Rewolucyjne metasurface'y OLED mają na celu zdefiniowanie na nowo wizualizacji 3D

Nowe badania przyniosły przełomowy postęp w dziedzinie projekcji obrazów holograficznych, co może znaleźć zastosowanie w rozrywce, grach, komunikacji i urządzeniach inteligentnych.

Holografia od dawna jest podstawowym elementem literatury science fiction. W filmach takich jak „Gwiezdne wojny” i „Blade Runner 2049” wykorzystano hologramy, aby pokazać zaawansowaną technologię i elementy futurystyczne. 

Ta technologia dla tworzenie interaktywnych wizualizacji 3D od dawna intryguje inżynierów i naukowców, ale wprowadzenie go w życie nie było łatwe.

Holografia pozwala na zarejestrowanie frontu fali i jego późniejszą rekonstrukcję, zapewniając sposób na stworzenie unikalnego fotograficznego obrazu 3D bez użycia soczewki.

Konwencjonalne projektory holograficzne wymagają jednak dużych układów optycznych i zewnętrznego źródła światła spójnego, co ogranicza ich zastosowanie. Dlatego naukowcy z Uniwersytetu St Andrews zaprezentowali rewolucyjne podejście łączące nanofotonikę i technologię wyświetlania, w którym diody OLED są zintegrowane bezpośrednio z metapowierzchniami.

„Holograficzne metapowierzchnie to jedna z najbardziej wszechstronnych platform materiałowych do sterowania światłem. Dzięki tym pracom usunęliśmy jedną z barier technologicznych, które uniemożliwiają zastosowanie metamateriałów w codziennych zastosowaniach. Ten przełom umożliwi radykalną zmianę w architekturze wyświetlaczy holograficznych dla nowych zastosowań, na przykład w rzeczywistości wirtualnej i rozszerzonej”.

– Andrea Di Falco, profesor nanofotoniki w Szkole Fizyki i Astronomii

Badanie zatytułowane „Podświetlane OLED-ami metapowierzchnie do projekcji obrazu holograficznego¹”, szczegółowo opisujący tę technologię, opublikowano w czasopiśmie Light: Science & Applications.

Organiczne diody elektroluminescencyjne, czyli OLED, to cienkowarstwowe urządzenia optoelektroniczne charakteryzujące się szerokim zakresem regulacji, niewielką wagą i prostotą produkcji, dzięki czemu są szeroko stosowane we współczesnych telefonach komórkowych i wyświetlaczach telewizyjnych. 

Wielkość globalnego rynku OLED is faktycznie Przewiduje będzie rósł w tempie CAGR na poziomie 19.4% w latach 2024–2030 oraz zasięg 152.83 mld.

Jako źródło światła powierzchniowego diody OLED są również używane w czujnikach, biofotonice i komunikacji bezprzewodowej, gdzie możliwość integracji z innymi technologiami sprawia, że ​​diody OLED są dobrymi kandydatami na miniaturowe platformy fotoniczne.

Zarówno w przypadku wyświetlaczy, jak i nowych zastosowań, kontrola emisji dalekiego pola OLED jest kluczowaJednak, jak wynika z najnowszych badań, główny nacisk obecnych badań położony jest na dostosowanie widma elektroluminescencji (EL) i kierunkowości emisji. 

Rzecz w tym, że dostrojenie emisji dalekiego pola jest szczególnie trudne i jest ograniczony ze względu na niską spójność przestrzenną diod OLED.

Jednak najnowsze badania wykazały, że pojedyncza matryca OLED może wyświetlać obraz o wysokiej rozdzielczości w połączeniu z holograficzną metapowierzchnią. Ten projektor OLED z metapowierzchnią umożliwia badaczom do bezpośredniego manipulowania emisją dalekiego polawyświetlając w ten sposób obrazy holograficzne na ekranie. 

Nowa platforma oferuje niezrównaną kontrolę nad wyświetlaczami holograficznymi, poszerzając granice inżynierii optycznej i wrażeń wizualnych. Naukowcy wierzą, że ich demonstracja może pomóc w realizacji wysoce zintegrowanych i zminiaturyzowanych wyświetlaczy metapowierzchniowych.

OLED-y do projekcji obrazu holograficznego

Niezbędny element urządzeń elektronicznych, półprzewodniki umożliwiły postęp w wszystko z komunikacja, opieka zdrowotna, oraz transport do informatyka, czysta energia, systemy wojskowe i niezliczona ilość innych zastosowań.

Umożliwiając precyzyjną kontrolę prądu elektrycznego, półprzewodniki zapewniają funkcjonalność nowoczesnych urządzeń elektronicznych.

Półprzewodnik to materiał, którego przewodność elektryczna mieści się pomiędzy przewodnością przewodnika i izolatora. właściwości półprzewodnika można kontrolować poprzez proces zwany dopingiem. 

Obecnie istnieją różne rodzaje półprzewodników, klasyfikowane na podstawie składu materiałowego, struktury i sposobu przewodzenia prądu.

Na początek półprzewodniki samoistne są czyste i nie zawierają żadnych znaczących zanieczyszczeń, takich jak krzem (Si) i german (Ge), podczas gdy półprzewodniki zewnętrzne są domieszkowane z zanieczyszczeniami kontrolującymi przewodnictwo. Typy N są domieszkowane z elementami, które dodają dodatkowe elektrony, podczas gdy typy p są domieszkowane z elementami tworzącymi „dziury” lub nośniki ładunku dodatniego.
Przesuń, aby przewijać →

Ze względu na strukturę wyróżnia się półprzewodniki amorficzne o nieuporządkowanym układzie atomów, półprzewodniki polikrystaliczne składające się z wielu małych kryształów oraz półprzewodniki monokrystaliczne odoskonała struktura krystaliczna.

Pod względem składu materiałowego, półprzewodniki mogą być nieorganiczne, zazwyczaj krystaliczne, takie jak arsenek galu (GaAs) i fosforek indu, lub organiczne, zbudowane z cząsteczek lub polimerów na bazie węgla. Półprzewodniki hybrydowe łączą materiały organiczne i nieorganiczne w celu zwiększenia wydajności, co widać w perowskitach stosowanych w solach nowej generacji.ogniwa ar i fotodetektory.

Wyjątkowe właściwości optoelektroniczne półprzewodników organicznych sprawiają, że doskonale nadają się one do wyświetlaczy, fotowoltaiki i laserów. Ich zastosowanie w wyświetlaczach OLED jest najbardziej rozwiniętą dziedziną.

Diody OLED znane są z elastycznego formatu i doskonałej jakości obrazu. Jednak w porównaniu z laserami, gęstość mocy wyjściowej diod OLED jest niższa, co przekłada się na obraz holograficzny o niskiej jasności. 

Jednakże zalety elastyczności, prostoty produkcji i możliwości tworzenia dużej liczby pikseli w różnych kolorach obok siebie na tym samym podłożu sprawiają, że diody OLED nadają się do zaawansowanych zastosowań w wyświetlaczach holograficznych.

OLED to niespójne źródło światła o rozbieżnym profilu emisji. Manipulowanie tą emisją w celu generowania szczegółowych obrazów jest nie tylko trudne, ale i w dużej mierze niezbadane.

Jednym ze sposobów osiągnięcia tego celu jest wykorzystanie holograficznej metapowierzchni (HM), która jest ultracienką strukturą filmową nazywaną metaatomem, która jest w stanie precyzyjnie manipulować zachowaniem światła. Kompletujemy wszystkie dokumenty (wymagana jest kopia paszportu i XNUMX zdjęcia) potrzebne do używany szeroko stosowane lubić większość zgłaszanych metapowierzchni holograficznych, obejmujących przetwarzanie obrazu, przechowywanie danych, rozszerzoną rzeczywistość (AR), zabezpieczenia przed fałszerstwami i szyfrowanie, jest przeznaczona do spójnych źródeł światła (laserów) i nie nadaje się do stosowania ze źródłami niespójnymi (OLED).

Tylko garstka metapowierzchni wykorzystujących niespójne źródła światła ma zostały zgłoszone jak dotąd, a nawet wówczas, większość z nich wymaga skomplikowanej konfiguracji, co ogranicza ich wykorzystanie w codziennych zastosowaniach.

Naukowcy prowadzący najnowsze badania opracowali nowy typ urządzenia optoelektronicznego, który łączy w sobie najlepsze cechy diod OLED i metasurfaces.

„Z entuzjazmem prezentujemy ten nowy kierunek rozwoju diod OLED. Łącząc diody OLED z metapowierzchniami, otwieramy również nowy sposób generowania hologramów i kształtowania światła”.

– Profesor Ifor Samuel ze Szkoły Fizyki i Astronomii

Nowo opracowany kompaktowy system jest zrobiony of OLED, filtr pasmowy i holograficzna metapowierzchnia (HM), który jest szczególnie zaprojektowany dla spójnych źródeł światła. 

Dzięki starannemu ukształtowaniu każdego metaatomu w celu modyfikacji właściwości wiązki światła przechodzącej przez HM, możliwe stało się stworzenie wstępnie zaprojektowanego obrazu po drugiej stronie ekranu. Ten potencjalnie Sprawia, że ​​wyświetlacze holograficzne stają się bardziej ekonomiczne, energooszczędne i kompatybilne z elastycznymi podłożami.

Jak działają wyświetlacze OLED-Metasurface (i dlaczego są ważne)

Naukowcy z SUPA, Wydziału Fizyki i Astronomii Uniwersytetu St Andrews w Wielkiej Brytanii, opracowali innowacyjną metodę, która umożliwia płynne łączenie diod OLED i metasurfaces w monolityczną strukturę. 

Dzięki temu połączeniu dioda OLED może pełnić funkcję zarówno źródła światła, jak i modulatora kształtującego holograficzny front fali. Ten eliminuje potrzebę stosowania zewnętrznych laserów lub urządzeń, takich jak modulator światła przestrzennego, który kontroluje intensywność światła.

Podstawą tej nowej technologii są metasurfaces, czyli płaskie układy nanostruktur zaprojektowane tak, aby kształtować fale elektromagnetyczne w wybrany sposób, często poprzez kontrolowanie polaryzacji, amplitudy lub fazy z niezwykłą rozdzielczością przestrzenną.

Chociaż lasery zewnętrzne mają był wcześniej używany Aby oświetlić metapowierzchnie, połączono je z diodami OLED, co pozwoliło na stworzenie wewnętrznego źródła światła wzorowanego w mikroskali. Platforma jest napędzana elektrycznie, a jej stabilność można dostosować do różnych długości fal, a ponadto umożliwia ona wyświetlanie holograficznych obrazów o wysokiej przejrzystości.

Ten oznacza znaczący krok naprzód w stosunku do konwencjonalnych, dużych systemów.

Chociaż niespójna, szerokopasmowa emisja warstwy OLED od dawna stanowi wyzwanie dla holografii, naukowcy zaprojektowali metapowierzchnie odpowiadające widmu emisyjnemu OLED, a także jego właściwościom spójności przestrzennej.

Zespół dostosował nanostruktury do wykorzystania i regulacji częściowo spójnego światła w celu tworzenia holograficznych obrazów o wysokiej rozdzielczości bez konieczności stosowania laserów.

Aby uzyskać precyzyjną nanoarchitekturę, która jest wymagane Aby uzyskać funkcjonalne metapowierzchnie bezpośrednio na wyświetlaczach OLED, zespół wykorzystał zaawansowane metody litograficzne.

Wykorzystując specjalny system litografii wiązką elektronów (EBL), naukowcy utworzyli nanostruktury metalowe i dielektryczne na powierzchni OLED, zapewniając skuteczną modulację fazy przy jednoczesnym zachowaniu wydajności i trwałości OLED. 

Ta udana integracja podkreśla kompatybilność technologii nanowytwarzania z organicznymi urządzeniami elektronicznymi, co otwiera drzwi do wielofunkcyjnych platform fotonicznych.

Podczas testów urządzenia zespół zaprezentowali wyraźne projekcje holograficzne prostych i geometrycznych kształtów ze złożonymi wskazówkami dotyczącymi głębi. Zespół był w stanie uzyskać wysokiej jakości obrazy holograficzne z odległości zaledwie 3 cm. 

Zrekonstruowane obrazy ukazują zarówno poziomy jasności, jak i stabilność kątową, co zwykle nie jest możliwe w przypadku niespójnego oświetlenia. 

Zdolność układu do dynamicznej modulacji frontu fali, która jest osiągnięte Kontrolując pikselowane obszary metapowierzchni w synchronizacji z emisją OLED, można dostrzec możliwość tworzenia holograficznych filmów w czasie rzeczywistym.

„Wyświetlacze OLED zazwyczaj potrzebują tysięcy pikseli, aby stworzyć prosty obraz. To nowe podejście pozwala na uzyskanie pełnego obrazu. być rzutowanym z jednego piksela OLED!”

– Profesor Graham Turnbull ze Szkoły Fizyki i Astronomii

Jak zauważono w badaniu, holograficzny projektor z podświetleniem OLED może znaleźć zastosowanie w takich zastosowaniach, jak interakcje człowiek-komputer oraz zestawy słuchawkowe AR i VR.

Dużą zaletą tej platformy metapowierzchni OLED jest jej wszechstronność i skalowalność. 

Ponieważ produkcja OLED jest już szeroko stosowana w produkcji wyświetlaczy komercyjnych, metapowierzchnie mogą być zintegrowane do istniejących linii produkcyjnych, który może przyspieszyć ich rozwój w kierunku noszonych hologramów i elektroniki użytkowej.

Ponadto kompaktowa budowa, elastyczność i niskie zużycie energii sprawiają, że technologia ta nadaje się do zastosowania w wyświetlaczach immersyjnych nowej generacji.

Platformę można dalej wykorzystywać do adaptacyjnych systemów oświetleniowych, obrazowania biomedycznego i bezpiecznego szyfrowania optycznego.

Posługując się tym dowodem koncepcji, zespół zastosował filtr pasmowo-przepustowy, aby zawęzić widmo emisyjne diody OLED — poprawiając w ten sposób spójność przestrzenną niezbędną dla metapowierzchni do rekonstrukcji ostrych hologramów. Naukowcy zauważyli jednak, że można zastosować także filtr polarytonowy lub cienkowarstwowy z OLED lub metasurface w celu zbudowania bardziej kompaktowego systemu.

Jeśli chodzi o metapowierzchniaZespół zauważył, że ich system może również współpracować z innymi typami metapowierzchni, co stwarza potencjał do masowej produkcji te urządzenia, ułatwiając w ten sposób ich wykorzystanie do projekcji obrazu.

Chociaż komercyjne wykorzystanie urządzenia wiąże się z wyzwaniami w zakresie minimalizacji strat, maksymalizacji jasności i optymalizacji wydajności modulacji metasurface, zespół wykazał się postępem technologicznymktóre wymaga kreatywnego podejścia do projektowania całościowych systemów fotonicznych.

W przeciwieństwie do tradycyjnych konstrukcji, w których modulatory i emitery są rozważane niezależnie od siebie zespół zastosował zintegrowane podejście z jednoczesną optymalizacją właściwości emisyjnych OLED-ów oraz odpowiedzi fazowej i amplitudowej metasurfaces.

Łącząc zalety organicznej optoelektroniki i nanofotoniki, zespół stworzył nowy standard dla wyświetlaczy holograficznych. Przewiduje on przyszłość, w której pełnokolorowe wyświetlacze holograficzne o ultrawysokiej rozdzielczości będą osadzane bezpośrednio w przezroczystych oknach, materiałowych elementach noszonych na ciele lub zakrzywionych powierzchniach pojazdów i elementów architektonicznych.

Inwestowanie w holograficzne wyświetlacze OLED

Teraz, jeśli przyjrzymy się firmie to jest rozwijając tę ​​dziedzinę, Corning Incorporated (GLW + 1.08%) wyróżnia się będąc mocno zaangażowanym w zaawansowanych technologiach wyświetlania i materiałach mających kluczowe znaczenie dla paneli OLED i elastycznych ekranów, dostarczając infrastrukturę do integracji holograficznej.

Działa poprzez kilka kluczowych segmentów, w tym:

• Komunikacja optyczna
• Technologie wyświetlania
• Materiały specjalne
• Technologie środowiskowe
• Life Sciences

Corning, firma zajmująca się głównie materiałoznawstwem, specjalizuje się w światłowodach, czyli rodzaju szkła, które transmituje światło i odgrywa kluczową rolę w nowoczesnych sieciach telekomunikacyjnych. jest również wykorzystywany w centrach danych. 

Corning produkuje również szeroką gamę innych wyrobów szklanych i ceramicznych. Na szczególną uwagę zasługuje szkło Gorilla Glass, które służy w ekranach iPhone’ów i innych urządzeniach elektronicznych. 

Na początku tego roku firma Samsung Electronics ogłosiła, że ​​jej Galaxy S25 Edge będzie wyposażony w nową powłokę szklano-ceramiczną Corning o nazwie Gorilla Glass Ceramic 2, która zapewnia zaawansowaną ochronę w niezwykle cienkiej obudowie urządzenia. W najnowszym produkcie kryształy są implantowane w matrycę szklaną, co zwiększa wytrzymałość pokrywy wyświetlacza.

„Galaxy S25 Edge wyznaczy nowy standard wykonania i wydajności jako nasze najcieńsze jak dotąd urządzenie z serii Galaxy S” – powiedział Kwangjin Bae, wiceprezes wykonawczy i szef zespołu badawczo-rozwojowego ds. mechaniki MX w Samsung Electronics. „Aby wesprzeć ten przełomowy projekt, niezbędne było opracowanie materiału wyświetlacza, który byłby jednocześnie wyjątkowo cienki i niezawodnie wytrzymały – wyzwanie, które połączyło firmy Corning i Samsung, zjednoczone wspólną wizją przemyślanej inżynierii i nasinnowacja skoncentrowana na erach. Ta wizja jest osadzony w każdym szczególe Galaxy S25 Edge.”

Przy kapitalizacji rynkowej wynoszącej 67.4 miliarda dolarów, akcje GLW są obecnie notowane po 78.67 dolarów, co oznacza wzrost o 65.6% od początku roku. W tym tygodniu GLW osiągnęło 52-tygodniowy szczyt na poziomie 78.81 dolarów. Firma ma naprawdę mi się podobało a masywny rajd w ciągu ostatnich dwóch lat.

Zysk na akcję (TTM) wynosi 0.94, a wskaźnik P/E (TTM) 83.55. Spółka oferuje również swoim akcjonariuszom stopę dywidendy w wysokości 1.42%.

W ostatnim kwartale firma odnotowała sprzedaż GAAP na poziomie 3.86 mld USD. Sprzedaż podstawowa wzrosła o 12% rok do roku, do 4.05 mld USD. Zysk na akcję (EPS) GAAP wyniósł 0.54 USD, a zysk na akcję (EPS), który wzrósł o 28%, wyniósł 0.60 USD w drugim kwartale 2 roku.

Mówiąc o „wyjątkowym” kwartale, prezes Wendell P. Weeks powiedział, że firma spodziewa się dalszych dobrych wyników w ramach planu Springboard, którego celem jest pozyskanie 4 mld dolarów potencjalnych zysków, osiągnięcie 20% marży operacyjnej do końca przyszłego roku oraz nagrodzenie akcjonariuszy dywidendami i skupem akcji własnych.

„Obserwujemy niezwykłą reakcję klientów na nasze nowe produkty Gen AI oraz produkowane w USA produkty solarne” – zauważył Week, dodając: „Jesteśmy w stanie zapewnić trwały wzrost, który będzie nam służył do 2026 roku i w kolejnych latach”.

W tym okresie Corning odnotował przepływy pieniężne z działalności operacyjnej GAAP w wysokości 708 mln USD, podczas gdy skorygowane wolne przepływy pieniężne wyniosły 451 mln USD.

„W trzecim kwartale spodziewamy się dalszych silnych wyników naszego planu Springboard oraz dwucyfrowego wzrostu sprzedaży i zysków w ujęciu rok do roku” – powiedział dyrektor finansowy Ed Schlesinger, twierdząc, że podstawowa sprzedaż wyniesie 4.2 mld dolarów, a zysk na akcję (EPS) wyniesie od 0.63 do 0.67 dolara. 

„Nasze prognozy uwzględniają wpływ obecnie obowiązujących taryf w wysokości od 0.01 do 0.02 USD, a także tymczasowo wyższe koszty w wysokości od 0.02 do 0.03 USD, wynikające ze zwiększonego zapotrzebowania na nasze nowe produkty z zakresu sztucznej inteligencji i energii słonecznej produkowane w USA” — powiedział Schlesinger.

Najnowsze informacje o Corning Incorporated (GLW) Wiadomości i wydarzenia giełdowe

Wniosek

Postęp w dziedzinie diod OLED i technologii holograficznych zmienia sposób, w jaki odbieramy treści wizualne. 

Diody OLED, dzięki swojej lekkości, możliwości dostrajania i prostota wykonania, od dawna stanowią podstawę nowoczesnych wyświetlaczy, ale w połączeniu z obrazami holograficznymi napotykają na trudności ze względu na niespójną emisję światła. Jednak najnowsze przełomowe badania przezwyciężyły ten problem i umożliwiają zastosowanie holografiiprojekcje optyczne poprzez łączenie diod OLED z metapowierzchniami w kompaktowej, wydajnej i skalowalnej konstrukcji.

Integracja otwiera ekscytujące perspektywy dla wciągającej rozrywki, urządzeń komunikacyjnych, opieki zdrowotnej i bezpiecznych systemów optycznych. Może również utorować drogę do przyszłości gdzie holografia o wysokiej rozdzielczości, adaptowalna i energooszczędna staje się częścią naszego codziennego życia życie.

Referencje:

1. Gong, J., Biabanifard, M., Yoshida, K. i in. (2025). Oświetlane diodami OLED metasurfaces do projekcji obrazu holograficznego. Światło: nauka i aplikacje, 14, 294. (wersja protokołowana), opublikowana 27 sierpnia 2025 r. https://doi.org/10.1038/s41377-025-01912-z