Os pesquisadores projetaram dispositivos de luz branca inteligentes e controláveis ​​por cores a partir de pontos quânticos – minúsculos semicondutores com apenas alguns bilionésimos de metro – que são mais eficientes e têm melhor saturação de cor do que os LEDs padrão e podem reproduzir dinamicamente as condições de luz do dia em uma única luz .
Os pesquisadores, da Universidade de Cambridge, projetaram o sistema de iluminação inteligente de próxima geração usando uma combinação de nanotecnologia, ciência da cor, métodos computacionais avançados, eletrônica e um processo de fabricação exclusivo.

A equipe descobriu que, usando mais do que as três cores primárias de iluminação usadas em LEDs típicos, eles conseguiram reproduzir a luz do dia com mais precisão. Os primeiros testes do novo design mostraram excelente renderização de cores, uma faixa operacional mais ampla do que a tecnologia de iluminação inteligente atual e um espectro mais amplo de personalização de luz branca. Os resultados são relatados na revista Nature Communications .

Como a disponibilidade e as características da luz ambiente estão ligadas ao bem-estar, a ampla disponibilidade de sistemas de iluminação inteligente pode ter um efeito positivo na saúde humana, uma vez que esses sistemas podem responder ao humor individual. A iluminação inteligente também pode responder aos ritmos circadianos, que regulam o ciclo diário de sono-vigília, de modo que a luz é branco-avermelhada de manhã e à noite e branco-azulado durante o dia.

Quando uma sala tem luz natural ou artificial suficiente, bom controle de brilho e vista para o exterior, diz-se que tem bons níveis de conforto visual. Em ambientes internos sob luz artificial, o conforto visual depende da precisão com que as cores são renderizadas. Como a cor dos objetos é determinada pela iluminação, a iluminação branca inteligente precisa ser capaz de expressar com precisão a cor dos objetos ao redor. A tecnologia atual consegue isso usando três cores diferentes de luz simultaneamente.

Os pontos quânticos têm sido estudados e desenvolvidos como fontes de luz desde a década de 1990, devido à sua alta sintonização e pureza de cor. Devido às suas propriedades optoeletrônicas exclusivas, eles apresentam excelente desempenho de cores tanto em ampla capacidade de controle de cores quanto em alta capacidade de renderização de cores.

Os pesquisadores de Cambridge desenvolveram uma arquitetura para diodos emissores de luz de pontos quânticos (QD-LED) baseados em iluminação branca inteligente de próxima geração. Eles combinaram otimização de cores em nível de sistema, simulação optoeletrônica em nível de dispositivo e extração de parâmetros em nível de material.

Os pesquisadores produziram uma estrutura de design computacional a partir de um algoritmo de otimização de cores usado para redes neurais em aprendizado de máquina, juntamente com um novo método para transporte de carga e modelagem de emissão de luz.

O sistema QD-LED usa várias cores primárias - além do vermelho, verde e azul comumente usados ​​- para imitar com mais precisão a luz branca. Ao escolher pontos quânticos de um tamanho específico – entre três e 30 nanômetros de diâmetro – os pesquisadores conseguiram superar algumas das limitações práticas dos LEDs e alcançar os comprimentos de onda de emissão necessários para testar suas previsões.

A equipe então validou seu design criando uma nova arquitetura de dispositivo de iluminação branca baseada em QD-LED. O teste mostrou excelente renderização de cores, uma faixa operacional mais ampla do que a tecnologia atual e um amplo espectro de personalização de tons de luz branca.

O sistema QD-LED desenvolvido pela Cambridge mostrou uma faixa de temperatura de cor correlacionada (CCT) de 2243K (avermelhado) a 9207K (sol brilhante do meio-dia), em comparação com as atuais luzes inteligentes baseadas em LED que têm um CCT entre 2200K e 6500K. O índice de reprodução de cores (CRI) - uma medida de cores iluminadas pela luz em comparação com a luz do dia (CRI =100) - do sistema QD-LED foi de 97, em comparação com os atuais intervalos de lâmpadas inteligentes, que estão entre 80 e 91.

O design pode abrir caminho para uma iluminação inteligente mais eficiente e precisa. Em uma lâmpada inteligente de LED, os três LEDs devem ser controlados individualmente para obter uma determinada cor. No sistema QD-LED, todos os pontos quânticos são acionados por uma única tensão de controle comum para atingir toda a faixa de temperatura de cor.

“Este é o primeiro do mundo:um sistema de iluminação branca inteligente baseado em pontos quânticos totalmente otimizado e de alto desempenho”, disse o professor Jong Min Kim, do Departamento de Engenharia de Cambridge, que co-liderou a pesquisa. “Este é o primeiro marco para a exploração completa da iluminação branca inteligente baseada em pontos quânticos para aplicações diárias”.

“A capacidade de reproduzir melhor a luz do dia através de seu espectro de cores variável dinamicamente em uma única luz é o que buscamos”, disse o professor Gehan Amaratunga, que co-liderou a pesquisa. "Conseguimos isso de uma nova maneira usando pontos quânticos. Esta pesquisa abre caminho para uma ampla variedade de novos ambientes de iluminação humana responsivos."

A estrutura da iluminação branca QD-LED desenvolvida pela equipe de Cambridge é escalável para superfícies de iluminação de grandes áreas, pois é feita com um processo de impressão e seu controle e acionamento é semelhante ao de um display. Com LEDs de fonte pontual padrão que exigem controle individual, esta é uma tarefa mais complexa. + Explorar mais

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