OLED-Mikrodisplays: hell, kontrastreich und ultra-stromsparend

Egal, ob in Wearables, der Diagnostik oder in der Sensorik allgemein – Mikrodisplays finden in vielen Bereichen Anwendung. Dank OLEDs geschieht das nicht nur stromsparend, sondern auch besonders kontrastreich. Dadurch sind immer kleinere Displays möglich.

Wie klein und wo Mikrodisplays konkret Anwendung finden können, weiß Philipp Wartenberg. Im Interview mit COMPAMED.de spricht der Abteilungsleiter IC und Systemdesign am Fraunhofer FEP über die Entwicklung neuer OLED-Stacks und deren Bedeutung für die Mikrodisplays.

Herr Wartenberg, die OLED-Mikrodisplay-Familie hat Zuwachs bekommen. Inwiefern erweitern die "neuen Familien-Mitglieder" das Portfolio?

Philipp Wartenberg: Bisher gab es in der OLED-Mikrodisplay-Familie unter den ultra-stromsparenden Varianten nur einfarbige Displays. Nun kommen zweifarbige und die ganze Palette von deren Mischfarben hinzu. Damit einhergehend wurde die Anzahl der Pixel gegenüber der monochromen Version verdoppelt beziehungsweise die Größe der Pixel halbiert. Durch die erweiterte Farbdarstellung ergeben sich weitere Anwendungsmöglichkeiten für die ultra-stromsparenden Mikrodisplays zum Beispiel in Richtung Anzeigen von Bildern von Wärmekameras. Die Anwendungen profitieren dabei von der geringen Stromaufnahme durch längere Laufzeit beziehungsweise kleinere Batterien und damit leichtere und portable Systeme und sind daher für den Einsatz in Wearables bestens geeignet.

Was bedeutet die Entwicklung neuer OLED-Stacks für die Displays?

Wartenberg: Neue OLED-Stacks können die Einsatzmöglichkeiten von Mikrodisplays erweitern, da sie signifikant zu deren Eigenschaften beitragen. Sie beeinflussen unter anderem die Farbtreue, Farbumfang, Helligkeit und Lebensdauer der Mikrodisplays. Durch die geschickte Kombination verschiedener Materialien lassen sich zum Beispiel Displays konstruieren, die auch im nahen Infrarot (NIR) emittieren und somit zu einer multispektralen, strukturierten Beleuchtung mit sichtbarer und NIR-Strahlung genutzt werden können. Anwendungen hierfür finden sich sowohl in der Medizintechnik als auch in Biologie und Automatisierung.

Sie entwickeln auch kundenspezifisch. Welche Anwendungen oder Einsatzbereiche decken die Mikrodisplays ab? Was ist noch denkbar?

Wartenberg: Über die oben erwähnten Anwendungen hinaus, sind Mikrodisplays natürlich wesentlicher Bestandteil von VR-/AR- und MR-Brillen. Auch als Navigationsanzeigen in Fahrrad- und Motorradhelmen sind sie nützlich, nicht zu vergessen in industriellen Anwendungen wie in der Logistik, der Anlagenwartung und der Montage. Da es sich um Mikrochips handelt, sind wir in der Lage, weitere Funktionen zu integrieren, wie zum Beispiel Sensoren. Damit sind intelligente Mikrodisplays möglich, wie beispielsweise unsere bidirektionalen Mikrodisplays. Diese enthalten neben dem Display eine Kamerafunktion. Dies ist für eine Vielzahl von Anwendungen interessant, unter anderem in der medizinischen Diagnostik und Therapie aber auch in der Sicherheitstechnik als hochaufgelöster, optischer Fingerprint-Sensor oder auch in industriellen Anwendungen.

Ein paar ganz konkrete Beispiele: In Pandemiezeiten können die Displays in Kombination mit einem Wärmesensor dem Pflegepersonal anzeigen, ob eine Patientin oder ein Patient Fieber hat; die im bidirektionalen Mikrodisplay integrierten Sensoren können zum Eyetracking genutzt und so körperliche Einschränkungen in der Interaktion überwunden werden; oder in der Metallverarbeitung kann das Wärmebild an einer Schweißnaht verfolgt werden. Dies sind Beispiele für das umfangreiche Anwendungsgebiet von Mikrodisplays im Near-to-eye Bereich.

Was sind die kleinsten Mikrodisplays im FEP-Portfolio und wie klein ist noch möglich?

Wartenberg: Die Größe eines Mikrodisplays wird immer aus der Applikation abgeleitet und ergibt sich aus den Parametern Auflösung, das heißt wie viele Pixel können dargestellt werden und der Größe der Pixel, welche in der Regel durch Optik und CMOS Technologie vorgegeben werden. Weiterhin spielt eine Rolle, ob es sich um ein monochromes Display, das heißt in diesem Falle wird nur ein (sub-)Pixel oder um ein farbiges Display, dann werden in der Regel ein rotes, grünes und ein blaues Subpixel benötigt, handelt. Am Fraunhofer FEP forschen wir in unterschiedlichen Richtungen. Neben dem offensichtlichen Trend zu immer kleineren Pixeln umfasst dies aber auch die Erforschung effizienter und an die Applikation angepasster CMOS-integrierbarer Lichtquellen, neuartiger hochintegrierter CMOS-Schaltungen und System-on-Chip (SoC) Lösungen sowie die Umsetzung von kundenspezifischen Spezialdisplays und Prozessen.