23 Kasım 2022 Çarşamba

SA9941/MT109: Kuantum Noktalarına Dayalı LED Akıllı Aydınlatma Sistemi Gün Işığını Daha Doğru Üretiyor

   Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk

"Kuantum noktaları kullanılarak tasarlanan yeni akıllı ışık cihazları daha verimlidir, standart LED'lerden daha iyi renk doygunluğuna sahiptir ve tek bir ışıkta gün ışığı koşullarını dinamik olarak yeniden üretebilir."


LED Smart Lighting System Based on Quantum Dots More Accurately Reproduces Daylight

Araştırmacılar, standart LED'lerden daha verimli ve daha iyi renk doygunluğuna sahip olan ve tek bir ışıkta dinamik olarak gün ışığı koşullarını yeniden üretebilen kuantum noktalarından (metrenin sadece birkaç milyarda biri kadar küçük yarı iletkenler) akıllı, renk kontrollü beyaz ışık cihazları tasarladılar. 

LED Ampul

Cambridge Üniversitesi'nden araştırmacılar, nanoteknoloji, renk bilimi, gelişmiş hesaplama yöntemleri, elektronik ve benzersiz bir üretim sürecinin bir kombinasyonunu kullanarak yeni nesil akıllı aydınlatma sistemini tasarladılar.

Ekip, tipik LED'lerde kullanılan üç ana aydınlatma renginden fazlasını kullanarak gün ışığını daha doğru bir şekilde üretebildiklerini tespit etti. Yeni tasarımın ilk testleri, mükemmel renksel geriverim, mevcut akıllı aydınlatma teknolojisinden daha geniş bir çalışma aralığı ve daha geniş beyaz ışık özelleştirme spektrumu gösterdi. Sonuçlar Nature Communications dergisinde bugün (3 Ağustos) yayınlandı.

Ortam ışığının mevcudiyeti ve özellikleri refah ile bağlantılı olduğundan, akıllı aydınlatma sistemlerinin yaygın olarak bulunması, bu sistemler bireysel ruh haline cevap verebildiğinden insan sağlığı üzerinde olumlu bir etkiye sahip olabilir. Akıllı aydınlatma, günlük uyku-uyanıklık döngüsünü düzenleyen sirkadiyen ritimlere de yanıt verebilir, böylece ışık sabah ve akşam kırmızımsı beyaz ve gün boyunca mavimsi beyaz olur.

Bir odanın, yeterli doğal veya yapay ışığa, iyi kamaşma kontrolüne ve dış mekan manzarasına sahip olduğunda, iyi düzeyde görsel konfora sahip olduğu söylenir. Yapay ışık altındaki kapalı ortamlarda görsel konfor, renklerin ne kadar doğru işlendiğine bağlıdır. Nesnelerin rengi aydınlatma tarafından belirlendiğinden, akıllı beyaz aydınlatmanın çevreleyen nesnelerin rengini doğru bir şekilde ifade edebilmesi gerekir. Mevcut teknoloji bunu üç farklı ışık rengini aynı anda kullanarak başarıyor.

Kuantum noktaları, yüksek renk ayarlanabilirlikleri ve renk saflıkları nedeniyle 1990'lardan beri ışık kaynakları olarak çalışılmış ve geliştirilmiştir. Eşsiz optoelektronik özellikleri sayesinde hem geniş renk kontrol edilebilirliğinde hem de yüksek renksel geriverim kabiliyetinde mükemmel renk performansı gösterirler.

Cambridge araştırmacıları, yeni nesil akıllı beyaz aydınlatmaya dayalı kuantum nokta ışık yayan diyotlar (QD-LED) için bir mimari geliştirdiler. Sistem düzeyinde renk optimizasyonunu, cihaz düzeyinde optoelektronik simülasyonu ve malzeme düzeyinde parametre çıkarımını birleştirdiler.

Araştırmacılar, makine öğreniminde sinir ağları için kullanılan bir renk optimizasyon algoritmasından, yük taşıma ve ışık emisyonu modellemesi için yeni bir yöntemle birlikte bir hesaplamalı tasarım çerçevesi üretti.

QD-LED sistemi, beyaz ışığı daha doğru bir şekilde taklit etmek için yaygın olarak kullanılan kırmızı, yeşil ve mavinin ötesinde birden fazla ana renk kullanıyor. Araştırmacılar, çapı üç ila 30 nanometre arasında olan belirli bir boyuttaki kuantum noktalarını seçerek, LED'lerin bazı pratik sınırlamalarının üstesinden gelmeyi ve tahminlerini test etmek için ihtiyaç duydukları emisyon dalga boylarını elde etmeyi başardılar.

Ekip daha sonra QD-LED tabanlı beyaz aydınlatmadan oluşan yeni bir cihaz mimarisi oluşturarak tasarımlarını doğruladı. Test, mükemmel renksel geriverim, mevcut teknolojiden daha geniş bir çalışma aralığı ve geniş bir beyaz ışık gölgesi özelleştirme yelpazesi gösterdi.

Cambridge tarafından geliştirilen QD-LED sistemi, 2200K ile 6500K arasında bir CCT'ye sahip mevcut LED tabanlı akıllı ışıklarla karşılaştırıldığında, 2243K (kırmızımsı) ile 9207K (parlak öğle güneşi) arasında ilişkili bir renk sıcaklığı (CCT) aralığı gösterdi. QD-LED sisteminin gün ışığına kıyasla ışık tarafından aydınlatılan renklerin bir ölçüsü olan renksel geriverim indeksi (CRI) (CRI=100) 80 ile 91 arasında olan mevcut akıllı ampul aralıklarına kıyasla 97 idi.

Tasarım, daha verimli, daha doğru akıllı aydınlatmanın yolunu açabilir. Bir LED akıllı ampulde, belirli bir rengi elde etmek için üç LED ayrı ayrı kontrol edilmelidir. QD-LED sisteminde, tüm kuantum noktaları, tam renk sıcaklığı aralığını elde etmek için tek bir ortak kontrol voltajıyla sürülür.

Araştırmayı yürüten Cambridge Mühendislik Bölümü'nden Profesör Jong Min Kim, “Bu dünyada bir ilk: tamamen optimize edilmiş, yüksek performanslı kuantum nokta tabanlı akıllı beyaz aydınlatma sistemi” diyor. "Bu, günlük uygulamalar için kuantum nokta tabanlı akıllı beyaz aydınlatmanın tam olarak kullanılmasına yönelik ilk kilometre taşıdır."

Araştırmayı yürüten Profesör Gehan Amaratunga, "Tek bir ışıkta dinamik olarak değişen renk tayfı aracılığıyla gün ışığını daha iyi yeniden üretme yeteneği hedefledik" diyor. “Kuantum noktaları kullanarak bunu yeni bir yolla başardık. Bu araştırma, çok çeşitli yeni insan duyarlı aydınlatma ortamlarının yolunu açıyor.”

Cambridge ekibi tarafından geliştirilen QD-LED beyaz aydınlatmanın yapısı, bir baskı işlemiyle yapıldığı ve kontrolü ve tahriki bir ekrandakine benzer olduğu için geniş alan aydınlatma yüzeylerine ölçeklenebilir. Bireysel kontrol gerektiren standart nokta kaynak LED'leri ile bu daha karmaşık bir iştir.

Araştırma, kısmen Avrupa Birliği ve Birleşik Krallık Araştırma ve İnovasyon'un (UKRI) bir parçası olan Mühendislik ve Fizik Bilimleri Araştırma Konseyi (EPSRC) tarafından desteklenmiştir.

Cambridge Üniversitesi, 3 Ağustos 2022, SciTechDaily


Mustafa Tamer, 23.11.2022, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri

Mustafa Tamer Yayınları

Aklın Merdivenleri



Referans: "Hesaplamalı Tasarım Çerçevesi ile Kuantum Nokta Işık Yayan Diyot Beyaz Aydınlatma için Optoelektronik Sistem ve Cihaz Entegrasyonu" 3 Ağustos 2022, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-022-31853-9


Sonsuz Ark'tan

  1. Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur. 
  2. Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
  3. Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
  4. Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.



Seçkin Deniz Twitter Akışı