Forschung: Flexible OLED-Displays aus dem 3D-Drucker

Forscher an der University of Minnesota Twin Cities (UMTC) haben ein vollständig in 3D gedrucktes Display mit organischen Leuchtdioden (OLED) entwickelt, wie es auch in handelsüblichen Fernsehern und Smartphones zu finden ist.

Der flexible 64-Pixel-Monitor wurde mit einem speziellen 3D-Drucker hergestellt, der mit einem Sprühdruck-Zusatz für die Herstellung der aktiven Schichten ausgestattet ist. Schon jetzt ist es möglich Text und Emojis in niedriger Auflösung anzuzeigen. Die Forscher zeigen sich davon überzeugt, dass sie die Technologie zukünftig als kostengünstige Alternative zur OLED-Produktion im Labor sein kann.

Studienleiter Michael McAlpine erklärt, dass OLED-Displays normalerweise in großen, teuren und extrem sauberen Produktionsanlagen hergestellt werden. Das Team wollte jedoch herausfinden, ob es möglich ist, mit einem speziellen Desktop-3D-Drucker die Produktion der Displays zu vereinfachen.

Ein Schlüssel zum Erfolg bei der jetzigen Entwicklung war die Herstellung eines maßgeschneiderten 3D-Druckers, der mit Hilfe von Extrusion die obersten Kathodenanordnungen produziert. Hier wird eine Sprühdüse verwendet, um die Tinten, welche die obersten Schichten der Geräte bilden, gleichmäßiger zu verteilen. Diese Methode zeigte sich als durchschlagender Erfolg.

Das einzigartige OLED-Display des Teams besteht im Wesentlichen aus sechs Schichten, die auf eine flexible PET-Folie gedruckt werden, und setzt sich aus Kathoden, die auf einer Silikonisolierschicht sitzen, einem leitfähigen Polymer und einem unteren Satz von Verbindungselementen zusammen.

Tests des 3D-gedruckten Displays ergaben, dass jeder Pixel funktionierte. Das Team sagt, dass ihr Gerät eine sehr schnelle Pixel-Reaktionszeit von nur 0,2 Millisekunden aufwies. Darüber hinaus stellte das Team fest, dass das Display auch in andere Materialien eingekapselt werden kann. Diese Funktion verleiht der Entwicklung ein erhebliches Potenzial für tragbare Elektronik.

Beim Scannen mit einer Stromstärke von 10 mA stellten die Forscher fest, dass es eine kleine Pixelabweichung gibt. Diese lassen sich jedoch durch Minimierung der Abweichungen in der Oberflächenschichtdicke verringern. Das UMTC-Team hat sich nun zum Ziel gesetzt, Displays mit höherer Auflösung und größerer Helligkeit zu entwickeln. Ebenso glauben die Wissenschaftler, dass mit dieser Ansatz in Zukunft auch bei der Entwicklung von photovoltaischen oder sensorischen Geräten angewendet werden könnte.

Die Ergebnisse der Forscher werden in dem Paper mit dem Titel “3D-printed flexible organic light-emitting diode displays” beschrieben. Verfasst wurde die Arbeit von Ruitao Su, Sung Hyun Park, Song Ih Ahn und Michael C. McAlpine.