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© 2017 Claudia Jacquemin | www.jacquem.in
VR-Brillen sind bislang meist schwer und überdimensioniert. Großflächige Mikrodisplays sollen das ändern: Sie ermöglichen ergonomische und leichte VR-Brillen. Die neuen OLED-Displays erreichen sehr hohe Taktraten und erzielen mit „full-HD extended“ eine sehr gute Auflösung.
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP in Dresden entwickeln gemeinsam mit Industriepartnern neuartige OLED-Mikrodisplays, die deutlich bessere Eigenschaften aufweisen sollen als die handelsüblichen.
„Unser Ziel ist es, eine neue Generation von OLED-Mikrodisplays zu entwickeln, die ein kompaktes Design der VR-Brillen erlauben und sich durch eine exzellente Bildqualität auszeichnen“, erläutert Philipp Wartenberg, Abteilungsleiter am FEP, das im Projekt für den Entwurf der integrierten Schaltung im Silizium-Chip, das OLED-Prototyping sowie die Gesamt-Projektkoordination zuständig ist. Zum einen sei ihre Auflösung höher: Sie erreichen extended full-HD, ihre Auflösung beträgt 1920 x 1200 Pixel (WUXGA). Die Bildschirmdiagonalen liegen bei einem Zoll, die Bildwiederholrate bei 120 Hertz. Das heißt: Es werden 120 Bilder pro Sekunde eingeblendet – Bewegungen in der virtuellen Welt wirken damit sehr flüssig.
Spezielle Schaltungen auf dem Chip
Das Mikrodisplay setzt sich aus zwei Komponenten zusammen: Dem Silizium-Chip zur Ansteuerung der Pixel sowie der OLED. Diese selbst besteht aus mehreren organischen Schichten, die 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 hochzuschrauben, 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 FEP.“
Einen ersten Prototyp gibt es bereits. Diesen stellen die Forscher auf dem European Forum for Electronic Components and Systems EFECS vor. Bis Mitte 2018 sollen weitere Prototypen folgen. Für die zeitnahe Überführung dieses Mikrodisplays in ein Markt-Produkt haben die beteiligten Industriepartner bereits Interesse signalisiert.
Die Anwendungen der OLED-Mikrodisplays seien dabei keineswegs nur auf VR-Brillen begrenzt – auch wenn diese mittelfristig der größte Markt sein dürften. Sie eignen sich darüber hinaus für andere Produkte, etwa Augmented-Reality-Brillen (AR) oder View-Finder in Kameras. Die Basis-Technologie CMOS-integrierter Lichtemitter (und ggf. –detektoren) biete auch Anwendungspotenzial in anderen Marktsegmenten, z.B. optischer Messtechnik, Identifikation oder Optogenetik.
Insbesondere für Mikrodisplays in Consumer-tauglichen Augmented Reality-Brillen sehen die Forscher noch einige bislang ungelöste Herausforderungen, die sie künftig angehen wollen: Sehr hohe Helligkeiten und Effizienz (wofür die bisherigen Farbfilter abgelöst und durch direkt strukturierte Emitter ersetzt werden müssen), gute Ausbeute bei großer (Chip-)Fläche, gekrümmte Oberflächen für kompaktere Optik, kreisförmige Leuchtflächen, irreguläre Pixel-Matrizen bei noch höherer Pixeldichte, integrierte Augenverfolgung und transparente Substrate.
