Transparente emissive Mikrodisplays für ultraleichte und kompakte Augmented-Reality-Systeme

In der heutigen Zeit drängen immer mehr Augmented-Reality (AR)-Brillen und Durchsicht-Systeme mit unterschiedlichen Anwendungsbereichen 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 (Volumen, Gewicht), die Akkulaufzeit sowie die Konnektivität, das App-Ökosystem und die Kosten.

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 (optical combiner). 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 zu lösen, wie z.B. die Einkopplung von Bildern aus nicht transparenten Bildgebern in Wellenleiter- oder Faltelementoptiken.

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS haben jahrelange Erfahrung in der Entwicklung innovativer Designs für neuartige Mikrodisplays und verfügen über ein weltweit einzigartiges Know-how auf diesem Gebiet. 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.

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.“

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 % erreichbar sind.

Das Team freut sich über den erfolgreichen ersten Technologiedemonstrator des transparenten Mikrodisplays. Sie arbeiten weiterhin an der Steigerung der Transparenz und stehen für kunden- und anwendungsspezifische Entwicklungen bereit, um diese neuartige Technologie zur Marktreife zu bringen.

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