使用量子點設(shè)計的新型智能照明設(shè)備效率更高，比標(biāo)準(zhǔn) LED 具有更好的色彩飽和度，并且可以在單燈中動態(tài)再現(xiàn)日光條件。

研究人員利用量子點設(shè)計了智能、顏色可控的白光設(shè)備 - 尺寸僅為十億分之一米的微型半導(dǎo)體 - 與標(biāo)準(zhǔn) LED 相比，它們效率更高，色彩飽和度更好，并且可以在單一光線下動態(tài)再現(xiàn)日光條件.

來自劍橋大學(xué)的研究人員結(jié)合了納米技術(shù)、色彩科學(xué)、先進(jìn)的計算方法、電子學(xué)和獨特的制造工藝，設(shè)計了下一代智能照明系統(tǒng)。

該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，通過使用典型 LED 中使用的三種以上照明顏色，他們能夠更準(zhǔn)確地再現(xiàn)日光。新設(shè)計的早期測試顯示出出色的顯色性、比當(dāng)前智能照明技術(shù)更寬的工作范圍以及更廣泛的白光定制。該結(jié)果于今天（8 月 3 日）發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

由于環(huán)境光的可用性和特性與幸福感相關(guān)，智能照明系統(tǒng)的廣泛使用會對人類健康產(chǎn)生積極影響，因為這些系統(tǒng)可以響應(yīng)個人情緒。智能照明還可以響應(yīng)晝夜節(jié)律，調(diào)節(jié)每日睡眠-覺醒周期，使光線在早晚呈紅白色，白天呈藍(lán)白色。

當(dāng)一個房間有足夠的自然光或人造光、良好的眩光控制和戶外景觀時，據(jù)說它具有良好的視覺舒適度。在人造光下的室內(nèi)環(huán)境中，視覺舒適度取決于顏色渲染的準(zhǔn)確程度。由于物體的顏色是由光照決定的，因此智能白光照明需要能夠準(zhǔn)確地表達(dá)周圍物體的顏色。目前的技術(shù)通過同時使用三種不同顏色的光來實現(xiàn)這一點。

自 1990 年代以來，量子點已被研究和開發(fā)為光源，因為它們具有高顏色可調(diào)性和顏色純度。由于其獨特的光電特性，它們在廣泛的色彩可控性和高顯色能力方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的色彩表現(xiàn)。

劍橋研究人員開發(fā)了一種基于量子點發(fā)光二極管 (QD-LED) 的下一代智能白光照明架構(gòu)。他們結(jié)合了系統(tǒng)級顏色優(yōu)化、器件級光電模擬和材料級參數(shù)提取。

研究人員從用于機(jī)器學(xué)習(xí)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的顏色優(yōu)化算法以及電荷傳輸和光發(fā)射建模的新方法生成了一個計算設(shè)計框架。

QD-LED 系統(tǒng)使用多種原色——除了常用的紅色、綠色和藍(lán)色——來更準(zhǔn)確地模擬白光。通過選擇特定尺寸的量子點——直徑在 3 到 30 納米之間——研究人員能夠克服 LED 的一些實際限制，并達(dá)到測試預(yù)測所需的發(fā)射波長。

然后，該團(tuán)隊通過創(chuàng)建基于 QD-LED 的白光照明的新設(shè)備架構(gòu)來驗證他們的設(shè)計。該測試顯示了出色的顯色性、比當(dāng)前技術(shù)更寬的操作范圍以及廣泛的白光陰影定制。

劍橋開發(fā)的 QD-LED 系統(tǒng)的相關(guān)色溫 (CCT) 范圍從 2243K（微紅色）到 9207K（明亮的正午陽光），而目前基于 LED 的智能燈的 CCT 介于 2200K 和 6500K 之間。QD-LED 系統(tǒng)的顯色指數(shù) (CRI) - 與日光 (CRI=100) 相比，光照射的顏色的衡量標(biāo)準(zhǔn) - 為 97，而目前的智能燈泡范圍在 80 到 91 之間。

該設(shè)計可以為更高效、更準(zhǔn)確的智能照明鋪平道路。在 LED 智能燈泡中，必須單獨控制三個 LED 以實現(xiàn)給定的顏色。在 QD-LED 系統(tǒng)中，所有量子點均由單個公共控制電壓驅(qū)動，以實現(xiàn)全色溫范圍。

“這是世界首創(chuàng)：一個完全優(yōu)化的、基于高性能量子點的智能白光系統(tǒng)，”劍橋大學(xué)工程系的 Jong Min Kim 教授說，他是這項研究的共同領(lǐng)導(dǎo)者?！斑@是在日常應(yīng)用中充分利用基于量子點的智能白光照明的第一個里程碑?！?/span>

“我們的目標(biāo)是通過單一光線動態(tài)地通過其變化的色譜更好地再現(xiàn)日光的能力，”共同領(lǐng)導(dǎo)該研究的 Gehan Amartunga 教授說?！拔覀兺ㄟ^使用量子點以一種新的方式實現(xiàn)了它。這項研究為各種新的人類響應(yīng)照明環(huán)境開辟了道路?！?/span>

劍橋團(tuán)隊開發(fā)的 QD-LED 白光照明的結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展到大面積照明表面，因為它是通過印刷工藝制成的，其控制和驅(qū)動類似于顯示器中的控制和驅(qū)動。對于需要單獨控制的標(biāo)準(zhǔn)點光源 LED，這是一項更復(fù)雜的任務(wù)。