Micro-OLED: piepkleine schermen die vlak voor je oog een virtuele wereld tonen
Stel je een televisiescherm voor dat is gekrompen tot het formaat van een postzegel, maar dat nog steeds miljoenen scherpe, felgekleurde beeldpunten bevat. Dat is in essentie een micro-OLED-scherm: een display van hooguit een paar centimeter groot, met een zo hoge pixeldichtheid dat je met een vergrootglas (of in dit geval: een lens vlak voor je oog) toch een messcherp beeld ziet. Micro-OLED wordt ook wel OLED-on-silicon of OLEDoS genoemd, omdat het scherm niet op glas wordt gebouwd zoals bij een gewone telefoon of tv, maar op een chip van silicium.
Je vindt deze schermpjes niet op je bureau, maar vlak voor je ogen: in de zoeker van een professionele camera, in een virtual reality-bril zoals de Apple Vision Pro, of in de toekomstige generatie slimme brillen. Omdat het scherm zo dicht bij het oog zit en door een lens wordt vergroot, moet elke pixel piepklein en extreem scherp zijn, iets waar gewone OLED- of lcd-schermen niet geschikt voor zijn. Micro-OLED is daarmee de sleuteltechnologie achter het beloftevolle idee dat je straks een compleet beeldscherm, of zelfs een hele digitale wereld, in een bril met de omvang van een gewone zonnebril kunt meedragen.
Wat is het precies?
Een gewoon OLED-scherm, zoals in de meeste moderne telefoons, wordt gemaakt op een laag glas of flexibel plastic. Onder elke pixel zit een klein schakelcircuit, de backplane, dat bepaalt wanneer en hoe fel die pixel licht geeft. Bij een micro-OLED-scherm vervangt men het glas door een siliciumwafer, hetzelfde soort plakje silicium waarop ook computerchips worden gemaakt.
Dat maakt een enorm verschil in schaal. Op silicium kun je met chipfabricagetechnieken schakelingen bouwen die duizenden keren kleiner zijn dan op glas mogelijk is. Daardoor passen er per vierkante centimeter veel meer pixels op het scherm. Terwijl een telefoonscherm al knap wordt genoemd bij zo'n 400 tot 500 pixels per inch (ppi, een maat voor pixeldichtheid), melden fabrikanten voor de nieuwste micro-OLED-panelen dichtheden van ruim 3000 ppi, dus zes tot acht keer zo fijn.
Boven op die siliciumbackplane wordt vervolgens, net als bij gewone OLED, een dun laagje organisch materiaal aangebracht dat licht uitzendt zodra er stroom doorheen loopt (OLED staat voor organic light-emitting diode, oftewel organische lichtgevende diode). Het resultaat is een scherm dat, gecombineerd met een sterk vergrotende lens vlak voor het oog, de indruk wekt van een groot, helder beeld dat zweeft in de ruimte voor je, terwijl het fysieke paneeltje zelf niet groter is dan een centje.
Wat wil men ermee bereiken?
De belangrijkste drijfveer achter micro-OLED is het compact maken van apparaten die heel dicht bij het oog werken. Voor virtual reality (VR) en augmented reality (AR) betekent dit dat headsets en brillen kleiner, lichter en minder klein-tv-op-je-hoofd kunnen worden. Een groot scherm op afstand houden kost ruimte; een piepklein scherm dat via een lens wordt uitvergroot, niet.
Daarnaast spelen beeldkwaliteit en energiezuinigheid een rol. Omdat het beeld zo dicht bij het oog verschijnt en zo sterk wordt vergroot, is elke onvolkomenheid direct zichtbaar, denk aan het zogeheten screen-door effect: het waarnemen van de zwarte randjes tussen pixels, alsof je door een hordeur kijkt. Een hogere pixeldichtheid vermindert dat effect. Ook is OLED van nature energiezuiniger dan lcd voor donkere scènes, omdat alleen pixels die licht moeten geven stroom verbruiken, belangrijk voor apparaten die op een batterij op je hoofd draaien.
Tot slot is er een oudere, minder in het oog springende toepassing: de elektronische zoeker van een fotocamera. Daar wil men al decennia een scherp, helder beeldje bieden waar de fotograaf doorheen tuurt, zonder dat de camera een groot scherm nodig heeft.
Voorbeelden uit de praktijk
Sony bouwt al sinds het begin van de jaren 2010 OLED-microdisplays voor de elektronische zoekers van zijn eigen spiegelloze camera's, zoals de Alpha-serie. Die ervaring met kleinschalige OLED-productie vormde de basis voor de huidige generatie hogeresolutieschermen.
Apple Vision Pro (op de markt gebracht begin 2024) is het bekendste recente voorbeeld van micro-OLED in een consumentenproduct. De headset gebruikt twee micro-OLED-panelen, geleverd door Sony, die volgens breed gepubliceerde technische analyses samen ruim 23 miljoen pixels bevatten bij een pixeldichtheid van meer dan 3000 ppi per paneel. Apple zelf heeft niet alle specificaties officieel bevestigd, maar de herkomst bij Sony en de gebruikte OLED-on-silicon-technologie worden algemeen aangenomen in de branche.
eMagin, een Amerikaans bedrijf dat al sinds de jaren negentig OLED-microdisplays maakte voor onder meer defensietoepassingen (bijvoorbeeld nachtzicht- en richtsystemen), werd in 2023 overgenomen door Samsung Display, een deal die begin 2024 werd afgerond. Samsung wilde daarmee sneller eigen kennis en patenten op het gebied van OLED-on-silicon in huis halen.
MicroOLED, een Frans bedrijf uit Grenoble dat is voortgekomen uit onderzoek bij het Franse onderzoeksinstituut CEA-Leti, levert al langer micro-OLED-schermen voor professionele en industriële toepassingen, zoals nachtkijkers, medische beeldvormingsapparatuur en compacte AR-brillen.
Kopin Corporation, eveneens uit de Verenigde Staten, ontwikkelt al decennia microdisplays (zowel op lcd- als op OLED-basis) voor militaire hoofddisplays en professionele AR-toepassingen, en werkt actief mee aan de volgende generatie OLED-on-silicon-panelen.
Hoe ver is de techniek?
Micro-OLED is geen nieuwe uitvinding, maar de vraag ernaar is de afgelopen jaren sterk gegroeid door de opkomst van VR- en AR-brillen. Voor lagere resoluties en kleinere toepassingen, zoals cameravinders en professionele head-mounted displays, is de techniek al jaren volwassen en op grote schaal in gebruik.
Voor de allerhoogste pixeldichtheden, zoals gebruikt in de Apple Vision Pro, is de productie echter nog lastig en kostbaar. Het bouwen van een OLED-laag boven op een complexe siliciumchip vraagt om extreme precisie, en het aantal fabrieken wereldwijd dat dit op grote (300 millimeter) wafers kan doen is beperkt. Dat houdt de yield, het percentage bruikbare, foutloze chips per geproduceerde wafer, relatief laag en de kostprijs hoog. Dit is een belangrijke reden waarom apparaten met de nieuwste micro-OLED-schermen vaak duur zijn.
Een ander technisch obstakel is helderheid. Omdat het licht van het scherm door een lens sterk wordt vergroot en soms ook nog door optiek voor doorkijkbrillen (AR) moet, is er veel meer lichtopbrengst nodig dan bij een gewoon scherm. OLED-materiaal kan op termijn verouderen en minder fel gaan branden (burn-in), een risico dat bij deze intensieve toepassing extra aandacht vraagt. Fabrikanten experimenteren daarom ook met concurrerende technieken zoals micro-LED, die potentieel feller en duurzamer is, maar in kleur en resolutie nog minder ver ontwikkeld is dan micro-OLED. Beide technieken worden voorlopig naast elkaar verder ontwikkeld, afhankelijk van de toepassing.
Wie werken eraan?
De ontwikkeling van micro-OLED is geconcentreerd bij een relatief klein aantal gespecialiseerde bedrijven, aangevuld met de grote schermfabrikanten. In Japan is Sony een belangrijke producent, zowel voor eigen camera's als als toeleverancier voor andere merken. In Zuid-Korea investeert Samsung Display zwaar in deze technologie, versterkt door de overname van het Amerikaanse eMagin.
In de Verenigde Staten zijn Kopin Corporation en het voormalige eMagin (nu onderdeel van Samsung) belangrijke spelers, van oudsher sterk gericht op defensie- en professionele toepassingen. In Frankrijk richt MicroOLED, met wortels bij onderzoeksinstituut CEA-Leti, zich op industriële en professionele niches.
Ook Chinese bedrijven zoals BOE, een van de grootste schermfabrikanten ter wereld, en gespecialiseerde OLED-on-silicon-producenten zoals Seeya Technology investeren fors in deze markt, gestimuleerd door de Chinese overheid die de binnenlandse displayindustrie wil versterken. Onderzoek naar de onderliggende materialen en fabricagetechnieken gebeurt daarnaast bij universiteiten en onderzoeksinstituten wereldwijd, vaak in samenwerking met de industrie, en wordt besproken op vakconferenties zoals die van de Society for Information Display (SID).