Höhere Auflösung für VR-Displays

  • 05. December 2017

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)

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

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