محققان بریتانیایی با استفاده از نقاط کوانتومی موفق به ساخت دستگاه‌های تولید نور سفید هوشمند و قابل کنترل رنگ ساختند که کارآمدتر و اشباع رنگ بهتری نسبت به LEDهای استاندارد دارند و می‌توانند به صورت دینامیکی شرایط نور روز را در محیط داخلی منازل بازتولید کنند.
محققان دانشگاه کمبریج، نسل بعدی سیستم روشنایی هوشمند را با استفاده از ترکیبی از فناوری نانو، علم رنگ‌شناسی، روش‌های محاسباتی پیشرفته، الکترونیک و فرآیند ساخت منحصر به فرد طراحی کردند.
این تیم دریافت که با استفاده از بیش از سه رنگ اصلی که در LED های معمولی استفاده می شود، می‌توان نور روز را با دقت بیشتری بازتولید کرد. آزمایش‌های اولیه روی این طراحی جدید، رندر رنگی عالی، محدوده عملیاتی گسترده‌تر از فناوری روشنایی هوشمند فعلی و طیف وسیع‌تری از سفارشی‌سازی نور سفید را نشان داد.
نتایج این کار در مجله Nature Communications منتشر شده است.
در دسترس بودن سیستم‌های روشنایی هوشمند می‌تواند تأثیر مثبتی بر سلامت انسان داشته باشد زیرا این سیستم ها می‌توانند روی خلق و خوی اثر بگذارند. نورپردازی هوشمند همچنین می‌تواند چرخه خواب و بیداری روزانه را تنظیم کرده، به طوری که نور در صبح و عصر به رنگ سفید مایل به قرمز و در طول زمان‌های دیگر روز سفید مایل به آبی باشد. وقتی اتاقی دارای نور طبیعی یا مصنوعی کافی و کنترل تابش خوب باشد، گفته می‌شود که راحتی بصری خوبی دارد. در محیط‌های داخلی تحت نور مصنوعی، راحتی بصری بستگی به دقت رنگ‌ها دارد. از آنجایی که رنگ اجسام توسط روشنایی تعیین می شود، نور سفید هوشمند باید بتواند رنگ اشیاء اطراف را به دقت بیان کند. فناوری کنونی با استفاده از سه رنگ مختلف نور به طور همزمان به این امر دست می یابد.
نقاط کوانتومی به دلیل قابلیت تنظیم رنگ بالا و خلوص رنگ از دهه ۱۹۹۰ به عنوان منابع نور مورد مطالعه قرار گرفتند. این نقاط، با توجه به خواص اپتوالکترونیکی منحصربه‌فردشان، عملکرد رنگ بسیار خوبی را هم در قابلیت کنترل رنگ و هم قابلیت نمایش رنگ بالایی را از خود نشان می‌دهند.
محققان کمبریج معماری برای دیودهای ساطع‌کننده نور نقاط کوانتومی (QD-LED) مبتنی بر نور سفید هوشمند توسعه دادند. آن‌ها ترکیبی از بهینه‌سازی رنگ در سطح سیستم، شبیه‌سازی و استخراج پارامتر را ارائه کردند.
سیستم QD-LED آن‌ها از چندین رنگ اصلی – فراتر از رنگ‌های رایج قرمز، سبز و آبی – برای تقلید دقیق‌تر نور سفید استفاده می‌کند. با انتخاب نقاط کوانتومی با اندازه‌ای خاص، بین سه تا ۳۰ نانومتر، محققان توانستند بر برخی از محدودیت‌های عملی LEDها غلبه کنند و به طول موج‌های انتشاری مورد نیاز برای آزمایش‌های خود دست یابند. سپس این تیم طراحی خود را با ایجاد یک معماری جدید از نور سفید مبتنی بر QD-LED تأیید کرد.
سیستم QD-LED توسعه‌یافته کمبریج در مقایسه با چراغ‌های هوشمند مبتنی بر LED فعلی که دارای دمای رنگ همبسته بین ۲۲۰۰ تا ۶۵۰۰ کلوین هستند، محدوده دمای رنگ همبسته (CCT) را از ۲۲۴۳K (قرمز مایل به قرمز) تا ۹۲۰۷K (خورشید روشن ظهر روز) نشان می‌دهد. شاخص رندر رنگ (CRI)، معیاری از رنگ‌های نمایان شده توسط نور در مقایسه با نور روز (CRI=100)، این سیستم به عدد ۹۷ رسید، در مقایسه با محدوده لامپ‌های هوشمند فعلی که بین ۸۰ تا ۹۱ است.
این طراحی می‌تواند راه را برای روشنایی هوشمند کارآمدتر و دقیق تر هموار کند. در یک لامپ هوشمند LED، سه LED باید به صورت جداگانه کنترل شوند تا به یک رنگ خاص دست یابند. در سیستم QD-LED، تمام نقاط کوانتومی توسط یک ولتاژ کنترل مشترک هدایت می‌شوند تا به محدوده دمای رنگ کامل دست یابند.