Revolutionaire OLED-Metasurfaces hebben als doel 3D-beelden te herdefiniëren

Nieuw onderzoek heeft een baanbrekende doorbraak gemaakt in de projectie van holografische beelden, met potentieel toepasbare mogelijkheden in entertainment, gaming, communicatie en slimme apparaten.

Holografie is al lang een onderdeel van science fiction, met films zoals Star Wars en Blade Runner 2049 die hologrammen gebruiken om geavanceerde technologie en futuristische elementen over te brengen.

Deze technologie voor het creëren van interactieve 3D-beelden heeft lang de aandacht getrokken van ingenieurs en wetenschappers, maar het in praktijk brengen ervan is niet gemakkelijk gebleken.

Holografie stelt een golffront in staat om te worden opgenomen en later gereconstrueerd, waardoor een unieke fotografische 3D-afbeelding kan worden gemaakt zonder het gebruik van een lens.

Conventionele holografische projectoren hebben echter omvangrijke optische opstellingen en een externe bron van coherente licht nodig, wat de gebruiksmogelijkheden beperkt. Daarom hebben onderzoekers van de University of St Andrews een revolutionaire benadering onthuld op het snijvlak van nanofotonica en displaytechnologie, waarbij OLEDs rechtstreeks worden geïntegreerd met metasurfaces.

“Holografische metasurfaces zijn een van de meest veelzijdige materiaalplatforms om licht te controleren. Met dit onderzoek hebben we een van de technologische barrières verwijderd die de adoptie van metamaterialen in alledaagse toepassingen verhinderen. Deze doorbraak zal een stapverandering teweegbrengen in de architectuur van holografische displays voor opkomende toepassingen, zoals virtuele en vergrote realiteit.”

– Andrea Di Falco, professor in nano-fotonica aan de School of Physics and Astronomy

Het onderzoek met de titel “OLED-verlichte metasurfaces voor holografische beeldprojectie¹,” waarin de technologie wordt uitgelegd, is gepubliceerd in Light: Science & Applications.

Organische lichtemitterende diodes of OLEDs zijn dunne-film optoelektronische apparaten met brede afstembaarheid, licht gewicht en eenvoudige fabricage, waardoor ze breed worden gebruikt in mobiele telefoons en tv-schermen van tegenwoordig.

De wereldwijde OLED-markt omvat een omvang van 152,83 miljard en wordt verwacht te groeien met een CAGR van 19,4% van 2024 tot 2030.

Als oppervlakte lichtbron worden OLEDs ook gebruikt in sensoren, biofotonica en draadloze communicatie, waar de mogelijkheid om ze te integreren met andere technologieën OLEDs goede kandidaten maakt voor geïntegreerde fotonicaplatforms.

Voor zowel displays als opkomende toepassingen is controle over de OLED-ver-uit-emissie zeer belangrijk, maar zoals het recente onderzoek opmerkte, ligt de focus van het huidige onderzoek voornamelijk op het aanpassen van het elektroluminescentie (EL) spectrum en de emissierichting.

Het probleem is dat het bijzonder moeilijk is om de ver-uit-emissie fijn te tunen en is beperkt door de lage ruimtelijke coherentie van OLEDs.

Maar het recente onderzoek heeft aangetoond dat het mogelijk is voor een enkele OLED om een hoogresolutiebeeld te projecteren wanneer het wordt gecombineerd met een holografische metasurface. Deze metasurface-OLED-projector stelt de onderzoekers in staat om de ver-uit-emissie rechtstreeks te manipuleren, waardoor holografische beelden op een scherm kunnen worden weergegeven.

Het nieuwe platform biedt ongeëvenaarde controle over holografische displays, waardoor de grenzen van optische techniek en visuele ervaring worden uitgebreid. De onderzoekers geloven dat hun demonstratie een manier kan bieden om hoog geïntegreerde en geïntegreerde metasurface-displays te realiseren.

OLEDs voor holografische beeldprojectie

Een essentieel component van elektronische apparaten, halfgeleiders hebben vooruitgang mogelijk gemaakt in alles van communicatie, gezondheidszorg, en transport tot computing, schone energie, militaire systemen en talloze andere toepassingen.

Door de precisie van de elektrische stroom te laten controleren, maken halfgeleiders de functionaliteit van moderne elektronische apparaten mogelijk.

Een halfgeleider is een materiaal met elektrische geleidbaarheid tussen die van een geleider en een isolator. En de eigenschappen van een halfgeleider kunnen worden gecontroleerd door middel van een proces dat doping wordt genoemd.

Er zijn verschillende soorten halfgeleiders, gecategoriseerd op basis van hun materiaalsamenstelling, structuur en hoe ze elektriciteit geleiden.

Aanvankelijk zijn intrinsieke halfgeleiders puur zonder enige significante onzuiverheden zoals silicium (Si) en germanium (Ge), terwijl extrinsieke halfgeleiders worden gedopeerd met onzuiverheden om de geleidbaarheid te controleren. N-types worden gedopeerd met elementen die extra elektronen toevoegen, terwijl p-types worden gedopeerd met elementen die ‘gaten’ of positieve ladingsdragers creëren.
Swipe to scroll →

Op basis van structuur zijn er amorf halfgeleiders met een ongeordende atomaire rangschikking, polykristallijne halfgeleiders gemaakt van meerdere kleine kristallen en enkelkristallijne halfgeleiders met een perfecte kristallijne structuur.

In termen van materiaalsamenstelling kunnen halfgeleiders anorganisch zijn, meestal kristallijne vaste stoffen zoals galliumarsenide (GaAs) en indiumfosfide, of organisch, gemaakt van koolstofgebaseerde moleculen of polymeren. Hybride halfgeleiders combineren organische en anorganische materialen om de prestaties te verbeteren, zoals perovskieten die worden gebruikt in next-generation zonnecellen en fotodetectoren.

De opmerkelijke optoelektronische eigenschappen van organische halfgeleiders maken ze zeer geschikt voor displays, fotovoltaïsche cellen en lasertechnologie. Hun gebruik in OLED-displays is de meest ontwikkelde toepassing.

OLEDs zijn bekend om hun flexibele vormfactor en superieure beeldkwaliteit. In vergelijking met lasers is de uitgangsvermogensdichtheid van OLEDs echter lager, wat resulteert in een holografisch beeld met lage helderheid.

De voordelen van flexibiliteit, eenvoudige fabricage en de mogelijkheid om een groot aantal pixels in verschillende kleuren naast elkaar op hetzelfde substraat te creëren, maken OLEDs geschikt voor geavanceerde holografische displaytoepassingen.

OLED is een incoherente lichtbron met een divergerend emissieprofiel. Het manipuleren van deze emissie om gedetailleerde beelden te genereren is niet alleen een uitdaging, maar ook grotendeels onverkend.

Een manier om dit te doen is door het gebruik van een holografische metasurface (HM), die een ultradunne filmstructuur is met een meta-atoom dat de mogelijkheid heeft om het gedrag van licht op een precieze manier te manipuleren.

Terwijl externe lasers eerder zijn gebruikt om metasurfaces te verlichten, het combineren ervan met OLEDs creëert een intrinsieke lichtbron die op microschaal is gepatroeerd, waardoor een elektrisch aangedreven platform ontstaat dat stabiel is en kan worden geschaald over verschillende golflengtes met de mogelijkheid om holografische beelden met hoge helderheid te projecteren.

Dit markeert een grote stap vooruit van conventionele omvangrijke systemen.

Terwijl de incoherente, breedbandige emissie van de OLED-laag lang een uitdaging is geweest voor holografie, hebben de onderzoekers metasurfaces ontworpen om te matchen met het emissiespectrum van de OLED evenals de ruimtelijke coherentie-eigenschappen.

Het team heeft nanostructuren aangepast om het gedeeltelijk coherente licht te gebruiken om hoogresolutieholografische beelden te vormen zonder afhankelijk te zijn van lasers.

Om precieze nano-architectuur te krijgen, die vereist is voor functionele metasurfaces rechtstreeks op OLEDs, heeft het team geavanceerde lithografietechnieken gebruikt.

Met behulp van een speciaal Elektronenbundellithografiesysteem (EBL) hebben ze metalen en dielektrische nanostructuren boven het OLED-oppervlak gepatroeerd, waardoor effectieve fasemodulatie mogelijk werd terwijl de prestaties en levensduur van de OLED werden behouden.

Deze succesvolle integratie benadrukt de compatibiliteit van nanofabricagetechologieën met organische elektronische apparaten, waardoor de deur wordt geopend voor multifunctionele fotonicaplatforms.

Bij het testen van het apparaat heeft het team duidelijke holografische projecties van eenvoudige en geometrische vormen met ingewikkelde dieptecues getoond. Het team kon hoge kwaliteit holografische beelden krijgen op een afstand van slechts 3 cm.

De gereconstrueerde beelden laten zowel helderheidsniveaus als hoekrobustheid zien die normaal niet mogelijk is met incoherente verlichting.

De mogelijkheid van het systeem om de golf te moduleren, die wordt bereikt door pixelated metasurface-regio’s in sync met de OLED-emissie te controleren, geeft aan dat het mogelijk is om real-time holografische video’s te maken.

“OLED-displays hebben normaal gesproken duizenden pixels nodig om een eenvoudig beeld te creëren. Deze nieuwe benadering maakt het mogelijk om een compleet beeld te projecteren vanuit een enkele OLED-pixel!”

– Professor Graham Turnbull, van de School of Physics and Astronomy

De OLED-verlichte holografische projector, zo merkte het onderzoek op, kan worden gebruikt in toepassingen zoals mens-computerinteracties en AR- en VR-headsets.

Een groot voordeel van dit OLED-metasurface-platform is de veelzijdigheid en schaalbaarheid.

Met OLED-fabricage die al breed wordt gebruikt in commerciële displayproductie, kunnen metasurfaces worden geïntegreerd in bestaande productielijnen, wat de ontwikkeling ervan naar draagbare hologrammen en consumentenelektronica kan versnellen.

Bovendien positioneert de compactheid, flexibiliteit en lage energieverbruik van de technologie het voor next-generation immersive displays.

Het platform kan verder worden gebruikt voor adaptieve lichtsystemen, biomedische beeldvorming en beveiligde optische encryptie.

Met deze proof of concept gebruikte het team een bandpass-optische filter om het emissiespectrum van de OLED te verkleinen—waardoor de ruimtelijke coherentie die de metasurface nodig heeft om scherpe hologrammen te reconstrueren, werd verbeterd.

Maar de onderzoekers merkten op dat een polariton of dunne filmfilter ook kan worden gebruikt met de OLED of de metasurface om een meer compact systeem te bouwen.

Wanneer het gaat om de metasurface, merkte het team op dat hun systeem ook kan werken met andere soorten metasurfaces, waardoor potentieel massa-productie van deze apparaten mogelijk wordt, waardoor hun inzet voor beeldprojectie wordt vergemakkelijkt.

Terwijl commercieel gebruik van het apparaat wordt geconfronteerd met uitdagingen in termen van het minimaliseren van verliezen, maximaliseren van helderheid en optimaliseren van de efficiëntie van de metasurface-modulatie, heeft het team een technologische doorbraak gedemonstreerd die een creatieve aanpak hanteert bij het ontwerpen van holistische fotonicasystemen.

In tegenstelling tot traditionele ontwerpen, waar modulators en emitters onafhankelijk worden overwogen, gebruikte het team een geïntegreerde aanpak met gelijktijdige optimalisatie van de emissie-eigenschappen van OLEDs en de fase- en amplitude-reactie van metasurfaces.

Door de voordelen van organische optoelektronica en nanofotonica te combineren, heeft het team een nieuwe standaard voor holografische displays gecreëerd. Het voorziet een toekomst waarin full-color holografische displays met ultrahoge resolutie rechtstreeks in transparante ramen, stoffen, draagbare apparaten of gebogen oppervlakken op voertuigen en architectonische elementen worden geïntegreerd.

Investeren in holografische OLEDs

Als we nu kijken naar een bedrijf dat deze sector vooruit helpt, dan springt Corning Incorporated (GLW ) in het oog door zwaar betrokken te zijn bij geavanceerde displaytechnologieën en materialen die cruciaal zijn voor OLED-panels en flexibele schermen, waardoor een infrastructuur voor holografische integratie wordt geboden.

Het bedrijf opereert via een aantal belangrijke segmenten, waaronder:

• Optische communicatie
• Displaytechnologie
• Speciale materialen
• Milieutechnologie
• Levenswetenschappen

Primair een materiaalwetenschappelijk bedrijf, Corning is gespecialiseerd in optische vezel, een soort glas dat licht doorlaat en een essentiële rol speelt in moderne telecommunicatienetwerken.

Corning produceert ook een breed scala aan andere glas- en keramische producten. Opvallend is dat het bedrijf Gorilla Glass produceert, dat wordt gebruikt in iPhone-schermen en andere elektronica.

Vorig jaar kondigde Samsung Electronics aan dat hun Galaxy S25 Edge zal worden uitgerust met Corning’s nieuwe glaskeramische product genaamd Gorilla Glass Ceramic 2, dat geavanceerde bescherming biedt in een extreem dun apparaatformfactor.

“Galaxy S25 Edge zal een nieuwe standaard zetten voor ambachtelijkheid en prestaties als ons dunste Galaxy S-serieapparaat tot nu toe”, zei Kwangjin Bae, EVP en hoofd van het Mechanical R&D Team van MX bij Samsung Electronics.

Met een marktkapitalisatie van $67,4 miljard, worden GLW-aandelen op het moment verhandeld voor $78,67, een stijging van 65,6% ten opzichte van vorig jaar.

Het bedrijf heeft een EPS (TTM) van 0,94 en een P/E (TTM) van 83,55. Het bedrijf biedt zijn aandeelhouders ook een dividendrendement van 1,42%.