港科大团队研发新型量子棒滤光膜，可大幅提升显示屏亮度与对比度

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。

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。

“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。

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。

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。”

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.202414316

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

运营/排版：何晨龙