很多人可能都有過(guò)類似的經(jīng)歷：在戶外的太陽(yáng)底下，怎么也看不清手機(jī)屏幕上的內(nèi)容；或是在明亮的房間里，總覺(jué)得屏幕的色彩不夠鮮艷，亮度也打了折扣。這其實(shí)是目前所有手機(jī)、電腦等顯示設(shè)備都面臨的一個(gè)普遍難題。

現(xiàn)在，香港科技大學(xué)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，為這個(gè)問(wèn)題找到了一個(gè)不錯(cuò)的解決方案。他們利用一種叫做“膠體量子棒”（Colloidal Quantum Rods）的納米材料，開(kāi)發(fā)出一種新型的彩色濾光膜，或許能從根源上解決屏幕“見(jiàn)光死”的問(wèn)題。

圖丨香港科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)（來(lái)源：宋建欣）

日前，相關(guān)論文以《使用膠體量子棒納米晶實(shí)現(xiàn)偏振彩色濾光片，用于先進(jìn)高性能顯示器》（Polarized Color Filters Using Colloidal Quantum Rod Nanocrystals for Advanced High-Performance Displays）為題發(fā)表于Advanced Science[1]。

香港科技大學(xué)博士生宋建欣是第一作者，香港科技大學(xué)副教授阿比錫·斯里瓦斯塔瓦（Abhishek Kumar Srivastava）是通訊作者。

圖丨相關(guān)論文（來(lái)源：Advanced Science）

“目前市面上的顯示器，普遍有兩個(gè)很嚴(yán)重的痛點(diǎn)。一個(gè)是光損耗非常嚴(yán)重，這導(dǎo)致屏幕的亮度和效率都不高。另一個(gè)就是環(huán)境對(duì)比度比較低，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在外界光線強(qiáng)的條件下，屏幕的亮度和圖像質(zhì)量就會(huì)下降?！彼谓ㄐ老?DeepTech 表示。

要理解這項(xiàng)工作，我們需要先簡(jiǎn)單了解一下屏幕的顯色原理。無(wú)論是常見(jiàn)的液晶屏幕，還是更鮮艷的 OLED 屏幕，大多都依賴一層彩色濾光膜（Color Filter）。它的作用就像一層染了色的窗戶，把來(lái)自屏幕背光的白光過(guò)濾成紅、綠、藍(lán)三種顏色，再組合成我們看到的彩色畫面。但這種方式的效率很低，超過(guò) 70% 的光線能量都在這個(gè)過(guò)程中被吸收掉了，白白浪費(fèi)了。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家們想到了用光致發(fā)光材料來(lái)替代。它的原理不是“過(guò)濾”光，而是“轉(zhuǎn)換”光，比如把藍(lán)色的背光直接轉(zhuǎn)換成紅色或綠色的光，這樣能量損失就小多了——量子點(diǎn)（QDs，Quantum Dots）就是這類材料中的明星。

但即便如此，環(huán)境對(duì)比度低的問(wèn)題還是沒(méi)能徹底解決。因?yàn)檫@些發(fā)光材料在被環(huán)境光照到的時(shí)候，自己也會(huì)“亮起來(lái)”，這就會(huì)讓屏幕上本該是黑色的地方變得灰蒙蒙的，導(dǎo)致畫面模糊、色彩失真。

該團(tuán)隊(duì)方案的關(guān)鍵創(chuàng)新在于，他們選擇了一種在形態(tài)上更為獨(dú)特的納米材料——量子棒（QRs，Quantum Rods）。由于其獨(dú)特的棒狀幾何結(jié)構(gòu)，量子棒發(fā)出的光天然攜帶偏振特性，這是傳統(tǒng)球狀量子點(diǎn)所不具備的。“我們的工作主要想解決兩個(gè)核心問(wèn)題：一是提高光致發(fā)光膜層的效率，二是提升顯示設(shè)備的環(huán)境對(duì)比度?！彼谓ㄐ辣硎尽?/p>

（來(lái)源：Advanced Science）

研究結(jié)果表明，該方案取得了顯著成效。通過(guò)精確的材料設(shè)計(jì)與制備，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的量子棒彩色濾光膜展現(xiàn)出高達(dá) 0.65 的偏振發(fā)光偏振度（DOP，Degree of Polarization）。這一特性直接降低了光線通過(guò)顯示面板最終偏振片時(shí)的能量損耗。因此，根據(jù)論文中的光學(xué)模型，采用該濾光膜的液晶顯示器，其最終光學(xué)效率可達(dá) 7.66%，相較于采用傳統(tǒng)量子點(diǎn)濾光膜的 4.92%，提升了 56%。

在效率之外，該技術(shù)在抑制環(huán)境光方面也表現(xiàn)優(yōu)異。在 200 勒克斯的室內(nèi)光照下，其實(shí)測(cè)環(huán)境對(duì)比度達(dá)到了 263：1，顯著增強(qiáng)了設(shè)備在明亮環(huán)境下的圖像清晰度。

（來(lái)源：Advanced Science）

當(dāng)然，光有好的材料還不夠，怎么把它做成我們屏幕上一個(gè)個(gè)微小的像素點(diǎn)，才是真正的挑戰(zhàn)。為此，團(tuán)隊(duì)結(jié)合了兩種非常成熟的工業(yè)技術(shù)：光刻（Photolithography）和噴墨打印（Inkjet Printing）。

“我們這項(xiàng)工作的一大亮點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)了微米級(jí)像素的平面發(fā)光，主要通過(guò)光刻打印的方式完成?！彼谓ㄐ缽?qiáng)調(diào)，“光刻是我們工作的重點(diǎn)，因?yàn)檫@是我們創(chuàng)新性地提出將該方法應(yīng)用于此類系統(tǒng)。”光刻技術(shù)使研究團(tuán)隊(duì)能夠精確控制量子棒薄膜的像素化圖形，具有極高的普適性?！肮饪碳夹g(shù)在工業(yè)界已非常成熟，這意味著任何具備相應(yīng)能力的企業(yè)，都可以利用我們的方法進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)?！?/p>

（來(lái)源：Advanced Science）

與此同時(shí)，噴墨打印則提供了一種成本更低、操作更靈活的方案。這兩種方法的結(jié)合，意味著這項(xiàng)技術(shù)離大規(guī)模生產(chǎn)又近了一步。

宋建欣透露，為了推進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)的落地，團(tuán)隊(duì)已成立了初創(chuàng)公司柔美科技 [2]，并具備了制造樣機(jī)的能力，取得了一定的商業(yè)化進(jìn)展。但技術(shù)要實(shí)現(xiàn)最終的商業(yè)化落地，仍需要相應(yīng)的資金投入支持。

該技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊。對(duì)于當(dāng)前主流的、采用 Mini LED 背光的液晶顯示器，它可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。對(duì)于 Micro LED 和 OLED 等下一代顯示技術(shù)，它同樣能發(fā)揮關(guān)鍵作用。

宋建欣解釋，目前 Micro LED 在全彩化方面面臨著嚴(yán)峻的外部量子效率瓶頸，而量子棒薄膜可以作為高效的色轉(zhuǎn)換層。對(duì)于 OLED 領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)則有望提供一種性能更優(yōu)的替代方案，繞開(kāi)部分現(xiàn)有技術(shù)的專利壁壘。該技術(shù)同樣適用于 AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）、VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）等前沿顯示領(lǐng)域。

不過(guò)，從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)總會(huì)面臨新的挑戰(zhàn)。宋建欣坦言，團(tuán)隊(duì)在研究中花了大量時(shí)間去優(yōu)化材料的偏振度。而接下來(lái)，他們還有兩個(gè)問(wèn)題需要解決。

“第一個(gè)是厚度問(wèn)題，”宋建欣說(shuō)，“我們現(xiàn)在能做的厚度大概是 300 到 500 納米。但要做到能完美替代現(xiàn)有產(chǎn)品的市場(chǎng)需求，可能需要做到 1 到 3 微米那么厚。挑戰(zhàn)在于，厚度提高的同時(shí)，偏光性能會(huì)下降，這是我們想在大規(guī)模生產(chǎn)中最終要解決的一個(gè)點(diǎn)?！?/p>

“另一個(gè)方向是環(huán)保，”他繼續(xù)說(shuō)道，“我們的材料里含有一些重金屬。如果能降低重金屬的含量，提高它的可持續(xù)性，這也是一個(gè)重要的方向?！?/p>

盡管還有很長(zhǎng)的路要走，但這項(xiàng)研究為顯示技術(shù)的發(fā)展打開(kāi)了新的思路。它告訴我們，在一個(gè)看似已經(jīng)很成熟的領(lǐng)域，依然有創(chuàng)新的空間?！叭?、TCL、LG 等廠商的量子點(diǎn)技術(shù)已經(jīng)很成熟，大家可能會(huì)覺(jué)得這個(gè)領(lǐng)域是不是已經(jīng)到頭了？”宋建欣在采訪的最后說(shuō)道，“但我們想說(shuō)的是，這個(gè)領(lǐng)域還有很多空間值得我們?nèi)グl(fā)掘，特別是量子點(diǎn)在顯示方面的應(yīng)用。”

參考資料：

1.Jianxin Song et al. Polarized Color Filters Using Colloidal Quantum Rod Nanocrystals for Advanced High-Performance Displays.Advanced Science(2025). https://doi.org/10.1002/advs.202414316

2.http://www.roumeitech.com/

運(yùn)營(yíng)/排版：何晨龍