特許情報からみたメタマテリアル／メタサーフェスが促す光／電子デバイス材料設計の新潮流［2024］

セミナー趣旨

　メタマテリアルは電磁波の分野で、V. G. Veselagoが1967年に負の屈折率をもつ物質を予言したことに始まります。D. R. SmithとL. B. Pendryが、2002年にGHzの周波数域で負の屈折率をもつ3次元の実物を製作したことで、メタマテリアルの研究がスタートしました。メタサーフェスは、光の波長よりも十分小さな構造体を 2次元的に配列したもので、 2011年にHarvard大 Capassoらが初めて実証に成功した、比較的新しい技術です。そのため、3次元のものをメタマテリアル、2次元のものをメタサーフェスと称するだけでなく、メタマテリアルがメタサーフェスを包括する上位概念として扱われることもあります。
メタサーフェスで、光の伝搬方向を制御できることが示されことで、レンズ（メタレンズ）などの光学素子が実現されただけでなく、MEMS（Micro Electro Mechanical　Systems）やCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサーを製造しているファンドリーであれば、製造可能とされています。そして、メタレンズのユニバーサルな構造設計に対しては、光学解析ツールの提供をビジネス化する動きもあります。電磁波（光波と電波）は波動現象であり、波動の伝搬速度、周波数や波長が関係します。波長以下のサイズをもつ微細構造を多数並べることで、波長よりも大きな物体を製作すると、観測される波動現象には、微細構造から決まる空間平均的な物性が自然界にない特性をもつようにできます（例えば、負の屈折率）。電磁波は縦波と横波をもつベクトル波であり、音波は縦波のみをもつスカラー波ですが、いずれも波動現象であるため，電磁波で考案されたメタマテリアル／メタサーフェスに関する取り組みのいくつかは音波でも可能になります。
　電磁波では、5G／6G周波数帯域（ミリ波・テラヘルツ波）において、メタサーフェスを用いた反射板／駆動型反射板や屈折板が実現されています。光学メタサーフェスを用いることで、垂直に入射された光を偏波成分毎に分離して検出できることが実証され、将来のデータセンターやBeyond 5Gにおいて求められる、光インターコネクション（高密度テラビット級光配線や光送受信器）の安価な実現への道筋が示されています。さらには、医療機器向けIoT（Internet of Things）に用いられる、電力伝送までが実現されています。
　光波では、メタサーフェスによる太陽電池の効率向上を契機に、超薄型高精細有機ELディスプレイ（OLED）が実現されており、今後のAR／VR用ディスプレイとして期待されています。光学メタサーフェス搭載で、薄型化・小型化を実現したLiDARに関するCES2024 での発表には、関わった企業すべてが参集しています。光学メタサーフェスでは、当初は金属を利用する表面プラズモニクスとの関係から、金属ナノロッドが用いられたが、金属による損失が問題となっていました。しかしながら、金属を用いるメタサーフェスよる損失の問題は、波長に応じた高屈折率誘電体（n>2）を用いることで解消を図っています。
　音波においては、メタマテリアルを用いた、自動車やエアコンの消音／遮音がすでに実現されています。障害物の超音波透過を実現する「超音波メタマテリアル」も考案されており、音波におけるメタサーフェスへの取り組みも始まっています。
　均一温度環境下でも、メタマテリアルが熱輻射を吸収して、局所的に発生する熱を利用した熱電変換（環境発電）が可能であり、この熱電変換を利用すれば密閉空間内に置かれた物体を冷却できる（非放射冷却）との学術的報告もあります。
　メタマテリアル／メタサーフェスにおける、無反射をめざす学術的研究分野では、下記の取り組みがなされており、今後の発展が期待できます。
・ホイヘンスの原理に基づくホイヘンスメタサーフェス：設計要件が厳しい
・ブリュースター現象を用いた単層非表面構造のメタマテリアル（ブリュースターメタ薄膜とも称される）：設計は容易になるが、作製は複雑化

　本セミナーでは「知財戦略や戦略的特許出願、さらには特許情報の読み解き方」を踏まえ「実用化をめざしたメタマテリアル／メタサーフェス」に関する取り組みの俯瞰を試みます。

前もって「ご質問事項」「リクエスト」などをお送りいただければ、可能な範囲で「配布資料」に反映させていただきます。ご参加者の方々とのディスカッションを交えながら、解説と事例紹介を進めることで、セミナーをより実践的
なものにしたいと考えております。

セミナープログラム

１．はじめに

２．材料技術視点からみたメタマテリアル／メタサーフェス

３．公開情報：業界／企業／技術開発動向の入手・把握

４．メタマテリアル／メタサーフェスへの取り組み：特許情報検索
　　～業界／企業／技術開発の動向把握

５．先行特許への戦略的対抗策は？

６．技術者視点からみた特許出願戦略の要諦

７．特許情報からみた光学分野への応用

８．特許情報からみた5G／6G分野への応用

９．特許情報からみた光インターコネクション

10．特許情報からみた電力伝送への応用　

11．特許情報からみた音響メタマテリアル

12．特許情報からみた音響メタマテリアル／メタサーフェス

13．特許情報からみた熱メタマテリアル

14．ソニーが取り組むオープンイノベーションプログラム

15．Meta-RICコンソーシアム（東北大：2022年6月1日設立）

16．まとめ　～ビジネスモデルの視点から

　　□質疑応答□

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配布資料

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  開講日に間に合わない可能性がありますこと、ご了承下さい。
  Zoom上ではスライド資料は表示されますので、セミナー視聴には差し支えございません。