南京大学王元元 & 芝加哥大学Dmitri V. Talapin团队:RGB量子点的直接环境光图案化技术,EQE超过20%
胶体量子点凭借其可调的发射波长、高色纯度和优异的光电性能，正在重新定义下一代显示技术的核心架构。近年来，量子点发光二极管的商业化加速了发射材料和器件结构的进步，特别是在亮度、分辨率和能效方面。下一代QLED技术越来越依赖于来自红、绿、蓝量子点阵列的电致发光，这对量子点图案化的空间精度提出了严格要求。这一要求对于增强现实和虚拟现实等微显示应用变得尤为关键，这些应用的像素尺寸低于10微米。这些应用需要超高密度的量子点图案对准，带来了双重挑战：实现亚微米级的图案化分辨率，同时保持与环境友好、可扩展的加工条件的兼容性。
虽然转移印刷和喷墨打印等技术广泛用于大面积器件制造，但它们无法提供先进微显示器所需的亚微米分辨率。相比之下，功能无机纳米材料的直接光刻技术为实现高分辨率量子点图案化提供了一条有前景的途径。该技术依赖于
基于表面化学介导的光触发量子点溶解度变化来限定选定区域的图案。然而，在环境条件下，紫外线照射不可避免地会导致量子点的表面氧化或光降解，从而严重损害其光学性能。因此，目前大多数图案化方法仍然需要惰性气体环境，限制了此类技术的实际应用。此外，常用的光敏配体需要复杂的合成过程，并且无法同时提供表面钝化和光响应性。这些限制对于蓝色发光量子点尤其成问题，其图案化器件性能持续不佳。例如，图案化蓝色QLED的外量子效率通常降至12%以下，明显低于未图案化薄膜可实现的>20%的EQE。近期的努力集中在设计空气稳定的光活性分子交联剂上。然而，这些分子仅作为添加剂，涉及复杂合成，与蓝色发光量子点缺乏兼容性，并导致器件性能欠佳。
为了解决量子点图案化商业化中的上述挑战，需要开发结构简单、合成条件要求较低、可在环境条件下操作，同时保持高光学性能和器件性能的多功能分子。这些分子必须同时履行多种角色：有效钝化表面陷阱态，在紫外光下实现空间选择性光活化，并提供强大的氧化保护。此外，它们必须与现有的量子点墨水配方兼容，并在环境（非惰性）条件下可靠工作。理想情况下，这些配体还应易于获取且成本低廉。
在各种配体体系中，含磷分子长期以来在量子点化学中扮演着核心角色，特别是在合成和表面工程中。代表性的例子如三辛基膦和三苯基膦通常用作量子点生长过程中的配位溶剂和还原剂，以及作为提高光致发光效率和胶体稳定性的表面钝化剂。TPP因其适度的给电子能力、化学稳定的芳香结构和紧凑的分子尺寸而受到关注，所有这些都有助于其与各种量子点成分的优异兼容性。尽管有这些优点，TPP在后合成量子点处理中的潜力在很大程度上仍未得到探索。
南京大学王元元 & 芝加哥大学Dmitri V. Talapin等人提出了一种分子水平的多功能图案化策略，用于在环境条件下直接进行量子点的光学光刻。该策略将表面钝化、氧化保护和光活化集成到单一的小分子设计中。该设计克服了传统光敏配体在空气中失活的局限性，无需惰性气氛即可实现高分辨率、非破坏性的图案化。在紫外光照射下，TPP经历氧介导的光活化，触发协同的光诱导反应，从而实现量子点溶解度的空间精确调控。这种机制允许图案化分辨率达到9534 dpi，同时保持量子点的结构和光学完整性。利用这一策略，我们制造了高性能的RGB图案化QLED，蓝色QLED的EQE达到21.6%，绿色和红色分别为25.6%和20.2%。此外，我们通过将RGB阵列与薄膜晶体管背板集成，展示了完全基于直接光学图案化量子点的全彩色有源矩阵QLED显示器。重要的是，这项工作标志着蓝色量子点直接图案化及其与TFT电路集成的成功演示。该方法还在不同像素尺寸（包括85×140 μm和380×650 μm）上与TFT背板表现出优异的兼容性，突显了其在多功能器件制造方面的强大潜力。这项工作连接了实验室规模的分子设计与实际的器件工程，为下一代电致发光QLED显示器制造提供了一种可扩展、经济高效且环境兼容的解决方案。
【结果】
【原文链接】
Guan, J., Ma, J., Zhou, L. et al. Direct ambient photopatterning of RGB quantum dots for light-emitting diodes with EQE exceeding 20%. Nat Commun 16, 9689 (2025).
https://doi.org/10.1038/s41467-025-64696-1
