3D-Drucktechnologie: So entstehen Displays mit enormer Auflösung

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Ein koreanisches Forschungsteam hat eine Methode zur Herstellung eines extrem hochauflösenden Displays auf der Basis von 3D-Drucktechnologie entwickelt.

• KERI, das Korea Electrotechnology Research Institute, entwickelt ein lichtstarkes Display mit superhoher Auflösung, was unter anderem mit einer neuartigen 3D-Drucktechnologie erreicht wird.

• Es demonstriert erstmals die Herstellung von 3D-Strukturen in 620 nm-Pixeln mit über 50-mal höherer Auflösung als die von 8K-QLED-Fernsehern.

• Die Lösung würde sich beispielsweise für tragbare Geräte eignen.

Unternehmen konkurrieren weltweit um die Bereitstellung hochauflösender Displays für elektronische Geräte wie Fernseher und Smartphones. Insbesondere Darstellungen in der virtuellen Realität, ein Schlüsselbaustein der vierten industriellen Revolution, erfordern eine viel höhere Auflösung, um die Bildqualität zu verbessern. Ein koreanisches Forschungsteam hat nun eine Methode zur Herstellung eines "Nano-Displays" mit einer enorm hohen Auflösung entwickelt, die auf einer 3D-Drucktechnologie basiert, und das Ergebnis der Studie im Journal ACS Nano veröffentlicht.

Das Team unter der Leitung von Dr. Jaeyeon Pyo und Dr. Seung Kwon Seol am Nano Hybrid Technology Research Center des Korea Electrotechnology Research Institute (KERI), einem von der Regierung finanzierten Forschungsinstitut hat eine "nanophotonische 3D-Drucktechnologie"konzipiert, die weltweit zum ersten Mal die Herstellung von Anzeigegeräten mit superhoher Auflösung und einer hochdichten Integration von nanoskaligen Pixeln auf der Grundlage des 3D-Layouts ermöglicht.

Herstellung von Displays mit Quantenpunkten

Die nanophotonische 3D-Drucktechnologie von KERI ermöglicht die Herstellung von dreidimensionalen (3D-)Pixeln mit nanoskaligen Dimensionen auf der Grundlage des 3D-Drucks von Quantenpunkten. Wenn sie durch Licht oder Elektrizität stimuliert werden, emittieren Quantenpunkte Licht in mehreren Farben. Durch die Farbreinheit und die hohe Stabilität werden sie als lichtemittierende Materialien für Displays in vielen elektronischen Geräten wie Fernseher, Smartphones, Tablets weit verbreitet eingesetzt.

Zur Herstellung von Displays mit Quantenpunkten werden derzeit Pixel als dünner Film aufgetragen. Ein hochauflösendes Anzeigegerät enthält viele Pixel auf dem Bildschirm. Je mehr Pixel dicht integriert sind, desto präziser und feiner kann der Benutzer ein Bild oder eine Darstellung wahrnehmen.

Hohe Auflösung und hohe Leuchkraft mit nanophotonischer 3D-Drucktechnologie

Die Unternehmen bemühen sich, die Pixelgröße zu verringern, um so eine höhere Auflösung zu erreichen. Das Problem: Mit verringerter Pixelgröße sinkt auch die Leuchtkraft. Da für Fernseher, Smartphones und andere elektronische Geräte superhochauflösende Bildschirme zunehmend zum Kaufkriterium werden, ist die höheren Auflösung mit einer kleineren Pixelgröße bei hoher Lichtintensität zum Schlüssel im hart umkämpften Markt geworden.

Das KERI-Forschungsteam begann das Forschungs- und Entwicklungsprojekt mit der Idee, dass die Herstellung von Pixeln mit einer 3D-Struktur anstelle eines dünnen Films ihnen zu einer für eine hohe Auflösung erforderlichen Lichtintensität verhelfen würde. Das Forschungsteam demonstrierte erfolgreich die Herstellung von Pixeln mit einer seitlichen Ausdehnung von 620 nm und einer Höhe von 10'000 nm mit seiner eigenen 3D-Drucktechnologie. Anstatt ein 2D-Pattern zu verwenden, wandte das Team die 3D-Struktur an, um das Problem der Lichtintensität zu lösen. Das 3D-Layout ermöglichte eine Verdopplung der Helligkeit bei den Primärfarben Rot, Grün und Blau im Vergleich zu einer herkömmlichen Struktur auf Dünnschichtbasis.

Was die Pixel pro Zoll (PPI) betrifft, einen Indikator zur Messung der Pixeldichte (Auflösung), zeigt die KERI Technologie die drei Primärfarben in 5'600 PPI an, was die von 8K QLED TV (100 PPI), Laptop (200 PPI) und Smartphone (800 PPI) bei weitem übertrifft. Die Grenze der kommerziellen Technologie (1'000 PPI) wird um mehr als das Fünffache überschritten. Eine solch herausragende Pixeldichte würde den Einsatz der Technologie in zukünftigen Displays für VR, AR oder Projektionstechnik ermöglichen, die eine extrem hohe Auflösung erfordern. Darüber hinaus ließe sich die 3D-Drucktechnologie auf ein fälschungssicheres System für Datenspeichermedien mit ultrahoher Dichte anwenden.

3D-Drucktechnologie: Herstellung flexibler Substrate ist möglich

Einer der größten Vorteile der nanophotonischen 3D-Drucktechnologie von KERI ist, dass der 3D-Druck von Quantenpunkten auf Polyimid (PI) oder Polyethylenterephthalat (PET) möglich ist, Materialien, die zur Herstellung flexibler Substrate verwendet werden. Daher sind sie auch für tragbare oder aufrollbare Geräte nutzbar.

Dr. Jaeyeon Pyo sagt: "Es ist nicht einfach, weltweit Fälle zu finden, in denen 3D-Drucktechniken in der Display-Industrie eingesetzt werden. Wir verfolgten einen anderen Ansatz als bei früheren Forschungsarbeiten zum 3D-Druck, bei denen man sich hauptsächlich auf ausländische Werkzeuge und Geräte verließ. Es kann als eine vollständige Technologieunabhängigkeit betrachtet werden, eine 'integrierte Lösung' von 3D-Druckmaterialien bis hin zur Originaltechnologie und -ausrüstung zu entwickeln".

In Anerkennung des herausragenden Ergebnisses der KERI-Forschung wurde das Ergebnis in ACS Nano (American Chemical Society) veröffentlicht (7.31/ Erstautor: Jongcheon Bae im Masterstudiengang, korrespondierender Autor: Dr. Jaeyeon Pyo, Projektleiter: Dr. Seung Kwon Seol).

Das Forschungsteam hat die Patentanmeldung für die Originaltechnologie abgeschlossen und plant, interessierte Unternehmen zu identifizieren und sie bei der Kommerzialisierung der superhochauflösenden Display-Technologie mit der 3D-Drucktechnologie zu unterstützen.

Bild oben: Ein koreanisches Forschungsteam hat nun eine Methode zur Herstellung eines "Nano-Displays" mit einer enorm hohen Auflösung entwickelt, die auf einer 3D-Drucktechnologie basiert. Credit: Korea Electrotechnology Research Institute (KERI)

Weitere Informationen: https://www.nst.re.kr/nst_en/member/03_23.jsp

Artikel: http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c04075

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