@ 2017.07.07 , 17:00

借鉴飞蛾眼睛开发屏幕涂层使得在阳光下更容易阅读

即使是最新的手机和平板屏幕在明亮的阳光下也很难看清楚。受到飞蛾眼睛中纳米结构的启发,研究者研发了一种新型的增透膜,能使人们不必跑到阴影处看他们的移动设备。

这一增透膜仅具有0.23%的表面反射率,远低于苹果手机4.4%的表面反射率。反射是明亮日光下难以看清手机屏幕的主要原因,因为手机屏幕表面反射的强烈光线冲淡了显示效果。

中佛罗里达大学光学和光子学学院Shin-Tson Wu领导的研究者将他们的新研究发表在了Optica杂志上,这是光学学会的杂志,具有较高影响度。

借鉴飞蛾眼睛开发屏幕涂层使得在阳光下更容易阅读
credit: 煎蛋画师BC

Wu说道:“将我们的弹性增透膜用在智能手机和平板上,将使屏幕变得明亮锐利,即使是在室外看。除了具有低反射率,我们的自然启发的膜还耐划伤、能自清洁,能保护触摸屏免于灰尘和指纹。”

新的膜包含微小的均匀凹痕,每个直径约为100纳米。这一涂层还可被用于柔性显示器应用,比如能像书本那样折叠的手机屏幕,这可能将在明年就面市。

自然启发

今天大部分智能手机都是使用传感器检测明亮的环境光线,然后增加屏幕的亮度等级,直到能克服强表面反射的影响。虽然这种自适应亮度控制能帮助提升可读性,但也会消耗电力。解决阳光可见问题的其他方法也被证实难以实现。

为了寻找改善屏幕室外可读性的更简单方法,研究者转向自然界。飞蛾眼睛覆盖着增投纳米结构模式,使其能在黑暗中视物,防止可能被捕食者发现的眼睛反射。由于其他研究团队已经利用类似飞蛾眼睛的纳米结构进行实验以减少太阳能电池表面反射的太阳光,Wu和他的团队认为相同的技术或亦可用于移动屏幕上。

论文第一作者Guanjun Tan说道:“虽然众所周知飞蛾眼睛结构能减少表面反射,但要利用这种纳米结构制造大到足以用于移动手机或者平板的增透膜还是相对困难的。由于这种结构如此细微,因为高分辨率和高精度的制造技术是必须的。”

研究者提出了一种制造技术,使用自组装纳米球形成精确的模板,利用该模板在涂层上形成类似飞蛾眼睛的结构。这一过程的简单性和精确性使得研究者能制造出大到能用于移动屏幕的具有复杂结构的薄膜。

研究者还创造了一种计算模型来模拟涂层的光学行为。在确认这一模型能准确表达实验结果后,研究者用其优化了飞蛾眼睛纳米结构的尺寸,来实现更好的性能。

日光下查看

优化过的薄膜的测试表明在阳光下观看时,覆有新薄膜的玻璃在对比度方面提升了4倍多。而在阴影下观看时,则是提升了10倍。研究者也使用标准工业程序测试了其弹性和耐划性以及自清洁能力。

国立□□大学学生、研究团队核心成员Jun-Haw Lee说道:“我们的测量结果表明这个类似飞蛾眼睛的增透膜具有杰出的光学行为和机械强度。我们的薄膜提供了一种减少表面反射、提升移动设备阳光下可读性的高效低成本方法。”

研究者目前正在研究进一步改善增透膜的机械性质,包括找到表面硬度和弹性之间的最佳平衡点,使这一薄膜表面足够粗糙能支撑触摸屏的长期使用。他们还利用模拟模型进一步优化飞蛾眼睛结构的形状和尺寸,以获得比曾经认为的更好的光学性能。

论文原文:DOI: 10.1364/OPTICA.4.000678

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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