Mit großflächigen Mikrodisplays werden VR-Brillen leichter und kompakter

| Redakteur: Hendrik Härter

Mikrodisplays auf OLED-Basis sollen künftig VR-Brillen nicht nur schrumpfen lassen. Auch ihre Auflösung ist besser. Dank eines ausgeklügelten Systemkonzepts und moderner Designmethodik erzielt das OLED-Mikrodisplay eine Auflösung von 1920 × 1200 Pixel.
Mikrodisplays auf OLED-Basis sollen künftig VR-Brillen nicht nur schrumpfen lassen. Auch ihre Auflösung ist besser. Dank eines ausgeklügelten Systemkonzepts und moderner Designmethodik erzielt das OLED-Mikrodisplay eine Auflösung von 1920 × 1200 Pixel. (Bild: Fraunhofer FEP)

Mit neuartigen Mikrodisplays wollen Fraunhofer-Forscher VR-Brillen schrumpfen lassen. Gleichzeitig soll die Auflösung der Displays steigen.

Noch sind VR-Brillen groß und sperrig. Mit großflächigen Mikrodisplays soll sich das ändern. Das Fraunhofer FEP ist dabei, Mikrodisplays erstmals mit hohen Taktraten und hoher Auflösung zu entwickeln.

Bedarf besteht: Denn aktuell verwenden die Hersteller von VR-Brillen in der Regel Displays aus dem Smartphone-Markt. Sie sind kostengünstig und erlauben durch ihre Größe ein großes Sichtfeld. Allerdings ist ihre Auflösung schlecht, das Bild wirkt verpixelt.

Eine weitere Display-Familie sind modulierte LC- und LCOS-basierte Mikrodisplays, die allerdings nicht selbstleuchtend sind. Damit die VR-Brillen leichter werden, bieten sich OLED-Displays an. Sie basieren auf organischen Leuchtdioden, die auf einen Silizium-Chip integriert werden und leuchten von selbst.

Damit sind sie energieeffizient und bieten sehr hohe Kontrastverhältnisse >10.000:1. Darüber hinaus ermöglicht der Wegfall der Hintergrundbeleuchtung einen vereinfachten Aufbau mit weniger optischen Komponenten.

Hohe Bildwiederholraten und spezielle Modulationsverfahren

Ein weiterer Vorteil besteht in der hohen Schaltgeschwindigkeit der OLED, der sich bei wenigen Mikrosekunden im Vergleich zu Millisekunden bei LC-Displays bewegt. Das ermöglicht hohe Bildwiederholraten sowie den Einsatz spezieller Modulationsverfahren zur Verbesserung des wahrgenommenen Bildes und auch Flicker sowie Motion Sickness lässt sich reduzieren.

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 OLED-Mikrodisplays mit besseren Eigenschaften. Doch was ist an den Mikrodisplays aus dem Projekt besonders? Sie erreichen Extended-Full-HD mit 1920 × 1200 Pixel (WUXGA). Die Bildschirmdiagonalen liegen bei einem Zoll, die Bilderwiederholrate bei 120 Hz. Das heißt: Es werden 120 Bilder pro Sekunde eingeblendet. Bewegungen wirken sehr flüssig.

Auflösung hängt vom Chip ab

Das 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 Philipp Wartenberg, Abteilungsleiter am Fraunhofer FEP.

Einen Ausblick geben die Entwickler auch gleich: Die Anwendungen der OLED-Mikrodisplays sind keineswegs auf VR-Brillen begrenzt. Sie eignen sich für Augmented-Reality- (AR-)Brillen oder View-Finder in Kameras. Grundlage sind CMOS-integrierte Lichtemitter (und ggf. -detektoren).

Doch trotz der vielen Möglichkeiten sehen die Forscher bei den Mikrodisplays noch ungelöste Probleme: Sehr hohe Helligkeiten und Effizienz, 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.

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