Display als Kamera: Neuer Pixel könnte Bildschirmen Augen geben

Man hält das Smartphone vors Gesicht, tippt aufs Display – und irgendwo oben am Rand sitzt die Kamera. Noch. Denn in Zukunft könnte der Bildschirm selbst zum Auge des Handys werden. Er würde dann nicht nur Bilder zeigen, sondern auch Licht erkennen, auswerten und daraus Informationen gewinnen.

An dieser Idee arbeiten Forscher der ETH Zürich. Sie haben neuartige Pixel entwickelt, die Licht senden und zugleich analysieren können. Noch ist daraus kein fertiger Smartphone-Bildschirm entstanden. Doch die Technik zeigt, wie Display, Kamera und optischer Sensor eines Tages deutlich enger zusammenrücken könnten. Wie das funktionieren könnte, beschreibt das Team jetzt Nature.

Neuer Pixel sieht mehr als nur hell und dunkel

Die neuen Bausteine heißen Fourier-Pixel. Der Trick steckt in winzigen Wellenstrukturen auf einer Oberfläche. Sie lenken Licht nicht wie eine klassische Linse, sondern über kontrollierte Oberflächenwellen. Dadurch kann ein solcher Pixel mehr als nur hell und dunkel unterscheiden.

„Einfallendes Licht kann erfasst werden, und seine Amplitude, Phase und Polarisation können vollständig charakterisiert werden“, schreiben die Forscher.

Wie ein Display als Kamera funktionieren könnte

Normale Pixel haben meist eine klare Aufgabe. Ein Displaypixel erzeugt Farbe und Helligkeit. Ein Kamerapixel misst Licht. Der Fourier-Pixel verbindet beide Richtungen: Er kann Licht aussenden und Licht analysieren. Aus vielen solcher Bausteine könnten Flächen entstehen, die Bilder zeigen und zugleich optische Signale erfassen.

Die Forscher bleiben bei dieser Perspektive vorsichtig. „Anordnungen von Fourier-Pixeln könnten dann Kamera-Displays ermöglichen, die Licht zugleich erfassen und erzeugen“, heißt es in der Studie. Von einem fertigen Handybildschirm ist die Technik noch weit entfernt. Trotzdem liefert der Ansatz eine konkrete Grundlage für Geräte, bei denen Anzeige und optischer Sensor nicht mehr getrennt arbeiten müssen.

Winzige Strukturen lenken Licht erstaunlich sauber

Der Name Fourier-Pixel verweist auf die Fourier-Optik. Dahinter steckt eine mathematische Methode, mit der sich Lichtmuster berechnen lassen. Die Forscher bringen dafür sehr feine, wellenförmige Profile auf eine Oberfläche. Diese Profile bestimmen, wie sich Lichtwellen überlagern. Je nach Form entstehen Punkte, Strahlen, Muster oder Bilder.

Die Bauteile sind extrem klein. In der Studie arbeiten die Forscher unter anderem mit Fourier-Pixeln von 10 mal 10 Mikrometern und 30 mal 30 Mikrometern. Ein Mikrometer entspricht einem Tausendstel Millimeter. Die Oberflächen entstehen mit einer Genauigkeit von wenigen Nanometern. Damit liegt die Strukturgröße weit unter dem, was das Auge erfassen kann.

Wie präzise die winzigen Strukturen Licht formen, zeigen die Messwerte aus dem Labor:

Ein Pixel erzeugte einen Lichtfokus 25 Mikrometer über der Oberfläche.
Die gemessene Breite dieses Fokus lag bei 0,27 Mikrometern.
Bei bestimmten Bauteilen kamen mehr als 40 Prozent der Lichtleistung wieder heraus.
Dieser Wert galt im sichtbaren Bereich von 500 bis 700 Nanometern.

© Glauser YM, Vonk SJW, et al., Nature 2026 Fourier-Pixel verwenden Oberflächenwellen, welche als Lichtwellen herausgestreut werden. Diese überlagern sich und erzeugen so Muster und Bilder. Umgekehrt können Intensität, Phase und Polarisierung einfallender Lichtwellen mit demselben Pixel analysiert werden. © Glauser YM, Vonk SJW, et al., Nature 2026

Kamera-Display braucht viele dieser Bausteine

Ein einzelner Fourier-Pixel ersetzt noch keinen Smartphone-Bildschirm. Dafür braucht es große Anordnungen aus vielen Pixeln. Die Forscher zeigen bereits eine kleine Matrix aus 2 mal 3 Fourier-Pixeln. Das ist noch kein praktisches Kamera-Display. Es zeigt aber, dass sich die Bausteine nicht nur einzeln herstellen lassen.

Die Technik kann auch Lichtdetails erfassen, die normale Kameras meist nicht auswerten. Dazu gehört die Phase einer Lichtwelle. Sie beschreibt, in welchem Schwingungszustand sich Licht befindet. Auch die Polarisierung kann der Pixel analysieren. Sie beschreibt die Richtung, in der das elektrische Feld der Lichtwelle schwingt. Solche Informationen spielen bei Präzisionssensoren, Hologrammen und optischer Kommunikation eine Rolle.

Mögliche Einsatzfelder sind laut den Forschern:

holografische Displays
optische Kommunikation, etwa in Glasfasertechnik
adaptive Optik für präzise Lichtkorrekturen
photonische Chips
Sensoren für Phase und Polarisierung

Bis zum Smartphone bleibt noch viel Entwicklungsarbeit

Die aktuellen Bauteile sind auf bestimmte Wellenlängen ausgelegt. Für ein alltagstaugliches System müssten mehrere Pixel für verschiedene Farben zusammenarbeiten. Außerdem braucht es größere Arrays, robuste Fertigung und Materialien, deren Eigenschaften sich gezielt verändern lassen. Erst dann kämen Displayflächen infrage, die wie heutige Bildschirme arbeiten und zusätzlich Licht auswerten.

Die Arbeit enthält dennoch einen praktischen Hinweis. Nach Angaben der Forscher braucht der Weg von einer Idee bis zu einem funktionierenden Bauteil in der Regel nur einen Tag. Der Grund: Die nötige Oberflächenstruktur lässt sich mit Fourier-Analyse direkt berechnen, ohne lange Simulationsschleifen. Das betrifft die Laborentwicklung, nicht die Serienproduktion. Damit rückt eine neue Art optischer Bauteile näher: Flächen, die Licht nicht nur darstellen, sondern direkt verarbeiten.

Kurz zusammengefasst:

ETH-Forscher haben Fourier-Pixel entwickelt, die Licht senden, formen und auswerten können.
Damit könnten Bildschirme künftig Kamera-Funktionen übernehmen, statt nur Bilder anzuzeigen.
Die Technik ist noch Laborforschung, könnte aber Displays, Sensoren, Hologramme und optische Chips verändern.

Übrigens: Je kleiner Pixel werden, desto mehr verändert sich die Technik hinter unseren Bildschirmen. Perowskit-LEDs erreichen 127.000 Pixel pro Zoll und könnten Mini-Displays extrem scharf machen. Mehr dazu in unserem Artikel.