Metasuperfícies OLED Revolucionárias Visam Redefinir Visuais 3D

Novas pesquisas fizeram um avanço revolucionário na projeção de imagens holográficas, com aplicações potenciais em entretenimento, jogos, comunicação e dispositivos inteligentes.

A holografia tem sido há muito tempo um elemento básico da ficção científica, com filmes como Star Wars e Blade Runner 2049 usando hologramas para transmitir tecnologia avançada e elementos futuristas.

Esta tecnologia para criar visuais 3D interativos tem intrigado engenheiros e cientistas por muito tempo, mas trazê‑la à vida não tem sido fácil.

A holografia permite que uma frente de onda seja registrada e posteriormente reconstruída, oferecendo um meio de criar uma imagem fotográfica 3D única sem o uso de lente.

No entanto, projetores holográficos convencionais exigem configurações ópticas volumosas e uma fonte externa de luz coerente, o que limita seu uso. Assim, os pesquisadores da Universidade de St Andrews revelaram uma abordagem revolucionária na interseção da nanofotônica e da tecnologia de exibição, onde OLEDs são integrados diretamente com metasuperfícies.

“Metasuperfícies holográficas são uma das plataformas de material mais versáteis para controlar a luz. Com este trabalho, removemos uma das barreiras tecnológicas que impedem a adoção de metamateriais em aplicações cotidianas. Essa descoberta permitirá uma mudança significativa na arquitetura de displays holográficos para aplicações emergentes, por exemplo, em realidade virtual e aumentada.”

– Andrea Di Falco, professor em nano‑fotônica na Escola de Física e Astronomia

O estudo intitulado “OLED illuminated metasurfaces for holographic image projection¹, detalhando a tecnologia, foi publicado em Light: Science & Applications.

Diodos emissores de luz orgânicos ou OLEDs são dispositivos optoeletrônicos de filme fino que apresentam ampla sintonização, baixo peso e fabricação simples, o que os torna amplamente usados nos smartphones e nas telas de TV atuais.

O tamanho global do mercado de OLEDs está realmente projetado para crescer a um CAGR de 19,4% de 2024 a 2030 e alcançar 152,83 bilhões.

Sendo uma fonte de luz de superfície, os OLEDs também estão sendo usados em sensoriamento, biofotônica e comunicações sem fio, onde a capacidade de integrá‑los com outras tecnologias os torna bons candidatos para plataformas fotônicas miniaturizadas.

Para tanto displays quanto aplicações emergentes, o controle da emissão de campo distante do OLED é muito importante, mas como a pesquisa mais recente observou, o foco dos estudos atuais está principalmente em ajustar o espectro de eletroluminescência (EL) e a direcionalidade da emissão.

O fato é que é particularmente desafiador afinar a emissão de campo distante e isso é limitado pela baixa coerência espacial dos OLEDs.

Mas o estudo mais recente mostrou que é realmente possível que um único OLED projete uma imagem de alta resolução quando combinado com uma metasuperfície holográfica. Esse projetor metasuperfície‑OLED permite que os pesquisadores manipulem diretamente a emissão de campo distante, exibindo assim imagens holográficas em uma tela.

A nova plataforma oferece controle incomparável sobre displays holográficos, expandindo os limites da engenharia óptica e da experiência visual. Os pesquisadores acreditam que sua demonstração pode proporcionar um caminho para realizar displays de metasuperfície altamente integrados e miniaturizados.

OLEDs para Projeção de Imagens Holográficas

Um componente de dispositivos eletrônicos, semicondutores tem possibilitado avanços em tudo, desde comunicações, saúde, e transporte até computação, energia limpa, sistemas militares, e incontáveis outras aplicações.

Ao permitir o controle preciso da corrente elétrica, os semicondutores possibilitam a funcionalidade dos dispositivos eletrônicos modernos.

Um semicondutor é um material com condutividade elétrica entre a de um condutor e um isolante. E as propriedades de um semicondutor podem ser controladas através de um processo chamado dopagem.

Agora, existem diferentes tipos de semicondutores, categorizados com base em sua composição material, estrutura e como conduzem eletricidade.

Para começar, semicondutores intrínsecos são puros, sem impurezas significativas, como silício (Si) e germânio (Ge), enquanto semicondutores extrínsecos são dopados com impurezas para controlar a condutividade. Semicondutores tipo N são dopados com elementos que adicionam elétrons extras, enquanto tipo P são dopados com elementos que criam ‘buracos’ ou portadores de carga positiva.
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Com base na estrutura, existem semicondutores amorfos com arranjo atômico desordenado, semicondutores policristalinos compostos por múltiplos pequenos cristais e semicondutores monocristalinos com uma estrutura cristalina perfeita.

Em termos de composição material, os semicondutores podem ser inorgânicos, tipicamente sólidos cristalinos como arseneto de gálio (GaAs) e fosfeto de índio, ou orgânicos, feitos de moléculas ou polímeros à base de carbono. Semicondutores híbridos combinam materiais orgânicos e inorgânicos para melhorar o desempenho, como visto em perovskitas usadas em células solares e fotodetetores de próxima geração.

As notáveis propriedades optoeletrônicas dos semicondutores orgânicos os tornam altamente adequados para displays, fotovoltaicos e laser. Seu uso em displays OLED é a aplicação mais desenvolvida.

Os OLEDs são conhecidos por seu fator de forma flexível e qualidade de imagem superior. Comparado aos lasers, porém, a densidade de potência de saída dos OLEDs é menor, o que resulta em uma imagem holográfica com baixa luminosidade.

No entanto, as vantagens da flexibilidade, fabricação simples e a capacidade de criar um grande número de pixels em diferentes cores lado a lado no mesmo substrato tornam os OLEDs adequados para aplicações avançadas de displays holográficos.

OLED é uma fonte de luz incoerente com um perfil de emissão divergente. Manipular essa emissão para gerar imagens detalhadas não é apenas desafiador, mas também amplamente inexplorado.

Uma maneira de fazer isso é usando uma metasuperfície holográfica (HM), que é uma estrutura de filme ultra‑fina chamada meta‑átomo com a capacidade de manipular o comportamento da luz de forma precisa.

Embora seja amplamente usada em aplicações como sensoriamento de imagens, armazenamento de dados, realidade aumentada (AR), anticounterfeitagem e criptografia de segurança, a maioria das metasuperfícies holográficas relatadas são projetadas para fontes de luz coerente (lasers) e são inadequadas para uso com fontes incoerentes (OLEDs).

Até agora, apenas um pequeno número de metasuperfícies usando fontes de luz incoerentes foi relatado, e mesmo assim, a maioria delas envolve configurações complicadas, limitando sua implantação em aplicações cotidianas.

Portanto, os pesquisadores do estudo mais recente desenvolveram um novo tipo de dispositivo optoeletrônico que combina o melhor dos OLEDs e das metasuperfícies.

“Estamos entusiasmados em demonstrar esta nova direção para OLEDs. Ao combinar OLEDs com metasuperfícies, também abrimos um novo caminho para gerar hologramas e moldar a luz.”

– Professor Ifor Samuel da Escola de Física e Astronomia

O recém‑desenvolvido sistema compacto é composto por um OLED, um filtro de banda passante e uma metasuperfície holográfica (HM), que é especialmente projetada para fontes de luz coerente.

Ao modelar cuidadosamente cada meta‑átomo para modificar as propriedades do feixe de luz que passa pela HM, tornou‑se possível criar uma imagem pré‑projetada do outro lado da tela. Isso potencialmente torna os displays holográficos mais econômicos, energeticamente eficientes e compatíveis com substratos flexíveis.

Como os Displays OLED‑Metasuperfície Funcionam (e Por Que São Importantes)

Pesquisadores da SUPA, Escola de Física e Astronomia, Universidade de St Andrews, Reino Unido, desenvolveram o método inovador que funde perfeitamente OLEDs e metasuperfícies em uma estrutura monolítica.

A fusão permite que o próprio OLED atue como fonte de iluminação e também como modulador para a modelagem da frente de onda holográfica. Isso elimina a necessidade de lasers externos ou de um dispositivo como um modulador de luz espacial, que controla a intensidade da luz.

O núcleo desta nova tecnologia está nas metasuperfícies, que são arranjos planares de nanoestruturas projetadas para moldar ondas eletromagnéticas de maneira selecionada, frequentemente controlando polarização, amplitude ou fase com extraordinária resolução espacial.

Embora lasers externos tenham sido usados anteriormente para iluminar metasuperfícies, combiná‑los com OLEDs cria uma fonte de luz intrínseca padronizada em escala microscópica, oferecendo uma plataforma acionada eletricamente que é estável e pode ser escalada em diferentes comprimentos de onda com a capacidade de projetar imagens holográficas com alta clareza.

Isso marca um salto significativo em relação aos sistemas volumosos convencionais.

Embora a emissão incoerente e de banda larga da camada OLED tenha sido por muito tempo um desafio para a holografia, os pesquisadores projetaram metasuperfícies para combinar o espectro de emissão do OLED bem como suas propriedades de coerência espacial.

A equipe adaptou nanoestruturas para utilizar e ajustar a luz parcialmente coerente a fim de formar imagens holográficas de alta resolução sem depender de lasers.

Para obter uma nano‑arquitetura precisa, necessária para metasuperfícies funcionais diretamente nos OLEDs, a equipe utilizou métodos avançados de litografia.

Usando um sistema especial de Litografia por Feixe de Elétrons (EBL), eles padronizaram nanoestruturas metálicas e dielétricas sobre a superfície do OLED, garantindo modulação de fase eficaz enquanto mantinham o desempenho e a longevidade do OLED.

Essa integração bem‑sucedida enfatiza a compatibilidade das tecnologias de nanofabricação com dispositivos eletrônicos orgânicos, o que abre portas para plataformas fotônicas multifuncionais.

Ao testar o dispositivo, a equipe demonstrou projeções holográficas claras de formas simples e geométricas com pistas de profundidade intrincadas. A equipe conseguiu obter imagens holográficas de alta qualidade a uma distância de apenas 3 cm.

As imagens reconstruídas exibem tanto níveis de brilho quanto robustez angular que normalmente não são possíveis com iluminação incoerente.

A capacidade do sistema de modular a frente de onda dinamicamente, alcançada ao controlar regiões pixeladas da metasuperfície em sincronismo com a emissão do OLED, indica a possibilidade de vídeos holográficos em tempo real.

“Displays OLED normalmente precisam de milhares de pixels para criar uma imagem simples. Esta nova abordagem permite que uma imagem completa seja projetada a partir de um único pixel OLED!”

– Professor Graham Turnbull, da Escola de Física e Astronomia

O projetor holográfico iluminado por OLED, conforme observado no estudo, poderia ser usado em aplicações como interações homem‑computador e headsets de AR e VR.

Uma grande vantagem desta plataforma OLED‑metasuperfície é sua versatilidade e escalabilidade.

Com a fabricação de OLED já amplamente utilizada na produção comercial de displays, as metasuperfícies podem ser integradas às linhas de produção existentes, o que pode acelerar seu desenvolvimento em hologramas vestíveis e eletrônicos de consumo.

Além disso, a compacidade, flexibilidade e baixo consumo de energia da tecnologia a posicionam para displays imersivos de próxima geração.

A plataforma pode ainda ser usada para sistemas de iluminação adaptativa, imageamento biomédico e criptografia óptica segura.

Com esta prova de conceito, a equipe usou um filtro óptico de banda passante para estreitar o espectro de emissão do OLED — melhorando a coerência espacial que a metasuperfície precisa para reconstruir hologramas nítidos. Mas os pesquisadores observaram que um filtro polaritônico ou de filme fino também poderia ser usado com o OLED ou a metasuperfície para construir um sistema ainda mais compacto.

Quanto à metasuperfície, a equipe observou que seu sistema também pode funcionar com outros tipos de metasuperfícies, oferecendo potencial para a produção em massa desses dispositivos, facilitando assim sua implantação para projeção de imagens.

Embora o uso comercial do dispositivo enfrente desafios em termos de minimizar perdas, maximizar brilho e otimizar a eficiência da modulação da metasuperfície, a equipe demonstrou um avanço tecnológico que adota uma abordagem criativa para projetar sistemas fotônicos holísticos.

Em contraste com designs tradicionais, onde moduladores e emissores são considerados independentemente, a equipe utilizou uma abordagem integrada com otimização simultânea das propriedades de emissão dos OLEDs e da resposta de fase e amplitude das metasuperfícies.

Portanto, ao combinar os benefícios da optoeletrônica orgânica e da nanofotônica, a equipe criou um novo padrão para displays holográficos. Ela imagina um futuro onde displays holográficos em cores completas com ultra‑alta resolução serão incorporados diretamente em janelas transparentes, vestíveis de tecido ou superfícies curvas em veículos e elementos arquitetônicos.

Investindo em OLEDs Holográficos

Agora, se analisarmos uma empresa que está avançando neste campo, Corning Incorporated (GLW ) destaca‑se por estar fortemente envolvida em tecnologias avançadas de display e materiais críticos para painéis OLED e telas flexíveis, fornecendo infraestrutura para integração holográfica.

Ela opera através de alguns segmentos principais, incluindo:

• Comunicações Ópticas
• Tecnologias de Display
• Materiais Especiais
• Tecnologias Ambientais
• Ciências da Vida

Principalmente uma empresa de ciências dos materiais, a Corning especializa‑se em fibra óptica, que é um tipo de vidro que transmite luz e desempenha um papel integral nas redes de telecomunicações modernas. Ela também é utilizada em data centers. 

A Corning também produz uma ampla variedade de outros produtos de vidro e cerâmica. Notavelmente, a empresa fabrica Gorilla Glass, que é usado em telas de iPhone e outros eletrônicos. 

No início deste ano, a Samsung Electronics anunciou que seu Galaxy S25 Edge contará com a nova oferta de vidro cerâmico da Corning chamada Gorilla Glass Ceramic 2, que oferece proteção avançada em um formato de dispositivo extremamente fino. O produto mais recente tem cristais implantados na matriz de vidro para aumentar a resistência da cobertura do display.

“O Galaxy S25 Edge estabelecerá um novo padrão de artesanato e desempenho como nosso dispositivo mais fino da série Galaxy S até agora,” disse Kwangjin Bae, EVP e Chefe da Equipe de P&D Mecânica da MX na Samsung Electronics. “Para apoiar esse design inovador, foi essencial desenvolver um material de display que fosse ao mesmo tempo excepcionalmente fino e confiavelmente forte – um desafio que uniu a Corning e a Samsung, unidos por uma visão compartilhada de engenharia intencional e inovação centrada no usuário. Essa visão está incorporada em cada detalhe do Galaxy S25 Edge.”

Com uma capitalização de mercado de US$ 67,4 bilhões, as ações da GLW estão atualmente negociando a US$ 78,67, um aumento de 65,6 % no ano. Esta semana, a GLW atingiu uma alta de 52 semanas de US$ 78,81. A empresa tem realmente desfrutado de um massivo rally nos últimos dois anos.

Possui um EPS (TTM) de 0,94 e um P/E (TTM) de 83,55. A empresa também oferece aos acionistas um rendimento de dividendos de 1,42%.