En un nuevo estudio innovador, los investigadores de la Universidad de Minnesota Twin Cities utilizaron una impresora personalizada para imprimir completamente en 3D una pantalla de diodo emisor de luz orgánico (OLED) flexible. El descubrimiento podría resultar en pantallas OLED de bajo costo en el futuro que cualquier persona puede producir en gran medida utilizando impresoras 3D en casa, en lugar de técnicos en costosas instalaciones de microfabricación.

La investigación se publica en avances en la ciencia.

La tecnología de pantalla OLED se basa en convertir la electricidad en luz utilizando una capa de material orgánico. Los OLED funcionan como alta calidad pantallas digitales, que puede ser flexible y utilizarse tanto en dispositivos de gran tamaño, como pantallas de televisión y monitores, como en dispositivos electrónicos portátiles, como los teléfonos inteligentes. Las pantallas OLED han ganado popularidad porque son livianas, energéticamente eficientes, delgadas y flexibles, y ofrecen un amplio ángulo de visión y una alta relación de contraste.

«Las pantallas OLED a menudo 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 esto e imprimir una pantalla OLED en nuestra impresora 3D de escritorio, que está hecha a medida y cuesta casi lo mismo que un Tesla Model S”.

El grupo había intentado previamente imprimir en pantallas OLED en 3D, pero tuvo 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 de impresión diferentes 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 unas 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. Un graduado que ahora es investigador postdoctoral en el MIT . «Pero entonces 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 impresión 3D exposición también era flexible y podía empaquetarse en un material encapsulante, lo que podría hacerlo 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 totalmente impresos en 3D podrían usarse para aplicaciones clave en electrónica blanda y dispositivos portátiles», dijo Su.

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

“La parte buena 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 podrías traducir esto para imprimir todo tipo de pantallas en casa o sobre la marcha en tan solo unos años, en una pequeña impresora portátil».

Además de McAlpine y Su, el equipo de investigación incluyó a investigadores de ingeniería mecánica de la Universidad de Minnesota Xia Ouyang, investigador postdoctoral; Sung Hyun Park, quien ahora es investigador principal en el Instituto Coreano de Tecnología Industrial; y Song Ih Ahn, quien ahora es profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad Nacional de Pusan ​​en Corea.