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为什么超表面可以取代LCD

2023-06-07 23:31:00

在电气工程的许多领域，技术进步的主要焦点之一是开发比当前技术水平更快、更小、更高效的设备。例如，其中一个是20世纪60年代末的液晶显示器（LCD）该发明彻底改变了显示器行业，使显示器BA6161N更薄、更节能。

然而，尽管LCD有许多优点，但它们仍然有其局限性。研究人员正在研究一种叫做超表面的方法来克服这些限制。（metasurfaces）新南威尔士大学作为一项可能取代LCD的新技术，上周宣布，许多研究人员开发了一种新的概念证明，将超表面作为一种显示技术，并遵循这些想法。

研究小组来自诺丁汉特伦特大学、新南威尔士大学和澳大利亚国立大学。在这篇文章中，我们将讨论什么是超表面的，为什么它们可以取代LCD。

研究人员开发超表面显示器

正如他们在《自然》杂志上的一篇论文中所描述的，研究小组开发了一种新型的电可调超表面，可以跨越多个像素进行编程。为了实现这一目标，研究人员使用硅的热光学效应和新技术来实现超表面的电可调性。

超表面设备渲染图。图片由悉尼新南威尔士大学提供

具体来说，该团队开发了一种基于硅热光学效应的CMOS兼容性方法，利用5V以下偏置电压驱动的局部透明加热器来控制硅空穴位阵列的超表面光学特性。加热导致硅折射率、超表面共振和共振波长透明度的突然变化。

由此产生的设备在传输状态下工作，需要低光损耗和低输入电压，以高于视频速度的开关速度运行。值得注意的是，研究人员实现了对不对称驱动电压的快速加热(flashheating)，并观察到625μs的调制时间，比人眼的检测极限快十倍以上。

什么是超表面？

超表面是由亚波长元素组成的二维阵列，可以操纵光线产生所需的效果。

这些亚波长元素通常比相互作用的光小，可以通过其光的性质来设计和改变。例如，这些阵列的主要应用之一是有选择地传输或反射光，并以适当的方式聚焦和控制光。

一些超表面应用

采用纳米制造技术，今天的超表面可以与毫米波、微波和可见光一起工作。组件可以由不同的材料制成，如金属或介质，可以排列在不同的图案中，以达到特定的效果。

超表面在通信系统、传感器和成像等多种应用中具有潜力，因为它们可以在纳米尺度上制造，并且可以控制光的方向和偏振。

为什么超表面可以取代LCD？

超级表面显示技术领域的应用有一个令人信服的论点，许多人认为它们最终可以取代LCD。

基于超表面显示器的基本操作涉及光源，如LED，它将光发射到超表面。然后操作超表面光波，以产生所需的效果，如图像或改变光的颜色。光波操作是通过使用超表面的亚波长元素来控制光波的相位、振幅和偏振。

例如，为了生成图像，超表面可以设计成小像素数组。每个像素由一个亚波长元件组成，可以控制光的相位、振幅和偏振。通过调整光的这些特性，超表面可以产生不同颜色和强度的光，从而创建图像。

超表面的一个优点是它可以产生比液晶显示器更宽的视角。液晶显示器倾向于使用偏振器来控制光的方向，这可能会限制显示器的视角。使用超表面来控制光的偏振可以带来更广泛的视角。

此外，超表面具有能效高于LCD的优点。LCD能耗的主要来源之一是背光生成图像。超表面显示器可以在没有背光的情况下带来更节能的解决方案。