近日，北京理工大學材料學院賀志遠教授團隊和中科院理化技術研究所吳雨辰研究員團隊合作，在量子點發光二極管(QLED)技術領域取得突破，研究人員通過開發一種芳香增強的毛細管橋限域策略，成功實現了藍色量子點(QD)的長程有序排列，顯著提升了QLED的性能和穩定性。相關研究成果以“Long-range order enhance performance of patterned blue quantum dot light-emitting diodes”為題在《Nature Communications》上發表，北京理工大學碩士生賈玉玉為論文第一作者。
 

　　量子點發光二極管(QLED)因其低能耗、窄帶發射光譜、高對比度等特性，被認為是下一代顯示技術的理想選擇。目前，紅色和綠色QLED在效率和穩定性方面已接近商業化標準，但藍色QLED，尤其是圖案化藍色QLED，仍面臨效率低、穩定性差和分辨率不足等挑戰。傳統圖案化方法容易導致量子點排列無序，引發非輻射復合和電荷泄漏，從而降低器件性能。因此，開發一種能夠實現藍色量子點長程有序排列的高效策略，對于推動QLED的商業化應用具有重要意義。
 

　　要點一：藍色量子點由于尺寸較小，粒子間相互作用較弱，導致其在圖案化過程中難以實現有序排列。針對這一問題，團隊提出了一種芳香增強的毛細管橋限域組裝策略，通過引入短鏈芳香配體(3-氟肉桂酸，3-F-CA)增強量子點間的相互作用，實現了藍色量子點的長程有序排列。
 

圖1 3-F-CA對量子點性能的影響
 

　　要點二：通過溶劑蒸發誘導三相接觸線定向滑動，在微孔內形成有序陣列。借助3-F-CA的分子間作用力，克服流體動力學干擾，實現精度可控的量子點排列。所得陣列表面粗糙度顯著降低，掠入射小角X射線散射觀測到清晰布拉格衍射斑點。長程有序結構使載流子遷移率提升，電荷泄漏減少。
 

圖2 長程有序量子點陣列的制備和性能
 

　　要點三：將長程有序陣列集成至QLED器件中，實現突破性性能：峰值外量子效率24.1%，亮度超10萬尼特(101,519 cd m-2)，較無序器件提升5倍，工作壽命達到54小時，較無序器件提升3.6倍。有序結構還改善散熱，連續工作10小時后器件表面溫度比無序結構低6.7 ℃。
 

圖3 QLED的性能表征
 

　　要點四：基于該技術團隊成功制備了最小3 μm×3 μm像素的藍色QLED陣列，分辨率突破5000 PPI。不同像素尺寸器件性能統計顯示：3μm像素器件仍保持18.3%的平均效率、7.3萬尼特亮度及48小時的工作壽命。構建的10 mm×10 mm顯示設備可實現清晰圖像輸出，528像素區域良率達99.6%。該策略同時適用于紅綠量子點，為全彩QLED顯示提供統一解決方案。
 

圖4 高分辨率QLED器件和靜態電致發光圖案展示
 

　　本研究通過芳香增強與毛細管橋限域組裝的協同作用，成功實現了藍色量子點的長程有序排列，制備的QLED器件的峰值外量子效率24.1%，最高亮度達到101,519 cd m-2。器件的最小像素尺寸達到3微米，分辨率超過5000 PPI，為高分辨率顯示應用提供了新的解決方案。這項研究為量子點材料的自組裝和圖案化技術提供了新思路，具有重要的科學意義和應用價值。未來，該技術有望在柔性顯示、虛擬現實(VR)和增強現實(AR)等領域發揮重要作用，為下一代顯示技術的發展開辟新方向。