全3D打印通過不受傳(chuan) 統微細製造設備限製的策略，可以實現獨特的器件形態。目前，3D打印光電器件的性能會(hui) 受到溶液沉積活性層的不均勻性和不穩定的聚合物金屬結影響。

在此，來自美國明尼蘇達大學的Michael C. McAlpine等研究者，演示了一種多模態打印方法可以實現全3D打印柔性有機發光二極管顯示器。相關(guan) 論文以題為(wei) “3D-printed flexible organic light-emitting diode displays”發表在Science Advances上。更多精彩視頻請抖音搜索'材料科學網'。

論文鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl8798

有機發光二極管(OLED)顯示器，具有自發射、高對比度、全廣角、功率效率和機械靈活性等特點，是液晶顯示器(LCSs)的有力替代品。通常，在商用OLED顯示屏中，主動層(或發射層)會(hui) 通過熱蒸發，以實現高均勻性和分辨率。人們(men) 正在積極地研究打印方法，因為(wei) 其將有潛力擴大到大型麵板顯示同時減少材料浪費。全打印顯示器的所有功能部件，都是通過打印方法製造出來的，這可能會(hui) 帶來新概念，比如高維形態因子、與(yu) 軟機器人交織的電致發光人體(ti) 部件顯示器，以及用於(yu) 全息攝影的三維(3D)結構像素矩陣。然而，完全打印OLED顯示屏的方法需要克服幾個(ge) 挑戰，才能將材料和工藝轉移到打印平台上。OLED活性層可以打印出來，而不是蒸發或旋轉鍍膜，但電極和互連需要濺射或氣相沉積材料，如金屬、金屬氧化物和石墨烯，以實現高導電性和光學透光率。

基於(yu) 擠壓的3D打印已經成為(wei) 一種流行方法，可以組裝具有不同粘度的各種材料，有可能超越傳(chuan) 統微細製造的平麵限製，並催化真正的3D有源電子設備的出現。3d打印電子具有諸如空間結構的結構，直接並排組裝混合設備，各種材料的無縫交織，以及在移動、自由形式和可變形表麵上的印刷性等特點。最近3D打印電子材料的進展，已經從(cong) 無源導體(ti) 轉向有源電子材料，包括半導體(ti) 量子點和用於(yu) 發光二極管和光探測器等光電器件的共軛聚合物。完全在3D打印係統上設計光電設備的能力，為(wei) 顯示器和圖像傳(chuan) 感器提供了一個(ge) 非常規的設計空間。然而，需要進一步發展層疊加機製和印刷方法的互連光電陣列單獨尋址像素。

在溶劑蒸發過程中，毛細管流動驅動打印液滴內(nei) 部的質量定向傳(chuan) 輸，導致了打印活性層的不均勻性。第二個(ge) 挑戰是在室溫下使用3D打印技術，在活性層和陰極之間創建可重複和穩定的聚合物金屬結。最後，印刷陰極結構應該呈現一個(ge) 統一的導體(ti) 陣列，以便在單個(ge) 像素和空間結構互聯之間建立電接口。此外，噴墨打印的活性層沒有得到優(you) 化，隻能在活性區邊緣觀察到微弱的光發射。

在此，研究報告了一種多模態3D打印方法和設備設計方案，這將獲得全3D打印、高度靈活的OLED顯示屏。電極、互連、絕緣和封裝都是擠壓打印的，而活性層是噴印的。噴墨打印通過抑製印刷液滴的定向質量傳(chuan) 輸，改善了層的均勻性。通過開發印刷陰極液滴的粘彈性氧化物表麵，實現了機械重構過程，以增加聚合物-金屬接點的接觸麵積。均勻陰極陣列與(yu) 頂部互連緊密相連。這種混合方法創建了一個(ge) 全3D打印的柔性8×8顯示器，所有像素都成功打開。

圖1 全3D打印OLED顯示原理圖和打印方法。

圖2 噴印MDMO-PPV作為(wei) OLED的活性層，改善了層間均勻性和器件性能。

圖3 力學重新配置印刷的EGaIn液滴。

圖4 打印頂部互連和3D打印OLED顯示器的表征。

圖5 3D打印柔性OLED顯示器的彎曲特性。

綜上所述，這項工作提出了一種多模態3D打印方法，將兩(liang) 種不同的油墨交付方法和結構重構過程結合在一個(ge) 共同的平台上，以實現完全3D打印柔性OLED顯示屏，而不需要微細製造過程。對於(yu) 活性層，通過噴霧打印方法將活性材料油墨霧化成微滴，提高了MDMO-PPV薄膜的均勻性，增強了層厚度和器件電氣特性的可控性。

下一步，研究者將通過優(you) 化噴印條件和最小化活性層的厚度變化，進一步提高OLED顯示屏的輻照度均勻性。將研究每一層提高打印分辨率和縮小像素大小的方法，以創建更高分辨率的顯示。最後，研究者將研究將控製電路(晶體(ti) 管和電容)與(yu) LED矩陣集成在一起的方法，用於(yu) 全3D打印有源矩陣OLED顯示器和其他有源器件。