「メタサーフェス」技術:研究者は、より平坦で、よりエネルギー効率の高いスクリーンへの道を切り開く(‘Metasurface’ technology: researchers pave the way for flatter and more energy-efficient screens)

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オーストラリアと英国の研究者チームが、LCDやLEDに代わる概念実証の技術を開発した。 A team of Australian and UK researchers have developed a proof-of-concept technology that could eventually supersede LCDs and LED.

2023-02-23 ニューサウスウェールズ大学(UNSW)

◆英国ノッティンガム・トレント大学、キャンベラ大学、オーストラリア国立大学の3大学の研究チームは、現行の液晶ディスプレイ(LCD)よりも大きなメリットをもたらす新しい「メタサーフェス」技術を開発しました。この研究成果は、本日発行されたLight: Science & Applications」に掲載されました。
◆メタサーフェスは、液晶セルの100分の1の薄さで、10倍の解像度を持ち、消費電力も少なくなる可能性があります。
◆今日のスクリーンディスプレイ市場には様々な選択肢があり、それぞれに長所と短所がある。しかし、製造コスト、寿命、消費電力などの要因から、テレビやモニターなどのスクリーンには、液晶技術が最も支配的で人気のある技術として位置づけられている。
◆液晶セルは透過光のオン・オフを司り、バックライトで常に照らされ、画素の前後には偏光フィルターがあり、交差偏光のセットアップを形成している。液晶セルは、画素の大きさ、すなわち解像度を決定し、デバイスの消費電力を管理する重要な役割を担っている。
◆新たに設計されたメタサーフェスセルは、調整可能で並外れた光散乱特性を有しているため、液晶層に取って代わり、ディスプレイの無駄な光強度とエネルギー消費の半分を占める偏光板を必要としなくなる。

<関連情報>

フラッシュ局所加熱による電気的にプログラム可能な固体メタサーフェス Electrically programmable solid-state metasurfaces via flash localised heating

Khosro Zangeneh Kamali,Lei Xu,Nikita Gagrani,Hark Hoe Tan,Chennupati Jagadish,Andrey Miroshnichenko,Dragomir Neshev & Mohsen Rahmani
Light: Science & Applications  Published:22 February 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41377-023-01078-6

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Abstract

In the last decades, metasurfaces have attracted much attention because of their extraordinary light-scattering properties. However, their inherently static geometry is an obstacle to many applications where dynamic tunability in their optical behaviour is required. Currently, there is a quest to enable dynamic tuning of metasurface properties, particularly with fast tuning rate, large modulation by small electrical signals, solid state and programmable across multiple pixels. Here, we demonstrate electrically tunable metasurfaces driven by thermo-optic effect and flash-heating in silicon. We show a 9-fold change in transmission by <5 V biasing voltage and the modulation rise-time of <625 µs. Our device consists of a silicon hole array metasurface encapsulated by transparent conducting oxide as a localised heater. It allows for video frame rate optical switching over multiple pixels that can be electrically programmed. Some of the advantages of the proposed tuning method compared with other methods are the possibility to apply it for modulation in the visible and near-infrared region, large modulation depth, working at transmission regime, exhibiting low optical loss, low input voltage requirement, and operating with higher than video-rate switching speed. The device is furthermore compatible with modern electronic display technologies and could be ideal for personal electronic devices such as flat displays, virtual reality holography and light detection and ranging, where fast, solid-state and transparent optical switches are required.

0403電子応用
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