En un nuevo e innovador estudio, los investigadores de la Universidad de Minnesota Twin Cities utilizaron una impresora personalizada para imprimir completamente en 3D una pantalla flexible de diodos orgánicos emisores de luz (OLED). El descubrimiento podría resultar en pantallas OLED de bajo costo en el futuro que cualquier persona en el hogar podría producir ampliamente utilizando impresoras 3D, en lugar de técnicos en costosas instalaciones de microfabricación.
La tecnología de pantalla OLED se basa en la conversión de electricidad en luz utilizando una capa de material orgánico. Los OLED funcionan como pantallas digitales de alta calidad, que pueden hacerse flexibles y usarse tanto en dispositivos a gran escala, como pantallas de televisión y monitores, como en dispositivos electrónicos de mano, como teléfonos inteligentes. Las pantallas OLED han ganado popularidad porque son livianas, de bajo consumo, delgadas y flexibles, y ofrecen un amplio ángulo de visión y una alta relación de contraste.
«Las pantallas OLED generalmente se producen en instalaciones de fabricación grandes, costosas y ultra limpias», dijo Michael McAlpine, profesor de la cátedra de la familia Kuhrmeyer de la Universidad de Minnesota en el Departamento de Ingeniería Mecánica y autor principal del estudio. «Queríamos ver si básicamente podíamos condensar todo eso e imprimir una pantalla OLED en nuestra impresora 3D de sobremesa, que fue construida a medida y cuesta casi lo mismo que un Tesla Model S».
El grupo había intentado previamente imprimir pantallas OLED en 3D, pero tuvieron problemas con la uniformidad de las capas emisoras de luz. Otros grupos imprimieron pantallas parcialmente, pero también confiaron en el revestimiento por rotación o la evaporación térmica para depositar ciertos componentes y crear dispositivos funcionales.
En este nuevo estudio, el equipo de investigación de la Universidad de Minnesota combinó dos modos diferentes de impresión para imprimir las seis capas del dispositivo que dieron como resultado una pantalla de diodo emisor de luz orgánico flexible y totalmente impresa en 3D. Los electrodos, las interconexiones, el aislamiento y la encapsulación se imprimieron por extrusión, mientras que las capas activas se imprimieron por pulverización utilizando la misma impresora 3D a temperatura ambiente. El prototipo de pantalla tenía aproximadamente 1,5 pulgadas de cada lado y tenía 64 píxeles. Cada píxel funcionó y mostró luz.
«Pensé que obtendría algo, pero tal vez no una pantalla completamente funcional», dijo Ruitao Su, el primer autor del estudio y un doctorado en ingeniería mecánica de la Universidad de Minnesota en 2020. graduado que ahora es investigador postdoctoral en el MIT. «Pero resulta que todos los píxeles estaban funcionando y puedo mostrar el texto que diseñé. Mi primera reacción fue ‘¡Es real!’ No pude dormir en toda la noche».
Su dijo que la pantalla impresa en 3D también era flexible y podía empaquetarse en un material encapsulado, lo que podría hacerla útil para una amplia variedad de aplicaciones.
«El dispositivo exhibió una emisión relativamente estable durante los 2000 ciclos de flexión, lo que sugiere que los OLED impresos completamente en 3D pueden usarse potencialmente para aplicaciones importantes en electrónica blanda y dispositivos portátiles», dijo Su.
Los investigadores dijeron que los próximos pasos son imprimir pantallas OLED en 3D que tengan una resolución más alta con un brillo mejorado.
«Lo bueno de nuestra investigación es que la fabricación está integrada, por lo que no estamos hablando de 20 años con una visión de ‘pastel en el cielo'», dijo McAlpine. «Esto es algo que en realidad fabricamos en el laboratorio, y no es difícil imaginar que podría traducirse en la impresión de todo tipo de pantallas nosotros mismos en casa o sobre la marcha dentro de unos pocos años, en una pequeña impresora portátil».
Además de McAlpine y Su, el equipo de investigación incluyó a los investigadores de ingeniería mecánica de la Universidad de Minnesota Xia Ouyang, investigador postdoctoral; Sung Hyun Park, quien ahora es investigador principal en el Instituto de Tecnología Industrial de Corea; y Song Ih Ahn, quien ahora es profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad Nacional de Pusan en Corea.
Video: https://youtu.be/k7KV_lOIp8o
La investigación fue financiada principalmente por el Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería de los Institutos Nacionales de Salud (Premio No. 1DP2EB020537) con apoyo adicional de The Boeing Company y la Iniciativa de Economía de Descubrimiento, Investigación e Innovación de Minnesota (MnDRIVE) a través del Estado de minnesota Partes de este estudio se realizaron en el Nano Center de Minnesota, que cuenta con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias a través de la Red Nacional de Infraestructura Coordinada Nano (NNCI).
