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研究人员开发出首个完全 3D 打印的柔性 OLED 显示器 精选

已有 5303 次阅读 2022-1-10 18:33 |个人分类:新科技|系统分类:博客资讯

研究人员开发出首个完全 3D 打印的柔性 OLED 显示器

诸平

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The fully 3D-printed flexible organic light-emitting diode (OLED) display prototype is about 1.5 inches on each side and has 64 pixels. Every pixel works and displays light. The 3D-printed display is also flexible, which could make it useful for a wide variety of applications, such as foldable smartphone displays. Credit: McAlpine Group, University of Minnesota

据美国明尼苏达大学(University of Minnesota202217日报道,明尼苏达大学双城分校(University of Minnesota Twin Cities)的研究人员,使用定制打印机对柔性有机发光二极管 (organic light-emitting diode简称OLED) 显示器进行全 3D 打印(详见Researchers develop first fully 3D-printed, flexible OLED display)。这一发现可能会在未来产生低成本的 OLED 显示器,在家中的任何人都可以使用 3D 打印机广泛生产,而不是由昂贵的微细加工设施中的技术人员生产。该研究于202217日已经在 由美国科学促进会 (AAAS) 出版的同行评审科学期刊《科学进展》(Science Advances)杂志网站发表——Ruitao Su, Sung Hyun Park, Xia Ouyang, Song Ih AhnMichael C. McAlpine. 3D-printed flexible organic light-emitting diode displays. Science Advances, 7 Jan 2022, 8(1). DOI: 10.1126/sciadv.abl8798. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl8798

OLED显示技术基于使用有机材料层将电转换为光。OLED可用作高质量的数字显示器,可以灵活地用于电视屏幕和监视器等大型设备以及智能手机等手持电子设备。OLED显示器因其重量轻、节能、薄且灵活,并提供宽视角和高对比度而广受欢迎。  

明尼苏达大学机械工程系讲座教授、该研究的通讯作者迈克尔·麦克阿尔菲(Michael McAlpine)说:“OLED显示器通常是在大型、昂贵、超清洁的制造设施中生产的。我们想看看我们是否可以将所有这些基本浓缩并在我们的桌面 3D 打印机上打印 OLED显示器,这是定制的,成本与Tesla Model S大致相同。

该小组之前曾尝试过3D打印OLED显示器,但他们在发光层的均匀性方面遇到了困难。其他小组部分印刷显示器,但也依靠旋涂或热蒸发来沉积某些组件并创建功能设备。在这项新研究中,明尼苏达大学的研究团队结合了两种不同的打印模式来打印六个器件层,从而实现了完全3D打印的柔性有机发光二极管显示器。电极、互连、绝缘和封装都是挤压打印的,而活性层是在室温下使用相同的3D打印机喷涂打印的。显示原型(display prototype)每边大约 1.5 英寸,有 64 个像素。每个像素都工作并显示光。

该研究的第一作者、2020年明尼苏达大学机械工程博士毕业生、现为麻省理工学院博士后研究员苏瑞涛(Ruitao Su音译)说:我以为我会得到一些东西,但可能不是一个完整的展示。而后来发现所有像素都在工作,我可以显示我设计的文本。我的第一反应是‘这是真的!’我彻夜难眠。苏瑞涛说,3D打印的显示器也很灵活,可以封装在封装材料中,这可以使其适用于各种应用。该设备在2000次弯曲循环中,表现出相对稳定的发射,这表明完全3D打印的OLED可以潜在地用于软电子和可穿戴设备的重要应用。

研究人员表示,下一步是3D打印OLED显示器,分辨率更高,亮度更高。

迈克尔·麦克阿尔菲教授说:我们研究的好处在于制造都是内置的,所以我们并不是在谈论20年之后的一些'天上掉馅饼'的愿景。这是我们在实验室中实际制造的东西,不难想象,您可以在短短几年内将其转化为在家中或旅途中,使用小型便携式打印机打印各种显示器。

参与此项研究的除了迈克尔·麦克阿尔菲和苏瑞涛,研究团队成员中还包括明尼苏达大学机械工程研究员、博士后研究员欧阳夏(Xia Ouyang);Sung Hyun Park,现为韩国工业技术研究院(Korea Institute of Industrial Technology)高级研究员;Song Ih Ahn,现在是韩国釜山国立大学(Pusan National University in Korea)机械工程系的助理教授。

该研究主要由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)国家生物医学成像和生物工程研究所(National Institute of Biomedical Imaging and BioengineeringAward No. 1DP2EB020537)资助,并得到波音公司(Boeing Company)和明尼苏达州发现、研究和创新经济 (Minnesota Discovery, Research, and InnoVation Economy简称MnDRIVE) 倡议(MnDRIVE Initiative)的额外支持。本研究的部分内容是在明尼苏达纳米中心(Minnesota Nano Center)进行的,该中心由美国国家科学基金会(National Science Foundation)通过国家纳米协调基础设施网络 (National Nano Coordinated Infrastructure Network简称NNCI) 提供支持。

上述介绍,仅供参考。欲了解更多信息,敬请注意浏览原文或者相关报道

Abstract

The ability to fully 3D-print active electronic and optoelectronic devices will enable unique device form factors via strategies untethered from conventional microfabrication facilities. Currently, the performance of 3D-printed optoelectronics can suffer from nonuniformities in the solution-deposited active layers and unstable polymer-metal junctions. Here, we demonstrate a multimodal printing methodology that results in fully 3D-printed flexible organic light-emitting diode displays. The electrodes, interconnects, insulation, and encapsulation are all extrusion-printed, while the active layers are spray-printed. Spray printing leads to improved layer uniformity via suppression of directional mass transport in the printed droplets. By exploiting the viscoelastic oxide surface of the printed cathode droplets, a mechanical reconfiguration process is achieved to increase the contact area of the polymer-metal junctions. The uniform cathode array is intimately interfaced with the top interconnects. This hybrid approach creates a fully 3D-printed flexible 8 × 8 display with all pixels turning on successfully.



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