Scientific Reports: Создан ультразвуковой настраиваемый ЖК-рассеиватель света

Свет необходим для жизни. С момента открытия огня люди используют различные искусственные источники света: лампы накаливания, газовые фонари, газоразрядные лампы и светодиоды, или LED.

Распределение и интенсивность искусственного освещения важны для нашей способности эффективно учиться и работать, а также влияют на физическое и психическое здоровье. Современные источники искусственного света разрабатываются с учётом этих факторов.

Светодиоды — последнее новшество в области искусственного освещения. Они способствуют развитию экологически чистых систем освещения благодаря своей эффективности. Однако они меньше традиционных источников света, поэтому для распространения света на большую площадь требуются рассеиватели.

Рассеиватели света имеют периодический профиль поверхности, распределение показателя преломления или светорассеивающие слои. Они направляют и рассеивают свет в определённых направлениях.

Оптические характеристики рассеивателей можно настроить во время изготовления под конкретные требования. После изготовления эти свойства нельзя изменить. Одним из способов управления направленностью диффузии после установки является механическое перемещение оптических компонентов, но это увеличивает размеры устройства. Редко встречаются рассеиватели, которые позволяют управлять направленностью без использования механических деталей.

Профессор Дайсуке Кояма и его аспиранты Юма Курода и Рёя Мизуно из Университета Дошиша создали новый ультразвуковой жидкокристаллический рассеиватель света с возможностью настройки.

Рассеиватель работает на основе некоаксиальных резонансных изгибных колебаний, которые контролируют молекулярную ориентацию и распределение показателя преломления в слое ЖК. Это позволяет настраивать угол и направление рассеивания. Устройство имеет простую структуру без движущихся частей.

Подробности об устройстве опубликованы в журнале Scientific Reports.

Ультразвуковой LC-диффузор состоит из нематического LC-слоя между двумя стеклянными дисками и ультразвукового пьезоэлектрического преобразователя с электродами внутри.

Преобразователь, на который подаётся непрерывный синусоидальный сигнал, заставляет диски колебаться. Когда частота колебаний совпадает с резонансной частотой LC-рассеивателя, в LC-слое возникают колебания на разных частотах. Это приводит к различиям в акустической энергии между слоями ЖК, дисками и воздухом. В результате возникает сила акустического излучения на границе слоя ЖК и диска. Этот эффект меняет молекулярную ориентацию слоёв ЖК и распределение проходящего света. Меняя электроды, к которым прикладывается напряжение, можно легко изменить направление молекулярной ориентации и диффузионную направленность.

Исследователи изучили, как работает устройство, и выяснили, что угол рассеивания зависит от входного напряжения. При напряжении 16 В свет рассеивается максимально. Если напряжение будет выше, то рассеянный свет может стать нестабильным.

Также распределение света зависит от поляризации падающего света. Рассеиватели позволяют контролировать направление света, снижают потребление энергии и дают возможность настраивать освещение по своему вкусу. Это улучшает внешний вид помещения.

Профессор Кояма отмечает, что это первое устройство с ультразвуковым управлением на основе ЖК-материала, которое позволяет управлять направленностью рассеивания в небольшом пространстве. Такое устройство может произвести революцию в освещении помещений.

26.07.2024