當下隨信息技術、人工智能快速發(fā)展，可交互顯示形態(tài)加速升級。虛擬現實（VR），增強現實（AR）等近眼顯示技術成為研究熱點，為用戶提供全新的觀感和交互體驗。而顯示設備也朝著微型化不斷發(fā)展。為保證單位視場角內具有足夠像素密度，同時不損失發(fā)光效率。這對超高分辨率顯示提出新的挑戰(zhàn)。傳統發(fā)光二極管（LED）在微納尺寸上面臨嚴重的側壁缺陷帶來的效率衰減，而量子點本身具有優(yōu)異的發(fā)光特性，且發(fā)光效率幾乎不受像素尺寸的影響，這為高性能超高分辨微顯示的發(fā)展帶來新的契機。而實現量子點在微納尺度上的高精確組裝是打破分辨率極限，實現高性能超高分辨量子點發(fā)光二極管（HR-QLED）的關鍵。
基于以上研究背景，福州大學李福山團隊提出并設計了一種新型量子點組裝模式，利用超薄的小分子黑色素（Nigrosin）表面微結構誘導量子點進行選擇性組裝（SMA）。這種經過特殊定制的黑色素表面具有獨特的表面特性，其與空穴傳輸層產生的表面能梯度使量子點溶液發(fā)生快速地定向自驅動，實現高對比度的圖案化。同時通過仿真分析模擬，進一步優(yōu)化表面能梯度和驅動時間，實現36599 像素密度（PPI）超高分辨像素陣列。同時利用SMA組裝與光交聯結合，成功制備了2540 PPI全彩發(fā)光陣列器件。量子點的選擇性組裝大大提高了圖像對比度，黑色素微結構還有效阻擋了像素間漏電流，抑制了像素間發(fā)光串擾。此外，所制備的單色和全彩高分辨器件均表現出優(yōu)異的發(fā)光性能，最大外量子效率分別達到18.74%和11.01%。是目前高分辨量子點發(fā)光器件最佳性能之一。
該組裝策略適配于納米顆粒的高精度組裝，過程簡單，成本低廉，而且適用于大面積制備，為高性能微型顯示技術的發(fā)展提供新的思路。相關成果以“Ultrahigh-resolution full-color quantum dot LEDs based on region-selective interfacial self-assembly”為題發(fā)表在國際頂級期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。
【結果】
圖 1 a，荷葉的自清潔形態(tài)及其表面微結構的三維形態(tài)。 b，量子點組裝示意圖。 c，闡明表面微結構特性對分子組裝影響的示意圖。d, 表面微結構組裝過程示意圖。
圖 2 a，量子點與不同微結構界面的組裝原理示意圖；b，量子點溶液自驅動過程模擬；c，驅動時間與接觸角梯度的關系曲線；d，辛烷表面接觸角隨紫外線照射時間的變化，以及量子點在黑色素微結構表面上單個像素的形態(tài)變化；e，量子點在黑色素/TFB 表面上的組裝形態(tài)隨量子點濃度的變化。
圖 3 a, 使用不同表面微結構材料組裝的量子點陣列的光學照片。 b, 使用不同表面微結構材料獲得微結構形的原子力顯微鏡圖像和高度分布。c、量子點組裝前黑色素構建的孔狀圖案的SEM圖像和量子點組裝后圓形圖案的熒光顯微照片。 d、量子點在黑色素微結構表面組裝前后的熒光顯微照片。e，用不同材料構建的表面微結構組裝的量子點圖案的對比度。
圖 4 a：PDMS 印章的光學顯微鏡圖像；b-d：圖案周期分別為 4微米、2微米和700 納米的 PDMS 印章的掃描電鏡圖像；e-l：不同分辨率的紅色、綠色和藍色量子點陣列的熒光顯微鏡圖像。
圖 5 a：利用界面組裝和光交聯技術制備量子點全彩圖案的工藝流程。b：曝光清洗后有黑素微結構和無黑素微結構量子點圖案的對比度差異。c-d，通過 SMA-光交聯制備的全彩發(fā)光陣列圖案的照片。e, 全彩子像素的放大圖像。
圖 6 a，高分辨率器件結構示意圖和各層厚度。 b，高分辨率器件電致發(fā)光圖像，以及器件中的電荷傳輸示意圖。 c，器件能級示意圖（以紅色器件為例）。f-h，紅色、綠色和藍色高分辨率器件（8467 PPI）的外部量子效率-亮度-電流效率曲線。 i，全彩色器件的電致發(fā)光光譜。 j，全彩發(fā)光器件的電流密度和亮度曲線。k, 全彩發(fā)光器件的電流效率和 EQE 曲線。
【原文鏈接】
Chao Zhong, Kuibao Yu, Yuan Qie, Yongshen Yu, Yongyi Lu, Ge Deng, Tailiang Guo, Hailong Hu, and Fushan Li.Ultrahigh-resolution full-color quantum dot LEDs based on region-selective interfacial self-assembly. Advanced Functional Materials. 2025, 2510076.
https://doi.org/10.1002/adfm.202510076
（來源：光電未來）
