12.01.2022 - University of Minnesota

Erstes vollständig 3D-gedrucktes, flexibles OLED-Display

Technologie öffnet die Tür zu universell einsetzbaren, leichter herzustellenden elektronischen Bildschirmen

In einer bahnbrechenden neuen Studie haben Forscher der University of Minnesota Twin Cities einen maßgeschneiderten Drucker verwendet, um ein flexibles OLED-Display (Organic Light Emitting Diode) vollständig in 3D zu drucken. Die Entdeckung könnte dazu führen, dass in Zukunft kostengünstige OLED-Displays in großem Umfang mit 3D-Druckern von jedermann zu Hause hergestellt werden können, anstatt von Technikern in teuren Mikrofertigungsanlagen.

Die OLED-Displaytechnologie basiert auf der Umwandlung von Elektrizität in Licht mithilfe einer organischen Materialschicht. OLEDs funktionieren als hochwertige digitale Anzeigen, die flexibel gestaltet werden können und sowohl in Großgeräten wie Fernsehbildschirmen und Monitoren als auch in tragbaren elektronischen Geräten wie Smartphones eingesetzt werden können. OLED-Displays haben an Popularität gewonnen, weil sie leicht, energieeffizient, dünn und flexibel sind und einen weiten Betrachtungswinkel und ein hohes Kontrastverhältnis bieten.

"OLED-Displays werden in der Regel in großen, teuren und extrem sauberen Produktionsanlagen hergestellt", so Michael McAlpine, Kuhrmeyer-Professor an der Fakultät für Maschinenbau der University of Minnesota und Hauptautor der Studie. "Wir wollten herausfinden, ob wir all das kondensieren und ein OLED-Display auf unserem Tisch-3D-Drucker drucken können, der speziell angefertigt wurde und etwa so viel kostet wie ein Tesla Model S."

Die Gruppe hatte zuvor versucht, OLED-Displays in 3D zu drucken, hatte aber Probleme mit der Gleichmäßigkeit der Licht emittierenden Schichten. Andere Gruppen druckten teilweise Displays, verließen sich aber auch auf das Spin-Coating oder die thermische Verdampfung, um bestimmte Komponenten abzuscheiden und funktionale Geräte zu schaffen.

In dieser neuen Studie kombinierte das Forscherteam der University of Minnesota zwei verschiedene Druckverfahren, um die sechs Bauelementeschichten zu drucken, die zu einem vollständig in 3D gedruckten, flexiblen Display mit organischen Leuchtdioden führten. Die Elektroden, die Verbindungen, die Isolierung und die Verkapselung wurden im Extrusionsverfahren gedruckt, während die aktiven Schichten mit demselben 3D-Drucker bei Raumtemperatur aufgesprüht wurden. Der Prototyp des Displays war auf jeder Seite etwa 1,5 Zoll groß und hatte 64 Pixel. Jedes Pixel funktionierte und zeigte Licht an.

"Ich dachte, ich würde etwas bekommen, aber vielleicht kein voll funktionsfähiges Display", sagte Ruitao Su, der Erstautor der Studie und ein 2020 an der University of Minnesota promovierter Maschinenbauingenieur, der jetzt als Postdoktorand am MIT forscht. "Aber dann stellte sich heraus, dass alle Pixel funktionierten, und ich konnte den von mir entworfenen Text anzeigen. Meine erste Reaktion war 'Es ist echt! Ich konnte die ganze Nacht nicht schlafen."

Su sagte, das 3D-gedruckte Display sei auch flexibel und könne in einem einkapselnden Material verpackt werden, was es für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich machen könnte.

"Das Gerät zeigte eine relativ stabile Emission über 2.000 Biegezyklen hinweg, was darauf hindeutet, dass vollständig 3D-gedruckte OLEDs möglicherweise für wichtige Anwendungen in der Weichelektronik und für tragbare Geräte verwendet werden können", so Su.

Die nächsten Schritte sind laut den Forschern der 3D-Druck von OLED-Displays mit höherer Auflösung und verbesserter Helligkeit.

"Das Schöne an unserer Forschung ist, dass die Herstellung bereits integriert ist, wir sprechen also nicht von einer Vision in 20 Jahren", so McAlpine. "Dies ist etwas, das wir tatsächlich im Labor hergestellt haben, und es ist nicht schwer, sich vorzustellen, dass man dies innerhalb weniger Jahre auf einen kleinen tragbaren Drucker übertragen könnte, um alle Arten von Displays selbst zu Hause oder unterwegs zu drucken."

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