Depuis la découverte du feu, divers types de sources lumineuses artificielles ont été développés, allant des lampes à incandescence aux diodes électroluminescentes (LED). La répartition et l’intensité de la lumière artificielle à l’intérieur influencent non seulement notre capacité à étudier et à travailler efficacement, mais aussi notre santé physique et mentale. Par conséquent, les sources lumineuses modernes sont conçues en tenant compte de ces éléments psychologiques pour obtenir les meilleures esthétiques possibles.
Les diffuseurs lumineux conventionnels possèdent des profils de surface périodiques, des distributions périodiques de l’indice de réfraction ou des couches de diffusion de la lumière qui dirigent et dispersent la lumière dans des directions spécifiques. Les caractéristiques optiques de ces diffuseurs peuvent être ajustées lors de la fabrication pour répondre à des exigences précises. Cependant, une fois fabriquées, ces propriétés, y compris la directivité de diffusion, ne peuvent plus être modifiées.
Une méthode pour contrôler la directivité de diffusion après installation consiste à déplacer mécaniquement les composants optiques, mais cela peut augmenter la taille de l’appareil. Les diffuseurs permettant de contrôler la directivité de diffusion sans utiliser de pièces mécaniques sont rares.
Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont développé un diffuseur de lumière à cristaux liquides (LC) ultrasonique et réglable.
Le Prof. Koyama de la Faculté des Sciences et de l’Ingénierie de l’Université Doshisha explique : « Notre diffuseur de lumière LC ultrasonique repose sur la génération de vibration de flexion résonante non coaxiale, qui contrôle l’orientation moléculaire et la distribution de l’indice de réfraction de la couche LC, offrant ainsi un contrôle sur l’angle et la direction de diffusion. Il possède une structure mince et simple sans pièces mécaniques mobiles. »
Fonctionnement du Diffuseur LC Ultrasonique
Le diffuseur LC ultrasonique se compose d’une couche de LC nématique prise en sandwich entre deux disques de verre et un transducteur piézoélectrique ultrasonique. Les électrodes du transducteur sont réparties en un motif circulaire à l’intérieur du diffuseur. L’application d’un signal sinusoïdal continu à phase inversée au transducteur produit une vibration ultrasonique sur les disques de verre.
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Lorsque la fréquence de cette vibration correspond à la fréquence de résonance du diffuseur de lumière LC, des modes de vibration de flexion résonante non coaxiale sont générés sur la couche LC à différentes fréquences. Cela entraîne des différences d’énergie acoustique entre les couches LC, les disques de verre et l’air environnant, induisant une force de radiation acoustique agissant à la frontière de la couche LC et du disque de verre. Cet effet modifie l’orientation moléculaire des couches LC, changeant ainsi la distribution de la lumière transmise.
Résultats et Implications
Les chercheurs ont étudié les caractéristiques de diffusion du dispositif et ont découvert que l’angle de diffusion dépend de l’amplitude de la tension d’entrée et est maximisé à 16 V. Au-delà de cette amplitude de tension, la lumière diffusée peut devenir instable. De plus, la distribution de la lumière transmise dépend de la polarisation de la lumière incidente.
« Les diffuseurs de lumière permettant de contrôler la directivité de diffusion peuvent réduire la consommation d’énergie et permettre aux utilisateurs d’ajuster la distribution de la lumière selon leurs préférences, résultant en une meilleure esthétique. Notre dispositif marque le premier rapport d’un diffuseur optique contrôlable par ultrasons basé sur un matériau LC, offrant aux utilisateurs un contrôle sur la directivité de diffusion dans un espace réduit », remarque pour conclure le Prof. Koyama.
En effet, cet appareil innovant pourrait transformer l’éclairage intérieur, contribuant à des esthétiques améliorées et personnalisées grâce à une diffusion de la lumière contrôlable.
Article : « Ultrasonic liquid crystal tunable light diffuser » – DOI: 10.1038/s41598-024-66413-2
