علماء يبحثون عن تقنية لجعل مصابيح LED أكثر سطوعًا

[إعلان 1]

تم تطبيق تقنية TIR الجديدة التي طورها الدكتور نجوين دوان كوك آنه وزملاؤه في صنع عاكسات LED لزيادة كفاءة الإضاءة وتقليل تكاليف التشغيل، وحصلت على الجائزة الأولى في مسابقة مبادرة العلوم لعام 2023.

تم تنفيذ المشروع من قبل فريق بحثي من كلية الهندسة الكهربائية والإلكترونية بجامعة تون دوك ثانغ، بما في ذلك الدكتور نجوين دوآن كووك آنه، والدكتور تران دينه كوونج، والدكتور هو دانج سانج، وفان ثي مينه مان.

تقنية عدسات TIR الجديدة هي عدسة انعكاس داخلي كلي (تُعرف أيضًا باسم العاكس) تُثبّت على مصباح LED للمساعدة في توجيه الضوء المنبعث للأمام وتوزيعه بشكل أكثر توازناً. تُساعد تقنية عدسات TIR الجديدة على خفض التكاليف وزيادة الكفاءة وتوحيد انبعاث الضوء، مما يُحسّن جودة مصابيح LED وتطبيقاتها. كما حسّن فريق البحث هذه التقنية لتطبيقها على العديد من منتجات LED المختلفة، المُستخدمة في مجالات الإضاءة المدنية والصناعة والزراعة ومصايد الأسماك.

أشار الدكتور كوك آنه، ممثل فريق البحث، إلى أن محلول عدسات TIR يُستخدم على نطاق واسع في العديد من مصابيح LED التجارية، نظرًا لقدرته على ضبط شعاع الضوء الوارد بزاوية أوسع من العاكسات التقليدية أو أنواع العدسات الأخرى. ومع ذلك، غالبًا ما لا تحقق عدسات TIR انعكاسًا داخليًا كليًا، لذا يلزم استخدام حلقة تثبيت بيضاء للاحتفاظ بالشعاع المنبعث وتركيزه للأمام لضمان الكفاءة. وأضاف: "يمكن أن تحقق حلقة التثبيت البيضاء كفاءة تصل إلى 95.85%، لكن تكلفتها مرتفعة".

نموذج لضوء LED باستخدام عدسة TIR الجديدة. الصورة: فريق البحث. — نموذج لضوء LED باستخدام عدسة TIR الجديدة. الصورة: *فريق البحث.*

بهدف تحسين جودة مصابيح LED وتطبيقاتها، بحث فريق من العلماء وطوّر تقنية جديدة لعدسات TIR لا تتطلب استخدام حلقة تثبيت بيضاء (مما يُسهم في خفض تكاليف المنتج بنسبة 30%). وتحديدًا، تُحقق هذه التقنية كفاءة إضاءة تتجاوز 95%، مع زيادة في الإضاءة المنتظمة أعلى من مصابيح LED التجارية الحالية.

قال الدكتور كوك آنه إن فريق البحث توصل إلى هذه الفكرة عام ٢٠١٤، وقام بتغيير توزيع الضوء، ودرس تغير اللون لإيجاد طرق لزيادة كفاءة الضوء وتوفير التكاليف. في عام ٢٠١٦، أجرى العلماء محاكاةً للحسابات باستخدام برنامج بصري متخصص، ثم صمموا النموذج وصنعوه. بعد أكثر من ثلاث سنوات، وُلدت عدسة TIR الجديدة، بما في ذلك تصميم مُوَازِي متعدد الأجزاء (MSOC) وسطح بصري متعدد الهياكل (MSOS)، لضبط زاوية انبعاث الشعاع الساقط وعكس جميع الضوء الساقط لزيادة تجانس انبعاث الضوء. أي أن العدسة الجديدة قادرة على إعادة توزيع إشعاع الضوء الأزرق والأصفر، مما يُحسّن جودة لون الضوء الأبيض.

لتنفيذ التطبيق، استخدم الفريق معدات قياس للبحث، وقاموا بقياس النتائج ومقارنتها بنتائج العينات، ثم عايروها. أظهرت النتائج التجريبية التي قارنت انتظام توزيع الضوء أن مؤشر انتظام الإضاءة عند استخدام عدسة TIR الجديدة كان أعلى بنسبة 122.4% من مؤشر العدسة 1، و495.3% من مؤشر العدسة 2 عند سطح إضاءة 500 مم². ساعد هذا النجاح في حصول بحث عدسة TIR الجديدة على براءة اختراع من مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي (USPTO) عام 2022.

بعد عملية طويلة من التصميم وتصنيع العينات والحصول على براءات الاختراع، يتوقع الدكتور كوك آنه وزملاؤه طرح المنتج تجاريًا في السوق. وصرح قائلًا: "تقنية عدسات TIR الجديدة سهلة الاستخدام والتوزيع، ويمكن تطبيقها على نطاق واسع، مما يعود بالنفع الاقتصادي على المجتمع ككل".

وفي حديثه مع VnExpress ، قام الدكتور ترينه شوان ثانج، نائب مدير مركز البحوث والتطوير للمتنزهات التكنولوجية العالية في مدينة هوشي منه، بتقييم منتج الدكتور كوك آنه وزملائه باعتباره تقنية جديدة بأفكار فريدة.

وفقًا للسيد ثانغ، فإن إحدى المشكلات الرئيسية عند استخدام مصابيح LED البيضاء هي تحقيق تجانس عالٍ في اللون. إضافةً إلى ذلك، تُعدّ كفاءة الطاقة في مصابيح LED مصدر قلق كبير للمصنعين والمستخدمين. وقد ساعدت تقنية عدسات TIR على استخدام مصابيح LED في الإضاءة ذات مصادر الإضاءة عالية الجودة (مما حقق تجانسًا أعلى في لون إضاءة LED) وكفاءة عالية في استخدام الطاقة، بما يُضاهي التقنيات الرائدة عالميًا اليوم.

وقال الدكتور ثانج: "لقد توصلت مجموعة المؤلفين إلى أفكار وتقنيات تحل المشاكل الرئيسية في استخدام مصابيح LED، وبالتالي فإن إمكانية تسويقها تجارياً ممكنة للغاية".

حصل الدكتور نجوين دوان كوك آنه (في الوسط) على الجائزة الأولى لمسابقة الابتكار العلمي لعام ٢٠٢٣ عن ابتكاره حلاً جديدًا لعدسات TIR لمصابيح LED عالية الطاقة. تصوير: جيانج هوي — حصل الدكتور نجوين دوان كوك آنه (في الوسط) على الجائزة الأولى لمسابقة الابتكار العلمي لعام ٢٠٢٣ عن ابتكاره حلاً جديدًا لعدسات TIR لمصابيح LED عالية الطاقة. تصوير: *جيانج هوي*

حظي مشروع الدكتور نجوين دوان كوك آنه بتقدير كبير من لجنة التحكيم، لما يتميز به من فكرة جيدة وعملية بحث منهجية ومفصلة. ووفقًا للعلماء، فإن التسويق التجاري ممكن تمامًا عند استيفاء المعايير الصناعية. وقد فاز المنتج بالجائزة الأولى بقيمة 70 مليون دونج فيتنامي في مسابقة مبادرة العلوم لعام 2023.