169333 PPI超高分辨率！中国团队 QLED 技术登 Nat. Photon.，台式光刻实现关键技术支持

发布日期：2026-05-19

近日，天津工业大学李越教授团队提出了毛细力自组装量子点序构策略，实现了超高分辨率的QLED的高效构筑，在高分辨率量子点显示研究领域取得重要进展，该成果以“Ultrahigh-resolution nanoimprint patterning of quantum-dot light-emitting diodes via capillary self-assembly”为题，发表于《Nature photonics》期刊，小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3在量子点阵列的大面积图形化制备中发挥关键作用。

随着虚拟现实（VR）、增强现实（AR）及“元宇宙”概念的兴起，近眼显示技术已成为新一代信息交互的战略高地。为了彻底消除近眼观看时的“纱窗效应”并实现极致的沉浸体验，显示器件的像素密度迫切需要突破10,000像素每英寸（PPI），以达到更好的视觉效果。

目前的显示技术存在诸多挑战：传统液晶显示（LCD）受限于背光结构，难以满足微显示对轻薄化和高对比度的严苛需求；有机发光二极管（OLED）虽然实现了自发光，但有机材料本质上的不稳定性导致其在超高亮度下易产生“烧屏”老化，且色纯度存在提升瓶颈。无机量子点发光二极管（QLED）凭借其高发光效率、宽色域可调性与窄发射谱宽等，被公认为最具竞争力的下一代显示技术，然而当像素尺寸缩小至微米乃至纳米级（以适配超高PPI）时，QLED器件面临着“成本高”和“尺寸依赖效率滚降”等问题，严重影响未来高分辨率高端显示的研发和商业化。

在此背景下，李越教授团队提出了一种基于纳米孔阵列模板的纳米压印策略，利用模板纳米孔毛细力诱导量子点纳米限域自组装，成功实现了纳米级超高分辨率QLED器件的制造。该策略采用的纳米孔模板，可以重复使用，极大地降低制造成本。该方法可将像素尺寸缩小至约70nm，像素密度可高达169,333PPI，该量子点发光器件的像素尺寸是目前报道最小值，像素密度是目前报道最高值。得益于发光量子点单层的紧密序构堆积，所制备的超高像素密度QLED器件表现出极微弱的像素单元尺寸依赖性能衰减，其中最小像素尺寸70nm的红、绿、蓝三色器件仍分别保持了17.0%、10.5%和5.7%的平均外量子效率（EQE）。在此基础上，研究团队进一步展示了该技术在柔性基底上的兼容性，并成功实现了高分辨率全彩量子点阵列的图案化。

本工作中的QLED器件采用了小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3实现了大面积、更复杂的超高分辨率量子点阵列图形的制备。MicroWriter ML3 的稳定性（极高的加工重现性）；高精度（最高0.4微米的加工精度）；高效率（加工速度最高可达180 mm2/min）等技术优势助力了这种低成本构筑高效率与超高分辨率纳米QLED阵列的新方法，为下一代显示技术的发展开辟了新路径。

小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3

【精彩图文展示】

a）基于纳米压印、借助毛细相互作用实现量子点图案自组装的示意图。通过在 TFB 上直接纳米压印，再经毛细力驱动自组装，获得了高分辨率量子点阵列。

b）不同方法在分辨率、成本效益、可扩展性、柔性适配性、全彩能力及纳米 LED 器件性能方面的对比。本工作在分辨率、成本效益、可扩展性以及纳米 LED 器件性能上展现出明显优势。

c）PDMS 纳米孔阵列模具的扫描电镜（SEM）图像（周期约 600 nm，孔径约 152 nm）。左上与右上插图分别为该模具的光学照片及其放大 SEM 图。插图标尺：左 5 mm，右 300 nm。

d）不同周期的 PDMS 纳米孔阵列模具 SEM 图像（孔径约 70 nm）。周期 P 从左至右依次为 300 nm、200 nm 和 150 nm。

e）制备得到的红色量子点图案 SEM 图像（P = 600 nm）。插图分别为：图案中单个红色量子点像素单元的放大 SEM 图（左），以及原子力显微镜（AFM）数据中沿白色虚线提取的红色量子点图案表面轮廓（右）。

f）红色量子点图案的一维掠入射小角 X 射线散射（GISAXS）数据，由对应的二维 GISAXS 图谱（右上插图）提取得到。

g）周期分别为 300 nm（左，84667 PPI）、200 nm（中，127000 PPI）和 150 nm（右，169333 PPI）的红色量子点图案 SEM 图像。插图标尺：100 nm。

h）当周期从 600 nm 减小到 150 nm 时，从对应 SEM 图像中提取的红色量子点图案像素尺寸分布。数据以平均值 ± 标准差（s.d.）表示（样本数 n = 200 个像素单元）。须线代表最大值与最小值；箱体边界为第 25、75 百分位数；中心线为平均值。

i）分辨率为 42333 PPI 的红（R）、绿（G）、蓝（B）量子点图案的荧光显微图像。

j）由多色量子点阵列构成的 RG、GB 及 RGB 复合图案的光致发光图像。

这种纳米压印与毛细力作用自组装的方法同样可实现大面积、更复杂的超高分辨率量子点阵列图形，如上图描述：首先利用MicroWriter ML3对正性光刻胶进行图形化曝光（无需显影），随后在其上压印制备量子点阵列。经溶剂挥发与显影后，在刚性衬底（如硅片 Si）或柔性衬底（如聚对苯二甲酸乙二醇酯 PET）上均可得到光刻胶与量子点阵列复合的图形化结构。

【结论】

该研究通过纳米压印与毛细力自组装相结合的简单低成本工艺，实现了超过 16 万 PPI 的超高分辨率量子点阵列大面积图形化，并成功制备高性能纳米 QLED，在分辨率、成本、可扩展性与器件性能上均展现出显著优势，为下一代超高清微显示、AR/VR 微屏提供了重要技术路线。