研究人員開發出首個完全 3D 打印的柔性 OLED 顯示器

全 3D 打印的柔性有機發光二極管 (OLED) 顯示原型每邊約 1.5 英寸，有 64 個像素。每個像素都工作并顯示光。3D 打印的顯示器也很靈活，這可以使其适用于各種應用，例如可折疊的智能手機顯示器。圖片來源：明尼蘇達大學麥卡爾平集團

在一項開創性的新研究中，明尼蘇達大學雙城分校的研究人員使用定制打印機完全 3D 打印柔性有機發光二極管 (OLED) 顯示器。這一發現可能會在未來産生低成本的 OLED 顯示器，在家中的任何人都可以使用 3D 打印機廣泛生産，而不是由昂貴的微細加工設施中的技術人員生産。

該研究發表在《科學進展》上。

OLED顯示技術基于使用有機材料層将電轉換為光。OLED 可用作高質量的數字顯示器，可以靈活地用于電視屏幕和監視器等大型設備以及智能手機等手持電子設備。OLED 顯示器因其重量輕、節能、薄且靈活，并提供寬視角和高對比度而廣受歡迎。

“OLED 顯示器通常是在大型、昂貴、超清潔的制造設施中生産的，”明尼蘇達大學機械工程系McAlpine 教授說。“我們想看看我們是否可以将所有這些基本濃縮并在我們的桌面 3D 打印機上打印 OLED 顯示器，這是定制的，成本與特斯拉 Model S 大緻相同。”

完全 3D 打印的 OLED 顯示器和打印方法的示意圖。

( A ) OLED 顯示器的分解圖，展示了其逐層結構。第 1 層到第 6 層是 3D 打印組件。OLED 顯示器印刷在 PET 薄膜上，PET 薄膜安裝有電氣連接引腳并用 PDMS 封裝。( B ) 演示打印和重新配置 OLED 顯示器每個組件的方法的示意圖。( C ) OLED 的能帶圖，顯示在恒定或脈沖外部電壓下電荷載流子的傳輸和複合。從左到右，四種材料分别是 AgNPs、PEDOT:PSS、MDMO-PPV 和 EGaIn。插圖顯示了 MDMO-PPV 的分子結構。hv，吸收的光子。( D) 3D 打印的 OLED 的電緻發光 (EL) 光譜。

打印 3D 打印 OLED 顯示器的頂部互連和表征。

( A ) (I) 顯示器中兩個互連 OLED 的橫截面圖，頂部互連共形印刷在重新配置的 EGaIn 陰極上。(II) 應用 PDMS 封裝前 OLED 顯示器中一行的側視圖。圖片來源：明尼蘇達大學蘇瑞濤。( B ) (I) 完成的 OLED 顯示器的圖像，從背面觀察其發光。（二）OLED顯示器的電路原理和驅動機制。圖片來源：明尼蘇達大學蘇瑞濤。( C ) 文字在 8 × 8 OLED 顯示屏上滾動時的圖像“HELLO”。圖片來源：明尼蘇達大學蘇瑞濤。( D ) 3D 打印 OLED 和商用 AlGaInP 基 LED 的瞬态特性。(E ) 直方圖顯示當每個像素注入 10 mA 電流時 LED 顯示屏中 64 個像素的輻照度分布。

該小組之前曾嘗試過 3D 打印 OLED 顯示器，但他們在發光層的均勻性方面遇到了困難。其他小組部分印刷顯示器，但也依靠旋塗或熱蒸發來沉積某些組件并創建功能設備。

在這項新研究中，明尼蘇達大學的研究團隊結合了兩種不同的打印模式來打印六個器件層，從而實現了完全 3D 打印的柔性有機發光二極管顯示器。電極、互連、絕緣和封裝都是擠壓印刷的，而有源層是在室溫下使用相同的 3D 打印機噴塗印刷的。顯示原型每邊大約 1.5 英寸，有 64 個像素。每個像素都工作并顯示光。

“我以為我會得到一些東西，但可能不是一個完整的展示，”該研究的第一作者、2020 年明尼蘇達大學機械工程博士蘇瑞濤說。現為麻省理工學院博士後研究員。“但後來發現所有像素都在工作，我可以顯示我設計的文本。我的第一反應是‘這是真的！’ 我整晚都睡不着。”

“該設備在 2,000 次彎曲循環中表現出相對穩定的發射，這表明完全 3D 打印的 OLED 可以潛在地用于軟電子和可穿戴設備的重要應用，”明尼蘇達大學機械工程博士蘇瑞濤 說。

研究人員表示，下一步是 3D 打印 OLED 顯示器，分辨率更高，亮度更高。