Neue Forschungsergebnisse der University of St Andrews ebnen den Weg für die Holografietechnologie, die das Potenzial hat, Smart Devices, Kommunikation, Gaming und Unterhaltung nachhaltig zu verändern. In einer neuen Studie haben Forscher der Fakultät für Physik und Astronomie ein neues optoelektronisches Gerät entwickelt, das auf der kombinierten Verwendung von holografischen Metasoberflächen (HMs) und organischen Leuchtdioden (OLEDs) basiert.
Bislang wurden Hologramme mit Lasern erzeugt. Die Forscher haben jedoch herausgefunden, dass die Verwendung von OLEDs und HMs einen einfacheren und kompakteren Ansatz darstellt, der potenziell kostengünstiger und leichter anzuwenden ist und damit die größten Hindernisse für eine breitere Nutzung der Hologrammtechnologie überwindet.
OLEDs und Metasurfaces als Bausteine der nächsten Display-Generation
Organische Leuchtdioden sind Dünnschichtbauelemente, die häufig zur Herstellung der farbigen Pixel in Mobiltelefon-Displays und einigen Fernsehern verwendet werden. Als flache und oberflächenemittierende Lichtquelle werden OLEDs auch in neuen Anwendungen wie der optischen drahtlosen Kommunikation, der Biophotonik und der Sensorik eingesetzt, wo sie sich aufgrund ihrer Integrationsfähigkeit mit anderen Technologien gut für die Realisierung miniaturisierter lichtbasierter Plattformen eignen.
Eine holografische Metasurface ist eine dünne, flache Anordnung winziger Strukturen, die als Meta-Atome bezeichnet werden – sie sind etwa tausendmal so groß wie die Breite eines Haares – und dazu dienen, die Eigenschaften des Lichts zu manipulieren. Sie können Hologramme erzeugen und finden in verschiedenen Bereichen Anwendung, beispielsweise in der Datenspeicherung, Fälschungssicherheit, optischen Anzeigen, Linsen mit hoher numerischer Apertur – zum Beispiel in der optischen Mikroskopie – und Sensorik.
Dies ist jedoch das erste Mal, dass beide zusammen verwendet wurden, um den Grundbaustein eines holografischen Displays herzustellen. Die Forscher fanden heraus, dass jedes Meta-Atom, wenn es sorgfältig geformt wird, um die Eigenschaften des durch es hindurchtretenden Lichtstrahls zu steuern, sich wie ein Pixel des HM verhält. Wenn Licht durch das HM hindurchgeht, werden die Eigenschaften des Lichts an jedem Pixel leicht verändert.
Durch diese Veränderungen ist es möglich, auf der anderen Seite ein vorab entworfenes Bild zu erzeugen, wobei das Prinzip der Lichtinterferenz genutzt wird, bei dem Lichtwellen bei ihrer Wechselwirkung miteinander komplexe Muster erzeugen.
Durchbruch in der Lichtsteuerung eröffnet neue Anwendungen für Holografie
Professor Ifor Samuel von der Fakultät für Physik und Astronomie sagte: „Wir freuen uns, diese neue Richtung für OLEDs aufzuzeigen. Durch die Kombination von OLEDs mit Metaoberflächen eröffnen wir auch eine neue Möglichkeit, Hologramme zu erzeugen und Licht zu formen.“
Andrea Di Falco, Professor für Nanophotonik an der Fakultät für Physik und Astronomie, sagte: „Holografische Metaoberflächen sind eine der vielseitigsten Materialplattformen zur Steuerung von Licht. Mit dieser Arbeit haben wir eine der technologischen Barrieren beseitigt, die den Einsatz von Metamaterialien in alltäglichen Anwendungen verhindern. Dieser Durchbruch wird eine grundlegende Veränderung in der Architektur holografischer Displays für neue Anwendungen ermöglichen, beispielsweise in der virtuellen und erweiterten Realität.“
Professor Graham Turnbull von der Fakultät für Physik und Astronomie erklärte: „OLED-Displays benötigen normalerweise Tausende von Pixeln, um ein einfaches Bild zu erzeugen. Mit diesem neuen Ansatz kann ein vollständiges Bild von einem einzigen OLED-Pixel projiziert werden!“ Bislang konnten Forscher mit OLEDs nur sehr einfache Formen erzeugen, was ihre Verwendbarkeit in einigen Anwendungen einschränkte. Dieser Durchbruch ebnet jedoch den Weg für ein miniaturisiertes und hochintegriertes Metasurface-Display.
