12.01.2022 - University of Minnesota

Primera pantalla OLED flexible impresa en 3D

La tecnología abre la puerta a pantallas electrónicas ubicuas y más fáciles de fabricar

En un nuevo e innovador estudio, 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 dar lugar a pantallas OLED de bajo coste en el futuro, que podrían ser producidas ampliamente mediante impresoras 3D por cualquier persona en casa, en lugar de por técnicos en costosas instalaciones de microfabricación.

La tecnología de las pantallas OLED se basa en la conversión de la electricidad en luz mediante una capa de material orgánico. Los OLED funcionan como pantallas digitales de alta calidad, que pueden hacerse flexibles y utilizarse tanto en dispositivos a gran escala, como pantallas de televisión y monitores, como en aparatos electrónicos de mano, como los smartphones. Las pantallas OLED han ganado popularidad porque son ligeras, de bajo consumo, finas y flexibles, y ofrecen un amplio ángulo de visión y una alta relación de contraste.

"Las pantallas OLED suelen producirse en instalaciones de fabricación grandes, caras y ultralimpias", explica 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 podíamos condensar todo eso e imprimir una pantalla OLED en nuestra impresora 3D de mesa, que fue construida a medida y cuesta más o menos lo mismo que un Tesla Model S".

El grupo ya había intentado imprimir pantallas OLED en 3D, pero tuvieron problemas con la uniformidad de las capas emisoras de luz. Otros grupos imprimieron parcialmente las pantallas, pero también recurrieron al recubrimiento por rotación o a 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 lugar a una pantalla de diodos orgánicos emisores de luz totalmente impresa en 3D. Los electrodos, las interconexiones, el aislamiento y el encapsulado se imprimieron por extrusión, mientras que las capas activas se imprimieron por pulverización con la misma impresora 3D a temperatura ambiente. El prototipo de pantalla tenía aproximadamente 1,5 pulgadas de lado y 64 píxeles. Cada píxel funcionaba y mostraba luz.

"Pensé que conseguiría algo, pero quizá no una pantalla que funcionara del todo", afirma Ruitao Su, primer autor del estudio y doctorado en ingeniería mecánica por la Universidad de Minnesota en 2020, que ahora es investigador postdoctoral en el MIT. "Pero luego resulta que todos los píxeles funcionaban 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 de encapsulación, lo que podría hacerla útil para una amplia variedad de aplicaciones.

"El dispositivo mostró una emisión relativamente estable a lo largo de los 2.000 ciclos de flexión, lo que sugiere que los OLED impresos en 3D pueden utilizarse potencialmente para aplicaciones importantes en la electrónica blanda y los dispositivos portátiles", dijo Su.

Los investigadores señalan que los próximos pasos son imprimir en 3D pantallas OLED de mayor resolución y con mayor brillo.

Lo bueno de nuestra investigación es que la fabricación está integrada, por lo que no estamos hablando de 20 años con una visión "ilusoria"", dijo McAlpine. "Esto es algo que realmente fabricamos en el laboratorio, y no es difícil imaginar que se podría trasladar esto a la impresión de todo tipo de pantallas por nosotros mismos en casa o sobre la marcha dentro de pocos años, en una pequeña impresora portátil".

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