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香港科技大学研究团队利用“胶体量子棒”纳米材料，开发出一种新型彩色滤光膜，旨在解决手机、电脑等显示设备在强光下屏幕内容难以看清的问题。该技术通过量子棒的偏振发光特性，显著提升了屏幕的光学效率和环境对比度。与传统滤光膜相比，新滤光膜的光学效率提升了56%，在200勒克斯室内光照下，环境对比度达到263:1。研究团队结合了光刻和喷墨打印技术，为大规模生产奠定了基础，并已成立初创公司推动技术商业化。
💡 **创新材料解决屏幕可见性挑战**：香港科技大学团队利用“胶体量子棒”（Colloidal Quantum Rods）这种具有独特棒状几何结构的纳米材料，开发出新型彩色滤光膜，旨在从根本上解决户外强光或明亮室内环境下手机、电脑等显示设备屏幕“见光死”的问题，提升屏幕在各种光照条件下的可见性和图像质量。
🚀 **显著提升显示性能**：该新型滤光膜通过量子棒天然的偏振发光特性，实现了高达0.65的偏振发光偏振度（DOP），从而降低了光线损耗。光学模型显示，采用该滤光膜的液晶显示器光学效率可达7.66%，比传统量子点滤光膜高出56%。同时，在200勒克斯室内光照下，实测环境对比度达到263:1，显著增强了设备在明亮环境下的图像清晰度。
🏭 **结合成熟工艺实现规模化生产**：为了将这项技术推向市场，研究团队巧妙地结合了成熟的工业技术：光刻技术用于精确控制量子棒薄膜的像素化图形，而喷墨打印则提供了成本效益和灵活性。这种结合使得技术具备了规模化生产的潜力，并已有初创公司柔美科技（Roumei Tech）成立，具备制造样机能力，正积极推进商业化进程。
🌟 **广阔的应用前景与未来优化方向**：这项技术不仅能无缝集成到当前主流的Mini LED背光液晶显示器中，还能为Micro LED和OLED等下一代显示技术提供关键支持，例如作为Micro LED的全彩高效色转换层，或作为OLED的性能更优替代方案。未来，团队将致力于解决材料厚度问题以满足市场需求，并探索降低材料中重金属含量以提高可持续性的环保方向。
嘉鱼 2025-09-13 20:27 北京
很多人可能都有过类似的经历：在户外的太阳底下，怎么也看不清手机屏幕上的内容；或是在明亮的房间里，总觉得屏幕的色彩不够鲜艳，亮度也打了折扣。这其实是目前所有手机、电脑等显示设备都面临的一个普遍难题。现在，香港科技大学的一个研究团队，为这个问题找到了一个不错的解决方案。他们利用一种叫做“胶体量子棒”（Colloidal Quantum Rods）的纳米材料，开发出一种新型的彩色滤光膜，或许能从根源上解决屏幕“见光死”的问题。图丨香港科技大学团队（来源：宋建欣）日前，相关论文以《使用胶体量子棒纳米晶实现偏振彩色滤光片，用于先进高性能显示器》（Polarized Color Filters Using Colloidal Quantum Rod Nanocrystals for Advanced High-Performance Displays）为题发表于 Advanced Science[1]。
香港科技大学博士生宋建欣是第一作者，香港科技大学副教授阿比锡·斯里瓦斯塔瓦（Abhishek Kumar Srivastava）是通讯作者。图丨相关论文（来源：Advanced Science）
“目前市面上的显示器，普遍有两个很严重的痛点。一个是光损耗非常严重，这导致屏幕的亮度和效率都不高。另一个就是环境对比度比较低，简单来说，在外界光线强的条件下，屏幕的亮度和图像质量就会下降。”宋建欣向 DeepTech 表示。要理解这项工作，我们需要先简单了解一下屏幕的显色原理。无论是常见的液晶屏幕，还是更鲜艳的 OLED 屏幕，大多都依赖一层彩色滤光膜（Color Filter）。它的作用就像一层染了色的窗户，把来自屏幕背光的白光过滤成红、绿、蓝三种颜色，再组合成我们看到的彩色画面。但这种方式的效率很低，超过 70% 的光线能量都在这个过程中被吸收掉了，白白浪费了。
为了解决这个问题，科学家们想到了用光致发光材料来替代。它的原理不是“过滤”光，而是“转换”光，比如把蓝色的背光直接转换成红色或绿色的光，这样能量损失就小多了——量子点（QDs，Quantum Dots）就是这类材料中的明星。但即便如此，环境对比度低的问题还是没能彻底解决。因为这些发光材料在被环境光照到的时候，自己也会“亮起来”，这就会让屏幕上本该是黑色的地方变得灰蒙蒙的，导致画面模糊、色彩失真。该团队方案的关键创新在于，他们选择了一种在形态上更为独特的纳米材料——量子棒（QRs，Quantum Rods）。由于其独特的棒状几何结构，量子棒发出的光天然携带偏振特性，这是传统球状量子点所不具备的。“我们的工作主要想解决两个核心问题：一是提高光致发光膜层的效率，二是提升显示设备的环境对比度。”宋建欣表示。
图丨 A) 环境光效应导致 ACR 下降的问题示意图以及 PECF 与 PLCF 的对比示意；B) QDCF 与 QRCF 在环境光激发下的模拟结果差异；C) 不同材料的吸收（在 450nm 处归一化）和发射光谱及其重叠关系；D) 显示图像的模拟 ACR；E、F) ACR 计算的模拟模型和环境光激发分数的计算结果。（来源：Advanced Science）
研究结果表明，该方案取得了显著成效。通过精确的材料设计与制备，团队开发的量子棒彩色滤光膜展现出高达 0.65 的偏振发光偏振度（DOP，Degree of Polarization）。这一特性直接降低了光线通过显示面板最终偏振片时的能量损耗。因此，根据论文中的光学模型，采用该滤光膜的液晶显示器，其最终光学效率可达 7.66%，相较于采用传统量子点滤光膜的 4.92%，提升了 56%。
在效率之外，该技术在抑制环境光方面也表现优异。在 200 勒克斯的室内光照下，其实测环境对比度达到了 263：1，显著增强了设备在明亮环境下的图像清晰度。
图丨 A) 顶发射型 PECF 全彩 LCD 器件的示意图；B) 不同像素的开/关状态及所制备 PECF 显示器的微观图像；C) QRCF 与有机染料色滤片的 ACR 对比；D) 器件在 CIE1931 色度图中的色域。（来源：Advanced Science）
当然，光有好的材料还不够，怎么把它做成我们屏幕上一个个微小的像素点，才是真正的挑战。为此，团队结合了两种非常成熟的工业技术：光刻（Photolithography）和喷墨打印（Inkjet Printing）。“我们这项工作的一大亮点，是实现了微米级像素的平面发光，主要通过光刻打印的方式完成。”宋建欣强调，“光刻是我们工作的重点，因为这是我们创新性地提出将该方法应用于此类系统。”光刻技术使研究团队能够精确控制量子棒薄膜的像素化图形，具有极高的普适性。“光刻技术在工业界已非常成熟，这意味着任何具备相应能力的企业，都可以利用我们的方法进行规模化生产。”图丨通过光刻等工艺制备的微米级像素阵列（来源：Advanced Science）
与此同时，喷墨打印则提供了一种成本更低、操作更灵活的方案。这两种方法的结合，意味着这项技术离大规模生产又近了一步。宋建欣透露，为了推进这项技术的落地，团队已成立了初创公司柔美科技 [2]，并具备了制造样机的能力，取得了一定的商业化进展。但技术要实现最终的商业化落地，仍需要相应的资金投入支持。该技术的应用前景十分广阔。对于当前主流的、采用 Mini LED 背光的液晶显示器，它可以实现无缝集成。对于 Micro LED 和 OLED 等下一代显示技术，它同样能发挥关键作用。宋建欣解释，目前 Micro LED 在全彩化方面面临着严峻的外部量子效率瓶颈，而量子棒薄膜可以作为高效的色转换层。对于 OLED 领域，这项技术则有望提供一种性能更优的替代方案，绕开部分现有技术的专利壁垒。该技术同样适用于 AR（增强现实）、VR（虚拟现实）等前沿显示领域。不过，从实验室走向市场总会面临新的挑战。宋建欣坦言，团队在研究中花了大量时间去优化材料的偏振度。而接下来，他们还有两个问题需要解决。“第一个是厚度问题，”宋建欣说，“我们现在能做的厚度大概是 300 到 500 纳米。但要做到能完美替代现有产品的市场需求，可能需要做到 1 到 3 微米那么厚。挑战在于，厚度提高的同时，偏光性能会下降，这是我们想在大规模生产中最终要解决的一个点。”“另一个方向是环保，”他继续说道，“我们的材料里含有一些重金属。如果能降低重金属的含量，提高它的可持续性，这也是一个重要的方向。”尽管还有很长的路要走，但这项研究为显示技术的发展打开了新的思路。它告诉我们，在一个看似已经很成熟的领域，依然有创新的空间。“三星、TCL、LG 等厂商的量子点技术已经很成熟，大家可能会觉得这个领域是不是已经到头了？”宋建欣在采访的最后说道，“但我们想说的是，这个领域还有很多空间值得我们去发掘，特别是量子点在显示方面的应用。”参考资料：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.2024143162.http://www.roumeitech.com/运营/排版：何晨龙阅读原文
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