Los revolucionarios OLED‑Metasuperficies buscan redefinir los visuales 3D

Nueva investigación ha logrado un avance revolucionario en la proyección de imágenes holográficas, con aplicaciones potenciales en entretenimiento, videojuegos, comunicación y dispositivos inteligentes.

La holografía ha sido durante mucho tiempo un elemento básico de la ciencia ficción, con películas como Star Wars y Blade Runner 2049 que utilizan hologramas para transmitir tecnología avanzada y elementos futuristas.

Esta tecnología para crear visuales 3D interactivos ha intrigado durante mucho tiempo a ingenieros y científicos, pero materializarla no ha sido fácil.

La holografía permite registrar una frente de onda y reconstruirla posteriormente, ofreciendo un medio para crear una imagen fotográfica 3D única sin necesidad de una lente.

Los proyectores holográficos convencionales, sin embargo, requieren configuraciones ópticas voluminosas y una fuente externa de luz coherente, lo que limita su uso. Por ello, los investigadores de la Universidad de St Andrews han presentado un enfoque revolucionario en la intersección de la nanofotónica y la tecnología de pantallas, donde los OLED se integran directamente con metasuperficies.

“Las metasuperficies holográficas son una de las plataformas de materiales más versátiles para controlar la luz. Con este trabajo, hemos eliminado una de las barreras tecnológicas que impiden la adopción de metamateriales en aplicaciones cotidianas. Este avance permitirá un cambio significativo en la arquitectura de las pantallas holográficas para aplicaciones emergentes, por ejemplo, en realidad virtual y aumentada.”

– Andrea Di Falco, profesor de nano-fotónica en la Escuela de Física y Astronomía

El estudio titulado “OLED illuminated metasurfaces for holographic image projection¹“, que detalla la tecnología, fue publicado en Light: Science & Applications.

Los diodos emisores de luz orgánicos u OLED son dispositivos optoelectrónicos de película delgada que presentan una gran capacidad de sintonía, bajo peso y fabricación sencilla, lo que los hace ampliamente utilizados en los teléfonos móviles y pantallas de TV actuales.

Se proyecta que el tamaño del mercado global de OLED crecerá a una tasa compuesta anual (CAGR) del 19,4 % de 2024 a 2030 y alcanzará los 152,83 mil millones.

Al ser una fuente de luz superficial, los OLED también se utilizan en detección, biofotónica y comunicaciones inalámbricas, donde la capacidad de integrarlos con otras tecnologías los convierte en buenos candidatos para plataformas fotónicas miniaturizadas.

Para tanto pantallas como aplicaciones emergentes, el control de la emisión en el campo lejano del OLED es muy importante, pero según la investigación más reciente, el enfoque de los estudios actuales se centra principalmente en ajustar el espectro de electroluminiscencia (EL) y la direccionalidad de la emisión.

El problema es que es particularmente desafiante afinar la emisión en el campo lejano y está limitado por la baja coherencia espacial de los OLED.

Sin embargo, el estudio más reciente ha demostrado que es posible que un solo OLED proyecte una imagen de alta resolución cuando se combina con una metasuperficie holográfica. Este proyector metasuperficie-OLED permite a los investigadores manipular directamente la emisión en el campo lejano, mostrando así imágenes holográficas en una pantalla.

La nueva plataforma ofrece un control sin precedentes sobre las pantallas holográficas, ampliando los límites de la ingeniería óptica y la experiencia visual. Los investigadores creen que su demostración puede proporcionar una vía para lograr pantallas de metasuperficies altamente integradas y miniaturizadas.

OLEDs para la proyección de imágenes holográficas

Un componente esencial de los dispositivos electrónicos, los semiconductores han permitido avances en todo, desde comunicaciones, atención médica y transporte hasta computación, energía limpia, sistemas militares y un sinfín de otras aplicaciones.

Al permitir el control preciso de la corriente eléctrica, los semiconductores habilitan la funcionalidad de los dispositivos electrónicos modernos.

Un semiconductor es un material con conductividad eléctrica intermedia entre la de un conductor y un aislante. Y las propiedades de un semiconductor pueden controlarse mediante un proceso llamado dopado.

Ahora, existen diferentes tipos de semiconductores, categorizados según su composición material, estructura y la forma en que conducen la electricidad.

Para comenzar, los semiconductores intrínsecos son puros sin impurezas significativas, como el silicio (Si) y el germanio (Ge), mientras que los semiconductores extrínsecos están dopados con impurezas para controlar la conductividad. Los de tipo N se dopan con elementos que añaden electrones adicionales, mientras que los de tipo P se dopan con elementos que crean ‘huecos’ o portadores de carga positiva.
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Según su estructura, existen semiconductores amorfos con una disposición atómica desordenada, semiconductores policristalinos compuestos por múltiples cristales pequeños y semiconductores monocrísticos con una estructura cristalina perfecta.

En cuanto a la composición material, los semiconductores pueden ser inorgánicos, típicamente sólidos cristalinos como el arseniuro de galio (GaAs) y el fosfuro de indio, o orgánicos, fabricados a partir de moléculas o polímeros basados en carbono. Los semiconductores híbridos combinan materiales orgánicos e inorgánicos para mejorar el rendimiento, como se observa en los perovskitas utilizados en células solares y fotodetectores de próxima generación.

Las notables propiedades optoelectrónicas de los semiconductores orgánicos los hacen altamente adecuados para pantallas, fotovoltaica y láseres. Su uso en pantallas OLED es la aplicación más desarrollada.

Los OLED son conocidos por su factor de forma flexible y calidad de imagen superior. Comparados con los láseres, sin embargo, la densidad de potencia de salida de los OLED es menor, lo que resulta en una imagen holográfica con baja luminosidad.

Sin embargo, las ventajas de flexibilidad, fabricación sencilla y la capacidad de crear un gran número de píxeles de diferentes colores lado a lado en el mismo sustrato hacen que los OLED sean adecuados para aplicaciones avanzadas de pantallas holográficas.

El OLED es una fuente de luz incoherente con un perfil de emisión divergente. Manipular esta emisión para generar imágenes detalladas no solo es un desafío, sino que también está mayormente inexplorado.

Una forma de hacerlo es mediante una metasuperficie holográfica (HM), que es una estructura de película ultrafina llamada metaátomo con la capacidad de manipular el comportamiento de la luz de manera precisa. Aunque se usa ampliamente en aplicaciones como detección de imágenes, almacenamiento de datos, realidad aumentada (AR), anticounterfeiting y encriptación de seguridad, la mayoría de las metasuperficies holográficas reportadas están diseñadas para fuentes de luz coherentes (láseres) y no son adecuadas para usar con fuentes incoherentes (OLED).

Solo se han reportado unas pocas metasuperficies que utilizan fuentes de luz incoherentes hasta ahora, y aun así, la mayoría de ellas implican configuraciones complicadas, limitando su despliegue en aplicaciones cotidianas.

Así, los investigadores del último estudio desarrollaron un nuevo tipo de dispositivo optoelectrónico que combina lo mejor de los OLED y las metasuperficies.

“Estamos emocionados de demostrar esta nueva dirección para los OLED. Al combinar OLED con metasuperficies, también abrimos una nueva forma de generar hologramas y dar forma a la luz.”

– Profesor Ifor Samuel de la Escuela de Física y Astronomía

El nuevo sistema compacto está compuesto por un OLED, un filtro de paso de banda y una metasuperficie holográfica (HM), que está especialmente diseñada para fuentes de luz coherentes.

Al modelar cuidadosamente cada metaátomo para modificar las propiedades del haz de luz que atraviesa la HM, se hizo posible crear una imagen pre‑diseñada en el otro lado de la pantalla. Esto potencialmente hace que las pantallas holográficas sean más rentables, energéticamente eficientes y compatibles con sustratos flexibles.

Cómo funcionan las pantallas OLED‑Metasuperficie (y por qué son importantes)

Investigadores del SUPA, Escuela de Física y Astronomía, Universidad de St Andrews, Reino Unido, desarrollaron el método innovador que fusiona sin problemas los OLED y las metasuperficies en una estructura monolítica.

La fusión permite que el propio OLED actúe como fuente de iluminación y también como modulador para el modelado de la frente de onda holográfica. Esto elimina la necesidad de láseres externos o de un dispositivo como un modulador espacial de luz, que controla la intensidad de la luz.

El núcleo de esta nueva tecnología reside en las metasuperficies, que son arreglos planares de nanoestructuras diseñadas para modelar ondas electromagnéticas de manera selectiva, a menudo controlando la polarización, amplitud o fase con una resolución espacial extraordinaria.

Mientras que los láseres externos se han utilizado previamente para iluminar metasuperficies, combinarlos con OLED crea una fuente de luz intrínseca estructurada a escala microscópica, ofreciendo una plataforma impulsada eléctricamente que es estable y puede escalarse a diferentes longitudes de onda con la capacidad de proyectar imágenes holográficas con alta claridad.

Esto marca un salto importante respecto a los sistemas voluminosos convencionales.

Aunque la emisión incoherente y de banda ancha de la capa OLED ha sido durante mucho tiempo un desafío para la holografía, los investigadores diseñaron metasuperficies para que coincidan con el espectro de emisión del OLED así como con sus propiedades de coherencia espacial.

El equipo adaptó nanoestructuras para utilizar y ajustar la luz parcialmente coherente y formar imágenes holográficas de alta resolución sin depender de láseres.

Para obtener una nanoarquitectura precisa, requerida para metasuperficies funcionales directamente sobre OLED, el equipo utilizó métodos avanzados de litografía.

Usando un sistema especial de Litografía por Haz de Electrones (EBL), patronizaron nanoestructuras metálicas y dieléctricas sobre la superficie del OLED, asegurando una modulación de fase eficaz mientras mantenían el rendimiento y la longevidad del OLED.

Esta integración exitosa enfatiza la compatibilidad de las tecnologías de nanofabricación con dispositivos electrónicos orgánicos, lo que abre las puertas a plataformas fotónicas multifuncionales.

Al probar el dispositivo, el equipo mostró proyecciones holográficas claras de formas simples y geométricas con indicios de profundidad intrincados. El equipo logró obtener imágenes holográficas de alta calidad a una distancia de solo 3 cm.

Las imágenes reconstruidas muestran tanto niveles de brillo como robustez angular que usualmente no son posibles con iluminación incoherente.

La capacidad del sistema para modular la frente de onda dinámicamente, lograda mediante el control de regiones de metasuperficie pixeladas en sincronía con la emisión del OLED, indica la posibilidad de videos holográficos en tiempo real.

“Las pantallas OLED normalmente necesitan miles de píxeles para crear una imagen simple. ¡Este nuevo enfoque permite proyectar una imagen completa desde un solo píxel OLED!”

– Profesor Graham Turnbull, de la Escuela de Física y Astronomía

El proyector holográfico iluminado por OLED, según el estudio, podría usarse en aplicaciones como interacciones humano‑computadora y cascos de AR y VR.

Una gran ventaja de esta plataforma OLED‑metasuperficie es su versatilidad y escalabilidad.

Con la fabricación de OLED ya ampliamente utilizada en la producción comercial de pantallas, las metasuperficies pueden integrarse en líneas de producción existentes, lo que puede acelerar su desarrollo hacia hologramas portátiles y electrónica de consumo.

Además, la compacidad, flexibilidad y bajo consumo energético de la tecnología la posicionan para pantallas inmersivas de próxima generación.

La plataforma también puede usarse para sistemas de iluminación adaptativa, imágenes biomédicas y encriptación óptica segura.

Con esta prueba de concepto, el equipo utilizó un filtro óptico de paso de banda para estrechar el espectro de emisión del OLED, mejorando la coherencia espacial que la metasuperficie necesita para reconstruir hologramas nítidos. Pero los investigadores señalaron que también se podría usar un polaritón o un filtro de película delgada con el OLED o la metasuperficie para crear un sistema más compacto.

En cuanto a la metasuperficie, el equipo señaló que su sistema también puede funcionar con otros tipos de metasuperficies, ofreciendo potencial para la producción masiva de estos dispositivos, facilitando así su despliegue para la proyección de imágenes.

Aunque el uso comercial del dispositivo enfrenta desafíos en cuanto a minimizar pérdidas, maximizar el brillo y optimizar la eficiencia de la modulación de la metasuperficie, el equipo ha demostrado un avance tecnológico que adopta un enfoque creativo para diseñar sistemas fotónicos holísticos.

En contraste con los diseños tradicionales, donde los moduladores y emisores se consideran de forma independiente, el equipo utilizó un enfoque integrado con la optimización simultánea de las propiedades de emisión de los OLED y la respuesta de fase y amplitud de las metasuperficies.

Así, al combinar los beneficios de la optoelectrónica orgánica y la nanofotónica, el equipo ha creado un nuevo estándar para pantallas holográficas. Visualiza un futuro donde pantallas holográficas a todo color con ultra alta resolución estén integradas directamente en ventanas transparentes, prendas textiles o superficies curvas en vehículos y elementos arquitectónicos.

Invertir en OLEDs holográficos

Ahora, si observamos una empresa que está avanzando en este campo, Corning Incorporated (GLW ) destaca por estar profundamente involucrada en tecnologías avanzadas de pantallas y materiales críticos para paneles OLED y pantallas flexibles, proporcionando infraestructura para la integración holográfica.

Opera a través de varios segmentos clave, incluyendo:

• Comunicaciones Ópticas
• Tecnologías de Pantalla
• Materiales Especiales
• Tecnologías Ambientales
• Ciencias de la Vida

Principalmente una empresa de ciencias de materiales, Corning se especializa en fibra óptica, que es un tipo de vidrio que transmite luz y desempeña un papel integral en las redes de telecomunicaciones modernas. También se utiliza en centros de datos.

Corning también produce una amplia gama de otros productos de vidrio y cerámica. Notablemente, la empresa fabrica Gorilla Glass, que se utiliza en pantallas de iPhone y otros dispositivos electrónicos.

A principios de este año, Samsung Electronics anunció que su Galaxy S25 Edge contará con la nueva oferta de vidrio cerámico de Corning llamada Gorilla Glass Ceramic 2, que brinda protección avanzada en un factor de forma de dispositivo extremadamente delgado. El último producto tiene cristales implantados dentro de la matriz de vidrio para aumentar la resistencia de la cubierta de la pantalla.

“Galaxy S25 Edge establecerá un nuevo estándar de artesanía y rendimiento como nuestro dispositivo de la serie Galaxy S más delgado hasta la fecha,” dijo Kwangjin Bae, EVP y Jefe del Equipo de I+D Mecánico de MX en Samsung Electronics. “Para respaldar este diseño innovador, fue esencial desarrollar un material de pantalla que fuera tanto excepcionalmente delgado como confiablemente fuerte, un desafío que unió a Corning y Samsung, compartiendo una visión de ingeniería con propósito e innovación centrada en el usuario. Esa visión está incrustada en cada detalle del Galaxy S25 Edge.”

Con una capitalización de mercado de 67,4 mil millones de dólares, las acciones de GLW cotizan actualmente a 78,67 $, con un aumento del 65,6 % en lo que va del año. Esta semana, GLW alcanzó un máximo de 52 semanas de 78,81 $. La empresa ha estado disfrutando de un rally masivo durante los últimos dos años.

Tiene un EPS (TTM) de 0,94 y un P/E (TTM) de 83,55. La empresa también ofrece a sus accionistas un rendimiento de dividendo del 1,42 %.