POSTECH und Samsung Research: AR-Brille auch im Freien hell

Das Problem herkömmlicher AR-Brillen

Bisher wird Licht eines winzigen Displays in einen dünnen Wellenleiter geleitet und dort von Mikrostrukturen zum Auge umgelenkt. Ein Teil des Lichts entweicht in andere Richtungen, die Helligkeit sinkt, und der Verlust wächst mit dem Sichtfeld. Zu den bekannten Schwächen zählen zudem enges Sichtfeld, geringe Helligkeit und Dicke, aber auch Gewicht, Akkulaufzeit und Wärme.

Die Forscher ordneten auf der Wellenleiteroberfläche Nanostrukturen an, die kleiner sind als die Lichtwellenlänge. Form und Abstand variieren je nach Position, sodass die Ausbreitungsrichtung an Einfallswinkel und -ort angepasst wird. Für Vollfarbbilder kombinierten sie eine Schicht für überwiegend Blau und Grün mit einer für Rot und Grün. Jede Schicht besteht aus einer Siliziumnitrid-Metaoberfläche (SiNx) mit 29 unterschiedlich gestalteten Nanostrukturbereichen.

Messwerte

Laut Rho ist das optische System insgesamt 1,5 mm dick und bietet ein diagonales Sichtfeld von 30 Grad. Bei 15 mm Abstand zwischen Auge und Wellenleiter ergibt sich eine Eyebox von 8 × 8 mm. Die Leuchtdichteeffizienz für weißes Licht in der Bildmitte lag im Mittel bei 1.938 nits/lm, maximal bei 4.225 nits/lm. Für Rot, Grün und Blau betrugen die Mittelwerte 1.897, 1.977 und 2.170 nits/lm, was das Team als recht ausgewogen bezeichnet.

Bei Aufnahmen drinnen und draußen zeigte der Prototyp weißen Text im hellen Außenlicht und Farbbilder in Innenräumen mit auf 30 % reduzierter Displayleistung.

Ausblick

Rho nannte als Folgeaufgabe, die Bildqualität so zu verbessern, dass kleine Schrift im hellen Freien leichter lesbar ist. Eine Ausweitung auf großflächige Nanoimprint-Verfahren könnte die Nanostrukturen präzise auf großen Flächen vervielfältigen, die Kosten senken und die Produktivität erhöhen.