Neue Display-Technologie für Hologramme auf dem Handy

Ein Start-up hat eine Möglichkeit gefunden, klassische LCD-Technologie für dreidimensionale Bilder ohne Spezialbrille zu nutzen. Die ersten Display-Module dafür sollen noch dieses Jahr auf den Markt kommen.

In einer berühmten Szene in Star Wars lässt Prinzessin Leia R2D2 eine holografische Video-Botschaft von sich abspielen, in der sie Obi-Wan Kenobi um Hilfe bittet. Schon in naher Zukunft könnten Smartphones und andere Mobilgeräte ähnliche Funktionen bieten, sagt David Fattal.

Sein Unternehmen trägt passenderweise den Namen Leia und will diese Woche beim Mobile World Congress in Barcelona einen Prototypen seines neuen 3D-Display demonstrieren. Im Verlauf des Jahres dann will Leia ein kleines Display-Modul auf den Markt bringen, das farbige 3D-Bilder und –Videos aus 64 Blickwinkeln anzeigt, ohne dass Betrachter eine spezielle Brille dafür brauchen.

Der Schlüssel für die Technologie von Leia ist eine Erfindung von Fattal, die sich die Fortschritte bei den Möglichkeiten zunutze macht, die von Licht genommenen Pfade im Nanomaßstab zu kontrollieren. Zum ersten Mal hat der Gründer sein Konzept, das er als „Multiview-Backlight“ bezeichnet, vor zwei Jahren in einem Paper für Nature beschrieben. Damals war er Forscher in den HP Labs und beschäftigte sich mit optischen Verbindungen, über die Computer in Licht codierte Informationen austauschen. Doch Fattal wurde schnell klar, dass sich die Idee auch für holografische Bilder einsetzen ließe. Um sie zu realisieren, verließ er Hewlett-Packard.

Optische Verbindungen basieren auf Nanostrukturen mit der Bezeichnung Beugungsgitter. Diese sorgen dafür, dass Lichtstrahlen abhängig von dem Winkel, in dem sie eintreffen, in die richtige Richtung weitergeleitet werden. Fattals Überlegung war, dass sich diese Gitter auch anders nutzen lassen: Er wollte sie so auslegen, dass sie Licht in bestimmte Richtungen im Raum schicken, und so die Basis für ein holografisches 3D-Display schaffen.

Mit Leia hat Fattal sein ursprüngliches Konzept für bessere Bildqualität verfeinert und zudem eine Methode entwickelt, um die Hologramme mit Hilfe von konventionellen Flüssigkristalldisplays (LCDs) zu erzeugen. Das ist beeindruckend, denn es bedeutet, dass die Technologie zur Kommerzialisierung bereit ist, sagt Gordon Wetzstein, Professor für Elektrotechnik an der Stanford University, der sich mit Display-Technologien der nächsten Generation beschäftigt.

Jeder normale LCD-Bildschirm hat eine Komponente namens Hintergrundbeleuchtung (englisch: Backlight), die aus zwei Teilen besteht: einer Lichtquelle und einer daran befestigten so genannten Lichtführung aus Plastik. Die Führung leitet das Licht zu den Pixeln des Displays; auf diesem entstehen Bilder, weil bei den einzelnen Pixeln unterschiedliche Anteile des eintreffenden Lichts blockiert werden.

Im Wesentlichen hat Leia die normale Lichtführung durch eine weitaus aufwendigere Variante mit Gittern im Nanomaßstab ersetzt. Dadurch steuert sie wesentlich genauer, welche Richtung das Licht nimmt, bevor es den Pixel-Array erreicht. Statt das gesamte Licht wie bei konventionellen Displays in dieselbe Richtung zu leiten, lässt sich auf diese Weise ein einzelner Lichtstrahl genau zu einem bestimmten Pixel des Bildschirms schicken. Leia richtet das Display so ein, dass es 64 unterschiedliche Bilder anzeigt, von denen jedes aus 1/64 aller verfügbaren Pixel besteht. Diese Bilder werden dann so miteinander kombiniert, dass das Hirn des Betrachters ein vollständiges Hologramm wahrnimmt. Dadurch geht ein Teil der Auflösung verloren, was die Anwendung auf größeren Bildschirmen schwieriger macht. Bei heutigen Mobilgeräten aber ist die Auflösung schon so hoch, dass Betrachter nichts bemerken werden, sagt Wetzstein.

Das Unternehmen plant, zunächst testweise ein kleines Display-Modul auf einem asiatischen Markt herauszubringen. Gekauft werden soll es von frühen Anwendern, die dann mit der Entwicklung von neuen Anwendungen und Inhalten beginnen sollen.

Die größte Frage bei allen 3D-Displays lautet, vor allem nach dem Scheitern der jüngsten Welle an 3D-Fernsehern, wie sich Kunden dazu bringen lassen, Geld für sie auszugeben. Eine Chance scheint hier der Bereich mobiles Gaming zu bieten.

Leia stellt auf seiner Website Ressourcen zur Verfügung, mit denen Entwickler bestehende 3D-Grafiken und –Animationen in Inhalte umwandeln können, die sich für das neue Konzept eignen. Inhalteentwickler können zum Beispiel 3D-Grafiken oder –Animationen importieren, die schon im Web oder für ein Spiel verwendet werden. Das Werkzeug von Leia macht daraus dann automatisch die 64 Teilbilder, die für das Generieren eines Hologramms gebraucht werden.

Holografische Videos, die stärker dem von Prinzessin Leia ähneln, sind noch nicht möglich. Ihr Bild schien von allen Seiten sichtbar zu sein, mit der Leia-Technologie aber ist es bislang nur möglich, ein Hologramm in einem 60-Grad-Bogen anzuzeigen – und selbst das erfordert 64 exakt positionierte Kameras. Beim Mobile World Congress will Fattal einen Videochat in Echtzeit vorführen, braucht dafür aber einen sperrigen Kamera-Array. Er hofft darauf, diesen Aufbau noch zu einem Einzelgerät vereinfachen zu können. Zum Beispiel könnte künftig ein Satz Kameras auf dem TV-Gerät stehen, von dort aus Bilder von der Person davor aufzeichnen und sie über das Internet zu einem anderen Bildschirm schicken, auf dem dann das Hologramm angezeigt würde. „Das ist in nicht allzu weit entfernter Zukunft absolut machbar“, sagt Fattal.

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