Durchsichtige OLED-Mikrodisplays für AR-Brillen

Das Fraunhofer IPMS aus Dresden hat auf der Display Week einen neuen Ansatz vorgestellt, wie man das virtuelle Bild von OLED-Mikrodisplays ohne verlustbehaftete Optik den realen Bildern in einer AR-Brille überlagern kann. Sie entwickelten dazu eine hochauflösende semitransparente CMOS-Backplane für OLED-Mikrodisplays, durch die die Brillenträger direkt durchschauen. Die nicht-transparenten Leuchtelemente haben sie darin zu kleinen Blöcken zusammengefasst, jenseits der Blöcke ist der Chip transparent.

Umwegig zum Auge

Normalerweise wird das Bild in Augmented-Reality-Brillen (AR) von kleinen Mikro-Displays über Lichtwellenleitern zum Brillenglas geführt, dort an einem Beugungsgitter wieder ausgekoppelt und zum Auge gelenkt. Die kompakten AR-Displays erzielen sehr hohe Pixeldichten von teilweise über 5000 dpi. Als bildgebende Displays dienen kleine LCD- und LCOS-Projektions-ICs, Mikro-OLEDs und künftig auch Mikro-LED-Displays. Während man für LCD und LCOS zusätzlich eine Lichtquelle benötigt, erzeugen Mikro-OLED und künftig auch Mikro-LED-Displays das Bild direkt auf dem CMOS-Chip.

Allerdings ist das gesamte optische System aus bildgebendem Chip, Lichtleiter und Auskopplungsoptik verlustbehaftet, es gelangt am Ende nur wenig Licht aus dem Brillenglas zum Auge. Das treibt den Energiebedarf in die Höhe, was für die kompakten Mobilsysteme ungünstig ist. Bei dem semitransparenten Mikro-OLED zum Durchschauen der Fraunhofer Wissenschaftler kann ein Großteil der lichtschluckenden Teile entfallen.

Geclustert

In ersten Mustern konnten die Fraunhofer Wissenschaftler eine Lichtdurchlässigkeit von 22 Prozent für das Gesamtsystem erzielen. Maximal sei eine Transparenz von 50 Prozent möglich, erklärte Philipp Wartenberg, der den semitransparenten OLED-Chip am Fraunhofer Institut entwickelt hat. Der aktuell monochrome Chip beherbergt 7 mal 4 Cluster auf einer aktiven Fläche von 14,3 mm x 7,76 mm, jedes Cluster ist knapp 1 Millimeter groß und liegt 2,24 Millimeter vom nächsten entfernt.

Die Subpixel haben eine Kantenlänge von 3,5 Mikrometer, der monochrome Chip hat also über 7200 dpi. Für farbige Bilder wollen die Dresdener Wissenschaftler Vierergruppen aus roten, grünen, blauen und weißen Sub-Pixeln (WOLED) bilden. Kleine Linsen auf dem Mikro-OLED setzen die geclusterten Teilbilder zu einem Gesamtbild zusammen, das beim Blick durch den Chip in etwa zwei Metern Entfernung vor dem Chip respektive der AR-Brille schwebt. Weil der semitransparente Mikro-OLED-Chip direkt ins Sichtfeld der Brille integriert wird, steigt die Effizient des Gesamtsystems. Am Gemeinschaftsstand des Deutschen Flachdisplay Forums (DFF) konnten wir einen Blick durch das Mikro-OLED werfen.

(uk)