані 3 серпня в журналі Nature Communications.
Оскільки доступність та характеристики навколишнього світла пов'язані з самопочуттям, широке поширення інтелектуальних систем освітлення може вплинути на здоров'я людини тому, що ці системи можуть реагувати на індивідуальний настрій. Розумне освітлення також може реагувати на циркадні ритми, які регулюють добовий цикл сну-неспання, так що вранці та ввечері світло буде червонувато-білим, а вдень — блакитно-білим.
Якщо в приміщенні досить природного або штучного світла, добре контролюється сліпуча дія та є вид на вулицю, вважається, що в ньому є хороший рівень візуального комфорту. У приміщеннях зі штучним освітленням зоровий комфорт залежить від того, наскільки точно передаються кольори. Оскільки колір об'єктів визначається освітленістю, інтелектуальне біле освітлення має точно передавати колір навколишніх об'єктів. Сучасні технології досягають цього шляхом одночасного використання трьох різних кольорів світла.
Квантові точки вивчаються й розробляються як джерела світла з 1990-х років завдяки їх високій перебудові кольору та чистоті кольору. Завдяки своїм унікальним оптоелектронним властивостям, вони демонструють відмінні колірні характеристики як у плані широкої колірної керованості, так і в плані високої здатності до передачі кольору.
Кембридзькі дослідники розробили архітектуру квантово-точкових світлодіодів(QD-LED) на основі інтелектуального білого освітлення нового покоління. Вони поєднали оптимізацію кольору на рівні системи, оптоелектронне моделювання на рівні пристрою та вилучення параметрів на рівні матеріалу.
Дослідники створили обчислювальну схему проектування на основі алгоритму оптимізації кольору, що використовується для нейронних мереж у машинному навчанні, а також нового методу моделювання перенесення заряду та світлового випромінювання.
Система QD-LED використовує кілька основних кольорів – крім загальноприйнятих червоного, зеленого та синього – для більш точної імітації білого світла. Вибравши квантові точки певного розміру – від 3 до 30 нанометрів у діаметрі – дослідники змогли подолати деякі практичні обмеження світлодіодів та досягти довжини хвилі випромінювання, необхідної для перевірки своїх прогнозів.
Далі команда підтвердила свою розробку створивши нову архітектуру пристрою білого освітлення на основі QD-LED. Тест показав відмінну передачу кольорів, більш широкий робочий діапазон порівняно з поточними технологіями та широкий спектр налаштування відтінків білого світла.
Розроблена в Кембриджі система QD-світлодіодів показала корельовану колірну температуру (CCT) в діапазоні від 2 243 K (червоний колір) до 9 207 K (яскраве полуденне сонце), в порівнянні з сучасними світлодіодними розумними світильниками, які мають CCT від 2 200 K. Індекс кольору (CRI) - показник освітленості кольорів у порівнянні з денним світлом (CRI=100) - системи QD-LED склав 97, в порівнянні з поточним діапазонами "розумних" ламп, які становлять від 80 до 91.
Ця технологія може прокласти шлях до більш ефективного, більш точного інтелектуального освітлення. У світлодіодній розумній лампі для досягнення заданого кольору необхідно керувати трьома світлодіодами окремо. У системі QD-LED усі квантові точки управляються однією загальною керуючою напругою для досягнення повного діапазону колірної температури.
На переконання дослідників, це перший світовий досвід: повністю оптимізована високопродуктивна система інтелектуального білого освітлення на основі квантових точок; і це перша віха на шляху до повноцінного використання інтелектуального білого освітлення на основі квантових точок для повсякденного застосування.
“Це дослідження відкриває шлях до створення широкого спектра нових світлових середовищ, які реагують на людину”, - зазначають дослідники
Структура QD-світлодіодів білого освітлення, розроблена кембридзькою командою, масштабується для освітлення поверхонь великої площі, оскільки вони виготовляються за допомогою процесу друку, а їхнє управління та привід аналогічні дисплею. Стандартні точкові світлодіоди потребують індивідуального керування, що є складнішим завданням.