Bộ khuếch tán ánh sáng tinh thể lỏng siêu âm có thể điều chỉnh mới mở đường cho hệ thống chiếu sáng trong nhà thế hệ tiếp theo
của Đại học Doshisha
Sơ đồ định hướng phân tử LC và ánh sáng truyền đi khi không có (bên trái) và khi có (bên phải) kích thích siêu âm. Đường cong màu đỏ và xanh lam lần lượt biểu diễn ánh sáng và rung động siêu âm. Nguồn: Daisuke Koyama / Đại học Doshisha
Không có gì bí ẩn khi ánh sáng là yếu tố thiết yếu đối với sự sống của con người. Kể từ khi phát hiện ra lửa, con người đã phát triển nhiều nguồn sáng nhân tạo khác nhau, chẳng hạn như đèn sợi đốt, đèn khí, đèn phóng điện và điốt phát quang (LED). Sự phân bố và cường độ của ánh sáng nhân tạo trong nhà là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng học tập và làm việc hiệu quả của chúng ta, đồng thời ảnh hưởng đến sức khỏe thể chất và tinh thần của chúng ta.
Do đó, các nguồn sáng nhân tạo hiện đại được thiết kế với các yếu tố tâm lý này để đạt được tính thẩm mỹ tốt nhất. Đèn LED, cải tiến mới nhất trong lĩnh vực ánh sáng nhân tạo, đã góp phần vào sự phát triển của các hệ thống chiếu sáng thân thiện với môi trường do hiệu suất cao của chúng. Tuy nhiên, chúng có xu hướng nhỏ hơn các nguồn sáng truyền thống, đòi hỏi phải sử dụng bộ khuếch tán để truyền ánh sáng trên một diện tích lớn hơn.
Bộ khuếch tán ánh sáng thông thường có cấu hình bề mặt định kỳ, phân bố chiết suất định kỳ hoặc lớp tán xạ ánh sáng hướng và lan tỏa ánh sáng theo các hướng cụ thể. Các đặc tính quang học của các bộ khuếch tán này có thể được điều chỉnh trong quá trình chế tạo để đáp ứng các yêu cầu cụ thể.
Tuy nhiên, sau khi chế tạo, các đặc tính này, bao gồm định hướng khuếch tán, tức là hướng phân bố ánh sáng truyền qua, không thể thay đổi. Một phương pháp để kiểm soát định hướng khuếch tán sau khi lắp đặt là di chuyển cơ học các thành phần quang học, nhưng điều này có thể làm tăng kích thước của thiết bị. Các bộ khuếch tán cho phép kiểm soát định hướng khuếch tán mà không cần sử dụng các bộ phận cơ học rất hiếm.
Trong một nghiên cứu mới, Giáo sư Daisuke Koyama và các sinh viên sau đại học, ông Yuma Kuroda và ông Ryoya Mizuno từ Khoa Khoa học và Kỹ thuật tại Đại học Doshisha, đã phát triển một bộ khuếch tán ánh sáng tinh thể lỏng siêu âm (LC) có thể điều chỉnh sáng tạo.
Giáo sư Koyama giải thích, "Bộ khuếch tán ánh sáng LC siêu âm của chúng tôi dựa trên việc tạo ra rung động uốn cong cộng hưởng không đồng trục, điều khiển hướng phân tử và phân bố chiết suất của lớp LC, cung cấp khả năng kiểm soát góc và hướng khuếch tán. Nó có cấu trúc mỏng và đơn giản, không có bộ phận chuyển động cơ học nào".
Thiết bị của họ đã được mô tả chi tiết trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Scientific Reports vào ngày 4 tháng 7 năm 2024.
Bộ khuếch tán LC siêu âm bao gồm một lớp LC nematic kẹp giữa hai đĩa thủy tinh và một bộ chuyển đổi áp điện siêu âm. Các điện cực của bộ chuyển đổi được phân bổ theo mô hình tròn bên trong bộ khuếch tán. Áp dụng tín hiệu sin pha ngược liên tục vào bộ chuyển đổi sẽ tạo ra rung động siêu âm trên các đĩa thủy tinh.
Khi tần số của rung động này khớp với tần số cộng hưởng của bộ khuếch tán ánh sáng LC, các chế độ rung uốn cong cộng hưởng không đồng trục hoặc uốn cong được tạo ra trên lớp LC ở nhiều tần số khác nhau.
Điều này dẫn đến sự khác biệt về năng lượng âm thanh giữa các lớp LC, đĩa thủy tinh và không khí xung quanh, tạo ra lực bức xạ âm thanh tác động vào ranh giới lớp LC và đĩa thủy tinh. Hiệu ứng này làm thay đổi hướng phân tử của các lớp LC, làm thay đổi sự phân bố ánh sáng truyền qua. Bằng cách thay đổi các điện cực mà điện áp đầu vào được áp dụng, hướng của hướng phân tử và do đó hướng khuếch tán có thể dễ dàng được xoay.
Các nhà nghiên cứu đã điều tra các đặc tính khuếch tán của thiết bị và phát hiện ra rằng góc khuếch tán phụ thuộc vào biên độ điện áp đầu vào và đạt cực đại ở mức 16 V. Trên biên độ điện áp này, ánh sáng khuếch tán có thể trở nên không ổn định. Ngoài ra, sự phân bố ánh sáng truyền qua phụ thuộc vào độ phân cực của ánh sáng tới.
"Các bộ khuếch tán ánh sáng cho phép kiểm soát hướng khuếch tán có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng và cho phép người dùng điều chỉnh sự phân bố ánh sáng theo sở thích của họ, mang lại tính thẩm mỹ tốt hơn Thiết bị của chúng tôi đánh dấu báo cáo đầu tiên về bộ khuếch tán quang học có thể điều khiển bằng siêu âm dựa trên vật liệu LC, cung cấp cho người dùng khả năng kiểm soát hướng khuếch tán trong một không gian nhỏ", Giáo sư Koyama cho biết.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
