Metasurfaces OLED revolucionárias visam redefinir visuais 3D

Uma nova pesquisa fez um avanço inovador na projeção de imagens holográficas, com potenciais aplicações em entretenimento, jogos, comunicação e dispositivos inteligentes.

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

Esta tecnologia para criando visuais 3D interativos há muito tempo intriga engenheiros e cientistas, mas trazê-lo à vida não foi fácil.

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

Os projetores holográficos convencionais, no entanto, necessitam de configurações ópticas volumosas e de uma fonte externa de luz coerente, o que limita seu uso. Assim, pesquisadores da Universidade de St. Andrews revelaram uma abordagem revolucionária na intersecção entre nanofotônica e tecnologia de exibição, onde OLEDs são integrados diretamente com metassuperfícies.

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

– Andrea Di Falco, professor de nanofotônica na Escola de Física e Astronomia

O estudo intitulado “Metasuperfícies iluminadas por OLED para projeção de imagens holográficas¹”, detalhando a tecnologia, foi publicado em Light: Science & Applications.

Diodos orgânicos emissores de luz ou OLEDs são dispositivos optoeletrônicos de película fina com ampla capacidade de ajuste, peso leve e fabricação simples, o que os torna amplamente utilizados em celulares e telas de TV atuais. 

O tamanho do mercado global de OLED is projetado 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 são sendo usado em detecção, biofotônica e comunicações sem fio, onde a capacidade de integrá-los com outras tecnologias torna os OLEDs bons candidatos para plataformas fotônicas miniaturizadas.

Tanto para displays quanto para aplicações emergentes, o controle da emissão de campo distante do OLED é muito importante, mas, como observado nas pesquisas mais recentes, o foco dos estudos atuais está principalmente no ajuste do espectro de eletroluminescência (EL) e na direcionalidade da emissão. 

O problema é que é particularmente desafiador ajustar a emissão de campo distante e 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 metassuperfície holográfica. Este projetor de metassuperfície-OLED permite aos pesquisadores para manipular diretamente a emissão de campo distante, exibindo assim imagens holográficas em uma tela. 

A nova plataforma oferece controle incomparável sobre displays holográficos, ampliando os limites da engenharia óptica e da experiência visual. Os pesquisadores acreditam que sua demonstração pode fornecer uma maneira de criar displays de metassuperfície altamente integrados e miniaturizados.

OLEDs para projeção de imagens holográficas

Um essencial componente de dispositivos eletrônicos, semicondutores permitiram avanços em tudo de comunicações, saúde, e transporte para computação, energia limpa, sistemas militares e inúmeras outras aplicações.

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

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

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

Para começar, os semicondutores intrínsecos são puros, sem impurezas significativas, como silício (Si) e germânio (Ge), enquanto os semicondutores extrínsecos são dopados com impurezas para controlar a condutividade. Tipos N são dopados com elementos que adicionam elétrons extras, enquanto os tipos 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 um arranjo atômico desordenado, semicondutores policristalinos feitos de múltiplos cristais pequenos e semicondutores monocristalinos com um arranjo atômico desordenado.estrutura cristalina perfeita.

Em termos de composição material, os semicondutores podem ser inorgânicos, tipicamente sólidos cristalinos como arsenieto 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 nas perovskitas usadas em solenóides de última geração.células de ar e fotodetectores.

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

Os OLEDs são conhecidos por seu formato flexível e qualidade de imagem superior. Em comparação com os lasers, porém, a densidade de potência de saída dos OLEDs é menor, resultando em uma imagem holográfica com baixo brilho. 

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

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 usar uma metassuperfície holográfica (HM), que é uma estrutura de filme ultrafina chamada metaátomo, com a capacidade de manipular o comportamento da luz de maneira precisa. Embora o usava amplamente em aplicações como detecção de imagem, armazenamento de dados, realidade aumentada (RA), antifalsificação e criptografia de segurança, a maioria das metassuperfícies holográficas relatadas são projetadas para fontes de luz coerentes (lasers) e são inadequadas para uso com fontes incoerentes (OLEDs).

Apenas um punhado de metasurfaces usando fontes de luz incoerentes foi relatado até agora, e mesmo assim, a maioria deles envolve configurações complicadas, limitando sua implantação em aplicações cotidianas.

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

Estamos entusiasmados em demonstrar esta nova direção para OLEDs. Ao combinar OLEDs com metassuperfícies, também inauguramos uma nova maneira de gerar hologramas e moldar a luz.

– Professor Ifor Samuel da Escola de Física e Astronomia

O sistema compacto recentemente desenvolvido é feito de of um OLED, um filtro passa-banda e uma metassuperfície holográfica (HM), qual é especialmente projetado para fontes de luz coerentes. 

Ao moldar cuidadosamente cada metaátomo para modificar as propriedades do feixe de luz que passa pelo HM, tornou-se possível criar uma imagem pré-projetada no outro lado da tela. Esta potencialmente torna os displays holográficos mais econômicos, energeticamente eficientes e compatíveis com substratos flexíveis.

Como funcionam os displays OLED-Metasurface (e por que eles são importantes)

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

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

O núcleo dessa nova tecnologia está nas metassuperfícies, que são conjuntos planares de nanoestruturas projetadas para moldar ondas eletromagnéticas de uma maneira selecionada, geralmente controlando a polarização, a amplitude ou a fase com resolução espacial extraordinária.

Embora os lasers externos tenham foi usado anteriormente para iluminar metassuperfícies, a fusão com OLEDs cria uma fonte de luz intrínseca padronizada na microescala, oferecendo uma plataforma eletricamente acionada que é estável e pode ser dimensionada em diferentes comprimentos de onda com a capacidade de projetar imagens holográficas com alta clareza.

Esta marca um grande salto em relação aos sistemas convencionais volumosos.

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

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

Para obter uma nanoarquitetura precisa, que É necessário para metassuperfícies funcionais diretamente em OLEDs, a equipe usou 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 e mantendo 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 as portas para plataformas fotônicas multifuncionais.

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

As imagens reconstruídas mostram níveis de brilho e robustez angular que normalmente não são possíveis com iluminação incoerente. 

A capacidade do sistema de modular a frente de onda dinamicamente, o que é alcançado ao controlar regiões metasuperficiais pixeladas em sincronia com a emissão do OLED, indica a possibilidade de vídeos holográficos em tempo real.

“Os displays OLED normalmente precisam de milhares de pixels para criar uma imagem simples. Esta nova abordagem permite que uma imagem completa seja ser projetado de um único pixel OLED!”

– Professor Graham Turnbull, da Escola de Física e Astronomia

O estudo observou que o projetor holográfico iluminado por OLED poderia ser usado em aplicações como interações entre humanos e computadores e em headsets de RA e RV.

Uma grande vantagem desta plataforma de metassuperfície OLED é sua versatilidade e escalabilidade. 

Com a fabricação de OLED já amplamente utilizada na fabricação de displays comerciais, as metasurfaces podem ser integrado em linhas de produção existentes, que pode acelerar seu desenvolvimento em hologramas vestíveis e eletrônicos de consumo.

Além disso, a compactação, a flexibilidade e o baixo consumo de energia da tecnologia a posicionam para telas imersivas de última geração.

A plataforma pode ser usada ainda para sistemas de iluminação adaptáveis, imagens biomédicas e criptografia óptica segura.

Com essa prova de conceito, a equipe usou um filtro óptico passa-banda para estreitar o espectro de emissão do OLED, melhorando a coerência espacial que a metassuperfície precisa para reconstruir hologramas nítidos. Mas os pesquisadores notaram que um filtro de polariton ou de película fina também poderia ser usado com o OLED ou a metasurface para construir um sistema mais compacto.

No que toca à a metassuperfície, a equipe observou que seu sistema também pode funcionar com outros tipos de metassuperfícies, oferecendo potencial para a produção em massa de esses dispositivos, facilitando assim sua implantação para projeção de imagens.

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

Em contraste com os designs tradicionais, onde moduladores e emissores são considerados de forma independente, a equipe usou uma abordagem integrada com a otimização simultânea das propriedades de emissão dos OLEDs e da resposta de fase e amplitude das metassuperfícies.

Assim, combinando os benefícios da optoeletrônica orgânica e da nanofotônica, a equipe criou um novo padrão para displays holográficos. Ela prevê um futuro em que displays holográficos coloridos com resolução ultra-alta serão incorporados diretamente em janelas transparentes, dispositivos vestíveis de tecido ou superfícies curvas de veículos e elementos arquitetônicos.

Investindo em OLEDs holográficos

Agora, se olharmos para uma empresa isso é avançando neste campo, Corning Incorporated (GLW ) se destaca por estar fortemente envolvido em tecnologias de exibição avançadas e materiais essenciais para painéis OLED e telas flexíveis, fornecendo infraestrutura para integração holográfica.

Ela opera por meio de alguns segmentos principais, incluindo:

• Comunicações Óticas
• Tecnologias de exibição
• Materiais Especiais
• Tecnologias Ambientais
• Ciências da Vida

Principalmente uma empresa de ciências dos materiais, a Corning é especializada em fibra óptica, um tipo de vidro que transmite luz e desempenha um papel fundamental nas redes de telecomunicações modernas. também é utilizado em centros de dados. 

A Corning também produz uma ampla gama de outros produtos de vidro e cerâmica. Notavelmente, a empresa fabrica o 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 tecnologia de vitrocerâmica da Corning, chamada Gorilla Glass Ceramic 2, que oferece proteção avançada em um dispositivo extremamente fino. O produto mais recente possui cristais implantados na matriz de vidro para aumentar a resistência da tela.

“O Galaxy S25 Edge estabelecerá um novo padrão de acabamento e desempenho como nosso dispositivo mais fino da série Galaxy S até o momento”, disse Kwangjin Bae, vice-presidente executivo e chefe da equipe de P&D mecânico. do MX na Samsung Electronics. “Para dar suporte a esse design inovador, era essencial desenvolver um material de tela que fosse excepcionalmente fino e confiável – um desafio que uniu a Corning e a Samsung, unidas por uma visão compartilhada de engenharia com propósito e nosinovação centrada no cliente. Essa visão está embutido em cada detalhe do Galaxy S25 Edge.”

Com uma capitalização de mercado de US$ 67.4 bilhões, as ações da GLW estão sendo negociadas atualmente a US$ 78.67, uma alta de 65.6% no acumulado do ano. Esta semana, a GLW atingiu a máxima em 52 semanas, de US$ 78.81. A empresa tem realmente estou gostando a maciço recuperação nos últimos dois anos.

Possui um LPA (TTM) de 0.94 e um P/L (TTM) de 83.55. A empresa também oferece aos seus acionistas um rendimento de dividendos de 1.42%.