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劍橋大學(xué)開發(fā)基于量子點(diǎn)的LED智能照明系統(tǒng)
劍橋大學(xué)開發(fā)基于量子點(diǎn)的LED智能照明系統(tǒng)
來源:cnBeta
來自劍橋大學(xué)的研究人員利用納米技術(shù)、色彩學(xué)、先進(jìn)的計(jì)算方法、電子學(xué)和獨(dú)特的制造工藝的結(jié)合設(shè)計(jì)了下一代智能照明系統(tǒng)。
研究小組發(fā)現(xiàn)，通過使用超過典型LED中使用的三種主要照明顏色，他們能夠更加準(zhǔn)確地再現(xiàn)日光。新設(shè)計(jì)的早期測試顯示了出色的顯色性，其比目前的智能照明技術(shù)擁有更廣泛的操作范圍及更廣泛的白光定制光譜。這些結(jié)果已于日前發(fā)表在《NatureCommunications》上。
由于環(huán)境光的可用性和特性跟健康有關(guān)，智能照明系統(tǒng)的普及可以對人類健康產(chǎn)生積極影響，這是因?yàn)檫@些系統(tǒng)可以對個(gè)人情緒做出反應(yīng)。另外，智能照明還可以響應(yīng)晝夜節(jié)律、調(diào)節(jié)每天的睡眠-覺醒周期，所以光線在早上和晚上是紅白色的，而在白天是藍(lán)白色的。
當(dāng)一個(gè)房間擁有足夠的自然光或人造光、有良好的眩光控制并能看到室外的景色時(shí)，那么就可以說它有良好的視覺舒適度。在人工光線下的室內(nèi)環(huán)境中，視覺舒適度取決于色彩的準(zhǔn)確呈現(xiàn)程度。由于物體的顏色是由照度決定的，所以智能白光照明需要能夠準(zhǔn)確表達(dá)周圍物體的顏色。目前的技術(shù)通過同時(shí)使用三種不同顏色的光來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
由于量子點(diǎn)具有高色彩可調(diào)性和色彩純度，所以其自20世紀(jì)90年代以來作為光源被研究和開發(fā)。由于其獨(dú)特的光電特性，它們在廣泛的色彩可控性和高顯色性方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的色彩性能。
劍橋大學(xué)的研究人員為基于量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QD-LED）的下一代智能白色照明開發(fā)了一個(gè)架構(gòu)。他們將系統(tǒng)級色彩優(yōu)化、器件級光電模擬和材料級參數(shù)提取結(jié)合起來。
研究人員從機(jī)器學(xué)習(xí)中用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的色彩優(yōu)化算法中產(chǎn)生了一個(gè)計(jì)算設(shè)計(jì)框架，與此同時(shí)還產(chǎn)生了一種用于電荷傳輸和光發(fā)射建模的新方法。
QD-LED系統(tǒng)使用多種原色--超越常用的紅、綠、藍(lán)--以更準(zhǔn)確地模擬白光。通過選擇特定尺寸的量子點(diǎn)--直徑在3到30納米之間--研究人員能夠克服LED的一些實(shí)際限制并實(shí)現(xiàn)他們所需的發(fā)射波長以測試其預(yù)測。
然后，該團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)建一個(gè)基于QD-LED的白色照明的新設(shè)備架構(gòu)來驗(yàn)證他們的設(shè)計(jì)。測試結(jié)果顯示了出色的顯色性，這比目前的技術(shù)擁有更寬的工作范圍及寬光譜的白光燈罩定制。
劍橋大學(xué)開發(fā)的QD-LED系統(tǒng)顯示的相關(guān)色溫（CCT）范圍從2243K（偏紅）到9207K（明亮的正午陽光），而目前基于LED的智能燈的CCT在2200K和6500K之間。QD-LED系統(tǒng)的顯色指數(shù)（CRI）--與日光（CRI=100）相比，衡量燈光照亮的顏色--是97，而目前的智能燈泡范圍在80至91之間。
該設(shè)計(jì)可以為更有效、更準(zhǔn)確的智能照明鋪平道路。在LED智能燈泡中，三個(gè)LED必須被單獨(dú)控制以實(shí)現(xiàn)特定的顏色。在QD-LED系統(tǒng)中，所有的量子點(diǎn)都由一個(gè)共同的控制電壓驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)全色溫范圍。
劍橋大學(xué)工程系的JongMinKim教授表示：“這是一個(gè)世界第一：一個(gè)完全優(yōu)化的、基于高性能量子點(diǎn)的智能白色照明系統(tǒng)。這是全面利用基于量子點(diǎn)的智能白色照明的第一個(gè)里程碑，可用于日常應(yīng)用。”
共同領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的GehanAmaratunga教授說道：”在一盞燈中通過其不同的色彩光譜動(dòng)態(tài)地更好地再現(xiàn)日光的能力是我們的目標(biāo)。我們通過使用量子點(diǎn)以一種新的方式實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)。這項(xiàng)研究為各種新的人類響應(yīng)性照明環(huán)境開辟了道路。”
劍橋大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的QD-LED白色照明的結(jié)構(gòu)可以擴(kuò)展到大面積的照明表面，這是因?yàn)樗怯糜∷⒐に囍谱鞯模淇刂坪万?qū)動(dòng)與顯示器中的類似。由于標(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)光源LED需要單獨(dú)控制，所以這是一項(xiàng)比較復(fù)雜的任務(wù)。
