近日，国家纳米科学中心在圆偏振发光二极管（CP-LEDs）和程序控制三维显示器件构筑方面取得重要进展。研究团队通过精准材料组装与巧妙器件架构设计，成功开发出可编程圆偏振三维显示技术，并制备出肉眼通过圆偏振分析器可直接区分左右圆偏振光亮度差异的8×8像素器件面板。该技术突破了传统CP-LEDs中外量子效率（EQE）与电致发光不对称因子（gEL）难以同时提高的核心瓶颈，为下一代高保真、低疲劳三维显示的商业化提供了新路径。相关成果以“Electrically programmable circularly polarized three-dimensional display”为题发表在《自然·光子学》上（Nat. Photon. (2026), DOI: 10.1038/s41566-026-01920-4.）
三维显示能提供远超传统二维显示的沉浸式视觉体验，在娱乐、教育、医疗成像等领域潜力巨大。然而，当前主流的线偏振三维显示技术存在视角窄、亮度损失高、画面对比度低等缺陷，易引发视觉疲劳与不适；而基于投影的圆偏振三维方案，仍受偏振片滤光、屏幕漫反射限制，难以适配个性化三维观看体验需求。高性能CP-LEDs因可直接发射色彩纯度高、功耗低的高效圆偏振光而被视为解决上述问题的关键，但长期以来，同时提升CP-LEDs的EQE与gEL一直是行业公认阻碍实现其实际应用的核心难题之一。
国家纳米科学中心唐智勇研究团队长期致力于高效圆偏振发光材料与器件开发。前期围绕降低光损失提高出光效率、实现高纯度单一圆偏振发光等关键问题开展了系统研究，在一维手性光子晶体自下而上构筑、量子点与无机纳米线复合圆偏振发光薄膜材料、线偏振发射量子棒低损耗转化为圆偏振光等方面，取得了系列重要进展，为实现圆偏振三维显示技术发展奠定了坚实基础（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202201674; Adv. Mater. 2023, 35, 2209539; Nat. Rev. Chem. 2022, 6, 125-145）。
本研究摆脱了依赖手性材料提升CP‑LEDs性能的固有局限，创新性地提出了采用可直接发射线偏振光的超对齐非手性无机纳米棒/纳米线共组装结构作为发光层，同时原位集成无机纳米线组装薄膜作为将线偏振光转化为圆偏振光的四分之一波片来构建电驱动CP‑LEDs。通过调控非手性无机纳米棒的组分以及线偏振发光的相位变化，构建的蓝、绿、红三种颜色的CP‑LEDs均呈现出色的gEL与EQE，其中红光CP‑LEDs的gEL高达1.54，EQE达6.1%，处于该波段器件的世界领先水平。这一突破源于将光子的偏振与自旋进行空间解耦的器件设计理念，解决了由于金属电极反射圆偏振光造成的自旋反转及gEL降低的问题并消除了外部波片带来的额外光学损耗，满足了三维显示应用的基本要求。进一步，以所构建CP‑LEDs为像素，成功研制出可编程8×8像素器件面板，该面板不仅显示出在圆偏振分析器辅助下肉眼可清晰分辨的左/右旋圆偏振电致发光的亮度差异，实现对任意图案如“NCNST”电驱动圆偏振三维显示效果的直接可视化，而且具有高电致发光纯度、宽色域和优异的防眩光效果，展示了其在三维显示领域应用的潜力。
图1. 8×8像素器件面板控制电路及显示效果
国家纳米科学中心博士生姚文言为论文第一作者，国家纳米科学中心刘雅玲研究员、唐智勇研究员为共同通讯作者。本研究工作得到国家自然科学基金卓越研究群体项目、国家自然科学基金重点项目等项目的资助。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41566-026-01920-4
