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May 27, 2023

초박형 Metasurface 디스플레이가 LCD를 겨냥합니다

현재 LCD 화면은 가장 지배적이고 널리 사용되는 디스플레이 기술입니다.

현재 LCD 화면은 TV와 모니터에 가장 널리 사용되고 있는 디스플레이 기술이지만, 앞으로도 크게 개선될 가능성은 낮습니다. 이제 새로운 연구에 따르면 미세한 "투명 망토"를 가능하게 하는 종류의 물리학이 차세대 "메타표면"으로 이어질 수 있으며 평균 인간 머리카락 굵기의 약 1/100로 10배의 해상도를 제공하고 절반의 전력을 소비할 수 있습니다. LCD 화면과 같은 에너지.

LCD 기술은 백라이트에 의해 지속적으로 빛을 발하는 액정 셀에 의존합니다. 픽셀 앞뒤에 있는 편광판은 극성이나 진동 방향을 기준으로 광파를 필터링하며, 액정 셀은 이러한 필터의 방향에 따라 회전하여 광 전송을 켜고 끌 수 있습니다.

LCD 화면은 액정, 디스플레이 기술 또는 백라이트를 개선하여 계속 발전하고 있습니다. "그러나 이제 LCD 기술의 발전은 대부분 점진적으로 진행되고 있습니다"라고 프랑스 리옹 소재 시장 조사 회사인 Yole Intelligence의 수석 디스플레이 분석가인 Eric Virey는 말합니다.

프로토타입 4픽셀 장치는 단 625마이크로초 내에 5V 미만의 빛 투과율을 전환할 수 있으며 이는 초당 1,000프레임 이상에 해당합니다.

과학자들이 차세대 평면 디스플레이를 위해 탐구하고 있는 가능성 중 하나는 예상치 못한 방식으로 빛을 구부리는 능력과 같이 자연에서 일반적으로 발견되지 않는 기능을 갖도록 설계된 메타표면입니다. 메타표면 및 기타 메타물질에 대한 연구를 통해 빛, 소리, 열 및 기타 유형의 파동으로부터 물체를 숨길 수 있는 투명 망토가 탄생했습니다.

빛을 조작하도록 설계된 광학 메타물질은 영향을 미치는 빛의 파장보다 작은 규모의 반복 패턴을 가진 구조를 포함합니다. 그러나 그 구조는 일반적으로 정적입니다. 이는 디스플레이와 같이 변경 가능한 광학 특성이 필요한 많은 응용 분야에 장애물이 됩니다.

이전 연구에서는 메타표면 특성을 전기적으로 조정하는 다양한 방법을 조사했습니다. 그러나 지금까지 이러한 접근 방식 중 어느 것도 디스플레이 및 LiDAR에 사용하는 데 필요한 빠르고 크고 투명한 고체 상태 조정 기능을 동시에 구현할 수 없었습니다.

그러나 한 새로운 연구에서 연구자들은 표준 CMOS 생산 기술과 호환되는 전기적으로 조정 가능한 메타표면을 실험했습니다. 이는 실리콘의 큰 열광학 효과에 의존합니다. 즉, 온도 변화는 실리콘의 광학 특성을 크게 변경할 수 있습니다.

"우리의 메타표면 픽셀은 생산 비용을 낮게 유지하는 현재의 실리콘 칩 제조 기술과 호환됩니다"라고 영국 노팅엄 트렌트 대학의 공학 교수인 연구 공동 수석 저자인 Mohsen Rahmani는 말합니다.

새로운 완전 고체 장치의 핵심은 실리콘 메타표면, 즉 내부에 정확한 배열로 배열된 78~101nm 폭의 구멍이 있는 155나노미터 두께의 필름으로 구성됩니다. 이 메타표면은 전기 구동 히터 역할을 할 수 있는 투명한 전기 전도성 380나노미터 두께의 인듐 주석 산화물 스트립으로 캡슐화되어 있습니다.

"메타표면 분야의 중요한 방향 중 하나는 재구성 가능성의 필요성입니다"라고 이 연구에 참여하지 않은 뉴욕 시립 대학 대학원 센터의 전기 엔지니어 Andrea Alù는 말합니다. 이 새로운 연구는 "메타표면의 반응을 조정하는 빠르고 효율적이며 컴팩트한 방법을 가능하게 하여 해당 분야를 발전시킵니다."

"이 기술을 통합하기 위해 새로운 생산 라인에 상당한 투자가 필요하지 않습니다." —모센 라흐마니(노팅엄 트렌트 대학교)

프로토타입 4픽셀 장치는 단 625마이크로초 만에 5V 미만의 전압으로 가시광선과 근적외선 빛의 양을 9배로 전환할 수 있습니다. 이는 최소한 다른 요소를 고려하지 않고도 초당 1,600프레임에 해당합니다. 즉, 이 기술은 현재의 비디오보다 프레임 속도가 10배 이상 빠릅니다. 연구진은 2월 22일 Light: Science & Application 저널에 자신의 연구 결과를 온라인으로 자세히 설명했습니다.