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Verbesserte optische Modulation LCOS-Mikrodisplay mit schneller CMOS-Backplane für AR/VR

Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter 2 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut fuer Photonische Mikrosysteme
ACTRON AG
SPEA GmbH Systeme f. professionelle Elektronik und Automation
Schneider Electric GmbH

Forscher am Fraunhofer Institut IMPS haben zusammen mit Holoeye ein LCOS-Display mit CMOS-Backplane entwickelt. Es bietet eine hohe Bildwiederholrate und eine verbesserte optische Modulation.

Kompaktes LCOS-Mikrodisplay mit schneller CMOS-Backplane zur Hochgeschwindigkeits-Lichtmodulation.(Bild: Holoeye Photonics)
Kompaktes LCOS-Mikrodisplay mit schneller CMOS-Backplane zur Hochgeschwindigkeits-Lichtmodulation.
(Bild: Holoeye Photonics)

Forscher am Fraunhofer Institut IMPS haben zusammen mit Holoeye ein LCOS-Display mit CMOS-Backplane entwickelt. Es zeichnet sich durch einen niedrigen Stromverbrauch, eine kompakte Bauweise sowie einem leichten Design aus. Eingesetzt werden diese Displaytypen sowohl als Phasenmodulatoren in der adaptiven Optik als auch als Projektionsdisplays in Augmented Reality (AR) oder virtueller Realität (VR).

LCOS steht für Liquid Crystal on Silicon. Es handelt sich dabei um eine spezielle Technik für Mikrodisplays, die Flüssigkristalle auf einem Silizium-Chip nutzen. Der Silizium-Chip dient als Träger und steuert die Ausrichtung der Flüssigkristalle elektrisch, um Licht zu modulieren.

Phasenmodulatoren: Präzision für Bildgebung und Mikroskopie

Der strukturierte Aufbau einer LCOS-Zelle.(Bild: Holoeye Photonics)
Der strukturierte Aufbau einer LCOS-Zelle.
(Bild: Holoeye Photonics)

Als räumliche Lichtmodulatoren, den Spatial Light Modulators (SLM) leisten Phasenmodulatoren einen wichtigen Beitrag in der biologischen Bildgebung und Mikroskopie. Sie ermöglichen es, durch Wellenfrontkorrektur die Bildverzerrungen zu minimieren. Außerdem können sie durch Strahlformung die Auflösung verbessern oder Proben bei empfindlichen Anwendungen schonen. Diese Eigenschaften prädestinieren LCOS-SLMs für anspruchsvolle optische Anwendungen, insbesondere in der Forschung und Medizintechnik.

Ein Durchbruch auf diesem Gebiet ist das neue LCOS-Mikrodisplay, entwickelt von Holoeye in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme (IPMS). Dieses System basiert auf einer CMOS-Backplane, die eine Hochgeschwindigkeits-Lichtmodulation ermöglicht. Die Eigenschaften des LCOS-Mikrodisplays eröffnen Einsatzmöglichkeiten in tragbaren holografischen AR-Systemen, in der Optogenetik, etwa bei der strukturierten Photostimulation von Neuronen, sowie in der Quantenoptik und im Quantencomputing.

Mehr Möglichkeiten bei der Lichtmodulation

Philipp Wartenberg, Abteilungsleiter IC- und Systemdesign am Fraunhofer IPMS, erklärt: „Die neu entwickelte Backplane-Architektur unseres kompakten LCOS-Mikrodisplays erweitert die Möglichkeiten zur Lichtmodulation erheblich und übertrifft bestehende Bildwiederholraten um ein Vielfaches. Dies wird durch die Integration eines vollständigen Framebuffers sowie einer Hochgeschwindigkeits-Schnittstelle zur Pixelmatrix ermöglicht, die eine Datenübertragungsrate von bis zu 576 GBit/s zu einem Pixelarray mit einer Auflösung von 1.440 x 1.080 Pixeln und einer Pixelgröße von 2,5 µm realisiert.“

Von Seiten Holoeye ist geplant, erste Produkte mit einem LCOS-Lichtmodulator Anfang 2026 auf den Markt zu bringen. (heh)

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