Faszination Technik Forscher entwickeln semi-transparente emissive Mikrodisplays

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In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: ein semi-transpantes und sehr leichtes Mikrodisplay für Augmented-Reality-Anwendungen.

Immer mehr Augmented-Reality (AR)-Brillen und Durchsicht-Systeme mit unterschiedlichen Anwendungsbereichen drängen auf den Markt. Um die Akzeptanz dieser Geräte weiter zu erhöhen und den Tragekomfort zu verbessern, ist es wichtig, dass sie leicht und einfach bedienbar sind. Bei mobilen Geräten der Unterhaltungselektronik sind die wichtigsten Akzeptanzkriterien die Kompaktheit, die Akkulaufzeit sowie die Konnektivität, das App-Ökosystem und die Kosten.

Herausforderung Formfaktor

OLED-Mikrodisplays sind aufgrund ihrer sehr hohen Auflösung und ihres technologischen Niveaus ideal als Bildgenerator für Virtual-Reality (VR)-, AR- und Mixed-Reality-Anwendungen geeignet. Allerdings sind diese Mikrodisplays aufgrund ihrer siliziumbasierten Technologie nicht transparent. Für den Einsatz in Durchsicht-Datenbrillen und ähnlichen Geräten wird daher bisher ein komplexes optisches System benötigt, welches die Kombination von real gesehenem und virtuellem Bild ermöglicht. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf Gewicht, Größe und optische Effizienz der gesamten Brille.

Aktuelle optische See-through Near-to-Eye-Anzeigen (NTE) in Augmented-Reality-Geräten versuchen, das Problem des Formfaktors durch verschiedene technische Ansätze wie die Einkopplung von Bildern aus nicht transparenten Bildgebern in Wellenleiter- oder Faltelementoptiken zu lösen.

Forscher entwickeln leichtes und semi-transparentes Display

Im Rahmen des Projektes HOT („Hochperformante transparente und biegbare Mikro-Elektronik für photonische und optische Anwendungen“) haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS ein semi-transparentes Mikrodisplay entwickelt. Dieses Mikrodisplay ist deutlich leichter als herkömmliche combiner-basierte optical see-through near-to-eye Systeme und bietet eine hohe Auflösung. Dank der von ihnen neu entwickelten semi-transparenten OLED-auf-Silizium-Mikrodisplay-Technologie eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten für das optische Design von schlanken, augennahen Optiken.

Implementierung sehr dünner Schaltkreise

Philipp Wartenberg, Gruppenleiter IC- und Systemdesigns am Fraunhofer IPMS, erläutert: „Moderne und fortschrittliche Silizium-CMOS-Prozesse werden zunehmend auf Silizium-auf-Isolator-Wafern (SOI) angewendet. Diese Wafertechnologie kann für die Implementierung sehr dünner Schaltkreisschichten verwendet werden. Mit Hilfe eines spezifischen IC-Designs und eines geeigneten Prozessablaufs wird die Übertragung auf einen Glaswafer und dadurch die Herstellung semitransparenter Mikrodisplays möglich.“

Technik kurz erklärt

Die Entwicklung des Schaltkreises

Transparentes Mikrodisplay wird selbst zum Kombi-Element

Je nach Designansatz können bereits Mikrooptiken direkt auf dem Chip integriert werden. Das transparente Mikrodisplay selbst wird so zum optischen Kombi-Element, wodurch das optische System erheblich verkleinert und die optische Effizienz signifikant verbessert wird. Weitere interne Technologiestudien deuten darauf hin, dass Transparenzen von über 50 Prozent erreichbar sind.

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