Блог

May 27, 2023

Ультратонкие дисплеи Metasurface нацелены на ЖК-дисплеи

В настоящее время ЖК-экраны являются наиболее доминирующей и популярной технологией отображения для

В настоящее время ЖК-экраны являются наиболее доминирующей и популярной технологией отображения для телевизоров и мониторов, но вряд ли они станут значительно лучше в будущем. Теперь новое исследование показывает, что физика, которая делает возможными микроскопические «плащи-невидимки», может привести к созданию «метаповерхности» следующего поколения, отображающей примерно 1/100 толщины среднего человеческого волоса, которая могла бы обеспечить в 10 раз большее разрешение и потреблять вдвое меньше. энергии, как ЖК-экраны.

Технология ЖК-дисплеев основана на жидкокристаллических ячейках, которые постоянно освещаются подсветкой. Поляризаторы перед и за пикселями фильтруют световые волны в зависимости от их полярности или направления, в котором они вибрируют, а жидкокристаллические ячейки могут вращаться в соответствии с ориентацией этих фильтров для включения и выключения передачи света.

ЖК-экраны продолжают совершенствоваться за счет улучшения жидких кристаллов, технологии отображения или подсветки. «Однако улучшение ЖК-технологий в настоящее время носит лишь постепенный характер», — говорит Эрик Вирей, старший аналитик по дисплеям исследовательской компании Yole Intelligence в Лионе, Франция.

Прототип четырехпиксельного устройства может переключать коэффициент пропускания света с напряжением менее 5 В всего за 625 микросекунд, что соответствует более чем 1000 кадрам в секунду.

Одной из возможностей, которую ученые изучают для создания плоских экранов следующего поколения, являются метаповерхности, которые спроектированы так, чтобы обладать свойствами, обычно не встречающимися в природе, например, способностью преломлять свет неожиданным образом. Исследования метаповерхностей и других метаматериалов привели, помимо других открытий, к созданию плащей-невидимок, которые могут скрывать объекты от света, звука, тепла и других типов волн.

Оптические метаматериалы, предназначенные для управления светом, содержат структуры с повторяющимися узорами в масштабах, меньших, чем длины волн света, на которые они влияют. Однако их структуры обычно статичны. Это является препятствием для многих приложений, требующих изменяемых оптических свойств, таких как дисплеи.

Предыдущие исследования изучали ряд различных способов электрической настройки свойств метаповерхности. Однако до сих пор ни один из этих подходов не мог одновременно обеспечить быструю, большую, прозрачную твердотельную настройку, которая необходима для использования в дисплеях и лидарах.

Однако в одном новом исследовании исследователи экспериментировали с электрически настраиваемыми метаповерхностями, совместимыми со стандартными технологиями производства КМОП. Они основаны на большом термооптическом эффекте кремния, то есть изменение температуры может значительно изменить оптические свойства кремния.

«Наши пиксели метаповерхности совместимы с современными технологиями изготовления кремниевых чипов, которые позволяют снизить производственные затраты», — говорит соавтор исследования Мохсен Рахмани, профессор инженерных наук в Университете Ноттингем Трент в Англии.

Ядро нового полностью твердотельного устройства состоит из кремниевой метаповерхности, а именно, пленки толщиной 155 нанометров с отверстиями шириной от 78 до 101 нм, расположенными в точном ряду внутри нее. Эта метаповерхность заключена в прозрачные электропроводящие полосы оксида индия и олова толщиной 380 нанометров, которые могут служить нагревателями с электрическим приводом.

«Одним из важных направлений в области метаповерхностей является необходимость реконфигурируемости», — говорит инженер-электрик Андреа Алу из аспирантуры Городского университета Нью-Йорка, который не принимал участия в этом исследовании. Эта новая работа «обеспечивает быстрый, эффективный и компактный способ настройки реакции метаповерхностей, что продвигает эту область».

«Чтобы интегрировать эту технологию, нет необходимости в значительных инвестициях в новые производственные линии». — Мохсен Рахмани, Университет Ноттингем Трент

Прототип четырехпиксельного устройства может переключать количество передаваемого видимого и ближнего инфракрасного света в девять раз с напряжением менее 5 вольт всего за 625 микросекунд, что, по крайней мере, без учета других факторов, соответствует 1600 кадрам в секунду. Другими словами, частота кадров в этой технологии более чем в 10 раз выше, чем у современного видео. Исследователи подробно рассказали о своих выводах 22 февраля в журнале Light: Science & Applications.