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借鑒飛蛾眼睛開發屏幕塗層使得在陽光下更容易閱讀

借鑒飛蛾眼睛開發屏幕塗層使得在陽光下更容易閱讀

即使是最新的手機和平板屏幕在明亮的陽光下也很難看清楚。受到飛蛾眼睛中納米結構的啟發,研究者研發了一種新型的增透膜,能使人們不必跑到陰影處看他們的移動設備。

這一增透膜僅具有0.23%的表面反射率,遠低於蘋果手機4.4%的表面反射率。反射是明亮日光下難以看清手機屏幕的主要原因,因為手機屏幕表面反射的強烈光線沖淡了顯示效果。

中佛羅里達大學光學和光子學學院Shin-Tson Wu領導的研究者將他們的新研究發表在了Optica雜誌上,這是光學學會的雜誌,具有較高影響度。

credit: 煎蛋畫師BC

Wu說道:「將我們的彈性增透膜用在智能手機和平板上,將使屏幕變得明亮銳利,即使是在室外看。除了具有低反射率,我們的自然啟發的膜還耐划傷、能自清潔,能保護觸摸屏免於灰塵和指紋。」

新的膜包含微小的均勻凹痕,每個直徑約為100納米。這一塗層還可被用於柔性顯示器應用,比如能像書本那樣摺疊的手機屏幕,這可能將在明年就面市。

自然啟發

今天大部分智能手機都是使用感測器檢測明亮的環境光線,然後增加屏幕的亮度等級,直到能克服強表面反射的影響。雖然這種自適應亮度控制能幫助提升可讀性,但也會消耗電力。解決陽光可見問題的其他方法也被證實難以實現。

為了尋找改善屏幕室外可讀性的更簡單方法,研究者轉向自然界。飛蛾眼睛覆蓋著增投納米結構模式,使其能在黑暗中視物,防止可能被捕食者發現的眼睛反射。由於其他研究團隊已經利用類似飛蛾眼睛的納米結構進行實驗以減少太陽能電池表面反射的太陽光,Wu和他的團隊認為相同的技術或亦可用於移動屏幕上。

論文第一作者Guanjan Tan說道:「雖然眾所周知飛蛾眼睛結構能減少表面反射,但要利用這種納米結構製造大到足以用於移動手機或者平板的增透膜還是相對困難的。由於這種結構如此細微,因為高解析度和高精度的製造技術是必須的。」

研究者提出了一種製造技術,使用自組裝納米球形成精確的模板,利用該模板在塗層上形成類似飛蛾眼睛的結構。這一過程的簡單性和精確性使得研究者能製造出大到能用於移動屏幕的具有複雜結構的薄膜。

研究者還創造了一種計算模型來模擬塗層的光學行為。在確認這一模型能準確表達實驗結果后,研究者用其優化了飛蛾眼睛納米結構的尺寸,來實現更好的性能。

日光下查看

優化過的薄膜的測試表明在陽光下觀看時,覆有新薄膜的玻璃在對比度方面提升了4倍多。而在陰影下觀看時,則是提升了10倍。研究者也使用標準工業程序測試了其彈性和耐划性以及自清潔能力。

國立台灣大學學生、研究團隊核心成員Jun-Haw Lee說道:「我們的測量結果表明這個類似飛蛾眼睛的增透膜具有傑出的光學行為和機械強度。我們的薄膜提供了一種減少表面反射、提升移動設備陽光下可讀性的高效低成本方法。」

研究者目前正在研究進一步改善增透膜的機械性質,包括找到表面硬度和彈性之間的最佳平衡點,使這一薄膜表面足夠粗糙能支撐觸摸屏的長期使用。他們還利用模擬模型進一步優化飛蛾眼睛結構的形狀和尺寸,以獲得比曾經認為的更好的光學性能。

論文原文:DOI: 10.1364/OPTICA.4.000678

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