福州大學李福山教授團隊在鈣鈦礦量子點發光二極管（QLED）領域取得突破性進展，實現了目前最快的量子點納秒級穩態電致發光響應。團隊提出了一種量子點結晶調控策略，通過將離子液體引入量子點（QDs）的結晶過程，實現了對量子點表面結晶的有效控制。通過在一定程度上的結晶延緩過程，很好的降低了量子點表面積比和缺陷數量，并實現了電荷注入的有效優化。此外，團隊通過結合高分辨圖案化技術，進一步突破了器件RC常數的瓶頸，最終實現了納秒級響應的超高分辨率鈣鈦礦QLED。其中，響應速度突破百納秒級，分辨率高達9072PPI，器件效率高達15.79%。這項研究提出了一種量子點結晶控制策略，解決了以往量子點結晶控制困難，表面缺陷多和結晶度較差的問題，所突破的納秒級電致發光響應為鈣鈦礦QLEDs在未來的超高分辨率和超高刷新率顯示應用提供了一種全新的解決方案。
該成果以“Nanosecond response perovskite quantum dot light-emitting diodes with ultra-high resolution for active display application”為題于8月21日在線發表于《Light: Science & Applications》。論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41377-025-01959-y
研究背景
近年來，低成本溶液法制備的高效發光器件“鈣鈦礦QLED”已實現超過20%的器件效率，在AR/VR等未來近眼顯示應用中具有重要前景。然而，顯示器的刷新率未來能有多高？AR/VR的拖影如何徹底消除？這一切的核心取決于像素元件的響應速度而非器件效率，這意味著鈣鈦礦QLED器件的電致發光（EL）響應速度對未來顯示的觀影效果具有重要影響。然而，受限于載流子輸運和器件電容（RC常數），傳統鈣鈦礦QLED的響應時間多在微秒量級，成為了通往超高速顯示的“絆腳石”。理論上，器件RC常數可以縮得很短，例如達到幾納秒級，這意味著器件也可以到達納秒級響應。然而，目前報道的響應仍然停留在微秒級別，這是因為量子點的電容和電阻很難完全消除，它們很大程度上阻礙了器件響應時間的縮短。以往的短鏈配體交換策略盡管改善了電荷的注入，但效果有限，且影響了膠體分散性。此外，量子點的敏感表面也增加了操作的復雜性。如何通過有效的結晶調控來改善量子點表面，如通過減少其表面積比，同時增強表面注入并減少電荷捕獲，從而減少RC時間的影響，成為一個有趣的方向。
針對以上問題,福州大學李福山團隊提出了兩項策略：一是引入了咪唑類離子液體，陽離子咪唑環與八面體的緊密結合和所具備的空間位阻效應，可有效“阻斷”A位陽離子與八面體的結晶，通過減少成核數量延長了后續的結晶生長，從而有效的改善了表面結晶，獲得優化注入的量子點。此外，陰離子對表面鉛空位的有效鈍化，進一步減少了電荷在表面的猝滅。通過這項設計，器件的響應可縮短超75%。二是團隊巧妙的將高分辨化和減少器件RC響應時間聯系在了一起。通過電荷阻擋層PMMA的隔絕，器件被分割成若干發光面積1.3um的“小器件”，在實現圖案化發光的同時還有效減少了器件的電容，最終突破了微秒級響應時間的限制。
研究亮點
1.通過QDs表面結晶的有效設計，獲得“胖胖”的、完美的量子點！
量子點的超快結晶速度導致了表面的不確定性和難以操控，高表面積比和充滿缺陷的表面讓電荷注入變得困難。本研究設計了“胖胖”的、完美的量子點，如圖1所示，通過離子液體調控QDs的結晶，使其獲得如下優點：低表面積比（高注入能力）、適配的能級（優異界面傳輸）、低表面缺陷（抑制電荷捕獲），從而獲得了一種改善量子點響應速度的方法。
2.通過高分辨化和減少器件RC的有效結合，全方位圍攻“RC響應時間”！
在不減少整體器件面積的情況下，如何減少器件的RC常數？如圖2所示，本工作提出采取圖案化的方式來實現這種要求。團隊在ITO基底上構建了蜂窩狀的圖案化PMMA功能層，利用器件空穴傳輸層（HTL）和發光層（EML）的貫穿和分隔，從而實現QDs層的圖案化發光和器件電容的有效抑制，最終實現了分辨率和效率分別為9072PPI和15.79%并且具有納秒級響應的超高分辨率鈣鈦礦QLED，并展示了該研究在AM-QLED上的應用前景。
圖1.QDs的結晶調控設計
圖2.器件RC響應的調控策略
總結與展望
此研究不僅提供了一種優化QDs表面結晶的策略，還有效結合了高分辨圖案化技術，突破了現有器件的微秒響應限制，所制備的納秒級響應的超高分辨率鈣鈦礦QLED不僅對實現高刷新率顯示具有重要意義，而且在未來的高速光通訊和光交互顯示中同樣具有重要的應用前景。
論文信息
Zhang, Q., Yang, K., Luo, C., Li F., et al.Nanosecond response perovskite quantum dot light-emitting diodes with ultra-high resolution for active display application. Light Sci Appl 14, 285 (2025). https://doi.org/10.1038/s41377-025-01959-y
（來源：光電仿生感知日記）
