OLED-Mikrodisplays

Glasklarer Blick in die erweiterte Realität

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

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Viel schneller als LCoS-Technik

Die Reaktionszeit marktüblicher OLED-Displays liegt im Mikrosekundenbereich. Grob lässt sich sagen, dass sie über tausendmal schneller als LCoS-Displays reagieren. Beim Kontrast erzielen moderne OLED-Mikrodisplays ein Verhältnis von 100.000:1 im Gegensatz zu 150:1 bei den LCoS-Displays. Zudem zeigen OLEDs selbst bei niedrigen Grauwerten eine hohe Farbtreue. Ihre Leuchtkraft erzielen sie mit niedriger Leistungsaufnahme, denn sie benötigen keine Hintergrund-Beleuchtung. Sie zeigen auch keine Probleme bei niedrigen Temperaturen, wohingegen LCoS ab etwa –10 °C aufgrund ihrer Reaktionszeit träge reagieren können. Zudem weisen OLED-Displays eine hohe Pixeldichte und Auflösung auf, weshalb sie in vielen Anwendungen zunehmend die heute verbreitete LCoS-Technik ersetzen (Bild 3).

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Bild 3: OLED-Mikrodisplays erobern immer mehr Anwendungen.
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Gleichwohl sind OLED-Screens hinsichtlich ihrer maximal erreichbaren Helligkeit den LCoS grundsätzlich unterlegen. Auch das altbekannte Problem des Einbrennens von OLED-Displays, also die unterschiedliche Alterung und damit auch die unterschiedliche Helligkeit von benachbarten Pixeln bei immer wiederkehrendem Bildschirminhalt, stellt ihre Tauglichkeit in Frage, zum Beispiel bei industriellen Applikationen mit langen Produktlebenszyklen. Jedoch beheben aktuelle Entwicklungen rund um die OLED-Mikrodisplay-Technik diese Problematik bei den meisten Anwendungen. Dafür sorgen zum einen neuartige Eigenschaften wie die Orbit-Funktion von Sony Semiconductor Solutions, zum anderen aber auch generell die längere Lebensdauer sowie die gesteigerte Lichtauskopplungseffizienz aktueller OLEDs.

Herausforderungen und Lösungen für EVF und VR

In EVFs und HMDs für VR-Anwendungen ist der Bauraum eng begrenzt. Deshalb ist hier ein kleiner Display-Formfaktor nötig. Um das Sichtfeld bei gleichem Format zu vergrößern, ist es sinnvoll, die Auflösung durch ein Verkleinern des Pixelabstands zu erhöhen. Hatten die OLED-Mikrodisplays der zweiten Generation von Sony Semiconductor Solutions noch einen Pixelabstand von 7,8 µm (3300 ppi), so konnte der Hersteller diesen Wert in der aktuellen Generation auf 6,3 µm verkleinern. Dies bedeutet eine Pixeldichte von mehr als 4000 ppi mit entsprechend höherer Auflösung bei gleichem Formfaktor.

Hierbei hat sich gezeigt, dass sich die Emissionseffizienz erhöhen und eine längere Lebensdauer erzielen lässt, wenn man die Emissionsstruktur mit Farbfiltern anpasst. So wird der Farbfilter im OLED-Herstellungsprozess direkt auf dem Siliziumsubstrat aufgetragen. Mit einem solchen On-Chip-Color-Filter-(OCCF)-Array verringert sich der Abstand zur lichtemittierenden Schicht. Das reduziert die Möglichkeit zum optischen Übersprechen (Photonen-Crosstalk). Außerdem verbessert sich der Blickwinkel auf den Pixel, da sich der Filter nun näher am Subpixel befindet, wodurch sich der Strahlungswinkel und damit der Blickwinkel vergrößert (Bild 4).

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Bild 4: Vergleich von OCCF-Design mit herkömmlichem OLED-Aufbau.
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Diese Fortschritte machen sich VR-Entwickler zunutze und erzielen mit den aktuellen OLED-Mikrodisplays von Sony Semiconductor Solutions sehr gute Ergebnisse. Ein typisches 0,5-Zoll-Mikrodisplay für VR-Anwendungen ist das Modell ECX339A, das mit einer UXGA-Auflösung von 1600 × 1200 Pixeln, einer Bildrate von 120 fps und einem Kontrastverhältnis von 100.000:1 gut für VR-Anwendungen geeignet ist. Mit einem minimalen Pixelabstand von 6,3 µm hat das kleine Display eine hohe Pixeldichte von 4032 ppi. Die maximale Helligkeit von 1000 cd/m2 ist für VR vollkommen ausreichend, aber für AR nicht optimal. Jedoch gibt es hierfür zwischenzeitlich gute Alternativen.


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  2. Viel schneller als LCoS-Technik
  3. Herausforderungen und Lösungen für AR

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