Revolusjonerende OLED-metasurfaces tar sikte på å omdefinere 3D-grafikk

Ny forskning har gjort banebrytende fremskritt innen holografisk bildeprojeksjon, med potensielle bruksområder innen underholdning, spill, kommunikasjon og smarte enheter.

Holografi har lenge vært en fast del av science fiction, med filmer som Star Wars og Blade Runner 2049 som bruker hologrammer for å formidle avansert teknologi og futuristiske elementer. 

Denne teknologien for lage interaktive 3D-visualer har lenge fascinert ingeniører og forskere, men det har ikke vært lett å bringe det til live.

Holografi gjør det mulig å registrere og senere rekonstruere en bølgefront, noe som gir en måte å lage et unikt fotografisk 3D-bilde uten bruk av linse.

Konvensjonelle holografiske projektorer trenger imidlertid store optiske oppsett og en ekstern kilde til koherent lys, noe som begrenser bruken av dem. Forskerne fra University of St Andrews har derfor avduket en revolusjonerende tilnærming i skjæringspunktet mellom nanofotonikk og skjermteknologi, der OLED-er integreres direkte med metaoverflater.

«Holografiske metasurfacetter er en av de mest allsidige materialplattformene for å kontrollere lys. Med dette arbeidet har vi fjernet en av de teknologiske barrierene som hindrer bruk av metamaterialer i hverdagslige applikasjoner. Dette gjennombruddet vil muliggjøre en trinnvis endring i arkitekturen til holografiske skjermer for nye applikasjoner, for eksempel innen virtuell og utvidet virkelighet.»

– Andrea Di Falco, professor i nanofotonikk ved Institutt for fysikk og astronomi

Studien med tittelen "OLED-belyste metasflater for holografisk bildeprojeksjon¹, som beskriver teknologien, ble publisert i Light: Science & Applications.

Organiske lysdioder eller OLED-er er tynnfilmsoptoelektroniske enheter med bred avstemningsevne, lett vekt og enkel fabrikasjon, noe som gjør dem mye brukt i dagens mobiltelefoner og TV-skjermer. 

Størrelsen på det globale OLED-markedet is faktisk anslått å vokse med en årlig vekstrate (CAGR) på 19.4 % fra 2024 til 2030 og å nå 152.83 milliarder.

Siden OLED-er er en overflatelyskilde, er de også blir brukt innen sensorer, biofotonikk og trådløs kommunikasjon, der muligheten til å integrere dem med andre teknologier gjør OLED-er til gode kandidater for miniatyriserte fotoniske plattformer.

For både skjermer og nye applikasjoner er kontroll av OLED-fjerfeltutslipp veldig viktig, men som den nyeste forskningen har påpekt, er fokuset i nåværende studier primært på å justere elektroluminescensspekteret (EL) og emisjonsretningen. 

Saken er at det er spesielt utfordrende å finjustere fjernfeltutslippet og er begrenset på grunn av OLED-ers lave romlige koherens.

Men den nyeste studien har vist at det faktisk er mulig for en enkelt OLED å projisere et høyoppløselig bilde når det kombineres med en holografisk metasurface. Denne metasurface-OLED-projektoren gjør det mulig for forskerne. å direkte manipulere fjernfeltutslippet, og dermed vise holografiske bilder på en skjerm. 

Den nye plattformen tilbyr uovertruffen kontroll over holografiske skjermer, og utvider grensene for optisk konstruksjon og visuell opplevelse. Forskerne mener at demonstrasjonen deres kan gi en måte å realisere svært integrerte og miniatyriserte metasurface-skjermer.

OLED-er for holografisk bildeprojeksjon

En viktig del komponenter i elektroniske enheter, halvledere har muliggjort fremskritt innen alt fra kommunikasjon, helsevesen, og transport til databehandling, ren energi, militære systemer og utallige andre applikasjoner.

Ved å tillate presis kontroll av elektrisk strøm, muliggjør halvledere funksjonaliteten til moderne elektroniske enheter.

En halvleder er et materiale med elektrisk ledningsevne mellom en leder og en isolator. Og egenskapene til en halvleder kan kontrolleres gjennom en prosess som kalles doping. 

Nå finnes det forskjellige typer halvledere, kategorisert basert på materialsammensetning, struktur og hvordan de leder strøm.

Til å begynne med er intrinsiske halvledere rene uten betydelige urenheter som silisium (Si) og germanium (Ge), mens ekstrinsiske halvledere er dopet med urenheter for å kontrollere konduktiviteten. N-typer er dopet med elementer som tilfører ekstra elektroner, mens p-typer er dopet med elementer som lager «hull» eller positive ladningsbærere.
Sveip for å bla →

Basert på struktur finnes det amorfe halvledere med uordnet atomarrangement, polykrystallinske halvledere laget av flere små krystaller og enkeltkrystallhalvledere med en perperfekt krystallinsk struktur.

Når det gjelder materialsammensetning, kan halvledere være uorganiske, vanligvis krystallinske faste stoffer som galliumarsenid (GaAs) og indiumfosfid, eller organiske, laget av karbonbaserte molekyler eller polymerer. Hybride halvledere kombinerer organiske og uorganiske materialer for å forbedre ytelsen, slik man ser i perovskitter brukt i neste generasjons solceller.AR-celler og fotodetektorer.

De bemerkelsesverdige optoelektroniske egenskapene til organiske halvledere gjør dem svært godt egnet for skjermer, solceller og lasering. Bruken av dem i OLED-skjermer er den mest utviklede applikasjonen.

OLED-er er kjent for sin fleksible formfaktor og overlegne bildekvalitet. Sammenlignet med lasere er imidlertid utgangseffekttettheten til OLED-er lavere, og det resulterer i et holografisk bilde med lav lysstyrke. 

Fordelene med fleksibilitet, enkel fabrikasjon og muligheten til å lage et stort antall piksler i forskjellige farger side om side på samme substrat gjør imidlertid OLED-er egnet for avanserte holografiske skjermapplikasjoner.

OLED er en inkoherent lyskilde med en divergerende emisjonsprofil. Å manipulere denne emisjonen for å generere detaljerte bilder er ikke bare utfordrende, men også i stor grad uutforsket.

En måte å gjøre det på er å bruke en holografisk metasurface (HM), som er en ultratynn filmstruktur kalt et meta-atom med evnen til å manipulere lysets oppførsel på en presis måte. Samtidig som brukt mye i applikasjoner i likhet med bildesensor, datalagring, utvidet virkelighet (AR), anti-forfalskning og sikkerhetskryptering, er de fleste rapporterte holografiske metaoverflater designet for koherente lyskilder (lasere) og er uegnet for bruk med inkoherente (OLED-er).

Bare en håndfull metasoverflater som bruker inkoherente lyskilder har blitt rapportert så langt, og selv da, involverer de fleste av dem kompliserte oppsett, noe som begrenser distribusjonen deres i hverdagsapplikasjoner.

Så utviklet forskerne i den siste studien en ny type optoelektronisk enhet som kombinerer det beste fra OLED-er og metasurfaces.

«Vi er glade for å demonstrere denne nye retningen for OLED-er. Ved å kombinere OLED-er med metaoverflater åpner vi også en ny måte å generere hologrammer og forme lys på.»

– Professor Ifor Samuel fra Institutt for fysikk og astronomi

Det nyutviklede kompakte systemet er gjort opp of en OLED, et båndpassfilter og en holografisk metasoverflate (HM), hvilken er spesielt designet for koherente lyskilder. 

Ved å forme hvert metaatom nøye for å modifisere egenskapene til lysstrålen som passerer gjennom HM, ble det mulig å lage et forhåndsdesignet bilde på den andre siden av skjermen. Dette potensielt gjør holografiske skjermer mer kostnadseffektive, energieffektive og kompatible med fleksible underlag.

Hvordan OLED-metasurface-skjermer fungerer (og hvorfor de er viktige)

Forskere fra SUPA, School of Physics and Astronomy, University of St Andrews, Storbritannia, utviklet den innovative metoden som sømløst smelter sammen OLED-er og metasurfacer til en monolittisk struktur. 

Fusjonen lar OLED-en selv fungere som lyskilde så vel som modulator for holografisk bølgefrontforming. Dette fjerner behovet for eksterne lasere eller en enhet som en romlig lysmodulator, som kontrollerer lysintensiteten.

Kjernen i denne nye teknologien ligger i metasurfacer, som er plane matriser av nanostrukturer designet for å forme elektromagnetiske bølger på en valgt måte, ofte ved å kontrollere polarisering, amplitude eller fase med ekstraordinær romlig oppløsning.

Mens eksterne lasere har har blitt brukt tidligere For å belyse metasoverflater skaper sammenslåing av dem med OLED-er en iboende lyskilde mønstret på mikroskala, og tilbyr en elektrisk drevet plattform som er stabil og kan skaleres over forskjellige bølgelengder med muligheten til å projisere holografiske bilder med høy klarhet.

Dette markerer et stort sprang fra konvensjonelle store systemer.

Selv om den inkoherente bredbåndsemisjonen fra OLED-laget lenge har vært en utfordring for holografi, konstruerte forskerne metasoverflater for å matche OLEDs emisjonsspektrum så vel som dens romlige koherensegenskaper.

Teamet skreddersydde nanostrukturer for å utnytte og justere det delvis koherente lyset for å danne holografiske bilder med høy oppløsning uten å måtte være avhengige av lasere.

For å få presis nanoarkitektur, som Det kreves For funksjonelle metasoverflater rett på OLED-er brukte teamet avanserte litografimetoder.

Ved hjelp av et spesielt elektronstrålelitografisystem (EBL) mønstret de metalliske og dielektriske nanostrukturer over OLED-overflaten, noe som sikret effektiv fasemodulering samtidig som OLED-skjermens ytelse og levetid ble opprettholdt. 

Denne vellykkede integrasjonen understreker kompatibiliteten mellom nanofabrikasjonsteknologier og organiske elektroniske enheter, noe som åpner dørene for multifunksjonelle fotoniske plattformer.

Ved testing av enheten viste teamet frem tydelige holografiske projeksjoner av både enkle og geometriske former med intrikate dybdeindikatorer. Teamet klarte å få holografiske bilder av høy kvalitet på bare 3 cm avstand. 

De rekonstruerte bildene viser både lysstyrkenivåer og vinkelrobusthet som vanligvis ikke er mulig med inkoherent belysning. 

Systemets evne til å modulere bølgefronten dynamisk, noe som er oppnådd Ved å kontrollere pikselerte metaoverflateregioner synkronisert med OLED-utslippet, indikerer det muligheten for holografiske videoer i sanntid.

«OLED-skjermer trenger vanligvis tusenvis av piksler for å lage et enkelt bilde. Denne nye tilnærmingen gjør det mulig å bli projisert fra én OLED-piksel!

– Professor Graham Turnbull, fra Institutt for fysikk og astronomi

Studien bemerket at den OLED-opplyste holografiske projektoren kan brukes i applikasjoner som menneske-maskin-interaksjoner og AR- og VR-hodesett.

En stor fordel med denne OLED-metasurface-plattformen er dens allsidighet og skalerbarhet. 

Med OLED-fabrikasjon som allerede er mye brukt i kommersiell skjermproduksjon, kan metasurfaces være integrert inn i eksisterende produksjonslinjer, som kan akselerere deres utvikling til bærbare hologrammer og forbrukerelektronikk.

Dessuten posisjonerer teknologiens kompakthet, fleksibilitet og lave strømforbruk den for neste generasjons immersive skjermer.

Plattformen kan brukes videre for adaptive lyssystemer, biomedisinsk avbildning og sikker optisk kryptering.

Med dette konseptbeviset brukte teamet et optisk båndpassfilter for å begrense OLED-skjermens emisjonsspektrum – og forbedre den romlige koherensen som metaoverflaten trenger for å rekonstruere skarpe hologrammer. Men forskerne bemerket at et polariton- eller tynnfilmfilter også kunne brukes med OLED eller metaoverflaten for å bygge et mer kompakt system.

Når det kommer til metaoverflaten, bemerket teamet at systemet deres også kan fungere med andre typer metasoverflater, noe som gir potensial for masseproduksjon av disse enhetene, dermed forenkle utplasseringen deres for bildeprojeksjon.

Selv om kommersiell bruk av enheten står overfor utfordringer når det gjelder å minimere tap, maksimere lysstyrke og optimalisere effektiviteten til metasoverflatemodulasjonen, har teamet demonstrert et teknologisk fremskritt.som tar en kreativ tilnærming til design av helhetlige fotoniske systemer.

I motsetning til tradisjonelle design, der modulatorer og sendere er vurdert Uavhengig av hverandre brukte teamet en integrert tilnærming med samtidig optimalisering av OLED-ers emisjonsegenskaper og metaoverflaters fase- og amplituderespons.

Ved å kombinere fordelene med organisk optoelektronikk og nanofotonikk har teamet skapt en ny standard for holografiske skjermer. De ser for seg en fremtid der holografiske fargeskjermer med ultrahøy oppløsning vil bli innebygd direkte i gjennomsiktige vinduer, stoffbærbare enheter eller buede overflater på kjøretøy og arkitektoniske elementer.

Investering i holografiske OLED-er

Hvis vi nå ser på et selskap det er fremme dette feltet, Corning Incorporated (GLW + 1.08%) skiller seg ut for å være sterkt involvert innen avanserte skjermteknologier og materialer som er kritiske for OLED-paneler og fleksible skjermer, og som gir infrastruktur for holografisk integrasjon.

Den opererer gjennom noen få nøkkelsegmenter, inkludert:

• Optisk kommunikasjon
• Display Technologies
• Spesialmaterialer
• Miljøteknologier
• Life Sciences

Corning er primært et materialvitenskapsselskap, men spesialiserer seg på optisk fiber, en type glass som overfører lys og spiller en viktig rolle i moderne telekommunikasjonsnettverk. brukes også i datasentre. 

Corning produserer også et bredt utvalg av andre glass- og keramikkprodukter. Selskapet produserer spesielt Gorilla Glass, som benyttes i iPhone-skjermer og annen elektronikk. 

Tidligere i år annonserte Samsung Electronics at Galaxy S25 Edge vil ha Cornings nye glasskeramiske deksel, Gorilla Glass Ceramic 2, som gir avansert beskyttelse i en ekstremt tynn form. Det nyeste produktet har krystaller implantert i glassmatrisen for å forsterke skjermdekselets styrke.

«Galaxy S25 Edge vil sette en ny standard for håndverk og ytelse som vår slankeste enhet i Galaxy S-serien hittil», sa Kwangjin Bae, konserndirektør og leder for det mekaniske FoU-teamet. av MX hos Samsung Electronics. «For å støtte dette banebrytende designet var det viktig å utvikle et skjermmateriale som var både usedvanlig tynt og pålitelig sterkt – en utfordring som brakte Corning og Samsung sammen, forent av en felles visjon for målrettet ingeniørkunst og oss.»er-sentrisk innovasjon. Den visjonen er innebygd i hver minste detalj på Galaxy S25 Edge.»

Med en markedsverdi på 67.4 milliarder dollar handles GLW-aksjene for tiden til 78.67 dollar, en økning på 65.6 % hittil i år. Denne uken nådde GLW en 52-ukers topp på 78.81 dollar. Selskapet har faktisk har kost seg a massive oppgang de siste to årene.

Den har en EPS (TTM) på 0.94 og en P/E (TTM) på 83.55. Selskapet tilbyr også aksjonærene en utbytteavkastning på 1.42 %.

For det siste kvartalet rapporterte selskapet nå en GAAP-omsetning på 3.86 milliarder dollar. Kjerneomsetningen økte med 12 % fra året før til 4.05 milliarder dollar. GAAP EPS var 0.54 dollar, og kjerneresultatet per aksje, som økte med 28 %, var 0.60 dollar i andre kvartal 2.

Administrerende direktør Wendell P. Weeks sa om det «fremragende» kvartalet at de forventer fortsatt sterk ytelse gjennom Springboard-planen, som fokuserer på å fange opp salgsmuligheter på 4 milliarder dollar, sikte på en driftsmargin på 20 % innen neste års slutt og belønne aksjonærer med utbytte og tilbakekjøp av aksjer.

«Vi ser bemerkelsesverdig kunderespons på både vår nye generasjon AI og USA-produserte solcelleprodukter», bemerket Week, og la til: «Vi er posisjonert til å levere varig vekst som vil tjene oss godt gjennom 2026 og utover.»

I løpet av denne perioden hadde Corning en GAAP-kontantstrøm på 708 millioner dollar, mens den justerte frie kontantstrømmen var på 451 millioner dollar.

«For tredje kvartal forventer vi fortsatt sterk ytelse på Springboard-planen vår og tosifret salgs- og inntjeningsvekst fra år til år», sa finansdirektør Ed Schlesinger, med et forventet kjernesalg på 4.2 milliarder dollar og et kjerneresultat per aksje i intervallet 0.63 til 0.67 dollar. 

«Veiledningen vår tar hensyn til rundt 0.01 til 0.02 dollar for virkningen av nåværende vedtatte tariffer, sammen med 0.02 til 0.03 dollar i midlertidig høyere kostnader ettersom vi skal møte økt etterspørsel etter vår nye generasjon AI og USA-produserte solcelleprodukter», sa Schlesinger.

Siste Corning Incorporated (GLW) Aksjenyheter og utvikling

Konklusjon

Fremskritt innen OLED-er og holografisk teknologi omformer hvordan vi samhandler med visuelt innhold. 

OLED-er, med sin lette vekt, justerbarhet og enkelhet i fabrikasjon, har lenge vært nøkkelen til moderne skjermer, men har møtt utfordringer når de ble paret med holografisk avbildning på grunn av deres inkoherente lysutslipp. Men den nyeste banebrytende forskningen har overvunnet dette problemet og muliggjør holografifotografiske projeksjoner ved å fusjonere OLED-er med metaoverflater i en kompakt, effektiv og skalerbar design.

Integrasjonen byr på spennende muligheter for altoppslukende underholdning, kommunikasjonsenheter, helsevesen og sikre optiske systemer. Det kan også bane vei for en fremtid hvor høyoppløselig, tilpasningsdyktig og energieffektiv holografi blir en del av vår hverdag liv.

Referanser:

1. Gong, J., Biabanifard, M., Yoshida, K., et al. (2025). OLED-belyste metaoverflater for holografisk bildeprojeksjon. Lys: Vitenskap og applikasjoner, 14, 294. (Versjon av dokumentet), publisert 27. august 2025. https://doi.org/10.1038/s41377-025-01912-z