Исследовательская группа из британского Университета Ноттингем-Трент, Австралийского национального университета и Университета Нового Южного Уэльса в Канберре для доказательства концепции разработала экспериментальную технологию отображения, которая может заменить ЖК-панели, используемые во многих современных телевизорах с большим экраном.
Хотя некоторые современные высококачественные телевизоры могут быть оснащены дисплеями с квантовыми точками или OLED-панелями, многие из доступных моделей используют технологию LCD (жидкокристаллический дисплей), поляризационные фильтры и светодиодную подсветку. Но исследователи говорят, что достигнут предел для развития такого рода технологий.
«Возможности обычных дисплеев достигли своего пика и вряд ли значительно улучшатся в будущем из-за множества ограничений», — сказал Драгомир Нешев, профессор в области физики из Австралийского национального университета. «Сегодня ведется поиск полностью твердотельных плоских дисплеев с высоким разрешением и высокой частотой обновления. Мы спроектировали и разработали метаповерхностные пиксели, которые могут идеально подойти для дисплеев следующего поколения. В отличие от жидких кристаллов, наши пиксели не требуют поляризованного света для работы, что вдвое сократит потребление энергии экранами».
Для управления отдельными пикселями с высокой скоростью модуляции в экспериментальной платформе для проверки концепции используется прозрачный проводящий оксид, служащий электрически управляемым нагревателем, который может быстро изменить оптические свойства ячеек кремниевой метаповерхности, которые, как сообщается, в 100 раз тоньше, чем жидкокристаллические ячейки, или в 200 раз тоньше, чем человеческий волос. Технология обеспечивает время отклика менее миллисекунды, что в 10 раз быстрее предела обнаружения человеческим глазом.
Хосро Зангенех Камали, аспирант Австралийского национального университета, с доказательством концепции электрически программируемых кремниевых метаповерхностей. Фото: Khosro Zangeneh Kamali, Australian National University.
«Наши пиксели сделаны из кремния, который обеспечивает длительный срок службы в отличие от органических материалов, необходимых для других существующих альтернатив», — отметил профессор Андрей Мирошниченко из Университета Нового Южного Уэльса в Канберре. «Кроме того, кремний широко доступен, КМОП-совместим с зрелыми технологиями и дешев в производстве».
Эту технологию также можно использовать для динамической голографии виртуальной реальности в технологиях LiDAR и для производства более тонких плоских панелей с разрешением в 100 раз выше, чем у современных экранов на основе ЖК-дисплеев, при одновременном снижении энергопотребления вдвое.
Кроме того, поскольку массив метаповерхностей может эффективно заменить жидкокристаллический слой в современных дисплеях, исследователи считают, что производителям не нужно будет вкладывать средства в новые производственные линии для производства панелей.
Теперь проект будет направлен на масштабирование технологии для телевизоров с большим экраном, а также на дальнейшее повышение производительности метаповерхностей с использованием ИИ и машинного обучения.
«Мы проложили путь к преодолению технологического барьера, заменив жидкокристаллический слой в современных дисплеях метаповерхностью, что позволило нам сделать доступные плоские экраны без жидких кристаллов», — сказал ведущий исследователь Мохсен Рахмани, профессор инженерии в Школе науки и технологий в Университете Ноттингем Трент. «Наиболее важными показателями плоскопанельных дисплеев являются размер и разрешение в пикселях, вес и энергопотребление. Мы рассмотрели каждый из них в нашей концепции метадисплея.
«Самое главное, наша новая технология может привести к значительному сокращению энергопотребления — это отличная новость, учитывая количество мониторов и телевизоров, которые используются в домах и на предприятиях каждый день. Мы считаем, что настало время отказаться от ЖК-дисплеев и светодиодных дисплеев так же, как от прежних телевизоров с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) за последние 10–20 лет».
Статья об исследовании опубликована в журнале Light: Science & Applications.
Источник: Nottingham Trent University, Australian National University, University of New South Wales Canberra.
