Princeton: První LED dioda vytvořena pouze za pomoci 3D tiskárny
V dnešní době můžete s využitím 3D tiskárny vytvořit téměř cokoliv – od částí lidského těla přes elektroniku až po hračky. Pokud alespoň trochu sledujete trendy v této oblasti, jistě už jste zaslechli něco o 3D tisku LED diod. Kompletně celá LED dioda ale výhradně s využitím 3D tiskárny nebyla nikdy vytvořena.
LED dioda sestává až z pěti materiálů
Při představě 3D tiskárny si pravděpodobně vybavíte něco jako MakerBot – další zlepšovák, který dokáže vytvářet reálné předměty z plastu, při větším štěstí dokonce i z kovu. Mnoho vědců ale zajímá spíše možnost využití zásad 3D tisku a aditivních výrob k vytvoření kompletních malých elektronických zařízení, tak jako je tomu i v případě nového druhu LED čipu – díla výzkumníků z Princetonské univerzity. Tým za pomoci 3D tiskárny vyrobené na zakázku dokázal vytvořit LED světlo na principu kvantových teček (z angl. quantum dot LED), které sestává až z pěti různých materiálů. Jak tvrdí hlava tohoto týmu Michael McAlpine, je to poprvé v historii, co se něco takového podařilo.
Vývoj speciální 3D tiskárny
Prvním a nezbytným krokem v procesu tvorby těchto LED čipů bylo vytvoření tiskárny pro jejich výrobu (žádné běžně prodejné tiskárny to totiž nedokážou). Dostat se až takto daleko stálo 20 000 dolarů a trvalo více než šest měsíců. A co víc, nikdo předem nevěděl, zda bude vůbec možné při výrobě kombinovat potřebné materiály, dokonce i v případě tohoto zařízení vyrobeného na zakázku. Nakonec však tým potvrdil, že jejich 3D tiskárna je plně funkční. A to i navzdory několika neúspěšným pokusem, při kterých byly vytištěny pouze testovací modely elektrického obvodu a následně připojeny předvyrobené LED čipy.
Vrstvy vytvořené LED diody
Spodní vrstvu každého LED světla tvoří prstenec nanočástic stříbra, které jsou výbornou vodivou bází – dovedou dokonale propojit LED diodu s elektrickým obvodem. Nad tím se nacházejí dvě vrstvy vodivého polymeru, které plynule posouvají elektrický proud do další vrstvy. Právě tato vrstva je místem, kde se skutečně kvantové tečky nacházejí – jsou to polovodičové krystaly, v našem případě nanočástice selenidu kademnatého, každý ukrytý v pouzdře ze sulfidu zinečnatého. Pokaždé, když elektron do těchto nanočástic narazí, uvolní se oranžové nebo zelené světlo. Barvu je možné kontrolovat změnou velikosti částic. Nejvrchnější vrstvu tvoří relativně obyčejná sloučenina galia a india, která vypouští elektrony z LED diody ven.
Princip fungování 3D tiskárny LED diod
Tato 3D tiskárna funguje na stejném principu jako 3D tiskárny pracující s plastem, ovšem v mnohem menším měřítku. Položí první vrstvu LED čipu, posune se výš a přidá další vrstvu jiného materiálu. Když dokončí své pětivrstvé dílo, funkční LED dioda na principu kvantových teček je na světě! Tyto diody jsou v některých aspektech velmi podobné LED systému, který se používá v současných smartfonech či žárovkách, ale opět, má menší rozměry. To je důvod, proč mnohé elektronické společnosti považují technologii kvantových teček za budoucnost zobrazovacích technologií.
Svítící LED dioda na principu kvantových teček, vytištěna na 3D tiskárně
Pokud hledáte současný model kvantových teček, je jím AMOLED. Obrazovka složená z kvantových teček spotřebovává energii pouze při zobrazování určité barvy, nepotřebné pixely kompletně vypíná. Rozdílem však je, že LED světlo založené na principu kvantových teček dokáže zobrazit široké spektrum barev bez jakékoliv degradace nebo náchylnosti na vlhko či oxidaci LED a AMOLED čipů. To, jak postupovat při výrobě takto drobných LED diod, bylo však vždy velkým problémem. 3D tiskárna vytvořena na Princetonské univerzitě vypadá velmi nadějně a tento problém, zdá se, řeší.
Tým kromě tisku těchto LED čipů na rovný povrch uspěl také na konvexním povrchu (jakým je např. kontaktní čočka), a dokonce z nich vytvořil i 3D kostku. Mějme však stále na paměti, že jde o 3D tiskárnu. Tým považoval výkon LED čipů za nadprůměrný, ovšem samozřejmě ne až tak dobrý jako u průmyslově vyráběných komponentech, které jsou zhotovovány za pomoci tradičních metod. Na to, že se jedná o první LED čipy vytvořené na 3D tiskárně, to není vůbec špatné 🙂
Zdroje:
- http://3dprint.com/23084/3d-printed-quantum-dot-leds/
- http://www.extremetech.com/extreme/193583-princeton-creates-a-custom-3d-printer-that-prints-quantum-dot-leds-from-scratch
