Facebook erforscht Display-Massenfertigung für "kleinere, leichtere AR/VR-Systeme"

20.07.2021 Matthias Bastian

Mit der Display-Technik "Liquid crystal polarization hologram" (LCPH) wollen Forscher aus Facebooks Realitätslabor den Formfaktor von VR- und AR-Systemen revolutionieren. In einer aktuellen Forschungsarbeit befassen sie sich mit der Massenfertigung der optischen Systeme.

Sogenannte "Liquid crystal polarization holograms" (LCPHs) sollen die Vorteile von LCD-Technologie und Holographie, wie sie beispielsweise im 3D-Kino oder für Sicherheitselemente auf Kreditkarten verwendet wird, zusammenführen. Laut der Forschergruppe kombinieren LCPHs die besten Elemente beider Visualisierungstechniken und sind "ein großer Fortschritt bei der Entwicklung von LC-Technologie".

"LCPHs sind vielseitige, kostengünstige Elemente, die unserer Meinung nach das Beste vereinen, was Flüssigkristall-Photonik und Holografie zu bieten haben", schreiben die Forscher. Auf Basis der Technik könnten "zukünftige VR-Sonnenbrillen entwickelt werden".

LCPHs: Vielseitige Einsatzmöglichkeiten

Die Holo-LC-Displays können laut der Facebook-Forscher in vielen Variationen für unterschiedliche visuelle Effekte genutzt werden: beispielsweise als passiver dünner Film mit vorgegebenen optischen Parametern oder als aktive Elemente mit anpassbaren optischen Reaktionen. Sie sollen auf flachen ebenso wie auf gebogenen Oberflächen angebracht werden und in beliebiger Größe hergestellt werden können - klein wie ein Microarray oder groß wie ein Teleskop.

Forscher in Facebooks Realitätslabor testeten LCPHs in den letzten Jahren, um den “vergence-accommodation”-Konflikt zu adressieren, für schlanke und effiziente Eye-Tracking-Module, bessere Tiefenerkennung mit kompakten optischen Systemen oder um Bildfehler wie chromatische Aberration zu verbessern - immer mit dem Ziel, gleichzeitig die Gesamtgröße von optischen Systemen in VR/AR-Geräten zu reduzieren.

Hauptziel: Kompakte AR- und VR-Brillen

Ein Aspekt, der zwischen AR/VR-Brillen und dem Durchbruch in den Massenmarkt steht, ist der klobige Formfaktor der Geräte und der visuelle Komfort, also wie natürlich sich das virtuelle Sehen anfühlt. In ebendiesen beiden Bereichen wollen die Facebook-Forscher mit LCPHs Fortschritte erzielen durch effizientere, kompaktere Near-Eye-Displays.

Schon im letzten Jahr stellten Facebook-Forscher einen schlanken Brillen-Prototyp mit LCPH-Technik vor: Display und Linsen sind zusammengefasst nur neun Millimeter dünn, dennoch soll der Prototyp theoretisch eine Auflösung und Sichtfeldweite wie aktuelle VR-Brillen bieten.

Facebooks Forscher entwickelten ein neues optisches System, das mit nur neun Millimetern besonders flach ist. Leider ist der Prototyp noch weit von einem Serienmodell entfernt. | Bild: Facebook

Für die flache Bauform montierten die Forscher einen dünnen Film - eine "holografische Linse" - vor die Lichtquelle, die das Licht so bricht, dass das Bild trotz der unmittelbaren Nähe zum Auge noch scharfgestellt werden kann.

LCPHs in der Massenherstellung

In einem aktuellen Forschungspapier beschreiben Facebooks XR-Forscher jetzt den möglichen Weg zur Massenproduktion von LCPH-Technik. Den Herstellungsprozess zu vertretbaren Preisen zu ermöglichen, stelle derzeit die größte Hürde zu einer flächendeckenden Anwendung von LCPHs dar.

Die Forscher halten einen finanziell vertretbaren Herstellungsprozess basierend auf existierende LC-Werkzeugen und Materialien allerdings für möglich: "Der LCPH-Fertigungsprozess ist im Allgemeinen weniger kompliziert als der photolithographie-gesteuerte LCD-Fertigungsprozess oder der Nanofertigungsprozess für Metasurface-Geräte." In ihrem Papier beschreiben sie die wichtigsten Komponenten des Herstellungsprozesses auf theoretischer Ebene.

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Die Grafik zeigt die sechs typischen Schritte bei der Fertigung einer LCPH-Beschichtung. | Bild: Facebook

Durch die Integration von LCPHs in optische Systeme könnten Designer miniaturisierte Komponenten für Eye- und Face-Tracking, Akkommodation, Bilderzeugung, Strahlumlenkung, optische Abtastung und die Korrektur chromatischer Abberation herkömmlicher Refraktionsoptiken schaffen.

"Wir glauben, dass LCPHs im VR/AR-Bereich eine hochgradig vielseitige optische Lösung sind", heißt es im Fazit der Arbeit. Sie wurde im Fachjournal Optics & Photonics veröffentlicht und ist bei Linkedin vollständig einsehbar.

Im MIXEDCAST #223 sprechen wir mit dem Optik-Spezialisten Dr. Armin Grasnick über die Möglichkeiten und Grenzen aktueller VR- und AR-Displaytechnik.

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