Команда исследователей из Университета Ноттингем-Трент, Австралийского национального университета и Университета Нового Южного Уэльса разработала электрически программируемые массивы наночастиц (метаповерхности), которые способны стать основой дисплеев нового поколения, обладающих существенными преимуществами перед LCD и LED.
Низкие производственные затраты, длительный срок службы и высокая энергоэффективность сделали жидкокристаллическую дисплейную технологию наиболее распространенной в отрасли. Следом за ней идет активно развивающиеся светодиоды. Помимо них существуют микросветодиоды, OLED, квантовые точки и прочее. Все они обладают как преимуществами, так и недостатками, но в целом схожи по своим возможностям отображения.
Комментирует Драгомир Нешев, директор Центра передового опыта в области трансформационных метаоптических систем (TMOS) ARC и профессор физики Австралийского национального университета:
«Сегодня из-за наличия множественных технологических ограничений возможности классических экранов достигли своего предела, и в дальнейшем вряд ли получится их значительно улучшить. Именно поэтому исследователи во всем мире работают над созданием полностью твердотельных дисплеев с высокими разрешением и частотой обновления. Спроектированная и разработанная нами метаповерхность идеально подходит для того, чтобы стать основой средств отображения следующего поколения».
Созданные учеными электрически программируемые метаповерхности в 100 раз меньше ЖК-ячеек, отвечающих в LCD-матрицах за пропускание света и формирование пикселей, имеют в десять раз большее разрешение и потребляют на 50% меньше энергии. Они выполнены из кремния, отличающегося более длительным, чем у органических материалов, сроком службы, и могут выпускаться с помощью существующих производственных линий для CMOS-матриц. Также, в отличие от ЖК-дисплеев, метаповерхностям не требуются для работы поляризаторы, применение в конструкции которых ведет к большим потерям интенсивности света.
В основе разработки лежит термооптический эффект кремния, по разному пропускающего свет в зависимости от температуры нагрева. Продемонстрированный исследователями прототип состоит из пленки толщиной 155 нм, снабженной отверстиями с диаметром 78 - 101 нм, в которую инкапсулированы электропроводящие полоски оксида индия и олова толщиной 380 нм, отвечающие за локальный нагрев. Он способен передавать ИК-свет при напряжении менее 5 В всего за 625 мкс, что эквивалентно скорости обновления 1600 кадров в секунду.
Такая метаповерхность может быть установлена вместо жидкокристаллического слоя в LCD-дисплее, а наладить их выпуск, по словам исследователей, получится на базе существующей производственной линии для ЖК-панелей, которой потребуется лишь незначительная модернизация. Это позволит создавать средства отображения нового поколения со свойствами, значительно превосходящими все представленные на сегодняшний день дисплейные технологии.
На разработку полноразмерного прототипа для вывода картинки ученым потребуется около пяти лет. Наладить же полноценное производство получится в ближайшие 10 лет.
Подытоживает Мохсен Рахмани, профессор инженерии в Университете Ноттингем Трент и член Королевского общества Вольфсона:
«Мы проделали долгий и сложный путь, чтобы создать плоский экран без жидких кристаллов. Замена ЖК-слоя на метаповерхность позволила существенно сократить энергопотребление устройства, что в наше время крайне важный фактор. Мы считаем, что пришло время отказаться от LCD- и LED-дисплеев в пользу новой, более совершенной технологии, как когда-то мы сделали с телевизорами на основе электронно-лучевой трубки».
