世界初 電波の反射方向が変えられる液晶メタサーフェス反射板の開発に成功

株式会社ジャパンディスプレイ（本社：東京都港区、代表執行役会長 CEO 兼 取締役：スコット キャロン、以下「JDI」）と株式会社KDDI総合研究所（本社：埼玉県ふじみ野市、代表取締役所長：中村　元、以下「KDDI総合研究所」）は、電波の反射方向を任意な方向へ変えられる、28GHz帯液晶メタサーフェス反射板（以下、「方向可変型液晶メタサーフェス反射板」）の開発に世界で初めて成功しました^*1。これにより、5Gや次世代移動通信の超高速・大容量なサービスエリアを、周辺の電波環境の変化にあわせて拡張することが可能となり、お客さまの利便性の向上が期待されます。

5Gで利用する28GHz帯などの高い周波数は、超高速・大容量な通信サービスを提供できる一方で、電波の直進性が強く、基地局のアンテナが見通せないビルや樹木の影などに電波が届きにくい場所（カバレッジホール）が発生しやすい特徴があります。このような場所へ5Gサービスを提供する方法として、基地局からの電波を特定方向に反射させてカバレッジホールへ届ける『メタサーフェス反射板』^*2が注目を集めており、KDDI総合研究所は2021年1月に28GHz/39GHz帯デュアルバンド透明メタサーフェス反射板の開発^*3を行うなど研究開発を進めています。

このたび、JDIとKDDI総合研究所は、電波の反射方向を電気的に変更可能な、方向可変型液晶メタサーフェス反射板を開発しました。方向可変型液晶メタサーフェス反射板は、ディスプレイなどの光制御に使われる液晶を電波の反射制御に応用し、反射素子とグランド（地板）との間に液晶層を取り入れ、反射素子を電極として兼用し電圧により電気特性（誘電率）の変更を可能とし、電気的な電波の反射方向制御を実現しました。

試作した方向可変型液晶メタサーフェス反射板の小形サンプルを用いて電波無響室^*4で実証実験を行い、28GHz帯の電波を設定した反射方向に変更できることを確認しました。
実証実験では、図4および5のように、方向可変型液晶メタサーフェス反射板の電圧の設定を変更することで、入射した電波の反射方向を受信アンテナ#1から受信アンテナ#2の方向に変更され、各反射方向で電波が受信できることを確認しました。

今回の成果により、電波環境の変化によるカバレッジホールの位置の変化や、時間帯によるお客さまの分布変化にあわせて、柔軟なカバレッジホール対策ができるようになると期待されます。
今後、JDIとKDDI総合研究所は実用化を目指し、5Gのエリアでの実証実験を進めていきます。

KDDIとKDDI総合研究所は、経済発展と社会的課題の解決を両立する持続可能な生活者中心の社会「Society 5.0」の実現を加速する、2030年を見据えた次世代社会構想「KDDI Accelerate 5.0」（https://www.kddi-research.jp/kddi_accelerate5_0/）を策定しました。両社は、ネットワーク、プラットフォーム、ビジネスの3レイヤの環境整備を進めると共に、3つのレイヤを支える先端技術となる７つの分野のテクノロジーと、それらが密接に連携するオーケストレーション技術の研究開発を推進します。
今回の成果は7分野のテクノロジーの中の「ネットワーク」に該当します。

JDIは、今までにない発想と限りない技術の追求により、スマートフォン用、自動車用、VR用、ウェアラブル用および産業機器用などの様々なディスプレイを世界中に供給してきました。今後は、ディスプレイづくりで培った高度な技術をディスプレイ以外の製品分野にも応用することで、人々が躍動する世界の創造、更には、安心、安全かつ持続可能な社会の実現に貢献していきます。
今回開発した液晶アンテナや今後の開発を通して、5G通信や次世代5G通信の発展に寄与していきます。