Merevolusi Penglihatan Malam: OLED Membuka Jalan untuk Solusi Ringan dan Teknologi Tinggi

Pernahkah Anda bertanya-tanya apakah kacamata penglihatan malam dalam film itu berfungsi? Bisakah Anda benar‑benar melihat dalam gelap? Jawabannya adalah ya—mereka berfungsi, memungkinkan Anda melihat dalam gelap. Ini dimungkinkan oleh teknologi penglihatan malam. Tetapi bagaimana cara kerjanya? 

Pertama, kita harus memahami bahwa jumlah energi dalam gelombang cahaya terkait dengan panjang gelombangnya. Jika panjang gelombang lebih pendek, energinya lebih tinggi, dan sebaliknya. 

Dalam cahaya tampak, merah memiliki energi paling sedikit, sementara ungu memiliki energi paling banyak. Cahaya inframerah, di sisi lain, mencakup inframerah dekat (near‑IR) dengan panjang gelombang 0,7‑1,3 mikron, inframerah menengah (mid‑IR) dengan panjang gelombang antara 1,3‑3 mikron, dan inframerah termal (thermal‑IR) dengan rentang panjang gelombang dari 3 mikron hingga lebih dari 30 mikron. 

Berbeda dengan Near‑IR dan mid‑IR yang digunakan oleh berbagai perangkat elektronik, thermal‑IR dipancarkan oleh objek bukan dipantulkan darinya. 

Jadi, teknologi penglihatan malam memungkinkan penglihatan dalam gelap dengan memperkuat cahaya yang tersedia atau mendeteksi radiasi inframerah. Perangkat penglihatan malam menangkap foton cahaya dan memperkuatnya untuk menghasilkan gambar yang dapat dilihat atau mendeteksi radiasi inframerah yang dipancarkan oleh objek dan mengubahnya menjadi gambar yang dapat dilihat. 

Peralatan penglihatan malam—termasuk teropong, kacamata, dan kamera—umumnya digunakan dalam militer, pengawasan, navigasi, penegakan hukum, berburu, pengamatan satwa liar, deteksi objek tersembunyi, dan keamanan.

Didorong oleh permintaan yang terus meningkat di berbagai aplikasi dan kemajuan teknologi, ukuran pasar perangkat penglihatan malam diproyeksikan untuk tumbuh dari $8,68 miliar pada 2024 menjadi $12,74 miliar pada 2029.

Penemuan Baru: OLED Tipis Seperti Kertas untuk NV Kompak dan Ringan

Di tengah hal ini, peneliti dari University of Michigan telah menciptakan jenis OLED baru yang lebih tipis daripada kertas dan berpotensi menggantikan kacamata penglihatan malam yang besar dengan kacamata ringan. Hal ini dapat membuat kacamata NV menjadi lebih murah dan lebih praktis untuk penggunaan jangka panjang.

Sumber: University of Michigan

Organic light-emitting diodes, atau OLED, merupakan salah satu perangkat elektronik organik paling sukses dan mendominasi pasar tampilan seluler. Mereka juga berkembang ke otomotif, perangkat yang dapat dipakai, dan berbagai aplikasi pencahayaan. Layar smartphone, seperti pada iPhone, menggunakan jenis cahaya ini.

Dengan latar belakang ini, studi tersebut memperkenalkan kelas baru perangkat pemancar cahaya organik yang menampilkan bistabilitas karena umpan balik fotonik positif antara fotodioda organik dan OLED tandem yang terintegrasi dalam tumpukan lapisan yang sama. 

Didanai oleh DARPA, penelitian ini dilakukan bekerja sama dengan kontraktor aerospace dan pertahanan RTX serta OLEDWorks, perusahaan yang memproduksi produk pencahayaan OLED. OLEDWorks dan Penn State University, tempat studi ini bermula sebelum penulis korespondennya, Chris Giebink, pindah ke U‑M., saat ini sedang mengerjakan paten teknologi tersebut.

Sistem penglihatan malam konvensional mengandalkan intensifier gambar untuk memperkuat cahaya yang masuk. Perangkat OLED baru juga melakukan hal itu—mengubah near‑IL menjadi cahaya tampak dan kemudian memperkuatnya lebih dari 100 kali. Namun, perangkat OLED melakukannya tanpa tegangan tinggi, berat, dan lapisan vakum yang tidak praktis yang diperlukan pada intensifier gambar tradisional. Untuk mencapai amplifikasi tinggi, peneliti justru memfokuskan pada optimalisasi desain perangkat.

Menurut Giebink, profesor U‑M bidang teknik listrik, komputer, dan fisika, fitur menarik dari pendekatan baru ini adalah cahaya yang diperkuat berada dalam tumpukan film tipis, kurang dari satu mikron (0,001 mm). Ini jauh lebih tipis daripada satu helai rambut, yang memiliki ketebalan sekitar 50 mikron.

Dengan beroperasi pada tegangan yang jauh lebih rendah dibandingkan intensifier gambar konvensional, perangkat ini mengurangi konsumsi daya, yang pada gilirannya memperpanjang umur baterai.

Secara teknis, perangkat OLED baru beroperasi dengan menggabungkan lapisan penyerap foton dengan tumpukan OLED berlapis lima. Lapisan penyerap foton mengubah IL menjadi elektron, sementara lapisan OLED mengubah elektron menjadi foton cahaya tampak. 

Idealnya, lima foton dihasilkan untuk setiap elektron yang melewati tumpukan OLED. Sebagian foton ini dipancarkan ke mata pengguna, sementara sisanya diserap kembali ke dalam lapisan penyerap foton.

Dengan cara ini, sistem tetap menghasilkan lebih banyak elektron yang kembali bergerak melalui OLED, menciptakan siklus umpan balik positif yang secara signifikan meningkatkan jumlah cahaya keluaran yang dihasilkan dari sejumlah cahaya masukan tertentu.

Sementara OLED pada percobaan sebelumnya dapat mengubah cahaya near‑infrared menjadi cahaya tampak, tidak ada peningkatan. Ini berarti kami hanya mendapatkan satu foton keluaran dari satu foton masukan. Menurut penulis utama studi, Raju Lampande, peneliti postdoc U‑M bidang teknik listrik dan komputer:

“Ini menandai demonstrasi pertama dari peningkatan foton tinggi dalam perangkat film tipis.”

Namun ini bukan akhir dari kemampuan perangkat ini. Faktanya, perangkat ini menunjukkan perilaku memori yang dapat memiliki aplikasi bahkan dalam sistem visi komputer. Perilaku ini disebut hysteresis, di mana output cahaya pada suatu saat tergantung pada intensitas dan durasi iluminasi masukan sebelumnya.

Jadi, dalam langkah yang “tidak biasa”, perangkat OLED baru tetap menyala dan mengingat hal‑hal seiring waktu. Hal ini berbeda dari situasi normal di mana OLED upconversion mulai memancarkan cahaya saat diterangi, lalu berhenti ketika pencahayaan dimatikan.

Perilaku memori perangkat ini menimbulkan beberapa tantangan untuk aplikasi NV, namun dapat membuka peluang pemrosesan gambar yang bekerja lebih mirip dengan sistem visual manusia. Dalam sistem tersebut, neuron biologis mengirimkan sinyal tergantung pada timing dan kekuatan sinyal masuk. 

Kemampuan OLED baru untuk mengingat masukan masa lalu juga dapat membuatnya berguna untuk jenis koneksi mirip neuron tertentu. Koneksi ini memungkinkan gambar masukan diinterpretasikan dan diklasifikasikan tanpa memproses data di unit komputasi terpisah.

Perangkat OLED tersebut difabrikasi oleh para peneliti menggunakan bahan dan metode yang sudah luas dipakai dalam produksi OLED. Dengan demikian, ia berpotensi untuk penggunaan jangka pendek dalam jenis tampilan baru dan aplikasi pencitraan upconversion, serta menawarkan platform baru untuk pengenalan gambar dan optoelektronik neuromorfik.

Memanfaatkan bahan dan proses yang sudah ada dapat secara signifikan meningkatkan efektivitas biaya dan skalabilitas teknologi untuk aplikasi di masa depan.

Inovasi Penglihatan Malam Lainnya

Di antara inovasi yang terus berlangsung dalam bidang NV, baru-baru ini, tim insinyur terinspirasi dari sistem optik kucing untuk mengembangkan jenis kamera baru yang dapat menangkap gambar dalam gelap. Perangkat ini juga mampu melihat melalui kamuflase, menjadikannya berguna dalam aplikasi jarak jauh seperti drone militer.

Jadi, mata kucing bersinar di ruangan gelap karena mata felin memiliki tapetum lucidum, struktur yang memantulkan cahaya. Retina mata kucing tidak hanya menyerap cahaya yang langsung mengenai, tetapi juga cahaya yang dipantulkan oleh tapetum lucidum, sehingga memberi kucing penglihatan malam yang lebih baik.

Ini belum semuanya. Mata kucing domestik memiliki fitur lain, yaitu pupil vertikal, umum pada predator penyergap dengan ukuran tubuh kecil. Pupil vertikal ini memberikan kucing kecil persepsi kedalaman yang lebih baik. Pupil ini membantu mereka memfokuskan target sambil menyaring gangguan di latar belakang. 

Jadi, untuk mengembangkan kembali struktur ini, insinyur dari berbagai universitas Korea Selatan, dipimpin oleh Young Min Song, profesor di Gwangju Institute of Science and Technology, memproduksi aperture kamera vertikal. Ketika digabungkan dengan array fotodetektor silikon yang memiliki reflektor perak, ia mensimulasikan penyerapan cahaya ganda dari tapetum lucidum.

Menurut penelitian baru, ketika diuji dengan mengarahkan pada objek berbentuk tikus tersembunyi pada berbagai jarak, perangkat berhasil membedakan bentuk tersebut meskipun ada kamuflase.

Namun, tidak tanpa kesalahan. Sensor gambar buatan tidak setajam yang dimiliki kucing secara alami. Pupil berbentuk celah pada kamera mata kucing berarti ia memiliki bidang pandang yang lebih sempit. Untuk mengatasi keterbatasan ini, insinyur mengusulkan perangkat yang menggunakan kamera ini untuk meniru kepala dan otot bahu kucing guna meniru gerakan kucing secara penuh.

Ini bukan pertama kalinya peneliti mengambil inspirasi dari alam. Teknologi yang terinspirasi secara biologis sangat populer dan umum. Bahkan lensa telah dibuat dengan cara ini, memanfaatkan biologi cumi‑cumi, ikan belalai gajah, dan udang mantis. Mata kucing, khususnya, menjanjikan kondisi gelap dan “potensi untuk memfasilitasi penyebaran robot seluler ke berbagai aplikasi robot yang tidak konvensional dengan menggantikan manusia” dalam robot pengawas, kendaraan tak berawak, dan drone militer, catat studi tersebut.

Beberapa bulan lalu, seorang peneliti lain mengambil pendekatan seluruh‑optik baru untuk meningkatkan visi inframerah, merevolusi teknologi penglihatan malam. Untuk ini, Australian Research Council Centre of Excellence for Transformative Meta‑Optical Systems (TMOS) menciptakan filter inframerah yang sangat tipis.

Karena lebih tipis daripada selembar plastik pembungkus, filter ini bahkan dapat diletakkan di atas kacamata, memungkinkan pemakai melihat spektrum inframerah dan cahaya tampak secara bersamaan. Teknologi baru ini akan mengurangi berat secara signifikan, menjadi kurang dari satu gram.

Dengan manfaat tersebut, teknologi yang dihasilkan dapat menemukan peluang signifikan dalam industri pengawasan pencitraan biologis dan navigasi otonom.

Untuk penelitian tersebut, tim menggunakan teknologi upconversion berbasis metasurface untuk menyediakan jalur yang lebih mudah dalam memproses foton cahaya. Di sini, foton melintasi metasurface resonan, berinteraksi dengan sinar pompa.

Penggunaan metasurface lithium niobate non‑lokal meningkatkan energi foton dan, alih‑alih mengubahnya menjadi elektron terlebih dahulu, menariknya ke spektrum cahaya tampak. Ini menghilangkan kebutuhan pendinginan kriogenik, sehingga mengurangi ‘noise’ untuk gambar yang lebih tajam dalam NV konvensional dan, akibatnya, dapat mengakhiri kebesaran kacamata ini.

“Ini adalah demonstrasi pertama pencitraan up‑conversion resolusi tinggi dari inframerah 1550 nm ke cahaya tampak 550 nm dalam metasurface non‑lokal.”

– Rocio Camacho Morales, penulis studi

Mengenai keputusan menggunakan panjang gelombang ini, Camacho mencatat bahwa 1550 nm biasanya digunakan untuk telekomunikasi sementara mata manusia sangat sensitif terhadap yang lain. Dalam penelitian mereka ke depan, tim akan memperluas rentang panjang gelombang yang sensitif pada perangkat dengan tujuan “mendapatkan pencitraan IR broadband, serta mengeksplorasi pemrosesan gambar, termasuk deteksi tepi.”

Perusahaan yang Mendorong Kemajuan Teknologi NV

Dalam dunia teknologi penglihatan malam, perusahaan seperti L3Harris Technologies (LHX ) (NYSE: LHX), BAE Systems (BSP.DE ) (OTC: BAESY), dan Leonardo membantu memajukan bidang ini.

Di antara mereka, L3Harris adalah pemain utama dalam pertahanan dan aerospace, memproduksi kacamata dan sistem penglihatan malam canggih untuk militer dan penegak hukum. BAE Systems juga mengembangkan teknologi penglihatan malam dan pencitraan inframerah untuk aplikasi militer, serupa dengan Leonardo, yang peralatan penglihatan malamnya—termasuk intensifier gambar dan sistem pencitraan termal—melayani sektor pertahanan, keamanan, dan aerospace.

Selanjutnya ada FLIR Systems, kini bagian dari Teledyne Technologies (TDY ) (NYSE: TDY), yang memproduksi kamera pencitraan termal dan inframerah yang digunakan dalam sistem penglihatan malam di berbagai sektor. Raytheon Technologies (NYSE: RTX) khususnya dikenal menghasilkan sistem pencitraan inframerah dan termal, yang penting untuk kemampuan NV di sektor militer dan penerbangan.

Sekarang, mari kita lihat lebih dalam perusahaan-perusahaan yang membantu memajukan teknologi ini:

#1. Kopin Corporation (NASDAQ: KOPN) 

Pemain kunci dalam memajukan teknologi penglihatan malam, Kopin mengkhususkan diri dalam mengembangkan mikrodisplay dan teknologi yang dapat dipakai, termasuk heads‑up display (HUD), yang merupakan komponen penting dari sistem NV modern. 

Pada bulan Mei, perusahaan memperoleh kontrak dari pelanggan pertahanan yang tidak diidentifikasi untuk mengembangkan sistem penglihatan malam digital berlatensi rendah yang mengintegrasikan teknologi mikrodisplay OLED mereka. Kacamata NV analog telah digunakan dalam operasi militer selama lebih dari dua dekade. Dengan memanfaatkan sensor digital yang efisien dan OLED mikrodisplay canggih, proyek baru ini bertujuan meningkatkan kemampuan NV dengan sistem sepenuhnya digital. Integrasi ini juga mengurangi ukuran dan proyeksi perangkat penglihatan malam, meningkatkan efisiensi operasionalnya.

Dengan kapitalisasi pasar $74,23 juta, saham perusahaan saat ini diperdagangkan pada $0,65, turun 69,77% YTD. Memiliki EPS (TTM) -0,40 dan P/E (TTM) -1,53. Untuk Q2 2024, Kopin melaporkan pendapatan $12,3 juta, meningkat 18% dari kuartal yang sama tahun lalu. Pendapatan produk YoY perusahaan melonjak 84%, dengan pendapatan dari produk pertahanan meningkat $5,4 juta dan pendapatan produk industri naik $0,3 juta. Biaya pendapatan produk sebesar $8,7 juta, yaitu 79% dari pendapatan bersih produk, turun dari 95% pada 2Q23. Selama kuartal tersebut, kerugian bersih sebesar ($5,9) juta atau ($0,05) per saham.

Menurut CEO Michael Murray:

“(Lima pelanggan baru telah menempatkan pesanan pengembangan, memberikan) peluang pendapatan produksi multi‑juta dolar per tahun yang signifikan di masa depan.”

Dia juga menyampaikan bahwa ia diberikan desain, pengembangan, dan produksi sistem Next Generation‑Short Range Interceptor (NG‑SRI) Angkatan Darat AS, yang akan dimulai pada 2027. Kontrak lain melibatkan penelitian pendekatan optik untuk Visual Augmentation Systems bagi Angkatan Darat AS dan menciptakan cara mengurangi ukuran serta berat optik yang dibutuhkan dalam sistem sensor canggih untuk Angkatan Laut AS.

#2. Elbit Systems (NASDAQ: ESLT)

Perusahaan pertahanan ini terlibat dalam pengembangan kacamata penglihatan malam canggih, sistem pencitraan termal, dan sistem elektro‑optik lainnya untuk penggunaan militer dan sipil.

Bulan ini, Elbit Systems (ESLT ) menandatangani kontrak $28 juta dengan Angkatan Darat AS untuk tambahan perangkat penglihatan malam monokular AN/PVS‑14 yang dipasang pada helm, memungkinkan prajurit bergerak cepat di malam hari. Perangkat ini dilengkapi dengan iluminator inframerah dan lensa pembesaran tinggi untuk menangkap gambar jelas dalam kondisi cahaya rendah hingga jarak 150 meter. Kesepakatan ini mengikuti kontrak $12 juta yang ditandatangani perusahaan untuk memasok sejumlah perangkat AN/PVS‑14 yang tidak diungkapkan kepada angkatan. Sebelumnya, pada 2021, angkatan dan Elbit juga memiliki kesepakatan $54 juta untuk perangkat yang sama.

Dengan kapitalisasi pasar $8,5 miliar, saham perusahaan diperdagangkan pada $192,24, turun 9,85% YTD. Memiliki EPS (TTM) 5,44, P/E (TTM) 35,35, dan dividen yield 1,04%. Untuk Q2 2024, Elbit melaporkan pendapatan $1,6 miliar, laba bersih GAAP $78 juta, laba bersih Non‑GAAP $93 juta, dan backlog pesanan $21,1 miliar. Arus kas untuk enam bulan yang berakhir 30 Juni 2024 sebesar $26,0 juta, turun dari $210,7 juta yang tercatat pada akhir paruh pertama tahun lalu karena peningkatan persediaan dan piutang dagang.

Mengenai peningkatan pendapatan perusahaan sebesar 12% YoY, CEO-nya Bezhalel (Butzi) Machlis berkata:

“Permintaan tinggi yang terus berlanjut untuk produk dan solusi kami memperkuat posisi kami sebagai pemimpin industri.”

Kesimpulan

Teknologi penglihatan malam telah tumbuh secara eksponensial dalam beberapa tahun terakhir, menawarkan manfaat seperti peningkatan kekompakan, pengurangan konsumsi daya, dan peningkatan kejernihan gambar. Pengembangan perangkat berbasis OLED tipis, kamera terinspirasi kucing, dan metasurface canggih menyoroti pentingnya penelitian berkelanjutan untuk mencapai hasil yang lebih baik, yang dapat memperluas potensi aplikasi penglihatan malam lebih jauh lagi, termasuk membantu kita memperoleh pemahaman yang lebih mendalam tentang dunia di sekitar kita.

Klik di sini untuk mempelajari bagaimana titik kuantum inframerah dapat membantu kami membangun teknik pencitraan generasi berikutnya.