Skärmar på även de nyaste telefonerna och surfplattorna kan vara svåra att läsa ute i starkt solljus. Inspirerad av nanostrukturerna som finns på malögon, forskare har utvecklat en ny antireflektionsfilm som kan hindra människor från att behöva springa till skuggan för att titta på sina mobila enheter.

Antireflexfilmen uppvisar en ytreflektion på bara 0,23 procent, mycket lägre än iPhone:s ytreflektion på 4,4 procent, till exempel. Reflektion är den främsta anledningen till att det är svårt att läsa en telefonskärm i starkt solljus, eftersom det starka ljuset som reflekteras från skärmens yta sköljer ut skärmen.

Forskare som leds av Shin-Tson Wu från College of Optics and Photonics, University of Central Florida (CREOL), rapport om deras nya antireflektionsbeläggning i Optica , The Optical Society's journal for high impact research.

"Genom att använda vår flexibla antireflexfilm på smartphones och surfplattor blir skärmen ljus och skarp, även när det ses utanför, "sa Wu." Förutom att visa låg reflektion, vår naturinspirerade film är också reptålig och självrensande, som skulle skydda pekskärmarna från damm och fingeravtryck. "

Den nya filmen innehåller små enhetliga gropar, var och en cirka 100 nanometer i diameter (ungefär en tusendel av bredden på ett människohår). Beläggningen kan också användas med flexibla displayapplikationer som telefoner med skärmar som viks som en bok, som förväntas slå ut på marknaden så snart som nästa år.

Inspirerad av naturen

Många av dagens smartphones använder en sensor för att upptäcka starkt omgivande ljus och sedan öka skärmens ljusstyrka nog för att övervinna den starka ytreflektionen. Även om denna typ av adaptiv ljusstyrka kan hjälpa till att förbättra läsbarheten, det tömmer också batteriet. Andra metoder för att lösa problemet med synlighet i solljus har visat sig vara svåra att genomföra.

Letar du efter en enklare metod för att förbättra skärmens läsbarhet utanför, forskarna vände sig till naturen. Möls ögon är täckta med ett mönster av antireflekterande nanostrukturer som gör att nattfjärilar kan se i mörkret och förhindra ögonreflektioner som kan ses av rovdjur. Eftersom andra forskargrupper har experimenterat med att använda moth-eye-liknande nanostrukturer för att minska solljuset som reflekteras från ytan på solceller, Wu och hans team trodde att samma teknik också kan fungera på mobila skärmar.

"Även om det är känt att moth-eye-strukturer kan minska ytreflektion, det är relativt svårt att tillverka en antireflektionsfilm med denna nanostruktur som är tillräckligt stor för att användas på en mobiltelefon eller surfplatta, "sa Guanjan Tan, tidningens första författare. "Eftersom strukturerna är så små, en tillverkningsteknik med hög upplösning och hög precision är nödvändig. "

Forskarna utvecklade en tillverkningsteknik som använder självmonterade nanosfärer för att bilda en exakt mall som kan användas för att skapa den mothögliknande strukturen på en beläggning. Enkelheten och precisionen i denna process tillät tillverkning av den invecklade strukturen i en film som är tillräckligt stor för att appliceras på en mobil skärm.

Forskarna skapade också en beräkningsmodell för att simulera beläggningarnas optiska beteende. Efter att ha visat att modellen korrekt representerade experimentella resultat, forskarna använde den för att optimera storleken på nanostrukturerna för näsfjäril för att uppnå bästa prestanda.

Att se i solljuset

Test av filmen efter optimering visade att när den ses i solljus, glas täckt med den nya filmen uppvisade en mer än fyrfaldig förbättring av kontrastförhållandet-skillnaden mellan det ljusaste vita och mörkaste svarta. När det ses i skuggan, glas med den nya filmen visade en tiofaldig förbättring av kontrastförhållandet. Forskarna använde också vanliga industriella förfaranden för att testa dess flexibilitet samt dess förmåga att repa och självrengöra.

"Våra uppmätta resultat indikerar att den mothögliknande antireflektionsfilmen uppvisar utmärkt optiskt beteende och mekanisk styrka, "sa Jun-Haw Lee från National Taiwan University, en nyckelmedlem i forskargruppen. "Vår film ger en effektiv och billig metod för att minska ytreflektionen och förbättra läsbarheten för mobila enheter."

Forskarna arbetar nu med att ytterligare förbättra antireflexfilmens mekaniska egenskaper, inklusive att hitta den bästa balansen mellan ythårdhet och flexibilitet, för att göra filmytan tillräckligt robust för långvarig användning på pekskärmar. De använder också simuleringsmodellen för att ytterligare optimera moth-eye-strukturens form och storlek för att få ännu bättre optisk prestanda än någonsin trott möjligt.