在信息年代，三维(3D)显示技术因其远超传统二维显示的沉浸式体验，在娱乐、教育、医疗成像等范围展示出巨大潜力。然而，目前主流的线偏振三维显示技术存在视角窄、亮度损失高(总是超越50%)、画面对比度低等固有缺点，极易引发视觉疲劳与不适。而基于投影的圆偏振三维策略，仍受限于偏振片滤光和屏幕漫反射，很难适配个性化的三维观看需要。
在信息年代，三维(3D)显示技术因其远超传统二维显示的沉浸式体验，在娱乐、教育、医疗成像等范围展示出巨大潜力。然而，目前主流的线偏振三维显示技术存在视角窄、亮度损失高(总是超越50%)、画面对比度低等固有缺点，极易引发视觉疲劳与不适。而基于投影的圆偏振三维策略，仍受限于偏振片滤光和屏幕漫反射，很难适配个性化的三维观看需要。
圆偏振发光二极管(CP|LEDs)因可直接发射色彩纯度高、功耗低的高效圆偏振光，被视为突破上述瓶颈的重点技术方向。圆偏振光所携带的自旋角动量可以提供宽视角、低亮度损失、高对比度和出色的保真度。然而，长期以来，怎么样同时提高CP|LEDs的外量子效率(EQE)与电致发光不对称因子(gEL)，一直是行业公认妨碍其实质应用的核心难点。传统基于手性材料发光层的技术路线，常因金属电极反射圆偏振光而导致自旋反转，致使gEL减少。
革新器件设计：空间解耦达成性能突破
日前，国家纳米科学中心唐智勇院士研究团队在《自然·光子学》(Nature Photonics)上发表了一项突破性研究，提出了一种全新的器件设计理念——将光子的偏振与自旋进行空间解耦。研究团队摆脱了依靠复杂手性材料提高性能的固有局限，革新性地使用超对齐非手性无机纳米棒/纳米线共组装结构作为发光层，直接产生线偏振电致发光;同时原位集成无机纳米线组装薄膜，充当将线偏振光高效转化为圆偏振光的四分之一波片。
这一设计巧妙地解决了金属电极反射导致的自旋反转问题，并消除去外部波片带来的额外光学损耗。通过精准调控非手性无机纳米棒的组分及线偏振发光的相位变化，研究团队成功构建了蓝、绿、红三色CP|LEDs，均展示出优秀的gEL与EQE。其中，红光CP|LED的gEL高达1.54，EQE达6.1%，处于该波段器件的世界领先水平。
图1. 8×8像素器件面板控制电路及显示成效
电可编程原型器件：从芯片到三维显示
基于上述高性能CP|LEDs，研究团队进一步将它作为像素单元，成功研制出电可编程的8×8像素器件面板。该面板显示出在圆偏振剖析器辅助下，肉眼可明确分辨左旋与右旋圆偏振电致发光的亮度差异，可以达成对任意图案的电驱动圆偏振三维显示。除此之外，因为超对齐纳米线结构有效抑制了镜面反射，该器件还具备高电致发光纯度、宽色域与优秀的防眩光成效。
二十年积淀：从基础组装到手性显示应用
这项成就并不是一蹴而就。唐智勇院士长期从事自组装功能纳米材料研究，在纳米粒子基元自组装构建单分散纳米组装体、调控纳米组装结构光学活性等方面获得了一系列要紧进展。围绕圆偏振发光材料与器件，研究团队前期在减少光损失提升出光效率、达成高纯度单一圆偏振发光等重点问题上拓展了系统研究，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获得了系列成就，为此次技术突破奠定了坚实基础。
该研究以“Electrically programmable circularly polarized three|dimensional display”为题发表在《Nature Photonics》上。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、唐智勇研究员为一同通讯作者。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资助。
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