I ricercatori hanno progettato dispositivi a luce bianca intelligenti e controllabili dal colore a partire da punti quantici - minuscoli semiconduttori di pochi miliardesimi di metro - che sono più efficienti e hanno una migliore saturazione del colore rispetto ai LED standard e possono riprodurre dinamicamente le condizioni di luce del giorno in un'unica luce .

I ricercatori, dell'Università di Cambridge, hanno progettato il sistema di illuminazione intelligente di nuova generazione utilizzando una combinazione di nanotecnologia, scienza del colore, metodi computazionali avanzati, elettronica e un processo di fabbricazione unico.

Il team ha scoperto che utilizzando più dei tre colori di illuminazione primari utilizzati nei LED tipici, sono stati in grado di riprodurre la luce del giorno in modo più accurato. I primi test del nuovo design hanno mostrato un'eccellente resa cromatica, una gamma operativa più ampia rispetto all'attuale tecnologia di illuminazione intelligente e uno spettro più ampio di personalizzazione della luce bianca. I risultati sono riportati sulla rivista Nature Communications .

Poiché la disponibilità e le caratteristiche della luce ambientale sono legate al benessere, la diffusa disponibilità di sistemi di illuminazione intelligente può avere un effetto positivo sulla salute umana poiché questi sistemi possono rispondere all'umore individuale. L'illuminazione intelligente può anche rispondere ai ritmi circadiani, che regolano il ciclo giornaliero sonno-veglia, in modo che la luce sia bianco-rossastra al mattino e alla sera e bianco-bluastra durante il giorno.

Quando una stanza ha luce naturale o artificiale sufficiente, un buon controllo dell'abbagliamento e viste sull'esterno, si dice che abbia buoni livelli di comfort visivo. In ambienti interni con luce artificiale, il comfort visivo dipende dalla precisione con cui vengono resi i colori. Poiché il colore degli oggetti è determinato dall'illuminazione, l'illuminazione bianca intelligente deve essere in grado di esprimere con precisione il colore degli oggetti circostanti. La tecnologia attuale ottiene questo risultato utilizzando tre diversi colori di luce contemporaneamente.

I punti quantici sono stati studiati e sviluppati come sorgenti luminose sin dagli anni '90, grazie alla loro elevata sintonizzabilità e purezza del colore. Grazie alle loro proprietà optoelettroniche uniche, mostrano eccellenti prestazioni cromatiche sia nell'ampia controllabilità del colore che nell'elevata capacità di resa cromatica.

I ricercatori di Cambridge hanno sviluppato un'architettura per l'illuminazione bianca intelligente di prossima generazione basata su diodi a emissione di luce a punti quantici (QD-LED). Hanno combinato l'ottimizzazione del colore a livello di sistema, la simulazione optoelettronica a livello di dispositivo e l'estrazione di parametri a livello di materiale.

I ricercatori hanno prodotto un framework di progettazione computazionale da un algoritmo di ottimizzazione del colore utilizzato per le reti neurali nell'apprendimento automatico, insieme a un nuovo metodo per il trasporto di carica e la modellazione delle emissioni luminose.

Il sistema QD-LED utilizza più colori primari, oltre ai comunemente usati rosso, verde e blu, per simulare in modo più accurato la luce bianca. Scegliendo punti quantici di una dimensione specifica, tra tre e 30 nanometri di diametro, i ricercatori sono stati in grado di superare alcuni dei limiti pratici dei LED e ottenere le lunghezze d'onda di emissione di cui avevano bisogno per testare le loro previsioni.

Il team ha quindi convalidato il progetto creando una nuova architettura del dispositivo di illuminazione bianca basata su QD-LED. Il test ha mostrato un'eccellente resa cromatica, una gamma operativa più ampia rispetto alla tecnologia attuale e un ampio spettro di personalizzazione della tonalità della luce bianca.

Il sistema QD-LED sviluppato da Cambridge ha mostrato un intervallo di temperatura di colore (CCT) correlato da 2243K (rossastro) a 9207K (sole di mezzogiorno luminoso), rispetto alle attuali luci intelligenti basate su LED che hanno un CCT compreso tra 2200K e 6500K. L'indice di resa cromatica (CRI)—una misura dei colori illuminati dalla luce rispetto alla luce diurna (CRI=100)—del sistema QD-LED era 97, rispetto alle attuali gamme di lampadine intelligenti, che sono comprese tra 80 e 91.

Il design potrebbe aprire la strada a un'illuminazione intelligente più efficiente e più accurata. In una lampadina LED intelligente, i tre LED devono essere controllati individualmente per ottenere un determinato colore. Nel sistema QD-LED, tutti i punti quantici sono guidati da un'unica tensione di controllo comune per ottenere l'intera gamma di temperature di colore.

"Questa è una novità mondiale:un sistema di illuminazione bianca intelligente basato su punti quantici, completamente ottimizzato e ad alte prestazioni", ha affermato il professor Jong Min Kim del Dipartimento di Ingegneria di Cambridge, che ha co-diretto la ricerca. "Questa è la prima pietra miliare verso il pieno sfruttamento dell'illuminazione bianca intelligente basata su punti quantici per le applicazioni quotidiane."

"La capacità di riprodurre meglio la luce del giorno attraverso il suo spettro di colori variabile in modo dinamico in un'unica luce è ciò a cui miravamo", ha affermato il professor Gehan Amaratunga, che ha co-diretto la ricerca. "L'abbiamo raggiunto in un modo nuovo attraverso l'utilizzo di punti quantici. Questa ricerca apre la strada a un'ampia varietà di nuovi ambienti di illuminazione reattivi per l'uomo."

La struttura dell'illuminazione bianca QD-LED sviluppata dal team di Cambridge è scalabile su superfici di illuminazione di grandi dimensioni, poiché è realizzata con un processo di stampa e il suo controllo e azionamento sono simili a quelli di un display. Con i LED sorgente puntiformi standard che richiedono un controllo individuale, questo è un compito più complesso. + Esplora ulteriormente

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