Fraunhofer FEP Stromsparende Datenbrille

Das Energiespardisplay reduziert den Stromverbrauch von Datenbrillen.
Das Energiespardisplay reduziert den Stromverbrauch von Datenbrillen.

Datenbrillen spiegeln Information vor das Auge, ohne die Sicht des Träger zu stören. Um die Bilder abzuspielen, benötigt die Elektronik jedoch viel Strom. Nicht so das Energiespardisplay des Fraunhofer FEPs. Vom 8. bis 11. November stellt das Institut ihre Entwicklung auf der electronica vor.

Mit der Datenbrille bleiben die Hände frei und das Smartphone bleibt in der Tasche. Das ist für Mechaniker interessant, die über die Datenbrille Montagehinweise und Konstruktionspläne betrachten können, während sie mit den Händen die Werkzeuge halten. Über ein kleines Display spielen Datenbrillen Informationen oder Bilder auf das Auge des Anwenders. Die Daten empfängt das Brillengestell über Funkverbindung.

Doch trotz ihrer Vorteile haben Datenbrillen den Durchbruch noch nicht geschafft, denn die Displays verbrauchen viel Strom, da für das Videobild viele Daten verarbeitet werden müssen. Meist ist der Akku nach einer Stunde bereits entladen. Außerdem laufen die Mikroprozessoren schnell heiß. Das Brillengestell erwärmt sich, was gerade an der empfindlichen Schläfe unangenehm ist.

Ingenieure vom Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP in Dresden haben ein besonders Energie sparendes und zugleich sehr helles Display mit organischen Leuchtdioden (OLED) entwickelt. Sie basieren auf elektrisch leitfähigen organischen Halbleitern, die unter Spannung sehr helles Licht abgeben. Die OLEDs werden auf einen Silizium-Halbleiter aufgetragen, der die einzelnen Pixel ansteuert. Das FEP hat eine Kamerafunktion in den Chip integriert. So können die OLED-Mikrodisplays nicht nur Licht abgeben, sondern auch die Umgebung wahrnehmen. Dazu sitzt in jedem Pixel eine kleine lichtempfindliche Photodiode. Die Kamerafunktion ist zum Beispiel wichtig, um festzustellen, in welche Richtung der Brillenträger gerade blickt. Die Displays haben jedoch dasselbe Problem wie alle anderen Displays für Datenbrillen auch – den hohen Stromverbrauch.

Damit ein bewegtes Videobild nicht flackert, müssen in einer Sekunde wie bei einem Daumenkino nacheinander viele Bilder abgespielt werden – im Falle des Videodisplays sind es 60 Bilder. Die Steuerelektronik und der Chip müssen also große Datenmengen in Sekundenbruchteilen verarbeiten. Das benötigt viel Stom. Zudem heizen sich der Chip und die Steuerelektronik auf. Projektleiter Philipp Wartenberg und seine Kollegen vom FEP haben nun einen Weg gefunden, den großen Datenstrom zu verkleinern. »Wir steuern den Chip jetzt so, dass nicht ständig das gesamte Videobild erneuert wird, sondern nur jener Teil auf dem Display, in dem sich etwas verändert.« Läuft beispielsweise in einem Film ein Schauspieler durch ein Zimmer, ändert sich nur dessen Position, der Hintergrund hingegen nicht. Bei Anwendungen wie einem Navigationssystem für Radfahrer, bei dem nur Pfeile oder Meterangaben eingeblendet werden, sei es ohnehin unnötig, ständig das ganze Bild zu erneuern, sagt Wartenberg. »Wir haben die Schaltung so angepasst, dass sie nur den Teil des Datenstroms durchlässt, der sich verändert.«

Inzwischen existiert ein Prototyp, den die Experten electronica 2016 in München vorstellen. Während eine gewöhnliche Datenbrille eine Leistung von 200 mW benötigt, kommt das FEP-Display mit 2 bis 3 mW aus – also einem Hundertstel. Trotzdem leuchtet es dank der OLED-Technik hell. Die Pixel heutiger Displays, die auf eine schnelle, wiederholte Bilddarstellung ausgelegt sind, hören normalerweise nach kurzer Zeit auf zu leuchten. Bei einem Modell, das nicht ständig den gesamten Bildschirm aktualisiert, darf das nicht passieren, denn die stillen Bereiche des Displays erscheinen sonst schnell schwarz. Die Entwicklung des FEP steuert die Pixel so an, dass sie weiterleuchten.

Wartenberg kann sich vorstellen, dass das Display künftig nicht nur für die Industrie, sondern vor allem auch für Privatkunden und Sportler interessant sein könnte. Jogger könnten damit permanent ihren Puls kontrollieren und müssten im Lauf nicht mehr auf das Smartphone-Display schauen.