Revolutionäre OLED-Metasurflächen zielen darauf ab, 3D-Visuals neu zu definieren

Neue Forschung hat einen bahnbrechenden Fortschritt in der holografischen Bildprojektion erzielt, mit potenziellen Anwendungen in Unterhaltung, Gaming, Kommunikation und intelligenten Geräten.

Holografie ist seit langem ein fester Bestandteil der Science-Fiction, wobei Filme wie Star Wars und Blade Runner 2049 Hologramme einsetzen, um fortschrittliche Technologie und futuristische Elemente zu vermitteln.

Diese Technologie zur Erstellung interaktiver 3D-Visuals hat Ingenieure und Wissenschaftler schon lange fasziniert, doch ihre Realisierung war nicht einfach.

Holografie ermöglicht es, eine Wellenfront zu speichern und später zu rekonstruieren, wodurch ein einzigartiges fotografisches 3D-Bild ohne Verwendung einer Linse erzeugt werden kann.

Konventionelle holografische Projektoren benötigen jedoch sperrige optische Aufbauten und eine externe Quelle kohärenten Lichts, was ihre Nutzung einschränkt. Daher haben die Forscher der University of St Andrews einen revolutionären Ansatz an der Schnittstelle von Nanophotonik und Displaytechnologie vorgestellt, bei dem OLEDs direkt mit Metasurflächen integriert werden.

“Holographische Metasurflächen sind eine der vielseitigsten Materialplattformen zur Lichtsteuerung. Mit dieser Arbeit haben wir eine der technologischen Barrieren beseitigt, die die Einführung von Metamaterialien im Alltag verhindern. Dieser Durchbruch wird eine grundlegende Veränderung in der Architektur holografischer Displays für aufkommende Anwendungen ermöglichen, zum Beispiel in virtueller und erweiterter Realität.”

– Andrea Di Falco, Professor für Nanophotonik an der School of Physics and Astronomy

Die Studie mit dem Titel „OLED illuminated metasurfaces for holographic image projection“, die die Technologie detailliert, wurde in Light: Science & Applications veröffentlicht.

Organische Leuchtdioden oder OLEDs sind Dünnschicht‑Optoelektronik‑Geräte mit großer Abstimmungsfähigkeit, geringem Gewicht und einfacher Fertigung, was sie in heutigen Mobiltelefonen und TV‑Displays weit verbreitet macht.

Die globale OLED‑Marktgröße wird tatsächlich voraussichtlich von 2024 bis 2030 mit einer jährlichen Wachstumsrate von 19,4 % wachsen und 152,83 Milliarden erreichen. 

Als Flächenlichtquelle werden OLEDs zudem in der Sensorik, Biophotonik und drahtlosen Kommunikation eingesetzt, wobei die Möglichkeit, sie mit anderen Technologien zu integrieren, OLEDs zu guten Kandidaten für miniaturisierte photonische Plattformen macht.

Für sowohl Displays als auch aufkommende Anwendungen ist die Kontrolle der Fernfeldemission von OLEDs sehr wichtig, doch wie die neuesten Forschungen zeigen, konzentrieren sich aktuelle Studien hauptsächlich auf die Anpassung des Elektrolumineszenz‑(EL‑)Spektrums und der Emissionsrichtung.

Das Problem ist, dass es besonders herausfordernd ist, die Fernfeldemission fein abzustimmen, und sie ist durch die geringe räumliche Kohärenz von OLEDs begrenzt.

Die neueste Studie hat jedoch gezeigt, dass es tatsächlich möglich ist, dass ein einzelnes OLED ein hochauflösendes Bild projiziert, wenn es mit einer holografischen Metasurfläche kombiniert wird. Dieser Metasurflächen‑OLED‑Projektor ermöglicht es den Forschern, die Fernfeldemission direkt zu steuern und so holografische Bilder auf einem Bildschirm darzustellen.

Die neue Plattform bietet unvergleichliche Kontrolle über holografische Displays und erweitert die Grenzen des optischen Engineerings sowie des visuellen Erlebnisses. Die Forscher glauben, dass ihre Demonstration einen Weg zur Realisierung hochintegrierter und miniaturisierter Metasurflächen‑Displays aufzeigen kann.

OLEDs für holografische Bildprojektion

Ein wesentlicher Bestandteil elektronischer Geräte, Halbleiter, haben Fortschritte in allem von Kommunikation, Gesundheitswesen und Verkehr bis hin zu Computing, sauberer Energie, Militärsystemen und unzähligen weiteren Anwendungen ermöglicht.

Durch die präzise Steuerung des elektrischen Stroms ermöglichen Halbleiter die Funktionalität moderner elektronischer Geräte.

Ein Halbleiter ist ein Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit zwischen der eines Leiters und eines Isolators. Und die Eigenschaften eines Halbleiters können durch einen Prozess namens Dotierung gesteuert werden.

Es gibt verschiedene Arten von Halbleitern, die nach ihrer Materialzusammensetzung, Struktur und ihrer Leitungsweise kategorisiert werden.

Zu Beginn sind intrinsische Halbleiter rein und enthalten keine signifikanten Verunreinigungen wie Silizium (Si) und Germanium (Ge), während extrinsische Halbleiter mit Verunreinigungen dotiert werden, um die Leitfähigkeit zu steuern. N‑Typen werden mit Elementen dotiert, die zusätzliche Elektronen hinzufügen, während p‑Typen mit Elementen dotiert werden, die „Löcher“ oder positive Ladungsträger erzeugen.
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Basierend auf der Struktur gibt es amorphe Halbleiter mit einer ungeordneten atomaren Anordnung, polykristalline Halbleiter, die aus mehreren kleinen Kristallen bestehen, und Einkristall‑Halbleiter mit perfekter Kristallstruktur.

In Bezug auf die Materialzusammensetzung können Halbleiter anorganisch sein, typischerweise kristalline Feststoffe wie Galliumarsenid (GaAs) und Indiumphosphid, oder organisch, hergestellt aus kohlenstoffbasierten Molekülen oder Polymeren. Hybride Halbleiter kombinieren organische und anorganische Materialien, um die Leistung zu steigern, wie bei Perowskiten, die in Solarzellen der nächsten Generation und Fotodetektoren verwendet werden.

Die bemerkenswerten optoelektronischen Eigenschaften organischer Halbleiter machen sie besonders geeignet für Displays, Photovoltaik und Lasern. Ihre Verwendung in OLED‑Displays ist die am weitesten entwickelte Anwendung.

OLEDs sind für ihr flexibles Formfaktor und ihre überlegene Bildqualität bekannt. Im Vergleich zu Lasern ist jedoch die Ausgangsleistungsdichte von OLEDs geringer, was zu einem holografischen Bild mit niedriger Helligkeit führt.

Dennoch machen die Vorteile von Flexibilität, einfacher Fertigung und die Möglichkeit, zahlreiche Pixel in unterschiedlichen Farben nebeneinander auf demselben Substrat zu erzeugen, OLEDs für fortschrittliche holografische Display‑Anwendungen geeignet.

OLED ist eine inkohärente Lichtquelle mit einem divergenten Emissionsprofil. Diese Emission zu manipulieren, um detaillierte Bilder zu erzeugen, ist nicht nur herausfordernd, sondern auch weitgehend unerforscht.

Eine Möglichkeit besteht darin, eine holografische Metasurfläche (HM) zu verwenden, eine ultradünne Filmschicht, die als Meta‑Atom bezeichnet wird und die Fähigkeit besitzt, das Verhalten von Licht präzise zu steuern. Während sie in Anwendungen wie Bildsensorik, Datenspeicherung, erweiterter Realität (AR), Fälschungssicherheit und Sicherheitverschlüsselung weit verbreitet ist, sind die meisten berichteten holografischen Metasurflächen für kohärente Lichtquellen (Laser) konzipiert und für inkohärente Quellen (OLEDs) ungeeignet.

Bisher wurden nur wenige Metasurflächen mit inkohärenten Lichtquellen berichtet, und selbst dann beinhalten die meisten komplizierte Aufbauten, die ihren Einsatz im Alltag einschränken.

Daher entwickelten die Forscher in der neuesten Studie einen neuen Typ von optoelektronischem Gerät, das das Beste aus OLEDs und Metasurflächen kombiniert.

“Wir freuen uns, diese neue Richtung für OLEDs zu demonstrieren. Durch die Kombination von OLEDs mit Metasurflächen eröffnen wir zudem einen neuen Weg zur Erzeugung von Hologrammen und zur Lichtformung.”

– Professor Ifor Samuel von der School of Physics and Astronomy

Das neu entwickelte kompakte System besteht aus einem OLED, einem Bandpass‑Filter und einer holografischen Metasurfläche (HM), die speziell für kohärente Lichtquellen konzipiert ist.

Durch die sorgfältige Formgebung jedes Meta‑Atoms, um die Eigenschaften des Lichtstrahls, der durch die HM hindurchtritt, zu verändern, wurde es möglich, ein vorab entworfenes Bild auf der anderen Seite des Bildschirms zu erzeugen. Dies macht holografische Displays potenziell kostengünstiger, energieeffizienter und kompatibel mit flexiblen Substraten.

Wie OLED‑Metasurflächen‑Displays funktionieren (und warum sie wichtig sind)

Forscher der SUPA, School of Physics and Astronomy, University of St Andrews, UK, entwickelten die innovative Methode, die OLEDs und Metasurflächen nahtlos zu einer monolithischen Struktur verbindet.

Die Fusion ermöglicht es, dass das OLED selbst sowohl als Lichtquelle als auch als Modulator für die holografische Wellenfrontformung dient.

Damit entfällt die Notwendigkeit externer Laser oder eines Geräts wie eines räumlichen Lichtmodulators, das die Lichtintensität steuert.

Der Kern dieser neuen Technologie liegt in Metasurflächen, die aus planaren Arrays von Nanostrukturen bestehen und dazu dienen, elektromagnetische Wellen gezielt zu formen, häufig durch Kontrolle von Polarisation, Amplitude oder Phase mit außergewöhnlicher räumlicher Auflösung.

Während externe Laser zuvor zur Beleuchtung von Metasurflächen verwendet wurden, schafft die Kombination mit OLEDs eine intrinsische Lichtquelle, die auf Mikroskala strukturiert ist, und bietet eine elektrisch angetriebene Plattform, die stabil ist und über verschiedene Wellenlängen skaliert werden kann, mit der Fähigkeit, holografische Bilder mit hoher Klarheit zu projizieren.

Dies stellt einen bedeutenden Sprung gegenüber konventionellen sperrigen Systemen dar.

Obwohl die inkohärente, breitbandige Emission der OLED‑Schicht lange eine Herausforderung für die Holografie darstellte, haben die Forscher Metasurflächen so entwickelt, dass sie das Emissionsspektrum des OLEDs sowie dessen räumliche Kohärenzeigenschaften entsprechen.

Das Team passte Nanostrukturen an, um das teilweise kohärente Licht zu nutzen und anzupassen, um hochauflösende holografische Bilder zu erzeugen, ohne auf Laser angewiesen zu sein.

Um die präzise Nano‑Architektur zu erhalten, die für funktionale Metasurflächen direkt auf OLEDs erforderlich ist, nutzte das Team fortschrittliche Lithographieverfahren.

Mit einem speziellen Elektronenstrahl‑Lithografie‑System (EBL) strukturierten sie metallische und dielektrische Nanostrukturen über die OLED‑Oberfläche, wodurch eine effektive Phasenmodulation gewährleistet und gleichzeitig die Leistung und Langlebigkeit des OLEDs erhalten blieb.

Diese erfolgreiche Integration betont die Kompatibilität von Nanofabrikationstechnologien mit organischen elektronischen Bauteilen und eröffnet die Türen zu multifunktionalen photonischen Plattformen.

Bei den Tests des Geräts zeigte das Team klare holografische Projektionen einfacher sowie geometrischer Formen mit komplexen Tiefenhinweisen. Das Team konnte hochwertige holografische Bilder bereits in einem Abstand von nur 3 cm erzeugen.

Die rekonstruierten Bilder zeigen sowohl Helligkeitsstufen als auch Winkelstabilität, die bei inkohärenter Beleuchtung normalerweise nicht möglich ist.

Die Fähigkeit des Systems, die Wellenfront dynamisch zu modulieren, was durch die Steuerung pixelierter Metasurflächen‑Regionen synchron zur OLED‑Emission erreicht wird, weist auf die Möglichkeit von Echtzeit‑holografischen Videos hin.

“OLED‑Displays benötigen normalerweise Tausende von Pixeln, um ein einfaches Bild zu erzeugen. Dieser neue Ansatz ermöglicht es, ein komplettes Bild von einem einzigen OLED‑Pixel zu projizieren!”

– Professor Graham Turnbull von der School of Physics and Astronomy

Der OLED‑beleuchtete holografische Projektor, wie die Studie feststellt, könnte in Anwendungen wie Mensch‑Computer‑Interaktionen sowie AR‑ und VR‑Headsets eingesetzt werden.

Ein großer Vorteil dieser OLED‑Metasurflächen‑Plattform ist ihre Vielseitigkeit und Skalierbarkeit.

Da die OLED‑Fertigung bereits in der kommerziellen Display‑Herstellung weit verbreitet ist, können Metasurflächen in bestehende Produktionslinien integriert werden, was ihre Entwicklung zu tragbaren Hologrammen und Konsumelektronik beschleunigen kann.

Zudem positionieren die Kompaktheit, Flexibilität und der geringe Stromverbrauch der Technologie sie für nächste‑Generation‑immersive Displays.

Die Plattform kann zudem für adaptive Beleuchtungssysteme, biomedizinische Bildgebung und sichere optische Verschlüsselung verwendet werden.

Mit diesem Proof‑of‑Concept nutzte das Team einen Bandpass‑Optikfilter, um das Emissionsspektrum des OLEDs zu verengen – wodurch die räumliche Kohärenz verbessert wird, die die Metasurfläche zur Rekonstruktion scharfer Hologramme benötigt. Die Forscher wiesen jedoch darauf hin, dass ein Polariton‑ oder Dünnschicht‑Filter ebenfalls zusammen mit dem OLED oder der Metasurfläche verwendet werden könnte, um ein kompakteres System zu bauen.

Bezüglich der Metasurfläche stellte das Team fest, dass ihr System auch mit anderen Arten von Metasurflächen funktionieren kann, was das Potenzial für die Massenproduktion dieser Geräte bietet und somit deren Einsatz für Bildprojektion erleichtert.

Obwohl die kommerzielle Nutzung des Geräts vor Herausforderungen steht, wie der Minimierung von Verlusten, Maximierung der Helligkeit und Optimierung der Effizienz der Metasurflächen‑Modulation, hat das Team einen technologischen Fortschritt demonstriert, der einen kreativen Ansatz zur Gestaltung ganzheitlicher photonischer Systeme verfolgt.

Im Gegensatz zu traditionellen Designs, bei denen Modulatoren und Emittenten unabhängig betrachtet werden, nutzte das Team einen integrierten Ansatz mit gleichzeitiger Optimierung der Emissionseigenschaften von OLEDs und der Phasen‑ und Amplitudenreaktion der Metasurflächen.

Durch die Kombination der Vorteile organischer Optoelektronik und Nanophotonik hat das Team einen neuen Standard für holografische Displays geschaffen. Es stellt sich eine Zukunft vor, in der Vollfarb‑holografische Displays mit ultrahoher Auflösung direkt in transparente Fenster, Textil‑Wearables oder gekrümmte Oberflächen von Fahrzeugen und architektonischen Elementen eingebettet werden.

Investition in holografische OLEDs

Betrachten wir nun ein Unternehmen, das dieses Feld vorantreibt, fällt Corning Incorporated (GLW ) durch seine intensive Beteiligung an fortschrittlichen Display‑Technologien und Materialien, die für OLED‑Paneele und flexible Bildschirme entscheidend sind, und bietet Infrastruktur für holografische Integration auf.

Es operiert über einige zentrale Segmente, darunter:

• Optische Kommunikation
• Display‑Technologien
• Spezialmaterialien
• Umwelttechnologien
• Lebenswissenschaften

Primär ein Unternehmen der Materialwissenschaften, spezialisiert Corning auf optische Fasern, eine Glasart, die Licht überträgt und eine wesentliche Rolle in modernen Telekommunikationsnetzen spielt. Sie wird auch in Rechenzentren eingesetzt.

Corning produziert zudem eine breite Palette weiterer Glas‑ und Keramikprodukte. Bemerkenswert ist, dass das Unternehmen Gorilla Glass herstellt, das in iPhone‑Bildschirmen und anderen Elektronikgeräten verwendet wird.

Anfang dieses Jahres kündigte Samsung Electronics an, dass sein Galaxy S25 Edge Corning’s neue Glas‑Keramik‑Lösung namens Gorilla Glass Ceramic 2 nutzen wird, die in einem extrem dünnen Geräte‑Formfaktor fortschrittlichen Schutz bietet. Das neueste Produkt hat Kristalle im Glas‑Matrix eingebracht, um die Stärke der Display‑Abdeckung zu erhöhen.

“Galaxy S25 Edge wird einen neuen Standard für Handwerkskunst und Leistung setzen, da es unser bislang dünnstes Gerät der Galaxy‑S‑Serie ist,” sagte Kwangjin Bae, EVP und Leiter des Mechanical R&D‑Teams von MX bei Samsung Electronics. “Um dieses bahnbrechende Design zu unterstützen, war es entscheidend, ein Display‑Material zu entwickeln, das sowohl außergewöhnlich dünn als auch zuverlässig stark ist – eine Herausforderung, die Corning und Samsung zusammenbrachte, vereint durch eine gemeinsame Vision für zielgerichtetes Engineering und nutzerzentrierte Innovation. Diese Vision ist in jedem Detail des Galaxy S25 Edge verankert.”

Mit einer Marktkapitalisierung von 67,4 Milliarden $ handeln die GLW‑Aktien derzeit bei 78,67 $, ein Anstieg von 65,6 % im Jahresverlauf. Diese Woche erreichte GLW ein 52‑Wochen‑Hoch von 78,81 $. Das Unternehmen erlebt in den letzten zwei Jahren tatsächlich einen massiven Aufschwung.

Es hat ein EPS (TTM) von 0,94 und ein KGV (TTM) von 83,55. Das Unternehmen bietet seinen Aktionären zudem eine Dividendenrendite von 1,42 %.

Für das jüngste Quartal meldete das Unternehmen GAAP‑Umsatz von 3,86 Milliarden $, Kernumsatz stieg um 12 % gegenüber dem Vorjahr auf 4,05 Milliarden $. Gleichzeitig betrug das GAAP‑EPS 0,54 $ und das Kern‑EPS, das um 28 % wuchs, lag bei 0,60 $ im 2. Quartal 2025.

Im Hinblick auf das “herausragende” Quartal sagte CEO Wendell P. Weeks, sie erwarten weiterhin starke Leistungen im Rahmen ihres Springboard‑Plans, dessen Fokus darauf liegt, ein Verkaufs­potenzial von 4 Milliarden $ zu erschließen, bis Jahresende eine operative Marge von 20 % anzustreben und Aktionäre mit Dividenden und Aktienrückkäufen zu belohnen.

“Wir sehen eine bemerkenswerte Kundenresonanz sowohl auf unsere neuen Gen‑AI‑ als auch auf die in den USA hergestellten Solarprodukte,” bemerkte Weeks und fügte hinzu: “Wir sind positioniert, um ein nachhaltiges Wachstum zu liefern, das uns bis 2026 und darüber hinaus gut dienen wird.”

In diesem Zeitraum meldete Corning einen GAAP‑Operativen Cashflow von 708 Millionen $, während der bereinigte freie Cashflow bei 451 Millionen $ lag.

“Für das dritte Quartal erwarten wir weiterhin starke Leistungen im Rahmen unseres Springboard‑Plans sowie zweistelliges Umsatz‑ und Gewinnwachstum im Jahresvergleich,” sagte CFO Ed Schlesinger, wobei der Kernumsatz voraussichtlich 4,2 Milliarden $ betragen wird und das Kern‑EPS in einer Spanne von 0,63 $ bis 0,67 $ liegt.

“Unsere Prognose berücksichtigt etwa 0,01 $ bis 0,02 $ für die Auswirkungen der derzeit geltenden Zölle sowie 0,02 $ bis 0,03 $ temporär höhere Kosten, während wir die Produktion hochfahren, um die steigende Nachfrage nach unseren neuen Gen‑AI‑ und in den USA hergestellten Solarprodukten zu decken,” sagte Schlesinger.

Neueste Nachrichten und Entwicklungen zu Corning Incorporated (GLW) Aktien

Fazit

Fortschritte bei OLEDs und holografischen Technologien verändern, wie wir mit visuellen Inhalten interagieren.

OLEDs, mit ihrem geringen Gewicht, ihrer Abstimmungsfähigkeit und einfachen Fertigung, sind seit langem ein Schlüssel zu modernen Displays, standen jedoch bei der Kombination mit holografischer Bildgebung aufgrund ihrer inkohärenten Lichtemission vor Herausforderungen. Die neueste bahnbrechende Forschung hat dieses Problem jedoch überwunden und ermöglicht holografische Projektionen, indem OLEDs mit Metasurflächen in einem kompakten, effizienten und skalierbaren Design verschmolzen werden.

Die Integration bietet spannende Perspektiven für immersive Unterhaltung, Kommunikationsgeräte, das Gesundheitswesen und sichere optische Systeme. Sie kann auch den Weg für eine Zukunft ebnen, in der hochauflösende, anpassungsfähige und energieeffiziente Holografie Teil unseres täglichen Lebens wird.

Referenzen:

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), veröffentlicht am 27. August 2025. https://doi.org/10.1038/s41377-025-01912-z