Suche
Generic filters

Was sind die Vorteile der M-OLED-Technologie und welche Anwendungen profitieren?

Was sind die Vorteile der M-OLED-Technologie und welche Anwendungen profitieren?

OLEDs sind momentan einer der vielversprechendsten und zukunftsweisenden Display-Technologien. Die aus Si-Wafer-Substraten bestehenden Displays sind papierdünn und bieten eine hohe Helligkeit und Farbwiedergabe bei gleichzeitig geringem Stromverbrauch. Wie funktioniert diese Technologie, welche Vorteile bietet sie und für welche Anwendungen eignet sie sich besonders?

Abgesehen von der Sonne gibt es in der Natur hauptsächlich zwei Wege, Licht zu erzeugen: Erstens durch Chemolumineszenz, bei der die Lichtemission durch eine chemische Reaktion hervorgerufen wird. Ein Beispiel für eine solche Chemolumineszenz ist das Glühwürmchen, bei dem ein anregbarer Stoff (Luciferin) unter Nutzung eines Katalysator-Enzyms (Luciferase) reagiert und dadurch Licht abgibt. Zweitens durch Elektrolumineszenz, bei der ein Objekt durch Anlegen einer elektrischen Spannung dazu angeregt wird, Licht zu emittieren. Für elektronische Displays in Fernsehern, Kameras und industriellen Displays wurden in der Vergangenheit vorwiegend LCDs verwendet, welche Bilder auf Basis von hinterleuchteten Flüssigkristallen anzeigen. Organische LEDs dagegen emittieren Licht direkt beim Anlegen von Spannung, die aus sich selbst heraus leuchtenden OLEDs zeigen dabei viele Vorteile und erobern den Markt mit Schnelligkeit und brillanter Farbwiedergabe.

Wo liegen die Unterschiede zur LCD-Technologie?

Im Gegensatz zu LCDs geben die LEDs in OLED-Displays Licht basierend auf organischen Chemikalien ab. LCDs bestehen aus Flüssigkristallen und müssen von der Rückseite hinterleuchtet werden. OLED-Displays hingegen sind selbstleuchtend, erfordern keine rückseitige Beleuchtung und haben den Vorteil, dass sie weniger Strom verbrauchen. Da in einem LCD auch die eigentlich dunklen Bereiche hinterleuchtet sind und damit je nach Position der Flüssigkristallmoleküle sogenannte Light-Bleeds entstehen, verschlechtert sich der Bildkontrast. Im Falle der selbstleuchtenden OLED-Displays leuchtet jeder Pixel einzeln, sodass tatsächlich nur die aktiven Pixel sichtbar werden. Basierend auf diesem grundlegenden Unterschied bieten OLED-Displays einen höheren Kontrast, höhere Slew-Raten und einen größeren Farbraum.

LCDs müssen in Glas eingebettet sein (siehe Abbildung 1) und sind damit sehr starr und dick. Im Gegensatz dazu können OLED-Displays auch aus weichem, biegsamen Kunststoff bestehen und deutlich dünner sein (siehe Abbildung 2). Aus technischer Sicht bieten OLED-Displays zahlreiche zusätzliche Vorteile gegenüber LCDs. Der Betrachtungswinkel spielt bei OLEDs praktisch keine Rolle und sie haben sehr kurze Schaltzeiten, selbst bei niedrigen Temperaturen. Darüber hinaus sind OLED-Displays heller und leistungsfähiger als LCDs. Die M-OLED-Technologie wurde speziell für Mikroformat-Displays in der Industrie entwickelt. Einsatzbeispiele sind beispielsweise Sucher in Kameras, Kameradisplays in sogenannten Wearables, intelligente Brillen sowie Sensor-Displays in der Bildverarbeitung.

MOLED_DE_1-und-2

Abbildung 1: Aufbau eines LCD                                 Abbildung 2: Aufbau eines OLED-Microdisplays  

 

Vorteile der M-OLED-Technologie

Welche Vorteile zeigt die M-OLED-Technologie gegenüber LCDs genau? Hierzu zählen die extrem schnellen Schaltzeiten, eine höhere Helligkeit und ein deutlich besseres Kontrastverhältnis im Vergleich zur LCD-Technologie.

Schaltzeit – M-OLED ist eine emissionsbasierte Displaytechnologie. Nachdem Spannung an das Display angelegt wurde, beginnen die Elektronen von der Anode und der Kathode zur Emitterschicht zu wandern und dort zu rekombinieren (siehe Abbildung 3). Die Lichtemission beginnt sofort und erzeugt das Bild auf dem Display. LCD’s, also flüssigkristallbasierte Displays funktionieren dagegen wie ein Rohr, welches das Licht nur in einer Richtung wandern lässt. Beim Anlegen der Spannung dreht sich das Rohr um 90 Grad, wodurch Licht an das Display abgegeben wird. Die Drehung der Flüssigkristallmoleküle ist für die langsamere Schaltzeit der LCDs verantwortlich (siehe Abbildung 3). Die Schaltzeit von OLED-Microdisplays ist dagegen extrem schnell. Die Lichtemission startet innerhalb weniger Mikrosekunden, während die gemessene Schaltzeit bei LCDs im Millisekundenbereich liegt. Bei niedrigen Temperaturen treten die Unterschiede zwischen LCD- und M-OLED-Technologie noch deutlicher hervor. Bei Minustemperaturen (oC) steigt die Reaktionszeit von LCDs drastisch an, während sie bei OLED-Microdisplays ungefähr gleich bleibt (siehe Abbildung 3).

MOLED_DE_3

Abbildung 3: Vergleich von M-OLED und LCD im Betrieb

Die durchschnittliche Schaltzeit der reflektiven LCD-Technologie beträgt 2 Millisekunden, wobei diese Verzögerung zu einer Farbaufspaltung führt. Transmissive LCDs weisen eine Verzögerung von bis zu 5 Millisekunden auf, was Bewegungsunschärfen verursacht. OLED-Microdisplays besitzen eine Schaltzeit von maximal 0,01 Millisekunden bzw. 10 Mikrosekunden (siehe Abbildung 4) und zeigen daher weder Farbaufspaltungen noch Bewegungsunschärfen.

MOLED_DE_4

Abbildung 4: Auswirkung der Schaltzeit auf die Bildqualität

Farbwiedergabe – Schwarze Farben erscheinen bei der M-OLED-Technologie als echtes Schwarz, da jeder Pixel selbst leuchtet und somit keine Lichtübertragung von Nachbarpixeln auftritt. Genau dies ist jedoch aufgrund der “ständig aktiven” Hintergrundbeleuchtung bei LCD’s festzustellen. Da OLED-Displays keine aktive Hinterleuchtung erfordern, bleibt ein Pixel im Ruhezustand vollständig schwarz. Dieser “Echtschwarz”-Zustand führt zu höherem Kontrast, verbesserter Helligkeit und gesättigter erscheinenden Farben, wie die nachstehenden Beispielbildern zeigen (siehe Abbildung 5).

MOLED_DE_5

Abbildung 5: Black Level bei OLED-Microdisplays und LCDs im Vergleich

Der Farbraum entsteht bei OLED-Microdisplays auf andere Weise als bei reflektiven oder transmissiven LCDs. Reflektive LCDs werden im “feld-sequenziellen” Modus betrieben; bei der Lichtemission entsteht eine Zeitverzögerung. Transmissive LCD-Pixel haben einen Farbfilter, der die Pixel in die jeweiligen RGB-Komponenten aufspaltet. Bei der M-OLED-Technologie dagegen wird jede weiße OLED mit einem roten, grünen oder blauen Farbfilter überlagert, sodass das gesamte emittierte Licht auf einmal abgegeben wird. Der sRGB-Farbraum von M-OLED-Displays erreicht 113 % bei Weiß, 100 % bei Grau und 90 % bei Grau, während beide LCD-Technologien nur Werte von 120/80/40 und 90/70/40 erreichen. Durch die Art der Pixelanordnung wird das Kontrastverhältnis für OLED-Microdisplays auf über 100 000:1 erhöht – im Vergleich zu 150:1 und 300:1 bei LCDs. Die gemessenen Unterschiede sind nicht nur rein technischer Natur, die verbesserte Farbwiedergabe ist direkt sichtbar und wirkt sich insbesondere bei geringer Leuchtdichte enorm aus.

Vergleicht man den erforderlichen technischen Aufwand, der bei reflektiven LCDs aus Hinterleuchtung, Polarisator und Panel besteht, wobei transmissive LCDs sogar noch einen zusätzlichen Polarisator erfordern, punkten M-OLED-basierte Geräte ebenfalls. Sie können deutlich kleiner und dünner gebaut werden können als LCDs. OLED-Microdisplays unterstützen so eine Miniaturisierung der Systeme und Geräte in jeglicher Hinsicht, was sich auch in einer geringeren Leistungsaufnahme und Wärmeabgabe auswirkt. OEM-Hersteller profitieren insbesondere von der erhöhten Flexibilität des OLED-Materials in punkto Fertigung und Langlebigkeit.

Spezifische Vorteile für Wearables

Besonders vorteilhaft ist die M-OLED-Technologie bei der Integration in sogenannte Head Mounted Displays (HMD) und Wearables für Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR)-Anwendungen. Durch den hohen Kontrast, den OLED-Mikrodisplays bieten, wird die zusätzliche Informationsebene nahtlos eingeblendet und ist nicht als Overlay erkennbar. Die Informationen werden dem Hintergrund einfach hinzugefügt und ermöglichen so ein “reales AR”-Erlebnis (siehe Abbildung 6). Bei OLED-Microdisplays ist die zusätzliche Ebene sehr klar und ohne Farbaufspaltung sichtbar, die Bilder sind vollkommen scharf. Durch die kleine Bauform der OLED-Microdisplays lassen sich Wearables kompakter und leichter designen – mit deutlichen Vorteilen für Benutzerfreundlichkeit und Tragekomfort. 

MOLED_DE_6

Abbildung 6: AR-Erlebnis bei LCD (links) vs. M-OLED (rechts)

Die vier wichtigsten Anforderungen der AR/VR-Industrie, nicht nur für Wearables, sind gleichzeitig die wichtigsten Vorteile der M-OLED-Technologie. Diese Anforderungen sind:

  • höhere Leuchtdichte für Outdoor-Spiele wie Pokémon
  • höherer Kontrast für nahtlose Hintergrundebenen bei Smart Home-Anwendungen
  • hohe Bildrate, sodass die Überlagerung von Bildebenen selbst in Bewegung (z. B. während eines Online-Einkaufs) möglich ist
  • sehr kompakte Abmessungen für ein schlankes Design.

Potenzielle Anwendungen für die M-OLED-Technologie

Durch die schlanken Abmessungen sowie die hohe Effizienz und Helligkeit ist die M-OLED-Technologie für viele potenzielle Anwendungen unter Einsatz von Mikrodisplays in der Industrie- und Konsumelektronik geeignet, bei denen sie eine sehr hohe Bildqualität liefert. Neben den Head Mounted Displays für AR-Anwendungen bergen Virtual-Reality-Brillen ein riesiges Marktpotenzial und erfordern eine perfekte Bildverarbeitung für das nahtlose Eintauchen in neue virtuelle Welten. Auch bei hochpräzisen Binokularen und Monokularen sowie bei elektronischen Suchern für Consumer-, Fernseh- und Funduskameras können OLED-Microdisplays sehr effizient eingesetzt werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass selbstemittierende OLEDs effektiver, flexibler und einfacher zu handhaben sind als klassische LCDs. Die deutlich schnellere Reaktionszeit im Mikrosekundenbereich, eine bessere Farbwiedergabe ohne aktive Hintergrundbeleuchtung und der erweiterte Farbraum liefern hellere und gesättigtere Bilder mit einem höheren Kontrast. OLED-Microdisplays sind sehr kleine und dünne Geräte und unterstützen damit die fortschreitende Miniaturisierung. Sie lassen sich perfekt in portablen und tragbaren Geräte integrieren, insbesondere für eine lebensechte und Artefakt-freie User-Erfahrung in AR- und VR-Anwendungen.

 

Bleiben Sie auf dem Laufenden mit FRAMOS. Melden Sie sich für unseren monatlichen Newsletter an

Contact Us

Salutation*
First Name*
Last Name*
Job Title*
Company*
Email*
Country*
State
State*
State*
What FRAMOS product or service would you like to know more about?*
By submitting the request, your data will be processed to get in contact with you and answer your questions. For more information about the processing of your data, please take a look at our  privacy policy.
Search
Generic filters

Contact Us

Salutation*
First Name*
Last Name*
Job Title*
Company*
Email*
Country*
State
State*
State*
By submitting the request, your data will be processed to get in contact with you and answer your questions. For more information about the processing of your data, please take a look at our  privacy policy.

Kontaktieren Sie uns

Anrede*
Vorname*
Nachname*
Jobtitel*
Unternehmen*
E-Mail*
Land*
Bundesland
Bundesland*
Bundesland*
Nachrichten
Mit dem Absenden der Anfrage werden Ihre Daten verarbeitet, um mit Ihnen in Kontakt zu treten und Ihre Fragen zu beantworten. Weitere Informationen zur Verarbeitung Ihrer Daten finden Sie in unserer Datenschutzerklärung
Search
Generic filters

Kontaktieren Sie uns

Anrede*
Vorname*
Nachname*
Job Titel*
Unternehmen*
E-Mail*
Land*
Bundesland
Bundesland*
Bundesland*
Nachricht*
Mit dem Absenden der Anfrage werden Ihre Daten verarbeitet, um mit Ihnen in Kontakt zu treten und Ihre Fragen zu beantworten. Weitere Informationen zur Verarbeitung Ihrer Daten finden Sie in unserer Datenschutzerklärung