新型3D打印柔性OLED顯示屏，為未來低成本屏幕解鎖新可能

導讀：3D打印電子結構件是增材制造應用的新興領域之一，3D打印對這個行業(yè)的影響或許是深遠的。盡管目前電子行業(yè)中3D打印的應用到多是快速原型制造，但也有少部分應用已經超越了簡單的原型制造，走向了電子產品的實際生產當中。

2022年1月10日，南極熊獲悉，明尼蘇達大學雙城分校（UMTC）的研究人員已經開發(fā)出一種完全3D打印的有機發(fā)光二極管（OLED）顯示器，類似于那種商業(yè)電視和智能手機中的顯示器。

這款靈活的64像素顯示器使用定制的擠壓式3D打印機制造，并配備了用于生產活性層的噴印插件，已經證明能夠以低分辨率顯示文字和表情符號。隨著進一步的研發(fā)，該團隊相信他們在實驗室所生產的顯示器可以作為OLED的低成本替代品，甚至在家里的桌面3D打印機上創(chuàng)造它們也會成為可能。

研究負責人Michael McAlpine說："OLED顯示器通常在大型、昂貴、超潔凈的制造設施中生產。我們想嘗試是否可以把所有這些基本部件濃縮下來，在我們的桌面3D打印機上打印一個OLED顯示屏，該打印機是定制的，成本與特斯拉Model S差不多。"

△UMTC團隊的柔性全3D打印OLED顯示屏。圖片來自《科學進展》雜志。

研究人員的發(fā)現在他們題為“3D-printed flexible organiclight-emitting diode displays"的論文中得到了詳細說明，該論文由蘇瑞濤、SungHyun Park、Song Ih Ahn和MichaelC. McAlpine共同撰寫。

相關論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl8798

規(guī)�；�地創(chuàng)造更低成本的OLED

據UMTC團隊稱，OLED顯示器的高對比度、高效率和機械柔韌度，使其成為傳統(tǒng)液晶顯示器（LCD）的一個有競爭力的替代品。為了在這一長串的優(yōu)勢中增加更多的可負擔性和可擴展性，現在正投入大量的研究來設計通過3D打印生產它們的方法，但以前的努力面臨著問題。

例如，擠壓技術的進步越來越能夠從共軛聚合物中創(chuàng)造出光電子器件，但維持其表面和金屬底層之間的結點的穩(wěn)定性已被證明具有挑戰(zhàn)性。同樣，UMTC的工程師們過去曾試圖自己打印OLED，但發(fā)現其原型的發(fā)光層的不均勻性也同樣存在問題。

為了繞過這些缺點，研究團隊因此開發(fā)了一臺定制的3D打印機，使用擠壓法生產頂部陰極陣列，并使用噴頭以更均勻的方式分配形成設備頂層的油墨，這使他們取得了比最初預期更多的進展。

"我以為我會得到一些東西，但也許不是一個可以充分工作的顯示器，"研究報告的共同作者蘇瑞濤興奮地說，他是2020年的UNM畢業(yè)生和MIT的博士后研究人員。"但后來發(fā)現所有的像素都在工作，而且我可以顯示我設計的文字。我的第一反應是'它是真的！' 我整晚都無法入睡"。

UMTC的全打印顯示屏

該團隊獨特的OLED顯示屏基本上由印在柔性PET薄膜上的六層組成，是由坐在硅膠絕緣層上的陰極、導電聚合物和底部的一組互連線構成。有趣的是，在生產過程中，研究人員發(fā)現，噴印設備的表面為其提供了可控的厚度，同時允許其層與層之間緊密地相互連接。

一旦準備就緒，工程師們測試了他們的原型，在一個8 x 8的網格中，陽極和陰極沿著相同的列和行相互連接，其每個像素都能完美運作。事實上，該團隊說他們的設備表現出了非常令人印象深刻的像素響應時間，僅為0.2毫秒，這與LED處于同一數量級，比典型的LCD快一個。

此外，在測試過程中，蘇表示他們團隊發(fā)現顯示器也可以被封裝在其他材料中，使其具有重要的可穿戴電子設備潛力。蘇解釋說："該設備在2000次彎曲循環(huán)中表現出相對穩(wěn)定的發(fā)射，這表明全3D打印的OLED有可能成為軟電子和可穿戴設備中的重要應用。"

當用10毫安的電流掃描時，該團隊確實注意到一些像素變化，但他們說這可以通過盡量減少其表面層厚度的任何偏差來減少。展望未來，UMTC的工作人員現在已經致力于開發(fā)更高分辨率、更高亮度的顯示器，并且在未來，他們說他們的方法也可以應用于創(chuàng)建光伏或傳感設備。

麥卡爾平補充說："我們的研究的亮點在于，所有的制造都是內置的，所以我們不是在談論20年后的一些不切實際的設想。這是我們在實驗室里實實在在創(chuàng)造出的東西，不難想象，在短短幾年內，你可以自己在家里或在路上使用小型便攜式打印機打印各種顯示器。"

△在測試中，3D打印的顯示器被證明能夠通過超過2000次的彎曲周期保持穩(wěn)定。圖片來自《科學進展》雜志。

3D打印電子產品的進展

電子3D打印領域可能仍然處于相對早期的發(fā)展階段，但已經有跡象表明其背后的技術開始向商業(yè)化邁出重要步伐。例如，該市場的早期領導者之一——Nano Dimension，一直在持續(xù)迭代其專有的電子3D打印技術，在去年年底推出了其新的DragonFly IV機器。

同樣，nScrypt公司在2021年9月發(fā)布了其SmartPump微型點膠工具頭，該工具頭開啟了用其機器在曲面上3D打印多軸電子設備的能力。當時，該公司通過將其商標直接3D打印到電腦鼠標上演示了該部件的功能，導致其首席執(zhí)行官Ken Church將該插件的應用描述為 "改變游戲規(guī)則和幾乎無限"。

最近，Optomec公司還降其具有保形打印能力的氣溶膠噴射打�。ˋJP）機器應用于新的領域，一家財富50強企業(yè)被披露將使用這些機器來3D打印可穿戴電子設備。雖然客戶的身份尚未披露，但據說這個不知名的制造商是一個老客戶，他們的目標是部署這些機器，作為幫助他們 "向生產邁進"的一種手段。