在近眼显示（AR/VR）向“视网膜级分辨率”（>10,000 PPI）演进的过程中，量子点发光二极管（QLEDs）被广泛认为是最具潜力的技术路径之一。然而，在亚微米像素尺度下，如何同时实现高保真图案、全彩集成、高效率与长寿命，始终是制约该领域发展的核心科学与工程难题。
针对这一关键瓶颈，福州大学李福山团队从纳米制造工艺与器件物理机制两个层面开展系统性研究，提出并实现了一体化解决方案，实现了超高分辨全彩QLED的“像素级完美”，并建立了结构—电场—性能之间的内在关联。相关研究成果以题为Nanoscale transfer-printed full-colour ultrahigh-resolution quantum dot LEDs发表在《Nature》上，青年教师林立华为论文第一作者，李福山研究员为通讯作者，福州大学为第一完成单位。该研究工作得到了国家重点研发计划项目、国家科技重大专项课题及国家自然科学基金面上项目的资助支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10333-w
在工艺层面，本研究开发了牺牲层辅助的硬质纳米压印—整体倒置转印（NP–TP）技术，实现了亚微米尺度全彩量子点像素阵列100%“高保真+转移产率”构建。通过引入可重复使用的硬质硅模板，实现了模板限定的精确结构复制，在9,072至25,400 PPI范围内均保持稳定的图案精度，有效避免了传统软印章在高分辨率条件下的形变与失效。在此基础上，提出“双作用力动力学（Dual-Action Force Dynamics, DAFD）”策略，通过压印过程中的垂直压缩与释放后的横向弹性收缩协同作用，实现量子点在像素微孔内的致密重排与无空隙填充，从而在像素尺度上获得高致密性与高结构保真度，显著抑制纳米尺度发光不均匀性。
进一步地，通过整体倒置转印策略，将量子点像素阵列与蜂窝状绝缘框架一次性完整转移至目标基底；其中，PVB牺牲层在压印阶段保障微结构复制完整性，在转印过程中提供关键保护，并在剥离后暴露出洁净、无残留的像素阵列表面，从而有效消除传统多色图案化中的残留污染与RGB串色问题，实现全彩像素的高纯度与高一致性。此外，该工艺在柔性/非平面基底及钙钛矿量子点等多材料体系中均表现出优异适用性，依托PDMS弹性支撑与蜂窝绝缘结构的应力分散作用，可在弯曲条件下实现纳米级高保真RGB图案转印并保持稳定电学性能；同时，该工艺避免高温与光刻步骤，兼容钙钛矿量子点等环境敏感材料，实现与传统体系一致的高质量图案化。NP–TP不仅具备极限分辨能力，更具有跨基底、跨材料的通用纳米制造潜力。
图1| NP–TP工艺及DAFD机制驱动的高保真量子点图案化
在物理机制层面，本工作进一步识别并系统揭示了一个此前被忽视的关键限制因素，即亚微米限域像素结构中由几何约束引发的电场重构及其非均匀分布。电场模拟与实验结果表明，微孔边缘存在显著的电场集中效应，该局域增强电场会引发电流拥挤、非辐射复合增强以及局部热积累，从而成为限制器件效率与稳定性的主导机制。基于此，研究提出通过在电荷阻挡层中引入TiO₂纳米颗粒实现介电常数匹配，使其与量子点发光层相协调，从而有效均匀化微孔内部电场分布并抑制边缘效应。通过系统性的“光学效应排除与电场调控验证”，明确建立了“介电匹配→电场均匀化→性能提升”的因果关系。由此，在12,700 PPI分辨率下，红光QLED实现了26.1%的峰值外量子效率（EQE）和65,190小时（T95@1000 cd m⁻²）的超长寿命，达到当前高分辨率QLED的领先水平；同时，绿光与蓝光器件的EQE分别提升124%和119%。
图2 | 电场非均匀性起源及TiO₂介电匹配实现的电场均匀化与性能提升
在系统集成方面，RGB像素化白光器件实现了10.1%的EQE，刷新了高分辨率全彩QLED的性能记录。进一步地，通过与CMOS驱动电路的单片集成，成功演示了基于溶液工艺的主动矩阵QLED动态显示原型，验证了该技术体系在实际显示应用中的可行性。
图3 | 超高分辨全彩QLED的系统集成与主动矩阵显示验证
总体而言，本工作实现了从纳米图案化工艺、电场调控机制到系统级显示验证的全链路突破，不仅解决了超高分辨QLED“如何实现”的制造问题，更从物理本质上阐明了限域像素结构中电场分布对器件性能的决定性作用，并提出了具有普适性的介电匹配策略。这一“纳米结构设计—电场调控—性能提升”的研究范式，为下一代高性能近眼显示技术提供了关键理论基础与可行工程路径。
本文来自“材料科学与工程”公众号，感谢论文作者团队支持。
近期学术会议推荐
欢迎留言，分享观点。点亮❤
热门跟贴