تهدف أسطح OLED-Metasurfaces الثورية إلى إعادة تعريف المرئيات ثلاثية الأبعاد

حقق بحث جديد تقدماً رائداً في مجال عرض الصور المجسمة، مع تطبيقات محتملة في مجالات الترفيه والألعاب والاتصالات والأجهزة الذكية.

لقد كان التصوير المجسم منذ فترة طويلة عنصرا أساسيا في الخيال العلمي، حيث استخدمت أفلام مثل Star Wars وBlade Runner 2049 الصور المجسمة لنقل التكنولوجيا المتقدمة والعناصر المستقبلية. 

هذه التكنولوجيا ل إنشاء صور تفاعلية ثلاثية الأبعاد لقد أثار هذا الاختراع اهتمام المهندسين والعلماء لفترة طويلة، لكن إحيائه لم يكن سهلاً.

تسمح تقنية التصوير المجسم بتسجيل واجهة الموجة وإعادة بنائها لاحقًا، مما يوفر وسيلة لإنشاء صورة فوتوغرافية ثلاثية الأبعاد فريدة من نوعها دون استخدام عدسة.

مع ذلك، تتطلب أجهزة العرض الهولوغرافي التقليدية تجهيزات بصرية ضخمة ومصدرًا خارجيًا للضوء المتماسك، مما يحد من استخدامها. لذلك، كشف باحثون من جامعة سانت أندروز عن نهج ثوري يجمع بين الفوتونيات النانوية وتكنولوجيا العرض، حيث تُدمج شاشات OLED مباشرةً مع الأسطح المتحولة.

تُعد الأسطح المجسمة الفائقة من أكثر منصات المواد تنوعًا للتحكم في الضوء. بهذا العمل، أزلنا إحدى العوائق التكنولوجية التي تمنع اعتماد المواد المجسمة الفائقة في التطبيقات اليومية. سيُمكّن هذا الإنجاز من إحداث نقلة نوعية في تصميم شاشات العرض المجسمة للتطبيقات الناشئة، مثل الواقع الافتراضي والمعزز.

- أندريا دي فالكو، أستاذ في الفوتونيات النانوية في كلية الفيزياء والفلك

الدراسة بعنوان "أسطح ميتا مضاءة بتقنية OLED لعرض الصور المجسمة¹"تم نشر مقال تفصيلي عن هذه التقنية في مجلة Light: Science & Applications."

تُعد الثنائيات الباعثة للضوء العضوية أو OLEDs أجهزة بصرية إلكترونية ذات طبقة رقيقة تتميز بإمكانية الضبط الواسعة وخفة الوزن وبساطة التصنيع، مما يجعلها مستخدمة على نطاق واسع في الهواتف المحمولة وشاشات التلفزيون اليوم. 

حجم سوق OLED العالمي is في الواقع المتوقع النمو بمعدل نمو سنوي مركب قدره 19.4% من عام 2024 إلى عام 2030 و الوصول 152.83 مليار.

باعتبارها مصدرًا للضوء السطحي، فإن شاشات OLED هي أيضًا تم استخدامها في الاستشعار، والفوتونيات الحيوية، والاتصالات اللاسلكية، حيث أن القدرة على دمجها مع تقنيات أخرى تجعل OLEDs مرشحة جيدة للمنصات الفوتونية المصغرة.

بالنسبة لكل من الشاشات والتطبيقات الناشئة، فإن التحكم في انبعاث المجال البعيد OLED هو مهم جداولكن كما أشارت أحدث الأبحاث، فإن التركيز في الدراسات الحالية ينصب في المقام الأول على ضبط طيف التألق الكهربائي واتجاه الانبعاث. 

المشكلة هي أنه من الصعب بشكل خاص ضبط انبعاث المجال البعيد و يقتصر بسبب التماسك المكاني المنخفض لشاشات OLED.

لكن أحدث دراسة أظهرت أنه من الممكن فعليًا لشاشة OLED واحدة عرض صورة عالية الدقة عند دمجها مع سطح ميتاسرفيس ثلاثي الأبعاد. يُمكّن جهاز عرض ميتاسرفيس-OLED الباحثين من للتلاعب المباشر بانبعاث المجال البعيدوبالتالي عرض الصور المجسمة على الشاشة. 

توفر المنصة الجديدة تحكمًا لا مثيل له في شاشات العرض المجسمة، مما يوسع آفاق الهندسة البصرية والتجربة البصرية. ويعتقد الباحثون أن عرضهم يمكن أن يوفر طريقةً لإنشاء شاشات عرض فائقة الصغر ومتكاملة للغاية.

شاشات OLED لعرض الصور المجسمة

عنصرا أساسيا مكون من مكونات الأجهزة الإلكترونية، أشباه الموصلات لقد مكنت من تحقيق تقدم في كل شيء من الاتصالات والرعاية الصحية، و وسائل النقل إلى الحوسبة، والطاقة النظيفة، والأنظمة العسكرية، و تطبيقات أخرى لا حصر لها.

من خلال السماح بالتحكم الدقيق في التيار الكهربائي، تمكن أشباه الموصلات من أداء وظائف الأجهزة الإلكترونية الحديثة.

أشباه الموصلات هي مادة ذات موصلية كهربائية بين الموصل والعازل. يمكن التحكم في خصائص أشباه الموصلات من خلال عملية تسمى المنشطات. 

الآن، هناك أنواع مختلفة من أشباه الموصلات، مصنفة على أساس تركيبها المادي، وبنيتها، وكيفية توصيلها للكهرباء.

في البداية، تكون أشباه الموصلات الجوهرية نقية بدون أي شوائب كبيرة مثل السيليكون (Si) والجرمانيوم (Ge)، في حين أن أشباه الموصلات الخارجية مخدرون مع الشوائب للتحكم في التوصيل. أنواع N مخدرون مع العناصر التي تضيف إلكترونات إضافية، في حين أن الأنواع p مخدرون مع العناصر التي تخلق "ثقوبًا" أو حاملات شحنة موجبة.
مرر للتمرير →

بناءً على البنية، هناك أشباه موصلات غير متبلورة ذات ترتيب ذري غير منظم، وأشباه موصلات متعددة البلورات مكونة من بلورات صغيرة متعددة، وأشباه موصلات أحادية البلورة ذات ترتيب ذري غير منظم.بنية بلورية مثالية.

من حيث تركيب المواد، يمكن أن تكون أشباه الموصلات مواد غير عضوية، عادةً مواد صلبة بلورية مثل زرنيخيد الغاليوم (GaAs) وفوسفيد الإنديوم، أو مواد عضوية مصنوعة من جزيئات أو بوليمرات كربونية. تجمع أشباه الموصلات الهجينة بين المواد العضوية وغير العضوية لتحسين الأداء، كما هو الحال في البيروفسكايتات المستخدمة في الجيل التالي من البطاريات الشمسية.الخلايا العصبية وأجهزة الكشف الضوئية.

الخصائص البصرية الإلكترونية المتميزة لأشباه الموصلات العضوية تجعلها مناسبة جدًا للشاشات، والطاقة الكهروضوئية، والليزر. ويُعدّ استخدامها في شاشات OLED أكثر تطبيقاتها تطورًا.

تشتهر شاشات OLED بمرونة شكلها وجودة صورها الفائقة. ومع ذلك، بالمقارنة مع الليزر، فإن كثافة طاقة خرجها أقل، مما ينتج عنه صورة ثلاثية الأبعاد ذات سطوع منخفض. 

ومع ذلك، فإن مزايا المرونة، والتصنيع البسيط، والقدرة على إنشاء عدد كبير من وحدات البكسل بألوان مختلفة جنبًا إلى جنب على نفس الركيزة تجعل شاشات OLED مناسبة لتطبيقات العرض الهولوغرافي المتقدمة.

OLED هو مصدر ضوء غير متماسك ذي نمط انبعاث متباعد. ولا يُعدّ التلاعب بهذا الانبعاث لتوليد صور مفصلة أمرًا صعبًا فحسب، بل إنه أيضًا لم يُستكشف بعد.

إحدى الطرق للقيام بذلك هي استخدام السطح المجسم (HM)، وهو عبارة عن بنية فيلمية رقيقة للغاية تسمى الذرة المتحولة مع القدرة على التلاعب بسلوك الضوء بطريقة دقيقة. بينما مستعمل على نطاق واسع في التطبيقات مثل في ظل التحديات التي تواجه تكنولوجيا الاستشعار عن بعد، وتخزين البيانات، والواقع المعزز، ومكافحة التزييف، والتشفير الأمني، فإن معظم الأسطح المجسمة المبلغ عنها مصممة لمصادر الضوء المتماسكة (الليزر) وهي غير مناسبة للاستخدام مع المصادر غير المتماسكة (OLEDs).

هناك عدد قليل فقط من الأسطح المتحولة التي تستخدم مصادر ضوء غير متماسكة تم الإبلاغ عن حتى الآن، وحتى ذلك الحين، فإن غالبيتها تنطوي على إعدادات معقدة، مما يحد من نشرها في التطبيقات اليومية.

لذا، قام الباحثون في الدراسة الأخيرة بتطوير نوع جديد من الأجهزة البصرية الإلكترونية التي تجمع بين أفضل ما تتميز به شاشات OLED والأسطح الميتاسورفيس.

نحن متحمسون لعرض هذا التوجه الجديد لشاشات OLED. بدمجها مع الأسطح المتحولة، نفتح أيضًا آفاقًا جديدة لتوليد الصور المجسمة وتشكيل الضوء.

- البروفيسور إيفور صموئيل من كلية الفيزياء والفلك

النظام المدمج الذي تم تطويره حديثًا يتكون من of OLED، ومرشح تمرير النطاق، وسطح ميتاسورفيس ثلاثي الأبعاد (HM)، التي خاصة تصميم للحصول على مصادر ضوء متماسكة. 

ومن خلال تشكيل كل ذرة ميتا بعناية لتعديل خصائص شعاع الضوء الذي يمر عبر HM، أصبح من الممكن إنشاء صورة مصممة مسبقًا على الجانب الآخر من الشاشة. هذه يحتمل تجعل شاشات العرض الثلاثية الأبعاد أكثر فعالية من حيث التكلفة وكفاءة الطاقة ومتوافقة مع الركائز المرنة.

كيف تعمل شاشات OLED-Metasurface (وأهميتها)

نجح باحثون من كلية الفيزياء والفلك بجامعة سانت أندروز في المملكة المتحدة في تطوير طريقة مبتكرة تدمج بشكل سلس بين شاشات OLED والأسطح الميتاسورفس في هيكل مترابط. 

يتيح الاندماج لشاشة OLED نفسها أن تعمل كمصدر للإضاءة بالإضافة إلى كونها معدلاً لتشكيل الموجة الأمامية الهولوغرافية. هذه يزيل الحاجة إلى استخدام أشعة الليزر الخارجية أو جهاز مثل جهاز تعديل الضوء المكاني، والذي يتحكم في شدة الضوء.

ويتمثل جوهر هذه التكنولوجيا الجديدة في الأسطح الفائقة، وهي عبارة عن مجموعات مستوية من الهياكل النانوية المصممة لتشكيل الموجات الكهرومغناطيسية بطريقة مختارة، غالبًا عن طريق التحكم في الاستقطاب أو السعة أو الطور بدقة مكانية غير عادية.

في حين أن الليزر الخارجي لديه تم استخدامها سابقا لإضاءة الأسطح المجسمة، فإن دمجها مع OLEDs يخلق مصدر ضوء داخلي منقوش على المستوى المجهري، مما يوفر منصة تعمل بالكهرباء ومستقرة ويمكن قياسها عبر أطوال موجية مختلفة مع القدرة على عرض صور ثلاثية الأبعاد بوضوح عالي.

هذه يمثل قفزة كبيرة من الأنظمة الضخمة التقليدية.

على الرغم من أن الانبعاث غير المتماسك عريض النطاق لطبقة OLED كان يمثل تحديًا طويل الأمد للصور المجسمة، فقد قام الباحثون بتصميم أسطح ميتا لتتناسب مع طيف انبعاث OLED بالإضافة إلى خصائص التماسك المكاني الخاصة به.

قام الفريق بتصميم هياكل نانوية لاستخدام الضوء المتماسك جزئيًا وضبطه لتشكيل صور ثلاثية الأبعاد عالية الدقة دون الحاجة إلى الاعتماد على الليزر.

من أجل الحصول على بنية نانوية دقيقة، والتي مطلوب بالنسبة للأسطح الوظيفية مباشرة على OLEDs، استخدم الفريق طرق الطباعة الحجرية المتقدمة.

وباستخدام نظام خاص لطباعة حزمة الإلكترونات (EBL)، قاموا بتشكيل هياكل نانوية معدنية وعازلة على سطح OLED، مما يضمن تعديل الطور الفعال مع الحفاظ على أداء OLED وطول عمره. 

ويؤكد هذا التكامل الناجح على توافق تقنيات التصنيع النانوي مع الأجهزة الإلكترونية العضوية، مما يفتح الأبواب أمام منصات فوتونية متعددة الوظائف.

عند اختبار الجهاز، أظهر الفريق إسقاطات ثلاثية الأبعاد واضحة لأشكال بسيطة وهندسية ذات مؤشرات عمق دقيقة. وتمكن الفريق من الحصول على صور ثلاثية الأبعاد عالية الجودة على مسافة 3 سم فقط. 

تظهر الصور التي أعيد بناؤها مستويات السطوع والمتانة الزاوية التي عادة ما تكون غير ممكنة مع الإضاءة غير المتماسكة. 

قدرة النظام على تعديل الموجة الأمامية ديناميكيًا، والتي يتحقق من خلال التحكم في مناطق السطح البيكسلية المتزامنة مع انبعاث OLED، يشير ذلك إلى إمكانية الحصول على مقاطع فيديو ثلاثية الأبعاد في الوقت الفعلي.

عادةً ما تحتاج شاشات OLED إلى آلاف البكسلات لإنشاء صورة بسيطة. يتيح هذا النهج الجديد الحصول على صورة كاملة يتم عرضها من بكسل OLED واحد!

- البروفيسور جراهام تورنبول، من كلية الفيزياء والفلك

وأشارت الدراسة إلى أنه يمكن استخدام جهاز العرض الهولوغرافي المزود بشاشة OLED في تطبيقات مثل التفاعلات بين الإنسان والحاسوب وسماعات الواقع المعزز والواقع الافتراضي.

الميزة الكبيرة لمنصة OLED-metasurface هي تنوعها وقابليتها للتوسع. 

مع استخدام تقنية تصنيع OLED على نطاق واسع في تصنيع شاشات العرض التجارية، يمكن للأسطح الميتاسورفيس أن تكون متكاملة في خطوط الإنتاج الموجودة، والتي يمكن أن تسرع تطويرها إلى صور ثلاثية الأبعاد قابلة للارتداء وإلكترونيات استهلاكية.

علاوة على ذلك، فإن صغر حجم التكنولوجيا ومرونتها واستهلاكها المنخفض للطاقة يجعلها مؤهلة لشاشات العرض الغامرة من الجيل التالي.

يمكن استخدام المنصة بشكل أكبر لأنظمة الإضاءة التكيفية، والتصوير الطبي الحيوي، والتشفير البصري الآمن.

باستخدام هذا الدليل على المفهوم، استخدم الفريق مرشحًا بصريًا لتمرير النطاق لتضييق طيف انبعاث OLED - مما أدى إلى تحسين التماسك المكاني الذي يحتاجه السطح الميتا لإعادة بناء الصور المجسمة الحادة. لكن الباحثين لاحظوا أنه من الممكن أيضًا استخدام مرشح البولاريتون أو مرشح الفيلم الرقيق مع OLED أو metasurface لبناء نظام أكثر إحكاما.

عندما يتعلق الأمر السطح الميتاوأشار الفريق إلى أن نظامهم يمكنه أيضًا العمل مع أنواع أخرى من الأسطح المتحولة، مما يوفر إمكانية الإنتاج الضخم هذه الأجهزة, وبالتالي تسهيل نشرها لعرض الصور.

في حين يواجه الاستخدام التجاري للجهاز تحديات من حيث تقليل الخسائر، وتعظيم السطوع، وتحسين كفاءة تعديل السطح الميتا، فقد أظهر الفريق تقدمًا تكنولوجيًاوهو ما يتطلب نهجًا إبداعيًا في تصميم أنظمة فوتونية شاملة.

على النقيض من التصميمات التقليدية، حيث يتم استخدام المُعدِّلات والباعثات مأخوذة في عين الأعتبار وبشكل مستقل، استخدم الفريق نهجًا متكاملًا مع التحسين المتزامن لخصائص انبعاث OLEDs واستجابة الطور والسعة للأسطح الفوقية.

لذا، من خلال الجمع بين فوائد الإلكترونيات الضوئية العضوية والفوتونيات النانوية، ابتكر الفريق معيارًا جديدًا للشاشات الهولوغرافية. ويتطلع الفريق إلى مستقبل تُدمج فيه شاشات الهولوغرافية الملونة بدقة فائقة مباشرةً في النوافذ الشفافة، أو الأجهزة القماشية القابلة للارتداء، أو الأسطح المنحنية في المركبات والعناصر المعمارية.

الاستثمار في شاشات OLED المجسمة

الآن، إذا نظرنا إلى شركة هذا هو تطوير هذا المجال، كورنينغ إنكوربوريتد (GLW -0.55٪) تبرز ل المشاركة بشكل كبير في تقنيات العرض المتقدمة والمواد المهمة لألواح OLED والشاشات المرنة، وتوفير البنية الأساسية للتكامل الهولوغرافي.

وتعمل من خلال عدد من القطاعات الرئيسية، بما في ذلك:

• الاتصالات البصرية
• تقنيات العرض
• المواد المتخصصة
• التقنيات البيئية
• علوم الحياة

شركة كورنينج، وهي شركة متخصصة في علوم المواد بشكل أساسي، متخصصة في الألياف الضوئية، وهي نوع من الزجاج ينقل الضوء ويلعب دورًا أساسيًا في شبكات الاتصالات الحديثة. يتم استخدامه أيضًا في مراكز البيانات. 

تُنتج كورنينج أيضًا مجموعة واسعة من المنتجات الزجاجية والسيراميكية الأخرى. والجدير بالذكر أن الشركة تُصنّع زجاج غوريلا، الذي ويستخدم في شاشات iPhone والأجهزة الإلكترونية الأخرى. 

في وقت سابق من هذا العام، أعلنت شركة سامسونج للإلكترونيات أن هاتفها Galaxy S25 Edge سيضم طبقة Gorilla Glass Ceramic 2 الجديدة من Corning، والتي توفر حماية متقدمة بتصميم نحيف للغاية. يحتوي هذا المنتج الجديد على بلورات مزروعة داخل مصفوفة الزجاج لتعزيز متانة غطاء الشاشة.

قال كوانججين باي، نائب الرئيس التنفيذي ورئيس فريق البحث والتطوير الميكانيكي: "سيضع Galaxy S25 Edge معيارًا جديدًا للحرفية والأداء باعتباره أنحف جهاز لدينا في سلسلة Galaxy S حتى الآن". من MX في سامسونج للإلكترونيات. "لدعم هذا التصميم الرائد، كان من الضروري تطوير مادة عرض رقيقة للغاية ومتينة بشكل موثوق - وهو تحدٍّ جمع كورنينج وسامسونج معًا، متحدين برؤية مشتركة للهندسة الهادفة والابتكار المُركّز على الإنسان. هذه الرؤية مضمن "في كل تفاصيل هاتف Galaxy S25 Edge."

بقيمة سوقية تبلغ 67.4 مليار دولار أمريكي، يُتداول سهم GLW حاليًا عند 78.67 دولارًا أمريكيًا، بزيادة قدرها 65.6% منذ بداية العام. هذا الأسبوع، وصل سعر سهم GLW إلى أعلى مستوى له في 52 أسبوعًا عند 78.81 دولارًا أمريكيًا. الشركة لديها لقد كنت أستمتع بالفعل a هائل الارتفاع على مدى العامين الماضيين.

يبلغ ربح السهم الواحد (لآخر 0.94 سنوات) 83.55، ومضاعف الربحية (لآخر 1.42 سنوات) XNUMX. كما تقدم الشركة لمساهميها عائدًا على الأرباح بنسبة XNUMX%.

في الربع الأخير، أعلنت الشركة عن مبيعات وفقًا للمبادئ المحاسبية المقبولة عمومًا (GAAP) بلغت 3.86 مليار دولار أمريكي. وارتفعت المبيعات الأساسية بنسبة 12% على أساس سنوي لتصل إلى 4.05 مليار دولار أمريكي. وفي الوقت نفسه، بلغ ربح السهم وفقًا للمبادئ المحاسبية المقبولة عمومًا 0.54 دولار أمريكي، بينما بلغ ربح السهم الأساسي، الذي نما بنسبة 28%، 0.60 دولار أمريكي في الربع الثاني من عام 2.

وفي حديثه عن الربع "المتميز"، قال الرئيس التنفيذي ويندل ب. ويكس إنهم يتوقعون رؤية أداء قوي مستمر من خلال خطة Springboard، التي تركز على الاستفادة من فرص المبيعات بقيمة 4 مليارات دولار، واستهداف هامش تشغيل بنسبة 20٪ بحلول نهاية العام المقبل، ومكافأة المساهمين بأرباح الأسهم وإعادة شراء الأسهم.

وأشار ويك إلى أننا نشهد استجابة ملحوظة من العملاء لكل من الجيل الجديد من الذكاء الاصطناعي ومنتجات الطاقة الشمسية المصنوعة في الولايات المتحدة، مضيفًا: "نحن في وضع يسمح لنا بتحقيق نمو مستدام يخدمنا جيدًا حتى عام 2026 وما بعده".

خلال هذه الفترة، نشرت شركة كورنينج تدفقات نقدية تشغيلية وفقًا للمبادئ المحاسبية المقبولة عمومًا بقيمة 708 مليون دولار، في حين بلغ تدفقها النقدي الحر المعدل 451 مليون دولار.

وقال المدير المالي إد شليزنجر: "بالنسبة للربع الثالث، نتوقع استمرار الأداء القوي لخطتنا Springboard ونمو المبيعات والأرباح بأرقام مزدوجة على أساس سنوي"، مع توقع أن تبلغ المبيعات الأساسية 4.2 مليار دولار وأرباح السهم الأساسية في نطاق من 0.63 دولار إلى 0.67 دولار. 

وقال شليزنجر: "تتضمن إرشاداتنا ما بين 0.01 إلى 0.02 دولار أمريكي لتأثير التعريفات الجمركية الحالية، إلى جانب ما بين 0.02 إلى 0.03 دولار أمريكي من التكلفة الأعلى مؤقتًا مع تكثيف جهودنا لتلبية الطلب المتزايد على منتجات الذكاء الاصطناعي الجديدة ومنتجات الطاقة الشمسية المصنوعة في الولايات المتحدة".

أحدث شركة كورنينج المحدودة (GLW) أخبار وتطورات الأسهم

الخاتمة

إن التطورات في تقنيات OLED والتصوير المجسم تعمل على إعادة تشكيل كيفية تفاعلنا مع المحتوى المرئي. 

تتميز شاشات OLED بخفة وزنها وقدرتها على الضبط و بساطة التصنيعكانت المواد الضوئية منذ فترة طويلة أساسية في شاشات العرض الحديثة ولكنها واجهت تحديات عند استخدامها مع التصوير الهولوغرافي بسبب انبعاث الضوء غير المتماسك. لكن أحدث الأبحاث الرائدة تغلبت على هذه المشكلة ومكّنت من استخدام تقنية التصوير المجسم.إسقاطات فيزيائية من خلال دمج OLEDs مع الأسطح المتحولة في تصميم مضغوط وفعال وقابل للتطوير.

يوفر التكامل آفاقًا مثيرة للترفيه الغامر وأجهزة الاتصال والرعاية الصحية وأنظمة البصريات الآمنة. ويمكنه أيضًا أن يمهد الطريق لمستقبل أفضل. حيث تصبح تقنية التصوير المجسم عالية الدقة والقابلة للتكيف وكفاءة الطاقة جزءًا من حياتنا اليومية حياة.

المراجع:

1. جونج، جيه، بيابانيفارد، م، يوشيدا، ك، وآخرون (2025). أسطح ميتا مضاءة بتقنية OLED لعرض الصور المجسمة. الضوء: العلم والتطبيقات، 14، 294. (نسخة السجل)، نُشرت في 27 أغسطس 2025. https://doi.org/10.1038/s41377-025-01912-z