Med inspiration från naturens nanoteknik som skapar den fantastiska färgen på fjärilsvingar, en forskare vid University of Central Florida skapar teknik för att göra extremt lågeffekt, ultrahögupplösta skärmar och skärmar som är lättare för ögonen.

Den nya tekniken skapar digitala skärmar som är upplysta av omgivande ljus och som ser mer naturligt ut än nuvarande skärmteknologier som är beroende av energikrävande starkt ljus gömt bakom skärmar. Resultaten publicerades på onsdagen i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Denna skärm har ett mer naturligt utseende än din nuvarande dator- eller smartphoneskärm, sa Debashis Chanda, en docent vid UCF:s NanoScience Technology Center och huvudutredare av forskningen. "Det är som att se ett porträtt på väggen i ditt hus. Det har varken bländning eller extra ljus. Det är mer som att titta på naturen."

Istället för att använda starka LED-lampor bakom en skärm för att lysa upp en skärm, Chandas display är upplyst av reflekterande ljus från omgivningen. Forskaren jämförde den nya tittarupplevelsen med att byta från att äta bearbetade livsmedel till att äta naturliga.

"Det kommer att vara ett steg upp för folk att vänja sig vid det, ", sa han. "Men det här är ett sätt att skapa skärmar som är harmoniska med hur naturen visar färg och som ett resultat ser mer naturliga ut och inte pumpa ut en enorm mängd ljus i dina ögon."

Detta är viktigt eftersom att stirra på starkt upplysta dator- och smartphoneskärmar under längre perioder kan orsaka ansträngda ögon, huvudvärk och andra hälsoproblem.

Denna nya visningsmekanism använder en teknik som används av många djur, som fjärilar, bläckfiskar, papegojor, aror och skalbaggar, att visa färg genom att sprida och reflektera ljus som träffar strukturer i nanoskala på deras kroppar.

Denna typ av ljusproduktion är annorlunda än pigmentfärger eller färgämnen, som de som används i kläder eller färger, som selektivt absorberar vissa ljusfärger och reflekterar andra.

"Om vi ​​ser fjärilar, bläckfiskar eller många vackra fåglar, deras färg kommer faktiskt från strukturer i nanoskala på deras fjädrar, hud eller fjäll, " sade Chanda. "Proteinmolekylen, baselementet, de har inte sin egen färg men när du sätter ihop dem i en ordning, kontrollerat mode, det skapar alla möjliga färger. Vad fjärilen gör är att helt enkelt sprida tillbaka ljuset på ett sätt så att den skapar all denna vackra färg utan att absorbera någonting."

Teknologin, känd som plasmoniska färgskärmar, kan visa olika färger baserat på storleken, form och mönster av reflekterande metalliska nanostrukturer inuti skärmarna. Teknologin, dock, har begränsats av problem med att visa rätt färg i olika vinklar, tillverka den över stora ytor och visa svart.

Bygger på hans tidigare forskning, Chandas grupp har övervunnit dessa utmaningar genom att hitta ett sätt att göra nanostrukturerna till exakta konstruktioner för att helt kontrollera vinkeloberoende ljusspridning, vilket resulterar i färger som inte beror på betraktningsvinkeln.

"Vi upptäckte en teknik där nanopartiklar själv kunde sätta ihop ett kvasi-slumpmässigt mönster på ett fördesignat substrat och sedan kunde vi optimera det i en mycket kontrollerad process för att skapa en viss färg, som gult, blå, guld, magenta, vitt och mer, bara genom att ändra nanopartikelstorleken, till skillnad från pigmentbaserade färger där olika absorberande molekyler behövs för olika färger, " sa Chanda.

Självmonteringsprocessen som används i studien liknar hur människokroppen kontrollerar tillväxten. I kroppen, enzymer och hormoner som frigörs vid vissa tidpunkter reglerar tillväxten. I Chandas studieavsättningshastighet, tryck- och temperaturkontroll design och tillväxt av nanostrukturer, som ger kontroll över färgen på det ljus som visas.

"Med den mekanism vi utvecklade, vi kan använda fysiska parametrar för att mappa tillbaka till ett visst mönster och därefter en färg, " sa Chanda.

"Dock, svart färg behövde ett annat tillvägagångssätt. Det spridda ljuset från den nanostrukturerade ytan blockeras med hjälp av ett flytande kristallskikt på ett kontrollerat sätt vilket resulterar i den första demonstrationen av svart/grå färger i strukturella färgskärmar, " sa Chanda.

Med fältet fortfarande framväxande, forskaren sa att det kan ta ett tag innan displayer och konsumentprodukter som använder plasmoniska nanostrukturer är tillgängliga för allmänheten, men resultaten av studien är ett betydande steg i den riktningen.