新型3D打印柔性O(shè)LED顯示屏，為未來(lái)低成本屏幕解鎖新可能

導(dǎo)讀：3D打印電子結(jié)構(gòu)件是增材制造應(yīng)用的新興領(lǐng)域之一,，3D打印對(duì)這個(gè)行業(yè)的影響或許是深遠(yuǎn)的,。盡管目前電子行業(yè)中3D打印的應(yīng)用到多是快速原型制造，但也有少部分應(yīng)用已經(jīng)超越了簡(jiǎn)單的原型制造,，走向了電子產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中,。

2022年1月10日，南極熊獲悉,，明尼蘇達(dá)大學(xué)雙城分校（UMTC）的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種完全3D打印的有機(jī)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(jī)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(jī)制造,，并配備了用于生產(chǎn)活性層的噴印插件,，已經(jīng)證明能夠以低分辨率顯示文字和表情符號(hào),。隨著進(jìn)一步的研發(fā)，該團(tuán)隊(duì)相信他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室所生產(chǎn)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(jī)上創(chuàng)造它們也會(huì)成為可能。

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

△UMTC團(tuán)隊(duì)的柔性全3D打印OLED顯示屏,。圖片來(lái)自《科學(xué)進(jìn)展》雜志。

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

相關(guān)論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl8798

規(guī)�,；�地��(chuàng)造更低成本的OLED

據(jù)UMTC團(tuán)隊(duì)稱，OLED顯示器的高對(duì)比度,、高效率和機(jī)械柔韌度,，使其成為傳統(tǒng)液晶顯示器（LCD）的一個(gè)有競(jìng)爭(zhēng)力的替代品。為了在這一長(zhǎng)串的優(yōu)勢(shì)中增加更多的可負(fù)擔(dān)性和可擴(kuò)展性,，現(xiàn)在正投入大量的研究來(lái)設(shè)計(jì)通過(guò)3D打印生產(chǎn)它們的方法,，但以前的努力面臨著問(wèn)題。

例如,，擠壓技術(shù)的進(jìn)步越來(lái)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(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性已被證明具有挑戰(zhàn)性。同樣,，UMTC的工程師們過(guò)去曾試圖自己打印OLED,，但發(fā)現(xiàn)其原型的發(fā)光層的不均勻性也同樣存在問(wèn)題。

為了繞過(guò)這些缺點(diǎn),，研究團(tuán)隊(duì)因此開(kāi)發(fā)了一臺(tái)定制的3D打印機(jī),，使用擠壓法生產(chǎn)頂部陰極陣列，并使用噴頭以更均勻的方式分配形成設(shè)備頂層的油墨,，這使他們?nèi)〉昧吮茸畛躅A(yù)期更多的進(jìn)展,。

"我以為我會(huì)得到一些東西，但也許不是一個(gè)可以充分工作的顯示器,，"研究報(bào)告的共同作者蘇瑞濤興奮地說(shuō),，他是2020年的UNM畢業(yè)生和MIT的博士后研究人員,。"但后來(lái)發(fā)現(xiàn)所有的像素都在工作，而且我可以顯示我設(shè)計(jì)的文字,。我的第一反應(yīng)是'它是真的,！' 我整晚都無(wú)法入睡"。

UMTC的全打印顯示屏

該團(tuán)隊(duì)獨(dú)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(dǎo)電聚合物和底部的一組互連線構(gòu)成。有趣的是,，在生產(chǎn)過(guò)程中,，研究人員發(fā)現(xiàn)，噴印設(shè)備的表面為其提供了可控的厚度,，同時(shí)允許其層與層之間緊密地相互連接,。

一旦準(zhǔn)備就緒，工程師們測(cè)試了他們的原型,，在一個(gè)8 x 8的網(wǎng)格中,，陽(yáng)極和陰極沿著相同的列和行相互連接，其每個(gè)像素都能完美運(yùn)作,。事實(shí)上,，該團(tuán)隊(duì)說(shuō)他們的設(shè)備表現(xiàn)出了非常令人印象深刻的像素響應(yīng)時(shí)間，僅為0.2毫秒,，這與LED處于同一數(shù)量級(jí),，比典型的LCD快一個(gè)。

此外,，在測(cè)試過(guò)程中,，蘇表示他們團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)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(shè)備潛力,。蘇解釋說(shuō)："該設(shè)備在2000次彎曲循環(huán)中表現(xiàn)出相對(duì)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(shè)備中的重要應(yīng)用。"

當(dāng)用10毫安的電流掃描時(shí),，該團(tuán)隊(duì)確實(shí)注意到一些像素變化,，但他們說(shuō)這可以通過(guò)盡量減少其表面層厚度的任何偏差來(lái)減少。展望未來(lái),，UMTC的工作人員現(xiàn)在已經(jīng)致力于開(kāi)發(fā)更高分辨率,、更高亮度的顯示器，并且在未來(lái),，他們說(shuō)他們的方法也可以應(yīng)用于創(chuàng)建光伏或傳感設(shè)備,。

麥卡爾平補(bǔ)充說(shuō)："我們的研究的亮點(diǎn)在于，所有的制造都是內(nèi)置的，所以我們不是在談?wù)?0年后的一些不切實(shí)際的設(shè)想,。這是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里實(shí)實(shí)在在創(chuàng)造出的東西,，不難想象，在短短幾年內(nèi),，你可以自己在家里或在路上使用小型便攜式打印機(jī)打印各種顯示器,。"

△在測(cè)試中，3D打印的顯示器被證明能夠通過(guò)超過(guò)2000次的彎曲周期保持穩(wěn)定,。圖片來(lái)自《科學(xué)進(jìn)展》雜志,。

3D打印電子產(chǎn)品的進(jìn)展

電子3D打印領(lǐng)域可能仍然處于相對(duì)早期的發(fā)展階段，但已經(jīng)有跡象表明其背后的技術(shù)開(kāi)始向商業(yè)化邁出重要步伐,。例如，該市場(chǎng)的早期領(lǐng)導(dǎo)者之一——Nano Dimension,，一直在持續(xù)迭代其專有的電子3D打印技術(shù),，在去年年底推出了其新的DragonFly IV機(jī)器。

同樣,，nScrypt公司在2021年9月發(fā)布了其SmartPump微型點(diǎn)膠工具頭,，該工具頭開(kāi)啟了用其機(jī)器在曲面上3D打印多軸電子設(shè)備的能力。當(dāng)時(shí),，該公司通過(guò)將其商標(biāo)直接3D打印到電腦鼠標(biāo)上演示了該部件的功能,，導(dǎo)致其首席執(zhí)行官Ken Church將該插件的應(yīng)用描述為 "改變游戲規(guī)則和幾乎無(wú)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(jī)器應(yīng)用于新的領(lǐng)域，一家財(cái)富50強(qiáng)企業(yè)被披露將使用這些機(jī)器來(lái)3D打印可穿戴電子設(shè)備,。雖然客戶的身份尚未披露,，但據(jù)說(shuō)這個(gè)不知名的制造商是一個(gè)老客戶，他們的目標(biāo)是部署這些機(jī)器,，作為幫助他們 "向生產(chǎn)邁進(jìn)"的一種手段,。