研究人員開發出首個完全 3D 列印的柔性 OLED 顯示器

全 3D 列印的柔性有機發光二極體 （OLED） 顯示原型每邊約 1。5 英寸，有 64 個畫素。每個畫素都工作並顯示光。3D 列印的顯示器也很靈活，這可以使其適用於各種應用，例如可摺疊的智慧手機顯示器。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製印表機完全 3D 列印柔性有機發光二極體 （OLED） 顯示器。這一發現可能會在未來產生低成本的 OLED 顯示器，在家中的任何人都可以使用 3D 印表機廣泛生產，而不是由昂貴的微細加工設施中的技術人員生產。

該研究發表在《

科學進展》上

。

OLED顯示技術基於使用有機材料層將電轉換為光。OLED 可用作高質量的

數字顯示器

，可以靈活地用於電視螢幕和監視器等大型裝置以及智慧手機等手持電子裝置。OLED 顯示器因其重量輕、節能、薄且靈活，並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、超清潔的製造設施中生產的，”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將所有這些基本濃縮並在我們的桌面 3D 印表機上列印 OLED 顯示器，這是定製的，成本與特斯拉 Model S 大致相同。”

完全 3D 列印的 OLED 顯示器和列印方法的示意圖。

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） 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 列印元件。OLED 顯示器印刷在 PET 薄膜上，PET 薄膜安裝有電氣連線引腳並用 PDMS 封裝。（

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） 演示列印和重新配置 OLED 顯示器每個元件的方法的示意圖。（

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） OLED 的能帶圖，顯示在恆定或脈衝外部電壓下電荷載流子的傳輸和複合。從左到右，四種材料分別是 AgNPs、PEDOT：PSS、MDMO-PPV 和 EGaIn。插圖顯示了 MDMO-PPV 的分子結構。

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，吸收的光子。（

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） 3D 列印的 OLED 的電致發光 （EL） 光譜。

列印 3D 列印 OLED 顯示器的頂部互連和表徵。

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） （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 顯示器中一行的側檢視。圖片來源：明尼蘇達大學蘇瑞濤。（

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） （I） 完成的 OLED 顯示器的影象，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。（

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） 文字在 8 × 8 OLED 顯示屏上滾動時的影象“HELLO”。圖片來源：明尼蘇達大學蘇瑞濤。（

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） 3D 列印 OLED 和商用 AlGaInP 基 LED 的瞬態特性。（

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） 直方圖顯示當每個畫素注入 10 mA 電流時 LED 顯示屏中 64 個畫素的輻照度分佈。

該小組之前曾嘗試過 3D 列印 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元件並建立功能裝置。

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列印模式來列印六個器件層，從而實現了完全 3D 列印的柔性有機發光二極體顯示器。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 印表機噴塗印刷的。顯示原型每邊大約 1。5 英寸，有 64 個畫素。每個畫素都工作並顯示光。

“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。“但後來發現所有畫素都在工作，我可以顯示我設計的文字。我的第一反應是‘這是真的！’ 我整晚都睡不著。”

“該裝置在 2，000 次彎曲迴圈中表現出相對穩定的發射，這表明完全 3D 列印的 OLED 可以潛在地用於軟電子和可穿戴裝置的重要應用，”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 列印 OLED 顯示器，解析度更高，亮度更高。