3D打印OLED显示屏进展

RUITAO SU/UNIVERSITY OF MINNESOTA

LCD可能是消费类显示器的主流，但在图像质量方面，包括高对比度、更亮的颜色和更宽的视角，OLED具有优势。这些有机发光二极管显示器之所以被称为有机发光二极管显示器，是因为它们具有自发光能力，使用有机碳基化合物和其他成分来创造颜色。因为每个像素产生自己的光，OLED不需要背光。因此，它们更节能，可以制作成更纤细、更灵活的显示器。

当然，这里有一个隐藏的问题。OLED显示器的制造成本很高，传统的制造技术需要专门的设置。研究人员一直在寻找3D打印解决方案，但即使是这些解决方案也有缺点，其中之一是显示器的有源（发射）层缺乏一致性。

明尼苏达大学（UM）Twin Cities的近期研究描述了一种灵活的有机发光二极管的“一步法（one-pot）”3D打印平台，克服了一些常见的打印问题，简化了制造过程。从本质上讲，研究人员将生产低层显示器挤压打印、活性层喷涂打印和结构重组的所有关键步骤组合成一个设备，即定制的桌面3D打印机。

“我们的打印平台包括……一个高精度的运动控制模块、一个挤压或喷射材料的油墨分配模块、一个辅助设备层对齐的成像系统，以及一个油墨固化系统，”曾在该大学攻读博士学位的Ruitao Su如此表示。他也参与了该项目的工作，现在是麻省理工学院计算设计与制造小组的博士后研究员。

结果显示为一个六层1.5英寸见方的柔性显示屏，其中电极、互连、绝缘和封装采用挤压印刷，而活动层则采用相同的3D打印机在室温下进行喷涂印刷。该设备有64个像素，每个像素都发光。它也很灵活，在2000次弯曲循环中，发射保持稳定。

Su说，打印有源或发射层的主要挑战是在3D打印机上实现相对均匀的形态。他说，他的团队通过制作厚度可控的均匀OLED层解决了这个问题。另一个问题涉及创造稳定的室温阴极——聚合物结。Su表示，他们通过开发一种“在3D打印机上进行的模拟传统金属锻造”的机械压缩工艺解决了这个问题。

对于Su和他的团队来说，提出一种柔性、全3D打印OLED显示屏的制造工艺时，考虑的因素之一是成本效益。他说，传统生产工艺需要昂贵的微加工设施，这些设施必须安装在洁净室中，但“[在我们的原型中]成本……在所需的设施和专业人员方面有所降低。”

除了在软电子和可穿戴设备方面的潜力外，这种“一步法”的方法还考虑了典型2D布局之外的其他独特形式因素。“我设想在桌子、汽车甚至人体等非常规表面上直接打印OLED显示屏，以实现无处不在的信息显示，”Su说。

这种柔性显示器也可以封装在封装材料中，用于多种应用。“在物联网时代，像素可以被共形打印在曲面上，与日常物体集成……OLED像素也可以打印在3D矩阵中，这样整个打印的[设备]就可以用作显示器。”他说，该组织自己的打印显示技术甚至可以最终实现自制全息图，不过，首先需要在硬件上进行进一步的创新。

RUITAO SU/UNIVERSITY OF MINNESOTA

尽管他们的方法是为小批量定制制造而设计的，Su说，“关键是，你不必为了制造你想要的设备而建造半导体工厂。因为任何具备3D打印基本知识的人都可以操作这台机器，所以OLED显示屏理论上可以在拥有合适墨水和设计的家庭中打印。”

使用灵活的OLED也带来了特殊的挑战。“它们需要像素和导电互连，在大的机械变形下保持良好的性能，”Su解释说，“因此，我们选择了保持高导电性的材料，例如用于电极的银基油墨。为了封装，我们使用了一种常见的透明和柔性聚合物PDMS，将设备覆盖在顶部。”

当然，要改进这项技术还有很多工作要做。更好的设备效率和更高的亮度是3D打印半导体设备面临的主要挑战，Su补充道，这也是本研究的下一个重点。

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