研究人员开发了用于超高RGB显示质量的全彩色发射上转换纳米粒子技术

韩国科学技术研究院（KIST）极端材料研究中心的Ho Seong-Jang博士及其同事开发了一种上转换纳米粒子技术，该技术引入了一种core@multi-shell纳米结构，一种多层结构，其中多层壳围绕中心核心颗粒，并通过调节红外波长使单个纳米粒子能够发出高色纯度RGB光

该研究发表在《高级功能材料》杂志上

发光材料是能够自行发光的材料，用于各种显示设备，包括电视、平板电脑、显示器和智能手机，使我们能够观看各种图像和视频。然而，传统的二维平面显示器无法完全传达现实世界的三维维度，限制了深度感

电影《阿凡达》以其3D图像吸引了很多关注，但观众必须戴上特殊的眼镜才能体验到深度感，而无眼镜3D显示器的开发就是为了解决这一不便，但它们有造成眼睛疲劳的缺点

为了解决这些问题，人们正在研究三维立体显示技术。这是一种在三维空间中实现三维图像信息的下一代显示技术，需要吸收红外光并发射可见光的上转换纳米粒子

特别是，需要能够从单个纳米粒子中发射所有三原色（红（R）、绿（G）和蓝（B））的上转换纳米粒子，但现有材料要么只从单个纳米粒子发射一种颜色，要么即使R/G/B发射是可能的，亮度也很低，或者由于色域狭窄，颜色再现的范围受到限制

（左）色度图，显示了通过R/G/B发射实现的颜色再现范围core@multi-shell上转换纳米粒子和NTSC和sRGB色域。（右）发光照片core@multi-shell在施加三种波长的近红外光和这些波长的近红外线的组合时，上转换纳米粒子溶液。可以看出，这项工作中开发的上转换纳米粒子可以实现各种发光颜色。图片来源：韩国科学技术研究所（左上）通过分散合成的透明聚合物复合材料的照片core@multi-shell聚二甲基硅氧烷（PDMS）聚合物中的上转换纳米粒子。（右）近红外光照射后实现的各种彩色图像的照片core@multi-shell上转换纳米粒子-PDMS聚合物复合材料，证明使用近红外光源和上转换纳米粒子-聚合物复合材料可以实现任何所需形状的彩色显示。来源：韩国科学技术研究院

韩国科学技术院的研究人员控制了核和壳的材料成分，以诱导单个纳米粒子的R/G/B发光，并应用三种波长的近红外光在不同的激发波长下产生R/G/B荧光

特别是，他们设计了核心发射绿光，内壳发射红光，外壳发射蓝光，在单个纳米粒子中实现了R/G/B发光的高色纯度和强发光强度

研究人员开发的纳米粒子可以通过同时应用多个波长的近红外光来实现各种颜色，实现NTSC颜色空间94.2%和sRGB颜色空间133%的宽色域

研究人员还通过制造透明的上转换纳米粒子-聚合物复合材料来显示各种彩色图像，从而证明了使用上转换纳米粒子实现3D体积显示的可能性

“可以吸收近红外光并产生高色彩再现全色发光的上转换纳米粒子将使3D体积显示器商业化，使我们能够观看真实的3D图像。这些上转换纳米粒子不仅可以用于显示领域，还可以用作防止伪造和篡改的安全材料，”Ho Seong-Jang博士说 More information: Seungyong Shin et al, Multicolor Fine‐Tunable Upconversion Luminescence from a Single Nanoparticle for Full‐Color Displays with a Wide Color Gamut, Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202415687

Journal information: Advanced Functional Materials