福州大學《Nature》：三重突破！首次實現超高分辨全彩QLED“像素級完美”

在近眼顯示（AR/VR）向“視網膜級分辨率”（>10,000 PPI）演進的過程中，量子點發光二極管（QLEDs）被廣泛認為是最具潛力的技術路徑之一。然而，在亞微米像素尺度下，如何同時實現高保真圖案、全彩集成、高效率與長壽命，始終是制約該領域發展的核心科學與工程難題。

針對這一關鍵瓶頸，福州大學李福山團隊從納米制造工藝與器件物理機制兩個層面開展系統性研究，提出并實現了一體化解決方案，實現了超高分辨全彩QLED的“像素級完美”，并建立了結構—電場—性能之間的內在關聯。相關研究成果以題為Nanoscale transfer-printed full-colour ultrahigh-resolution quantum dot LEDs發表在《Nature》上，青年教師林立華為論文第一作者，李福山研究員為通訊作者，福州大學為第一完成單位。該研究工作得到了國家重點研發計劃項目、國家科技重大專項課題及國家自然科學基金面上項目的資助支持。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10333-w

在工藝層面，本研究開發了犧牲層輔助的硬質納米壓印—整體倒置轉印（NP–TP）技術，實現了亞微米尺度全彩量子點像素陣列100%“高保真+轉移產率”構建。通過引入可重復使用的硬質硅模板，實現了模板限定的精確結構復制，在9,072至25,400 PPI范圍內均保持穩定的圖案精度，有效避免了傳統軟印章在高分辨率條件下的形變與失效。在此基礎上，提出“雙作用力動力學（Dual-Action Force Dynamics, DAFD）”策略，通過壓印過程中的垂直壓縮與釋放后的橫向彈性收縮協同作用，實現量子點在像素微孔內的致密重排與無空隙填充，從而在像素尺度上獲得高致密性與高結構保真度，顯著抑制納米尺度發光不均勻性。

進一步地，通過整體倒置轉印策略，將量子點像素陣列與蜂窩狀絕緣框架一次性完整轉移至目標基底；其中，PVB犧牲層在壓印階段保障微結構復制完整性，在轉印過程中提供關鍵保護，并在剝離后暴露出潔凈、無殘留的像素陣列表面，從而有效消除傳統多色圖案化中的殘留污染與RGB串色問題，實現全彩像素的高純度與高一致性。此外，該工藝在柔性/非平面基底及鈣鈦礦量子點等多材料體系中均表現出優異適用性，依托PDMS彈性支撐與蜂窩絕緣結構的應力分散作用，可在彎曲條件下實現納米級高保真RGB圖案轉印并保持穩定電學性能；同時，該工藝避免高溫與光刻步驟，兼容鈣鈦礦量子點等環境敏感材料，實現與傳統體系一致的高質量圖案化。NP–TP不僅具備極限分辨能力，更具有跨基底、跨材料的通用納米制造潛力。

圖1| NP–TP工藝及DAFD機制驅動的高保真量子點圖案化

在物理機制層面，本工作進一步識別并系統揭示了一個此前被忽視的關鍵限制因素，即亞微米限域像素結構中由幾何約束引發的電場重構及其非均勻分布。電場模擬與實驗結果表明，微孔邊緣存在顯著的電場集中效應，該局域增強電場會引發電流擁擠、非輻射復合增強以及局部熱積累，從而成為限制器件效率與穩定性的主導機制。基于此，研究提出通過在電荷阻擋層中引入TiO?納米顆粒實現介電常數匹配，使其與量子點發光層相協調，從而有效均勻化微孔內部電場分布并抑制邊緣效應。通過系統性的“光學效應排除與電場調控驗證”，明確建立了“介電匹配→電場均勻化→性能提升”的因果關系。由此，在12,700 PPI分辨率下，紅光QLED實現了26.1%的峰值外量子效率（EQE）和65,190小時（T95@1000 cd m?2）的超長壽命，達到當前高分辨率QLED的領先水平；同時，綠光與藍光器件的EQE分別提升124%和119%。

圖2 | 電場非均勻性起源及TiO?介電匹配實現的電場均勻化與性能提升

在系統集成方面，RGB像素化白光器件實現了10.1%的EQE，刷新了高分辨率全彩QLED的性能記錄。進一步地，通過與CMOS驅動電路的單片集成，成功演示了基于溶液工藝的主動矩陣QLED動態顯示原型，驗證了該技術體系在實際顯示應用中的可行性。

圖3 | 超高分辨全彩QLED的系統集成與主動矩陣顯示驗證

總體而言，本工作實現了從納米圖案化工藝、電場調控機制到系統級顯示驗證的全鏈路突破，不僅解決了超高分辨QLED“如何實現”的制造問題，更從物理本質上闡明了限域像素結構中電場分布對器件性能的決定性作用，并提出了具有普適性的介電匹配策略。這一“納米結構設計—電場調控—性能提升”的研究范式，為下一代高性能近眼顯示技術提供了關鍵理論基礎與可行工程路徑。

本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。

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