Die Anfänge von am Kopf zu tragenden Bildschirmlösungen (Head-Mounted Displays, HMDs) reichen bereits bis in die 1960er Jahre zurück. Weiterentwickelte Datenbrillen, bei denen man zunächst an den Entertainment-/ Gaming-Sektor denkt, wurden in den 1990er Jahren vor allem in professionellen Szenarien eingesetzt, wie zum Beispiel beim Training von Piloten oder auch zur Roboterprogrammierung. Heute sind Datenbrillen und HMDs inmitten des Zeitalters der Industrie 4.0 in der Produktion, der Wartung oder dem medizinischen Bereich nicht mehr wegzudenken.

Das Fraunhofer FEP entwickelt seit mehr als 10 Jahren Anwendungen und Displaylösungen auf Basis der OLED-auf-Silizium-Technologie, die für den Einsatz in Datenbrillen und HMDs prädestiniert sind. Inzwischen existiert bereits eine ganze Reihe an OLED-Mikrodisplays, an deren Parametern kontinuierlich weiterentwickelt wird. Dabei wird jedes Display applikationsspezifisch ausgelegt, denn Parameter wie Helligkeit, Auflösung, Stromverbrauch, Bildschirmgröße und Komplexität der Elektronik spielen eine große Rolle für die zunehmend professionellen und anspruchsvollen Anforderungen.

In Vorhaben, wie dem öffentlich geförderten Projekt „Glass@Service“, stand konkret die Entwicklung von AR-Datenbrillen im Mittelpunkt. Dahingehend haben die Wissenschaftler nun die Anforderungen für OLED-Mikrodisplays passend für den industriellen Einsatz evaluiert. Abbildung 1 stellt die Anforderungs-Parameter-Matrix verschiedener Mikrodisplays für unterschiedliche Anwendungsfälle vergleichend vor.

Ein Teil dieser Anwendungsfälle wird bereits durch existierende OLED-Mikrodisplay-Lösungen am Fraunhofer FEP abgedeckt: In Wearables kommt ein Look-Around Display mit relativ geringer Auflösung und Bildwiederholrate zum Einsatz, welches in der Anwendung jedoch durch sehr hohe Helligkeiten und eine extrem geringe Stromaufnahme punkten kann. Ganz andere Anforderungen stellen VR-Anwendungen – hierfür wurde speziell ein hochaufgelöstes WUXGA - Mikrodisplays mit 2.3M Pixeln und 1 Zoll Bildschirmdiagonale entwickelt.
Dieses Portfolio wird nun durch eine neue Generation von OLED-Mikrodisplays ergänzt, welche perfekt auf die Anforderungen industrieller AR-Datenbrillen abgestimmt ist (Abbildung 2). Philipp Wartenberg, Abteilungsleiter für IC- und Systemdesign, stellt vor: „Unser neues „720p Mikrodisplay“ zeichnet sich durch hohe Bildraten und hohe Kontrastverhältnisse auf Basis der OLED-auf-Siliziumtechnologie aus. Es bietet gleichzeitig einen geringen Stromverbrauch und erfüllt damit ein wichtiges Kriterium für AR-Anwendungen. Mit einer Auflösung von 1280 × 720 Pixeln bei einer Bildschirmdiagonale von 0,64 Zoll und einer Subpixelgröße von 5,5 Mikrometer bietet es qualitativ hochwertige Bilder bei einer geringen Leistungsaufnahme von 160 Milliwatt bei 120 Hertz Bildwiederholrate.“

Neben den Displayparametern wartet das neue OLED-Mikrodisplay mit einer einfachen Steuerelektronik zur unkomplizierten Integration in tragbare Systeme auf und wird künftig ebenfalls als Evaluation Kit angeboten.

Ein erster Prototyp eines HMDs mit Durchsichtoptik für AR-Anwendungen (Abbildung 3) in der Industrie ist mit diesen 720p-Displays ausgestattet. Auf der SID Display Week, vom 12. bis 16. Mai 2019, in San José, USA, wird die neue Generation der OLED-Mikrodisplays vorgestellt. Die Wissenschaftler des Fraunhofer FEP stehen für Projekte zu weiteren Entwicklungen dieser Displaytechnologie bereit.

Fraunhofer FEP auf der SID Display Week 2019:

Ausstellung:
14. – 16. Mai 2019
San Jose Convention Center, San Jose, USA
Stand Nr. 1417

Vorträge:
Mittwoch, 15. Mai 2019 / 14:45 Uhr:
Exhibitors´ Forum Presentation, Executive Ballroom
Session 5: AR/VR
F5.2: OLED Microdisplays: Choose the right device for your application
Judith Baumgarten, Fraunhofer FEP

Donnerstag, 16. Mai 2019 / 10:40 - 12:00 Uhr
Raum 220 B
Session 52: OLED AR/VR Applications (Augmented, Virtual and Mixed Reality / OLED)
52.2: Invited Paper: “A New 0.64” 720p OLED Microdisplay for Application in Industrial See-Through AR HMD”, Philipp Wartenberg, Fraunhofer FEP

Konsortium: