OLED-Mikrodisplays
Glasklarer Blick in die erweiterte Realität
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Herausforderungen und Lösungen für AR
Im AR-Bereich ist es entscheidend, dass die in Wearables eingeblendeten Informationsebenen zwar kontrastreich, aber nahtlos erscheinen. OLED-Mikrodisplays müssen diese eingeblendeten Ebenen ohne Farbaufspaltung völlig transparent darstellen können (Bild 5). Auch erfordern AR-Anwendungen in Wearables eine Helligkeit von über 1000 cd/m2. Das bedeutet, dass das OLED-Mikrodisplay, bedingt durch Übertragungsverluste während der Projektion, mindestens einen Sollwert von 3000 cd/m2 aufweisen muss. Deshalb ist Sony Semiconductor Solutions bestrebt, die Helligkeit der Mikrodisplays weiter zu optimieren.
Die Forderung nach höheren Helligkeitswerten zieht Veränderungen im Lithografie-Prozess nach sich. Eine Maßnahme, die aus dem Sensorbereich stammt, ist der Einsatz von halbkugelförmigen Mikrolinsen, die im Glassubstrat direkt auf die Farbfilter aufgebracht werden. Diese sorgen bei der Lichtauskopplung aus jedem Subpixel dafür, dass das Licht so fokussiert wird, dass es den Filter ohne optisches Übersprechen eindeutig in seinen Rot-, Grün- oder Blau-Bereichen durchstrahlt. Damit werden Helligkeitswerte um das 1,8-fache erhöht und Farbverfälschungen verhindert, selbst bei starken Blickwinkel-Änderungen von ±50 ° (Bild 6).
Weiterhin konnte Sony Semiconductor Solutions die Lichtauskopplung durch den Einsatz eines neuen Kathodenmaterials deutlich verbessern. Anstatt einer Magnesium-Silberlegierung hat der Hersteller eine hochtransparente und sehr leitfähige Zinkoxid-Legierung verwendet. Damit ist beispielsweise bei einer Wellenlänge von etwa 450 nm die ausgekoppelte Lichtintensität um den Faktor 1,6 besser. Da sich das neue Kathodenmaterial auf verschiedene Wellenlängen unterschiedlich auswirkt, müssen die Transmissionseigenschaften der Farbfilter entsprechend angepasst werden. Über das gesamte Spektrum hinweg ist es durch die Änderung des Kathodenmaterials möglich, die Lichtauskopplung insgesamt um den Faktor 1,3 zu verbessern.
Bei der Herstellung des OLED-Moduls ECX335S (Bild 7), das seit Anfang 2020 serienmäßig verfügbar ist, hat Sony die beschriebenen Maßnahmen umgesetzt. Es bietet eine Helligkeit bis 3000 cd/m2 und ist damit für AR-Anwendungen geeignet. Durch den hohen Kontrast des OLED-Mikrodisplays erscheinen zusätzliche Informationsebenen nahtlos und sorgen für ein zufriedenstellendes AR-Erlebnis. Das ECX335S zeichnet sich zudem durch eine Full-HD-Auflösung, einen sehr kleinen Formfaktor und ein Kontrastverhältnis von 100.000:1 aus – womit es die Entwicklung von AR-Lösungen weiter vorantreiben wird.
Mixed und Augmented Reality auf dem Vormarsch
Das RoboticScope des Innsbrucker Unternehmens BHS Technologies ist auch ein Beispiel, das sich der Mixed Reality (MR) zuordnen lässt. Es verändert derzeit die Welt der Mikrochirurgie stark. Mit einem Head-Mounted-Display (HMD) am Kopf hat der Chirurg zwei digitale Mikrodisplays direkt vor seinen Augen und somit das Operationsfeld immer im Blick, ohne das Operationswerkzeug weglegen und seine Körperhaltung der Kamera anpassen zu müssen.
Dank lichtstarker OLED-Displays gibt es seit einiger Zeit auch Anwendungen im Bereich der Augmented Reality, die an Displays noch höhere Anforderungen stellen, unter anderem in punkto Helligkeit. Motorradfahrer und Mountainbiker kennen das: Die Hände sollten am Lenker und der Blick auf die Straße gerichtet sein und nicht auf die Instrumente. Doch zukünftig könnten das Navi und Smartphone am Lenker bald der Vergangenheit angehören. Die Hersteller sind derzeit dabei, Motorrad- und Fahrradhelme aufzuwerten: Head-up-Displays (HUDs) verbessern die Sicherheit entscheidend, denn die Navi-Daten beziehungsweise Informationen zum Fahrzeug oder zur Umgebung können in voller Farbe klar und deutlich im Visier visualisiert werden, ohne dass der Fahrer abgelenkt wird.
Auch eine AR-Reisebrille als Simultan-Übersetzungstool wäre möglich: Ein Algorithmus im Hintergrund erkennt die fremdländische Stimme, übersetzt die Fremdsprache und zeigt die Übersetzung in Echtzeit gut lesbar in der Brille an, während man seinem Gesprächspartner gegenübersteht und Blickkontakt hat. (kv)
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