Höhere Auflösung für VR-Displays
Neue OLED-Mikrodisplays ermöglichen hohe Bildwiederholraten.
VR-Brillen liegen stark im Trend. Bisher sind sie allerdings meist noch recht sperrig und groß. Großflächige Mikrodisplays sollen das ändern: Sie erlauben ergonomische und leichte VR-Brillen. Neue Mikrodisplays erreichen nun erstmals sehr hohe Taktraten und haben mit „full-HD extended“ eine sehr gute Auflösung.
Abb.: Dank eines ausgeklügelten Systemkonzepts und moderner Designmethodik erzielt das neue OLED-Mikrodisplay eine Auflösung von 1920×1200 Pixel. (Bild: Fh.-FEP)
Kommerziell verfügbare VR-Brillen nutzen in der Regel Displays aus dem Smartphone-Markt. Diese sind relativ kostengünstig verfügbar und erlauben durch ihre Größe ein großes Sichtfeld mit einfachen Optiken. Der große Nachteil liegt allerdings in der verpixelten Bilddarstellung durch die limitierte Auflösung und die unzureichende Pixeldichte. Weiterhin kommen modulierende LCD- und LCOS-basierte Mikrodisplays zum Einsatz. Diese sind allerdings nicht selbstleuchtend, so dass eine externe Beleuchtung erforderlich ist. Um die VR-Brillen leicht und ergonomisch werden zu lassen, setzen einige Hersteller bereits auf OLED-Mikrodisplays. Sie sind sie energieeffizient und bieten sehr hohe Kontrastverhältnisse. Darüber hinaus ermöglicht der Wegfall der Hintergrundbeleuchtung einen vereinfachten Aufbau mit weniger optischen Komponenten.
Ein weiterer Vorteil besteht in der hohen Schaltgeschwindigkeit der OLED im Bereich von wenigen Mikrosekunden im Vergleich zu Millisekunden bei LCD. Dies ermöglicht hohe Bildwiederholraten sowie den Einsatz spezieller Modulationsverfahren zur Verbesserung des wahrgenommenen Bildes. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP in Dresden entwickeln im EU-Projekt LOMID – Large-area cost-efficient OLED microdisplays and their application – gemeinsam mit Industriepartnern neuartige OLED-Mikrodisplays, die deutlich bessere Eigenschaften haben als die handelsüblichen. „Unser Ziel ist es, eine neue Generation von OLED-Mikrodisplays zu entwickeln, die ein kompaktes Design der VR-Brillen erlauben und eine exzellente Bildqualität haben“, erläutert Philipp Wartenberg, Abteilungsleiter am Fraunhofer FEP. „Erreichen wollen wir das über ein spezielles Design des OLED-Mikrodisplays.“ Sie erreichen eine Auflösung von 1920×1200 Pixel (WUXGA). Die Bildschirmdiagonalen liegen bei einem Zoll, die Bilderwiederholrate bei 120 Hertz.
Der Mikrodisplay besteht aus zwei Komponenten: Dem Silizium-Chip zur Ansteuerung der Pixel sowie der OLED. Diese selbst besteht aus mehreren organischen Schichten, welche monolithisch auf Silizium-Wafern integriert werden. Welche Auflösung und Bildrate das Mikrodisplay hat, gibt der Chip vor – und zwar durch seine integrierte Schaltung. Der Clou liegt in der Art der Schaltung. „Die Kunst besteht nicht nur darin, Auflösung und Bildwiederholrate möglichst hoch zu schrauben, sondern dabei den Stromverbrauch auch noch möglichst gering zu halten“, sagt Wartenberg. „Das ist uns sehr gut gelungen – dank eines ausgeklügelten Systemkonzepts und moderner Designmethodik sowie unserer mehr als zehnjährigen Erfahrung im Design von OLED Mikrodisplays am Fraunhofer FEP.“
Einen ersten Prototyp stellen die Forscher nun auf dem European Forum for Electronic Components and Systems EFECS in Brüssel vor. Bis Mitte 2018 sollen weitere Prototypen folgen. Für die zeitnahe Überführung dieses Mikrodisplays in ein Produkt haben die beteiligten Industriepartner bereits Interesse signalisiert. Die Anwendungen der OLED-Mikrodisplays sind dabei keineswegs nur auf VR-Brillen begrenzt – auch wenn diese mittelfristig der größte Markt sein dürften. Sie eignen sich auch für andere Produkte, etwa Augmented-Reality (AR) Brillen oder View-Finder in Kameras. Die Basis-Technologie CMOS-integrierter Lichtemitter bietet jedoch auch Anwendungspotential in ganz anderen Marktsegmenten, etwa für optische Messtechnik oder in der Optogenetik.
Insbesondere für Mikrodisplays in verbrauchertauglichen Augmented–Reality (AR) Brillen sehen die Forscher noch einige bislang ungelöste Herausforderungen, die sie künftig angehen wollen: Sehr hohe Helligkeiten und Effizienz, gute Ausbeute bei großer Fläche, gekrümmte Oberflächen für kompaktere Optik, kreisförmige Leuchtflächen, irreguläre Pixel-Matrizen bei noch höherer Pixeldichte, integrierte Augenverfolgung und transparente Substrate.
Fh.-FEP / JOL
