Революційні OLED-метаповерхні прагнуть переосмислити 3D-візуалізацію

Нове дослідження зробило новаторський прогрес у проекції голографічних зображень, з потенційним застосуванням у розвагах, іграх, зв'язку та інтелектуальних пристроях.

Голографія вже давно є основним елементом наукової фантастики, а такі фільми, як «Зоряні війни» та «Той, хто біжить по лезу 2049», використовують голограми для передачі передових технологій та футуристичних елементів. 

Ця технологія для створення інтерактивних 3D-візуалізацій давно цікавить інженерів та вчених, але втілити його в життя було непросто.

Голографія дозволяє записати та згодом реконструювати хвильовий фронт, що дає змогу створювати унікальне фотографічне 3D-зображення без використання об'єктива.

Однак звичайні голографічні проектори потребують громіздких оптичних установок та зовнішнього джерела когерентного світла, що обмежує їхнє використання. Тому дослідники з Університету Сент-Ендрюса представили революційний підхід на перетині нанофотоніки та технології дисплеїв, де OLED-дисплеї інтегруються безпосередньо з метаповерхнями.

«Голографічні метаповерхні є однією з найуніверсальніших матеріальних платформ для керування світлом. Завдяки цій роботі ми усунули один із технологічних бар’єрів, що перешкоджають використанню метаматеріалів у повсякденних застосуваннях. Цей прорив дозволить здійснити кардинальні зміни в архітектурі голографічних дисплеїв для нових застосувань, наприклад, у віртуальній та доповненій реальності».

– Андреа Ді Фалько, професор нанофотоніки в Школі фізики та астрономії

Дослідження під назвою «OLED-підсвічені метаповерхні для голографічної проекції зображень¹«», що детально описує технологію, було опубліковано у виданні Light: Science & Applications.

Органічні світлодіоди або OLED – це тонкоплівкові оптоелектронні пристрої, що характеризуються широкими можливостями налаштування, малою вагою та простим виготовленням, що робить їх широко використовуваними в сучасних мобільних телефонах та телевізійних дисплеях. 

Розмір світового ринку OLED-дисплеїв is насправді прогнозовані з 19.4 по 2024 рік зросте на середньорічному темпі зростання на 2030%. та досягати 152.83 млрд людей.

Будучи поверхневим джерелом світла, OLED також є використовується у сенсорних системах, біофотоніці та бездротовому зв'язку, де можливість інтеграції їх з іншими технологіями робить OLED-дисплеї хорошими кандидатами для мініатюрних фотонних платформ.

Як для дисплеїв, так і для нових застосувань, контроль випромінювання OLED у дальньому полі є дуже важливо, але, як зазначається в останніх дослідженнях, основна увага поточних досліджень зосереджена насамперед на регулюванні спектру електролюмінесценції (ЕЛ) та спрямованості випромінювання. 

Річ у тім, що особливо складно точно налаштувати випромінювання далекого поля та обмежений низькою просторовою когерентністю OLED-дисплеїв.

Але останнє дослідження показало, що насправді можливо проектувати зображення високої роздільної здатності за допомогою одного OLED-дисплея в поєднанні з голографічною метаповерхнею. Цей OLED-проектор на основі метаповерхні дозволяє дослідникам... безпосередньо маніпулювати випромінюванням далекого поля, таким чином відображаючи голографічні зображення на екрані. 

Нова платформа пропонує неперевершений контроль над голографічними дисплеями, розширюючи межі оптичної інженерії та візуального досвіду. Дослідники вважають, що їхня демонстрація може забезпечити спосіб реалізації високоінтегрованих та мініатюрних дисплеїв на метаповерхнях.

OLED-дисплеї для голографічної проекції зображень

Необхідний компонент електронних пристроїв, напівпровідники дозволили досягти прогресу в все від зв'язок, охорона здоров'я, та транспорт до обчислювальна техніка, чиста енергія, військові системи та незліченна кількість інших додатків.

Забезпечуючи точне керування електричним струмом, напівпровідники забезпечують функціональність сучасних електронних пристроїв.

Напівпровідник – це матеріал з електропровідністю між провідником та ізолятором. властивості напівпровідника можна контролювати за допомогою процесу, який називається допінгом. 

Зараз існують різні типи напівпровідників, які класифікуються залежно від їхнього матеріального складу, структури та того, як вони проводять електрику.

По-перше, власні напівпровідники є чистими, без будь-яких суттєвих домішок, таких як кремній (Si) та германій (Ge), тоді як зовнішні напівпровідники допінговані з домішками для контролю провідності. N-типи допінговані з елементами, які додають додаткові електрони, тоді як p-типи допінговані з елементами, що створюють «дірки» або носії позитивного заряду.
Проведіть пальцем, щоб прокрутити →

За структурою розрізняють аморфні напівпровідники з невпорядкованим розташуванням атомів, полікристалічні напівпровідники, що складаються з кількох дрібних кристалів, та монокристалічні напівпровідники з...ідеальна кристалічна структура.

Щодо складу матеріалу, напівпровідники можуть бути неорганічними, зазвичай кристалічними твердими речовинами, такими як арсенід галію (GaAs) та фосфід індію, або органічними, виготовленими з молекул або полімерів на основі вуглецю. Гібридні напівпровідники поєднують органічні та неорганічні матеріали для покращення характеристик, як це видно у перовскітах, що використовуються в золях наступного покоління.доповнені елементи та фотодетектори.

Чудові оптоелектронні властивості органічних напівпровідників роблять їх дуже придатними для дисплеїв, фотоелектричних систем та лазерного випромінювання. Їх використання в OLED-дисплеях є найбільш розвиненим застосуванням.

OLED-дисплеї відомі своїм гнучким форм-фактором і чудовою якістю зображення. Однак, порівняно з лазерами, щільність вихідної потужності OLED-дисплеїв нижча, що призводить до голографічного зображення з низькою яскравістю. 

Однак, переваги гнучкості, простого виготовлення та можливості створювати велику кількість пікселів різних кольорів поруч на одній підкладці роблять OLED-дисплеї придатними для передових голографічних дисплеїв.

OLED – це некогерентне джерело світла з розбіжним профілем випромінювання. Маніпулювання цим випромінюванням для створення детальних зображень є не тільки складним, але й значною мірою невивченим.

Один зі способів зробити це – використовувати голографічну метаповерхню (ГП), яка являє собою надтонку плівкову структуру, що називається мета-атомом, і здатна точно маніпулювати поведінкою світла. У той час як використовуваний широко застосовується як У таких галузях, як сприйняття зображень, зберігання даних, доповнена реальність (AR), захист від підробок та шифрування, більшість зареєстрованих голографічних метаповерхонь розроблені для когерентних джерел світла (лазерів) і непридатні для використання з некогерентними (OLED).

Лише кілька метаповерхонь, що використовують некогерентні джерела світла, мають повідомлялося досі, та навіть тоді, більшість із них передбачають складні налаштування, що обмежує їхнє розгортання у повсякденних програмах.

Отже, дослідники в останньому дослідженні розробили новий тип оптоелектронного пристрою, який поєднує найкраще з OLED-дисплеїв та метаповерхонь.

«Ми раді продемонструвати цей новий напрямок для OLED-дисплеїв. Поєднуючи OLED з метаповерхнями, ми також відкриваємо новий спосіб створення голограм та формування світла».

– Професор Іфор Самуель зі Школи фізики та астрономії

Нова розроблена компактна система складається of OLED, смуговий фільтр та голографічна метаповерхня (HM), який особливо призначений для когерентних джерел світла. 

Ретельно формуючи кожен метаатом для зміни властивостей променя світла, що проходить через HM, стало можливим створити заздалегідь розроблене зображення на іншому боці екрана. Цей потенційно робить голографічні дисплеї більш економічно ефективними, енергоефективними та сумісними з гнучкими підкладками.

Як працюють OLED-метаповерхневі дисплеї (і чому вони важливі)

Дослідники з SUPA, Школи фізики та астрономії, Університету Сент-Ендрюса, Велика Британія, розробили інноваційний метод, який безшовно об'єднує OLED-дисплеї та метаповерхні в монолітну структуру. 

Злиття дозволяє самому OLED-дисплею виступати як джерелом освітлення, так і модулятором для формування голографічного хвильового фронту. Цей усуває потребу в зовнішніх лазерах або пристрої, такому як просторовий модулятор світла, який контролює інтенсивність світла.

Основою цієї нової технології є метаповерхні, які являють собою плоскі масиви наноструктур, призначені для формування електромагнітних хвиль певним чином, часто шляхом контролю поляризації, амплітуди або фази з надзвичайною просторовою роздільною здатністю.

Хоча зовнішні лазери мають раніше використовувався Для освітлення метаповерхонь їх об'єднання з OLED створює власне джерело світла, структуроване в мікромасштабі, пропонуючи електрично керовану платформу, яка є стабільною та може масштабуватися на різних довжинах хвиль з можливістю проектування голографічних зображень з високою чіткістю.

Цей знаменує собою значний стрибок у порівнянні з традиційними громіздкими системами.

Хоча некогерентне широкосмугове випромінювання шару OLED вже давно є проблемою для голографії, дослідники розробили метаповерхні, щоб вони відповідали спектру випромінювання OLED, а також його просторовим когерентним властивостям.

Команда адаптувала наноструктури для використання та коригування частково когерентного світла для формування голографічних зображень високої роздільної здатності без необхідності покладатися на лазери.

Щоб отримати точну наноархітектуру, яка вимагається Для створення функціональних метаповерхонь безпосередньо на OLED-дисплеях команда використовувала передові методи літографії.

Використовуючи спеціальну систему електронно-променевої літографії (EBL), вони нанесли візерунок на поверхню OLED-дисплея з металевих та діелектричних наноструктур, забезпечивши ефективну фазову модуляцію, зберігаючи при цьому продуктивність та довговічність OLED-дисплея. 

Ця успішна інтеграція підкреслює сумісність технологій нанофабрикації з органічними електронними пристроями, що відкриває двері до багатофункціональних фотонних платформ.

Після тестування пристрою команда продемонструвала чіткі голографічні проекції як простих, так і геометричних фігур зі складними глибинними сигналами. Команда змогла отримати високоякісні голографічні зображення на відстані всього 3 см. 

Реконструйовані зображення демонструють як рівні яскравості, так і кутову стійкість, що зазвичай неможливо при некогерентному освітленні. 

Здатність системи динамічно модулювати хвильовий фронт, що досягається шляхом керування пікселізованими метаповерхневими областями синхронно з випромінюванням OLED, вказує на можливість створення голографічних відео в режимі реального часу.

«OLED-дисплеям зазвичай потрібні тисячі пікселів для створення простого зображення. Цей новий підхід дозволяє отримати повне зображення» проектуватися з одного OLED-пікселя!

– Професор Грем Тернбулл зі Школи фізики та астрономії

У дослідженні зазначається, що голографічний проектор з підсвічуванням OLED може бути використаний у таких сферах, як взаємодія людини з комп'ютером та гарнітури доповненої та віртуальної реальності.

Великою перевагою цієї OLED-метаповерхневої платформи є її універсальність та масштабованість. 

Оскільки виробництво OLED-дисплеїв вже широко використовується у виробництві комерційних дисплеїв, метаповерхні можуть бути інтегрованим в існуючі виробничі лінії, що може прискорити їх розвиток у голограми, що носяться, та побутову електроніку.

Більше того, компактність, гнучкість та низьке енергоспоживання цієї технології позиціонують її для створення імерсивних дисплеїв наступного покоління.

Платформу можна використовувати далі для адаптивних систем освітлення, біомедичної візуалізації та безпечного оптичного шифрування.

За допомогою цього підтвердження концепції команда використала смуговий оптичний фільтр для звуження спектру випромінювання OLED-дисплея, покращуючи просторову когерентність, необхідну метаповерхні для реконструкції чітких голограм. Але дослідники зазначили, що також можна використовувати поляритонний або тонкоплівковий фільтр з OLED або метаповерхнею для створення більш компактної системи.

Коли справа доходить до метаповерхняКоманда дослідників зазначила, що їхня система також може працювати з іншими типами метаповерхонь, що пропонує потенціал для масового виробництва ці пристрої, що полегшує їх використання для проекції зображень.

Хоча комерційне використання пристрою стикається з труднощами з точки зору мінімізації втрат, максимізації яскравості та оптимізації ефективності модуляції метаповерхні, команда продемонструвала технологічний прогрес.що використовує креативний підхід до проектування цілісних фотонних систем.

На відміну від традиційних конструкцій, де модулятори та випромінювачі вважаються Незалежно, команда використовувала інтегрований підхід з одночасною оптимізацією емісійних властивостей OLED та фазової та амплітудної характеристик метаповерхонь.

Отже, поєднавши переваги органічної оптоелектроніки та нанофотоніки, команда створила новий стандарт для голографічних дисплеїв. Вона передбачає майбутнє, де повнокольорові голографічні дисплеї з надвисокою роздільною здатністю будуть вбудовані безпосередньо в прозорі вікна, тканинні носимі пристрої або вигнуті поверхні на транспортних засобах та архітектурних елементах.

Інвестування в голографічні OLED-дисплеї

Тепер, якщо ми розглянемо компанію тобто розвиток цієї галузі, Корнінг Інкорпорейтед (GLW ) виділяється для бути активно залученим у передових технологіях відображення та матеріалах, критично важливих для OLED-панелей та гнучких екранів, що забезпечують інфраструктуру для голографічної інтеграції.

Він працює через кілька ключових сегментів, зокрема:

• Оптичний зв’язок
• Технології дисплея
• Спеціальні матеріали
• Екологічні технології
• Life Sciences

Corning, переважно компанія з матеріалознавства, спеціалізується на оптичному волокні, яке є типом скла, що пропускає світло та відіграє важливу роль у сучасних телекомунікаційних мережах. також використовується в дата-центрах. 

Corning також виробляє широкий асортимент інших скляних та керамічних виробів. Зокрема, компанія виробляє скло Gorilla Glass, яке використовується в екранах iPhone та іншої електроніки. 

Раніше цього року компанія Samsung Electronics оголосила, що її Galaxy S25 Edge буде оснащений новим склокерамічним покриттям від Corning під назвою Gorilla Glass Ceramic 2, яке забезпечує покращений захист у надзвичайно тонкому форм-факторі пристрою. В останньому продукті кристали, імплантовані в скляну матрицю, підвищують міцність кришки дисплея.

«Galaxy S25 Edge встановить новий стандарт майстерності та продуктивності, будучи нашим найтоншим пристроєм серії Galaxy S», – сказав Кванджін Бе, виконавчий віце-президент і керівник команди досліджень і розробок у галузі механіки. MX у Samsung Electronics. «Для підтримки цього проривного дизайну було важливо розробити матеріал дисплея, який був би водночас надзвичайно тонким і надійно міцним – завдання, яке об’єднало Corning і Samsung, об’єднаних спільним баченням цілеспрямованої інженерії та нас»ер-центричні інновації. Це бачення вбудовано у кожній деталі Galaxy S25 Edge».

З ринковою капіталізацією в 67.4 мільярда доларів, акції GLW зараз торгуються на рівні 78.67 долара, що на 65.6% більше з початку року. Цього тижня GLW досягла 52-тижневого максимуму в 78.81 долара. Компанія має насправді насолоджувався a масивний ралі протягом останніх двох років.

Його прибуток на акцію (TTM) становить 0.94, а коефіцієнт P/E (TTM) – 83.55. Компанія також пропонує своїм акціонерам дивідендну дохідність у розмірі 1.42%.