Revolutionerende OLED-Metasurfaces sigter mod at omdefinere 3D-visualer

Ny forskning har gjort et banebrydende fremskridt inden for holografisk billedprojektion med potentielle anvendelser inden for underholdning, gaming, kommunikation og smarte enheder.

Holografi har længe været en fast bestanddel af science fiction, med film som Star Wars og Blade Runner 2049, der bruger hologrammer til at formidle avanceret teknologi og futuristiske elementer.

Denne teknologi til oprettelse af interaktive 3D-visualer har længe fascineret ingeniører og videnskabsfolk, men at gøre den til virkelighed har ikke været let.

Holografi gør det muligt at optage en bølgefront og senere rekonstruere den, hvilket giver en metode til at skabe et unikt fotografisk 3D-billede uden brug af en linse.

Konventionelle holografiske projektorer kræver dog omfangsrige optiske opsætninger og en ekstern kilde til koherent lys, hvilket begrænser deres anvendelse. Så har forskerne fra University of St Andrews præsenteret en revolutionerende tilgang i krydsfeltet mellem nanofotonik og displayteknologi, hvor OLED’er integreres direkte med metasurfaces.

“Holografiske metasurfaces er en af de mest alsidige materialplatforme til at kontrollere lys. Med dette arbejde har vi fjernet en af de teknologiske barrierer, der forhindrer anvendelsen af metamaterialer i hverdagsapplikationer. Dette gennembrud vil muliggøre et skridtskifte i arkitekturen for holografiske displays til nye anvendelser, for eksempel inden for virtuel og augmenteret virkelighed.”

– Andrea Di Falco, professor i nanofotonik ved School of Physics and Astronomy

Undersøgelsen med titlen “OLED illuminated metasurfaces for holographic image projection¹“, som beskriver teknologien, blev offentliggjort i Light: Science & Applications.

Organiske lysdioder eller OLED’er er tynde film‑optoelektroniske enheder med bred justerbarhed, let vægt og enkel fremstilling, hvilket gør dem udbredt anvendt i nutidens mobiltelefoner og TV‑displays.

Det globale OLED-marked er faktisk forventet at vokse med en CAGR på 19,4 % fra 2024 til 2030 og nå 152,83 milliarder.

Som en overfladelyskilde er OLED’er også i brug inden for sensing, biophotonik og trådløs kommunikation, hvor evnen til at integrere dem med andre teknologier gør OLED’er til gode kandidater til miniaturiserede fotoniske platforme.

For både displays og nye anvendelser er kontrol af OLED’ens fjernfelt-emission meget vigtig, men som den seneste forskning bemærker, fokuserer de aktuelle studier primært på justering af elektroluminiscens (EL)-spektrummet og emissionsretningen. 

Problemet er, at det er særligt udfordrende at finjustere fjernfelt-emissionen, og er begrænset af OLED’ers lave rumlige koherens.

Men den seneste undersøgelse har vist, at det faktisk er muligt for en enkelt OLED at projicere et højopløsningsbillede, når den kombineres med en holografisk metasurface. Denne metasurface-OLED-projektor gør det muligt for forskerne at direkte manipulere fjernfelt-emissionen, og dermed vise holografiske billeder på en skærm. 

Den nye platform tilbyder uovertruffen kontrol over holografiske displays, udvider grænserne for optisk ingeniørkunst og visuel oplevelse. Forskerne mener, at deres demonstration kan give en måde at realisere højt integrerede og miniaturiserede metasurface-displays.

OLED’er til holografisk billedprojektion

En væsentlig komponent af elektroniske enheder, halvledere har gjort fremskridt inden for alt fra kommunikation, sundhedspleje, og transport til databehandling, ren energi, militære systemer, og utallige andre anvendelser.

Ved at muliggøre præcis kontrol af elektrisk strøm gør halvledere funktionaliteten i moderne elektroniske enheder mulig.

Et halvleder er et materiale med elektrisk ledningsevne mellem en leder og en isolator. Og egenskaberne for et halvleder kan kontrolleres gennem en proces kaldet doping. 

Nu findes der forskellige typer af halvledere, kategoriseret efter deres materialekomposition, struktur og hvordan de leder elektricitet.

For at begynde med er intrinsiske halvledere rene uden væsentlige urenheder såsom silicium (Si) og germanium (Ge), mens ekstrinsiske halvledere er dopet med urenheder for at kontrollere ledningsevnen. N-typer er dopet med elementer, der tilføjer ekstra elektroner, mens p-typer er dopet med elementer, der skaber ‘huller’ eller positive ladningsbærere.
Swipe for at rulle →

Baseret på struktur findes der amorfe halvledere med en uordnet atomarrangement, polykrystallinske halvledere bestående af flere små krystaller, og enkeltkrystallinske halvledere med enperfekt krystallinsk struktur.

Med hensyn til materialekomposition kan halvledere være uorganiske, typisk krystallinske faste stoffer som galliumarsenid (GaAs) og indiumfosfid, eller organiske, lavet af kulstofbaserede molekyler eller polymerer. Hybridhalvledere kombinerer organiske og uorganiske materialer for at forbedre ydeevnen, som set i perovskitter brugt i næste generations solceller og fotodetektorer.

De bemærkelsesværdige optoelektroniske egenskaber ved organiske halvledere gør dem yderst velegnede til displays, fotovoltaik og lasere. Deres anvendelse i OLED-displays er den mest udviklede anvendelse.

OLED’er er kendt for deres fleksible formfaktor og overlegne billedkvalitet. Sammenlignet med laser er udgangseffektens tæthed for OLED’er dog lavere, hvilket resulterer i et holografisk billede med lav lysstyrke.

Dog gør fordelene ved fleksibilitet, enkel fremstilling og evnen til at skabe et stort antal pixler i forskellige farver side om side på samme substrat OLED’er velegnede til avancerede holografiske displayapplikationer.

OLED er en inkoherent lyskilde med en spredt emissionsprofil. At manipulere denne emission for at generere detaljerede billeder er ikke kun udfordrende, men også stort set uudforsket.

En måde at gøre det på er ved at bruge en holografisk metasurface (HM), som er en ultratynd filmstruktur kaldet en meta-atom med evnen til præcist at manipulere lysets opførsel. Mens den er bredt anvendt i applikationer som billedsensorik, datalagring, augmenteret virkelighed (AR), antikopiering og sikkerhedskryptering, er de fleste rapporterede holografiske metasurfaces designet til koherente lyskilder (laser) og er uegnede til brug med inkoherente (OLED’er).

Kun en håndfuld metasurfaces, der bruger inkoherente lyskilder, har blivet rapporteret indtil videre, og selv da involverer de fleste af dem komplicerede opsætninger, hvilket begrænser deres anvendelse i hverdagsapplikationer.

Så har forskerne i den seneste undersøgelse udviklet en ny type optoelektronisk enhed, der kombinerer det bedste fra OLED’er og metasurfaces.

“Vi er begejstrede for at demonstrere denne nye retning for OLED’er. Ved at kombinere OLED’er med metasurfaces åbner vi også en ny måde at generere hologrammer og forme lys på.”

– Professor Ifor Samuel fra School of Physics and Astronomy

Det nyudviklede kompakte system består af en OLED, et båndpasfilter og en holografisk metasurface (HM), som er specielt designet til koherente lyskilder. 

Ved omhyggeligt at forme hver meta-atom for at ændre egenskaberne for lysstrålen, der passerer gennem HM, blev det muligt at skabe et foruddesignet billede på den anden side af skærmen. Dette potentielt gør holografiske displays mere omkostningseffektive, energieffektive og kompatible med fleksible substrater.

Hvordan OLED-Metasurface-displays fungerer (og hvorfor de er vigtige)

Forskere fra SUPA, School of Physics and Astronomy, University of St Andrews, UK, udviklede den innovative metode, der sømløst forener OLED’er og metasurfaces til en monolitisk struktur.

Fletningen gør det muligt for OLED’en selv at fungere som lyskilde samt som modulator for holografisk bølgefrontformning. Dette fjerner behovet for eksterne laser eller en enhed som en spatial lysmodulator, som styrer lysets intensitet.

Kernen i denne nye teknologi ligger i metasurfaces, som er planare arrays af nanostrukturer designet til at forme elektromagnetiske bølger på en udvalgt måde, ofte ved at kontrollere polarisation, amplitude eller fase med ekstraordinær rumlig opløsning.

Selvom eksterne laser tidligere er blevet brugt til at belyse metasurfaces, skaber sammensmeltning med OLED’er en indbygget lyskilde mønstret på mikroskala, hvilket giver en elektrisk drevet platform, der er stabil og kan skaleres over forskellige bølgelængder med evnen til at projicere holografiske billeder med høj klarhed.

Dette markerer et stort skridt frem fra konventionelle omfangsrige systemer.

Selvom den inkoherente, brede emission fra OLED-laget længe har været en udfordring for holografi, har forskerne konstrueret metasurfaces, så de matcher OLED’ens emissionsspektrum samt dens rumlige koherensegenskaber.

Teamet tilpassede nanostrukturer til at udnytte og justere det delvist koherente lys for at danne højopløsningsholografiske billeder uden at skulle afhænge af laser.

For at opnå præcis nanoarkitektur, som er nødvendig for funktionelle metasurfaces direkte på OLED’er, brugte teamet avancerede litografimetoder.

Ved hjælp af et specialiseret Electron Beam Lithography (EBL)-system patternerede de metalliske og dielektriske nanostrukturer over OLED-overfladen, hvilket sikrer effektiv fase-modulation samtidig med at OLED’ens ydeevne og levetid bevares.

Denne vellykkede integration understreger kompatibiliteten mellem nanofabrikations-teknologier og organiske elektroniske enheder, hvilket åbner døren til multifunktionelle fotoniske platforme.

Ved test af enheden demonstrerede teamet klare holografiske projektioner af både simple og geometriske former med indviklede dybdeindikationer. Teamet opnåede højkvalitets holografiske billeder på blot 3 cm afstand.

De rekonstruerede billeder viser både lysstyrkeniveauer og vinkelrobusthed, som normalt ikke er muligt med inkoherent belysning.

Systemets evne til dynamisk at modulere bølgefronten, som opnås ved at styre pixelbaserede metasurface-regioner i sync med OLED-emissionen, indikerer muligheden for realtids-holografiske videoer.

“OLED-displays har normalt brug for tusindvis af pixler for at skabe et enkelt billede. Denne nye tilgang gør det muligt at blive projiceret fra en enkelt OLED-pixel!”

– Professor Graham Turnbull, fra School of Physics and Astronomy

OLED-illuminated holografisk projektor, som undersøgelsen bemærker, kunne anvendes i applikationer som menneske-computer interaktioner samt AR- og VR-headsets.

En stor fordel ved denne OLED-metasurface-platform er dens alsidighed og skalerbarhed.

Da OLED-fremstilling allerede er udbredt i kommerciel displayproduktion, kan metasurfaces integreres i eksisterende produktionslinjer, hvilket kan fremskynde deres udvikling til bærbare hologrammer og forbrugerelektronik.

Desuden placerer teknologiens kompakthed, fleksibilitet og lave strømforbrug den til næste generations immersive displays.

Platformen kan desuden anvendes til adaptive belysningssystemer, biomedicinsk billeddannelse og sikker optisk kryptering.

Med dette proof of concept brugte teamet et båndpasoptisk filter til at indsnævre OLED’ens emissionsspektrum—hvilket forbedrer den rumlige koherens, som metasurface har brug for at rekonstruere skarpe hologrammer. Men forskerne bemærkede, at en polariton- eller tyndfilmfilter også kunne anvendes med OLED’en eller metasurface for at bygge et mere kompakt system.

Når det gælder metasurface, bemærkede teamet, at deres system også kan fungere med andre typer af metasurfaces, hvilket giver potentiale for masseproduktion af disse enheder, og dermed letter deres anvendelse til billedprojektion.

Selvom kommerciel brug af enheden møder udfordringer med at minimere tab, maksimere lysstyrke og optimere effektiviteten af metasurface-modulationen, har teamet demonstreret en teknologisk fremgang, der tager en kreativ tilgang til design af holistiske fotoniske systemer.

I modsætning til traditionelle designs, hvor modulatorer og emittere betragtes uafhængigt, brugte teamet en integreret tilgang med samtidig optimering af OLED’ers emissionsegenskaber og metasurfaces’ fase- og amplitudereaktion.

Så ved at kombinere fordelene ved organisk optoelektronik og nanofotonik har teamet skabt en ny standard for holografiske displays. De forestiller sig en fremtid, hvor fuldfarvede holografiske displays med ultrahøj opløsning vil blive indlejret direkte i transparente vinduer, tekstil‑wearables eller buede overflader på køretøjer og arkitektoniske elementer.

Investering i holografiske OLED’er

Nu, hvis vi ser på et firma der er i front inden for dette område, Corning Incorporated (GLW ) skiller sig ud ved stærkt involveret i avancerede displayteknologier og materialer, der er kritiske for OLED-paneler og fleksible skærme, og som leverer infrastruktur til holografisk integration.

Det opererer gennem nogle få nøglesegmenter, herunder:

• Optisk kommunikation
• Displayteknologier
• Specialmaterialer
• Miljøteknologier
• Livsvidenskab

Primært et materialvidenskabsfirma, Corning specialiserer sig i optisk fiber, som er en type glas, der transmitterer lys og spiller en integreret rolle i moderne telekommunikationsnetværk. Det anvendes også i datacentre. 

Corning producerer også et bredt udvalg af andre glas- og keramiske produkter. Især fremstiller virksomheden Gorilla Glass, som anvendes i iPhone-skærme og anden elektronik. 

Tidligere i år annoncerede Samsung Electronics, at deres Galaxy S25 Edge vil indeholde Corning’s nye glas-keramiske produkt kaldet Gorilla Glass Ceramic 2, som giver avanceret beskyttelse i en ekstremt tynd enhedsformfaktor. Det seneste produkt har krystaller indlejret i glasmatricen for at forstærke displaydækkets styrke.

“Galaxy S25 Edge vil sætte en ny standard for håndværk og ydeevne som vores slankeste Galaxy S-serie enhed indtil nu,” sagde Kwangjin Bae, EVP og leder af det mekaniske R&D Team fra MX hos Samsung Electronics. “For at understøtte dette banebrydende design var det essentielt at udvikle et displaymateriale, der både er usædvanligt tyndt og pålideligt stærkt – en udfordring, der bragte Corning og Samsung sammen, forenet af en fælles vision for målrettet ingeniørkunst og brugercentreret innovation. Den vision er indlejret i hver eneste detalje af Galaxy S25 Edge.”

Med en markedsværdi på $67.4 milliarder, handles GLW-aktierne i øjeblikket til $78.67, op 65.6 % år‑til‑dato. Denne uge nåede GLW et 52‑ugers højdepunkt på $78.81. Virksomheden har faktisk nydt en enorm rally de sidste to år.

Den har en EPS (TTM) på 0,94 og en P/E (TTM) på 83,55. Virksomheden tilbyder også sine aktionærer et udbytte på 1,42 %.

Når man taler om det “fremragende” kvartal, sagde CEO Wendell P. Weeks, at de forventer at se fortsat stærk præstation gennem deres Springboard Plan, hvis fokus er på at indfange $4 mia i salgs­muligheder, sigte mod 20 % driftsmargin inden årsskiftet, og belønne aktionærer med udbytte og aktietilbagekøb.

“Vi ser en bemærkelsesværdig kundereaktion på både vores nye Gen AI og amerikansk fremstillede solprodukter,” bemærkede Weeks og tilføjede, “Vi er positioneret til at levere holdbar vækst, der vil tjene os godt gennem 2026 og fremover.”

I denne periode rapporterede Corning en GAAP driftskontantstrøm på $708 millioner, mens den justerede frie kontantstrøm var $451 millioner.

“For tredje kvartal forventer vi fortsat stærk præstation på vores Springboard-plan og tocifret vækst i salg og indtjening år‑over‑år,” sagde CFO Ed Schlesinger, med forventet kernesalg på $4,2 milliarder og kerne‑EPS i intervallet $0,63 til $0,67.

“Vores vejledning tager højde for omkring $0,01 til $0,02 for virkningen af de nuværende pålagte toldsatser, samt $0,02 til $0,03 af midlertidigt højere omkostninger, mens vi øger produktionen for at imødekomme den stigende efterspørgsel efter vores nye Gen AI og amerikansk fremstillede solprodukter,” sagde Schlesinger.

Seneste Corning Incorporated (GLW) aktienyheder og udviklinger

Konklusion

Fremskridt inden for OLED’er og holografiske teknologier omformer måden, vi interagerer med visuelt indhold på.

OLED’er, med deres letvægt, justerbarhed, og enkel fremstilling, har længe været nøgle til moderne displays, men har stået over for udfordringer, når de kombineres med holografisk billeddannelse på grund af deres inkoherente lysudsendelse. Men den seneste banebrydende forskning har overvundet dette problem og muliggør holografiske projektioner ved at forene OLED’er med metasurfaces i et kompakt, effektivt og skalerbart design.

Integrationen giver spændende udsigter for immersive underholdning, kommunikationsenheder, sundhedspleje og sikre optiske systemer. Den kan også bane vejen for en fremtid hvor højopløsnings, tilpasningsdygtig og energieffektiv holografi bliver en del af vores daglige liv.

Referencer:

1. Gong, J., Biabanifard, M., Yoshida, K., et al. (2025). OLED illuminated metasurfaces for holographic image projection. Light: Science & Applications, 14, 294. (Version of Record), published 27 august 2025. https://doi.org/10.1038/s41377-025-01912-z