OLED-Mikrodisplays

Glasklarer Blick in die erweiterte Realität

2. November 2020, 13:00 Uhr | David Kallenbach

Durch eine geschickte Kombination verschiedener Maßnahmen konnte Sony Semiconductor Solutions die Helligkeit von OLED-Mikrodisplays bei gleichbleibender Lebensdauer um das Dreifache steigern. Damit sind diese Displays nun auch für den stark wachsenden Augmented-Reality-Markt geeignet.

Organische Leuchtdioden (Organic Light Emitting Diodes, OLEDs) kommen in immer neuen Anwendungen vor, so auch in Near-to-Eye-Applikationen (NTE). Dabei kann es sich um elektronische Sucher (Electronic Viewfinder, EVF) oder Head-Mounted-Displays (HMDs) handeln. Letztere kommen in Anwendungen der virtuellen Realität (VR) und der Augmented Reality (AR) ebenso vor wie in Systemen, die die natürliche Wahrnehmung eines Nutzers mit einer künstlichen, computererzeugten Wahrnehmung mischen (Mixed Reality, MR). Ein Beispiel für eine MR-Anwendung ist die Fernunterstützung von Servicetechnikern. Dabei erfasst eine Kamera zunächst das Blickfeld des Technikers, der dann alle relevanten Informationen und Handlungsanweisungen für Wartung oder Reparatur aus der Ferne (zum Beispiel aus der Zentrale oder dem Backoffice) in einem am Kopf angebrachten Head-Mounted-Display (HMD) in realer Umgebung dargestellt bekommt.

Framos ist ein Unternehmen, das für ein solches HMD die Displays, die Ansteuerung und die Vergrößerungsoptiken beisteuert. Wichtige Aspekte bei der HMD-Entwicklung sind hohe Auflösung und Bildfrequenz, geringe Leistungsaufnahme sowie großer Kontrast und Farbumfang. Außerdem sind kurze Latenzzeiten, kleine Abmessungen und eine gesicherte Verfügbarkeit der Komponenten beziehungsweise Upgrade-Fähigkeit der Displays erforderlich. Gut geeignet für solche Anwendungen sind die neuesten OLED-Mikrodisplays von Sony Semiconductor Solutions.

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Grundsätzlich lassen sich anspruchsvolle NTE-Applikationen mit verschiedenen technischen Ansätzen lösen. OLEDs liegen hier im Trend, etwa bei EVF und VR; nur für den AR-Bereich hat bisher die notwendige Helligkeit gefehlt. Eine Methode, um Bilder mit hoher Helligkeit zu erzeugen, ist Digital Light Processing (DLP). Das ist eine von Texas Instruments entwickelte Projektionstechnik, bei der ein Mikrosystem (MEMS) innerhalb des Projektionswegs ein Bild durch gezielte Reflexion an schwenkbaren Mikrospiegeln erzeugt. Ein anderer Lösungsansatz sind Flüssigkristallanzeigen (LCDs, Liquid Crystal Displays) und LCoS (Liquid Crystal on Silicon). Allerdings ermöglichen selbst aktuelle LCoS-Varianten aufgrund ihrer inhärenten, lichtblockenden Displaystruktur keine vollständige Abdunkelung der Schwarzwerte. Deshalb ist hier das Schwarz eher ein dunkles Grau, was dazu führt, dass diese Displays Schwächen beim Kontrast zeigen (Bild 1).

OLED-Displays für Augmented Reality

In den letzten Jahren haben Hersteller wie Sony Semiconductor Solutions verschiedene Maßnahmen geschickt kombiniert, um OLED-Mikrodisplays auch für AR-Anwendungen zu optimieren, wobei es auf große Helligkeit, guten Kontrast und geringe Leistungsaufnahme ankommt. Generell kommen OLED-Displays in Near-To-Eye-Applikationen schon seit Jahren zum Einsatz. Aufgrund ihrer stark verbesserten Helligkeit eignen sie sich nun auch für den AR-Bereich. Sie gelten heute als gute Alternative zur DLP- und LCoS-Technik.

OLED-Mikrodisplays bieten eine sehr hohe Auflösung und hohe Helligkeit bei winzigen Display-Abmessungen. Aufgrund des geringen Stromverbrauchs, ihrer kleinen Abmessungen und der vereinfachten Ansteuerelektronik eignen sich OLED-Mikrodisplays für kleine und stromsparende Embedded-Systeme. Ausgestattet mit einer dedizierten Optik zur Vergrößerung der winzigen Displayoberfläche lassen sich OLED-Mikrodisplays einfach in Brillen-, Sucher- und Projektionsanwendungen integrieren.

OLED-Mikrodisplays bauen Bilder sehr schnell auf, das heißt, die Bewegungsabläufe wirken sehr flüssig (Bild 2). Die hohe Auflösung macht die Ansichten sehr scharf und kontrastreich. Auch bei schrägem Blickwinkel wirken die Farben immer noch kräftig. Neben sattem Rot, Grün und Blau zeigt sich das besonders bei tiefem Schwarz. Denn anders als die LCoS-Technik haben OLED-Displays keine Hintergrund-Beleuchtung: Jeder einzelne Subpixel leuchtet selbst – oder eben nicht. Somit ist ein tiefes Schwarz möglich.