Forscher entwickeln erstes vollständig 3D-gedrucktes, flexibles OLED-Display
In einer bahnbrechenden neuen Studie verwendeten Forscher der University of Minnesota Twin Cities einen maßgeschneiderten Drucker, um ein flexibles OLED-Display (Organic Light Emitting Diode) vollständig im 3D-Druckverfahren herzustellen. Diese Entdeckung könnte künftig zu kostengünstigen OLED-Displays führen, die in großem Umfang mit 3D-Druckern von jedem zu Hause hergestellt werden könnten, anstatt von Technikern in teuren Mikrofabrikationsanlagen.
Die Forschungsergebnisse wurden in Science Advances veröffentlicht, einer von Experten begutachteten wissenschaftlichen Zeitschrift der American Association for the Advancement of Science (AAAS).
Die OLED-Displaytechnologie basiert auf der Umwandlung von Elektrizität in Licht mithilfe einer organischen Materialschicht. OLEDs fungieren als hochwertige digitale Displays, die flexibel gestaltet und sowohl in großen Geräten wie Fernsehbildschirmen und Monitoren als auch in tragbaren elektronischen Geräten wie Smartphones eingesetzt werden können. OLED-Displays erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, da sie leicht, energieeffizient, dünn und flexibel sind und einen weiten Betrachtungswinkel sowie ein hohes Kontrastverhältnis bieten.
„OLED-Displays werden üblicherweise in großen, teuren und hochreinen Produktionsanlagen hergestellt“, erklärt Michael McAlpine, Kuhrmeyer Family Chair Professor im Fachbereich Maschinenbau der University of Minnesota und leitender Autor der Studie. „Wir wollten prüfen, ob wir all das im Grunde reduzieren und ein OLED-Display auf unserem speziell angefertigten Tisch-3D-Drucker drucken können, der etwa so viel kostet wie ein Tesla Model S.“
Die Gruppe hatte bereits zuvor versucht, OLED-Displays im 3D-Druckverfahren herzustellen, hatte jedoch Probleme mit der Gleichmäßigkeit der Leuchtschichten. Andere Gruppen druckten Displays teilweise, nutzten aber auch Spin-Coating oder thermische Verdampfung, um bestimmte Komponenten aufzubringen und funktionsfähige Geräte herzustellen.
In dieser neuen Studie kombinierte das Forschungsteam der University of Minnesota zwei verschiedene Druckverfahren, um die sechs Geräteschichten zu drucken. Das Ergebnis war ein vollständig 3D-gedrucktes, flexibles organisches Leuchtdiodendisplay. Elektroden, Verbindungen, Isolierung und Verkapselung wurden im Extrusionsverfahren hergestellt, während die aktiven Schichten mit demselben 3D-Drucker bei Raumtemperatur sprühgedruckt wurden. Der Display-Prototyp hatte eine Kantenlänge von etwa 3,8 cm und bestand aus 64 Pixeln. Jeder Pixel funktionierte und zeigte Licht.
„Ich dachte, ich würde etwas erreichen, aber vielleicht kein voll funktionsfähiges Display“, sagte Ruitao Su, Erstautor der Studie und Absolvent des Fachbereichs Maschinenbau der University of Minnesota im Jahr 2020, der heute als Postdoktorand am MIT forscht. „Aber dann stellte sich heraus, dass alle Pixel funktionierten und ich den von mir entworfenen Text anzeigen konnte. Meine erste Reaktion war: ‚Es ist echt!‘ Ich konnte die ganze Nacht nicht schlafen.“
Su sagte, das 3D-gedruckte Display sei zudem flexibel und könne in ein Verkapselungsmaterial verpackt werden, was es für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich machen könnte.
„Das Gerät zeigte über die 2.000 Biegezyklen eine relativ stabile Emission, was darauf hindeutet, dass vollständig 3D-gedruckte OLEDs potenziell für wichtige Anwendungen in der Softelektronik und tragbaren Geräten eingesetzt werden können“, sagte Su.
Die Forscher sagten, die nächsten Schritte seien der 3D-Druck von OLED-Displays mit höherer Auflösung und verbesserter Helligkeit.
„Das Schöne an unserer Forschung ist, dass die Fertigung vollständig integriert ist. Wir sprechen also nicht von einer Zukunftsvision in 20 Jahren“, sagte McAlpine. „Das haben wir tatsächlich im Labor hergestellt, und es ist nicht schwer vorstellbar, dass man damit innerhalb weniger Jahre alle möglichen Displays selbst zu Hause oder unterwegs auf einem kleinen tragbaren Drucker drucken könnte.“
Neben McAlpine und Su gehörten dem Forschungsteam die Maschinenbauforscher Xia Ouyang (Postdoktorandin) von der University of Minnesota, Sung Hyun Park (mittlerweile leitender Forscher am Korea Institute of Industrial Technology) und Song Ih Ahn (mittlerweile Assistenzprofessor für Maschinenbau an der Pusan National University in Korea) an.
Die Forschung wurde hauptsächlich vom National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering der National Institutes of Health (Fördernummer 1DP2EB020537) finanziert, mit zusätzlicher Unterstützung von The Boeing Company und der Minnesota Discovery, Research, and InnoVation Economy (MnDRIVE) Initiative des Bundesstaates Minnesota. Teile dieser Studie wurden im Minnesota Nano Center durchgeführt, das von der National Science Foundation über das National Nano Coordinated Infrastructure Network (NNCI) gefördert wird.
Um das gesamte Forschungspapier mit dem Titel „3D-gedruckte flexible organische Leuchtdiodendisplays“ zu lesen, besuchen Sie die Website von Science Advances.
