Le système d’éclairage intelligent basé sur les points quantiques reproduit plus précisément la lumière du jour


sur-les-points--.jpg" alt="Intelligentes Beleuchtungssystem auf Basis von Quantenpunkten reproduziert das Tageslicht genauer" title="TEM-Bilder für die Partikelgrößen von roten, grünen, cyanfarbenen und blauen QDs, die für die Geräteherstellung und Ladungstransportsimulation verwendet werden. dQD ist der durchschnittliche Durchmesser der QD-Nanopartikel. Einschübe sind die Schnappschüsse von EL-gesteuerten monochromatischen roten, grünen, cyanfarbenen und blauen QD-LED-Geräten, die durch die Transferdrucktechnik hergestellt wurden. Die Größe der hergestellten Vorrichtung beträgt 3,0 × 1,5 mm2. Crédit photo: Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-31853-9″ width= »800″ height= »277″/>

Images TEM pour les tailles de particules des QD rouges, verts, cyan et bleus utilisés pour la fabrication de dispositifs et la simulation de transport de charge. dQD est le diamètre moyen des nanoparticules QD. Les encarts sont les instantanés de dispositifs LED QD monochromatiques rouges, verts, cyan et bleus pilotés par EL réalisés par la technique d’impression par transfert. La taille de l’appareil produit est de 3,0 × 1,5 mm2. Reconnaissance: communication nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-31853-9

Les chercheurs ont mis au point des dispositifs intelligents à lumière blanche à couleur contrôlable fabriqués à partir de points quantiques – de minuscules semi-conducteurs de seulement quelques milliardièmes de mètre de diamètre – qui sont plus efficaces et ont une meilleure saturation des couleurs que les LED standard, et peuvent reproduire dynamiquement les conditions de la lumière du jour en un seul lumière.

Les chercheurs de l’Université de Cambridge ont conçu le système d’éclairage intelligent de nouvelle génération en utilisant une combinaison de nanotechnologie, de science des couleurs, de méthodes informatiques avancées, d’électronique et d’un processus de fabrication unique.

L’équipe a découvert qu’en utilisant plus que les trois couleurs d’éclairage primaires utilisées dans les LED typiques, ils étaient capables de reproduire plus précisément la lumière du jour. Les premiers tests de la nouvelle conception ont montré une excellente reproduction des couleurs, une plage de fonctionnement plus large que la technologie d’éclairage intelligent actuelle et une plus large gamme de réglages de la lumière blanche. Les résultats sont publiés dans la revue communication nature.

Étant donné que la disponibilité et les propriétés de la lumière ambiante sont liées au bien-être, la disponibilité généralisée de systèmes d’éclairage intelligents peut avoir un impact positif sur la santé humaine, car ces systèmes peuvent réagir aux humeurs individuelles. L’éclairage intelligent peut également répondre aux rythmes circadiens qui régulent les cycles veille-sommeil quotidiens, de sorte que la lumière est blanc rougeâtre le matin et le soir et blanc bleuâtre pendant la journée.

Si une pièce dispose d’un éclairage naturel ou artificiel suffisant, d’un bon contrôle de l’éblouissement et d’une vue sur l’extérieur, on dit qu’elle a un bon confort visuel. Dans les environnements intérieurs à lumière artificielle, le confort visuel dépend de la du rendu des couleurs. Étant donné que la couleur des objets est déterminée par l’éclairage, l’éclairage blanc intelligent doit pouvoir reproduire avec précision la couleur des objets environnants. La technologie actuelle y parvient en utilisant trois couleurs de lumière différentes en même temps.

Les points quantiques ont été étudiés et développés comme sources de lumière depuis les années 1990 en raison de leur grande accordabilité et pureté des couleurs. En raison de leurs propriétés optoélectroniques uniques, ils présentent d’excellentes performances de couleur à la fois dans une large contrôlabilité des couleurs et une capacité de rendu des couleurs élevée.

Les chercheurs de Cambridge ont développé une architecture pour les diodes électroluminescentes à base de points quantiques (QD-LED) pour la prochaine génération d’éclairage blanc intelligent. Ils ont combiné l’optimisation des couleurs au niveau du système, la simulation optoélectronique au niveau de l’appareil et l’extraction des paramètres au niveau du matériau.

Les chercheurs ont créé un cadre de conception informatique à partir d’un algorithme d’optimisation des couleurs utilisé pour les réseaux de neurones d’apprentissage automatique, ainsi qu’une nouvelle méthode de transport de charge et de modélisation de l’émission de lumière.

Le système QD-LED utilise plusieurs couleurs primaires – au-delà du rouge, du et du bleu couramment utilisés – pour imiter plus fidèlement la lumière blanche. En choisissant des points quantiques d’une taille spécifique – entre trois et 30 nanomètres de diamètre – les chercheurs ont pu surmonter certaines des limitations pratiques des LED et atteindre les longueurs d’onde d’émission dont ils avaient besoin pour tester leurs prédictions.

L’équipe a ensuite validé sa conception en créant une nouvelle architecture d’appareil avec un éclairage blanc à base de QD-LED. Le test a montré une excellente reproduction des couleurs, une plage de fonctionnement plus large que la technologie actuelle et un large éventail d’options de personnalisation pour les écrans à lumière blanche.

Le système QD-LED développé par Cambridge a montré une plage de de couleur corrélée (CCT) de 2243K (rougeâtre) à 9207K (soleil de midi brillant), par rapport aux lumières intelligentes actuelles à base de LED, qui ont un CCT entre 2200K et 6500K. L’indice de rendu des couleurs (IRC) – une mesure des couleurs éclairées par la lumière par rapport à la lumière du jour (IRC = 100) – du système QD-LED était de 97, par rapport aux gammes d’ampoules intelligentes actuelles qui se situent entre 80 et 91.

La conception pourrait ouvrir la voie à un éclairage intelligent plus efficace et plus précis. Dans une ampoule LED intelligente, les trois LED doivent être contrôlées individuellement pour obtenir une couleur spécifique. Dans le système QD-LED, tous les points quantiques sont pilotés par une seule tension de commande commune pour atteindre la plage de température de couleur complète.

«Il s’agit d’une première mondiale: un système d’éclairage blanc intelligent basé sur des points quantiques hautes performances entièrement optimisé», a déclaré le professeur Jong Min Kim du département d’ingénierie de Cambridge, qui a codirigé la recherche. « Il s’agit de la première étape vers l’utilisation complète de l’éclairage blanc intelligent basé sur les points quantiques pour les applications quotidiennes. »

« Notre objectif est de mieux reproduire dynamiquement la lumière du jour en une seule lumière grâce à son spectre de couleurs variable », a déclaré le professeur Gehan Amaratunga, qui a codirigé la recherche. « Nous y sommes parvenus d’une nouvelle manière en utilisant des points quantiques. Cette recherche ouvre la voie à une variété de nouveaux environnements d’éclairage adaptés à l’homme.

La structure de l’éclairage blanc QD-LED développé par l’équipe de Cambridge est évolutive pour les zones lumineuses de grande surface car il est fabriqué à l’aide d’un procédé d’impression et son contrôle et son activation sont similaires à un écran. Pour les LED à source ponctuelle standard qui nécessitent un contrôle individuel, il s’agit d’une tâche plus complexe.


Dispositifs optoélectroniques qui émettent une lumière blanche chaude et froide


Plus d’information:
Système optoélectronique et intégration de dispositifs pour l’éclairage blanc à diode électroluminescente Quantum-Dot avec cadre de conception informatique, communication nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-31853-9

Fourni par l’Université de Cambridge

Citation: Smart Lighting System Based on Quantum Dots Accurately Represents Daylight (3 août 2022) Extrait le 3 août 2022 de https://phys.org/news/2022-08-smart-based-quantum-dots-accurately.html

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