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Forschung: HUD-Kontaktlinsen aus dem 3D-LED-Drucker

Nach zwei Jahren Entwicklungszeit ist es einem Forscherteam der Princeton University gelungen, mit einem 3D-Drucker funktionsfähige Quantenpunkt-LEDs herzustellen.

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Forschung: HUD-Kontaktlinsen aus dem 3D-LED-Drucker

3D-Drucker haben sich in den vergangenen Jahren sprunghaft weiterentwickelt. Ließen sich anfangs nur Bauteile und Formen aus Plastik herstellen, forschen Industrie und Wissenschaft mittlerweile an Geräten, die unterschiedliche Materialien miteinander verbinden oder gar Nahrungsmittel produzieren können. Dem McAlpine-Forscherteam der Princeton University ist es jetzt gelungen, einen 3D-Drucker für LEDs zu entwickeln.

Die QLEDs aus dem 3D-Drucker bestehen aus fünf Schichten mit unterschiedlichen Materialien, die sich auch auf gewölbten Oberflächen aufbringen lassen.

(Bild: Kong et al, Nano Letters)

Die Spezialanfertigung hat zwei Jahre Forschungsarbeit und rund 20.000 US-Dollar gekostet. Wie die Wissenschaftler in ihrer Arbeit "3D Printed Quantum Dot Light-Emitting Diodes" erläutern, wird der Drucker mit unterschiedlichen Materialien gefüttert und kann funktionsfähige Quantenpunkt-LEDs (QLED) auf flache und gewölbte Oberflächen aufbringen.

QLEDs funktionieren ähnlich wie AMOLEDs. Ein Bildschirm aus QLEDs aktiviert nur diejenigen Pixel, die für die Darstellung eines Bildes nötig sind. Alle anderen bleiben schwarz und verbrauchen damit keine Energie. QLEDs können sehr viele Farben darstellen und sind weniger anfällig für Feuchtigkeit und Oxidation als LEDs und AMOLEDs. Bislang war es aufgrund ihrer geringen Größe jedoch schwierig, QLEDs herzustellen. Der 3D-Drucker der Princeton University soll hier Abhilfe schaffen.

Das Gerät druckt QLEDs in fünf unterschiedlichen Schichten. Die Grundlage bildet ein Ring aus Silber-Nanopartikeln, über den sich die QLEDs mit elektronischen Schaltkreisen verbinden lassen. Darauf folgen zwei Polymer-Schichten, welche den Strom in die darüberliegende Schicht transportieren. Hier sitzen die eigentlichen Quantenpunkte. Sie bestehen aus Halbleiter-Kristallen – in diesem Fall Cadmiumselenid-Nanopartikel in einer Zinksulfid-Hülle. Trifft ein Elektron auf diese Nanopartikel, geben sie grünes oder orangenes Licht ab. Die Farbe kann über die Größe der Partikel verändert werden. Die oberste Schicht besteht aus Indiumgallium und führt die Elektronen von der QLED weg.

QLEDs sind sehr viel kleiner als normale LEDs und werden aus diesem Grund von vielen Herstellern als Zukunftstechnologie für Displays gesehen. Zu den denkbaren Einsatzgebieten gehört ein auf eine Kontaktlinse aufgebrachtes HUD (Head-up-Display). Die Leistung der QLEDs aus dem 3D-Drucker liegt laut den Forschern über dem Durchschnitt, sei aber noch nicht mit industriell gefertigten LEDs vergleichbar.

Die Gruppe der Princeton University steht unter der Leitung des Luft- und Raumfahrttechnik-Professors Michael McAlpine und den beiden Forschern Yong Lin Kong und Ian Tamargo. Ihre Arbeit wird unter anderem von den Organisationen Air Force of Scientific Research und Defense Advanced Research Project Agency (DARPA) finanziert. Vor einem Jahr gelang dem Team bereits ein anderer Durchbruch: Damals stellten die Forscher mit Hilfe eines 3D-Druckers bionische Ohren aus Rinderzellen her. Die künstlichen Ohren sind in der Lage, Tonfrequenzen jenseits der Fähigkeiten eines menschlichen Ohrs zu erfassen. (Denise Bergert) / (ghi)

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