顯示，無處不在

王軍

信息傳遞是人類生存和發(fā)展的必要需求，從古到今，為了及時、便利地達到與他人互通信息的目的，無數(shù)人窮盡了畢生心血和智慧。從原始時代的結(jié)繩記事到今天的信息化交流，信息傳遞方式的每一次變革幾乎都推動了生產(chǎn)力的巨大發(fā)展，并促進了人類文明的進步。而在互聯(lián)網(wǎng)迅猛發(fā)展的今天，信息顯示技術(shù)已然成為當前人類獲取信息的主流方式。

從第一代顯示技術(shù)陰極射線管（CRT）到液晶顯示器（LCD），再到發(fā)光二極管（LED）和有機發(fā)光二極管（OLED）顯示……半個多世紀以來，顯示技術(shù)以其飛躍式的發(fā)展速度引領(lǐng)著一次又一次信息化潮流。

“所有的電子產(chǎn)品都離不開輸入和輸出兩大關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中輸出的主要方式就是顯示。在互聯(lián)網(wǎng)時代，顯示無處不在、無時不有。”福州大學(xué)科技處處長、國家重點研發(fā)計劃“戰(zhàn)略性先進電子材料”重點專項總體專家組副組長、新型顯示方向組長郭太良介紹，20世紀屬于CRT時代，現(xiàn)在是平板顯示時代。“即將到來的是柔性曲面顯示時代，而最終要實現(xiàn)的是類似于我們?nèi)搜劭吹降淖匀唤绲男Ч?D顯示時代。”提起顯示未來的發(fā)展趨勢，在這一領(lǐng)域?qū)W習(xí)研究30多年的郭太良語氣不禁輕快了起來。發(fā)展越來越快、效果越來越神奇的顯示技術(shù)，正讓人們對未來生活充滿了期待。

開創(chuàng)國際第三條FED技術(shù)路線

通常情況下，人類從外界獲得的信息約90%來自眼睛。隨著20世紀信息技術(shù)的發(fā)展，人們在生產(chǎn)和生活中對視覺信息的需求越加強烈起來，顯示技術(shù)的誕生就是由此而來。它根據(jù)人的心理和生理特點，采用適當?shù)姆椒ǜ淖児獾膹娙酢⒐獾牟ㄩL（即顏色）和光的相位等特征，組成不同形式的視覺信息。視覺信息的表現(xiàn)形式一般為字符、圖形和圖像。

1897年，諾貝爾獎獲得者、著名物理學(xué)家和發(fā)明家卡爾·布勞恩，創(chuàng)造了第一個CRT，用于測量儀器上顯示快速變化的電信號，第二次世界大戰(zhàn)期間，其又被用來顯示雷達信號。不過，盡管如此，顯示技術(shù)的大發(fā)展其實還依賴于另一個重大轉(zhuǎn)折點——電視機的誕生。1925年，英國科學(xué)家約翰·洛吉·貝爾德在倫敦的一次實驗中使用CRT器材“掃描”出木偶的圖像，成為電視誕生的標志;同一時間，俄國發(fā)明家斯福羅金也創(chuàng)造了自己的電視系統(tǒng)，盡管兩人實現(xiàn)圖像傳輸?shù)哪Ｊ接行┎煌际怯蒀RT設(shè)備實現(xiàn)的。此后，業(yè)界開始大力研制彩色顯像管。1954年，第一臺民用支持NTSC標準的彩色電視機RCA CT-100誕生，這也是彩色電視機普及的開端。隨后，世界各國都開始了電視發(fā)展的大潮。20世紀下半葉，在國內(nèi)，擁有一臺電視機幾乎成為很多家庭的夢想。而郭太良現(xiàn)在的研究方向——顯示技術(shù)的選擇，也與電視機的影響分割不開。

20世紀八九十年代，“結(jié)婚流行‘四大件’。‘四大件’指的就是彩電、冰箱、洗衣機、錄音機，其中最重要的就是電視機。”郭太良回憶，那個年代的電視機是貨真價實的又貴、又重，“不僅沒錢買，即使借錢買回來后還占空間，因為房子太小了，當時我就想能不能研發(fā)輕薄一點兒的平板顯示器。”

在研究平板顯示器之前，郭太良的研究方向其實是光電發(fā)射。1978年，老一輩科學(xué)家高懷蓉教授在福州大學(xué)開創(chuàng)了真空電子學(xué)的研究方向，提出了氧化物陰極的弱核勢力模型，推動光電發(fā)射與熱電發(fā)射研究取得較大進展。1979年，考進福州大學(xué)的郭太良正好趕上了國內(nèi)研究顯示領(lǐng)域的早班車，從福州大學(xué)本科、研究生一直到畢業(yè)留校前幾年，他都跟隨著導(dǎo)師高懷蓉從事光電發(fā)射研究。

不過受電視機“又貴又重”的影響，在20世紀80年代末，郭太良選擇了平板顯示器作為自己的研究方向。“可能年輕的時候錢太少，而且真的覺得電視機占了太大空間，就想研究出更加輕薄的顯示器。”郭太良笑著說。

1989年，在研究熱陰極、光電陰極和微光夜視器件的基礎(chǔ)上，郭太良投入新興的真空微電子學(xué)的研究中，開始研究場致電子發(fā)射材料和發(fā)射機理，研制場致發(fā)射顯示器（FED），并于1989年—1990年借調(diào)到上海真空電子器件有限公司專門從事FED陰極的研究。

“那個時候FED屬于顯示領(lǐng)域里國際最前沿的研究，這也符合我們當時對科研的目標：要做就要做最前沿的研究。”郭太良介紹，F(xiàn)ED是當時唯一集傳統(tǒng)CRT與平板顯示器件優(yōu)點于一身的新型平板顯示器件，具有亮度高、顏色自然逼真、響應(yīng)時間快、功耗低、制備工藝簡單的優(yōu)點，與LCD、PDP等新型平板顯示器件相比，在能耗、響應(yīng)時間、色彩等方面都具有獨到的優(yōu)勢。

確認了目標之后，郭太良開始帶著團隊加速前進。經(jīng)過近十年的潛心攻關(guān)，2000年年初，以郭太良為代表的福州大學(xué)研究團隊研制出當時國際上最大的可簡單掃描的20英寸FED單色顯示器雛形機，轟動一時。

2001年，廈門火炬集團與福州大學(xué)合作成立廈門火炬福大顯示技術(shù)有限公司，專業(yè)從事FED等顯示器研發(fā)。2002年，彩虹集團開始關(guān)注FED研發(fā)項目進展，并于2005年直接參與了FED項目研發(fā)，開展FED前后面板厚膜電極和陰極基底材料的制作。彩虹集團與福州大學(xué)和廈門火炬共同承擔(dān)完成了國家“十五”“863”計劃中的FED課題，成功開發(fā)出印刷型25英寸VGA級FED顯示器。

2005年4月2日，福州大學(xué)“25英寸彩色FED場致發(fā)射顯示器”項目通過國家科技部的驗收。專家一致認為，該課題在FED核心技術(shù)方面取得一系列重大進展，對我國今后發(fā)展大尺寸、低成本、高性價比、自主知識產(chǎn)權(quán)的FED顯示器件具有重要意義。

“這一FED顯示器是國際上第三大FED顯示器，也是第三條FED技術(shù)路線。”郭太良介紹道。此后，福州大學(xué)FED研究正式進入全國領(lǐng)先、國際先進行列。從無到有、從落后到先進，郭太良帶領(lǐng)團隊十幾年磨一劍，走出了一條國內(nèi)FED顯示器自主研發(fā)之路。

“成果一定要產(chǎn)業(yè)化”

二十來年FED顯示器研究無疑讓福州大學(xué)郭太良研究團隊脫穎而出，站上了國際舞臺，但回望這一過程時，郭太良心中也留下了不少遺憾。

“我們成功的起點是FED，但也的確有好多事情因此被耽誤了，雖然內(nèi)心告訴自己要做到無怨無悔，但也的確還是有很多遺憾。”郭太良感嘆，“FED后來產(chǎn)業(yè)化沒有做起來，錯過了先發(fā)優(yōu)勢。”

二十來年攻關(guān)過程中，團隊成員幾乎每天加班加點，經(jīng)常半夜才離開實驗室，但很多研究成果最終卻沒能得見天日，到今天郭太良都不禁覺得遺憾與愧疚。“后來我們就決心一定要搞產(chǎn)業(yè)化，只要有一線機會我們就會跟企業(yè)合作，即使沒有簽合同、企業(yè)沒有提供經(jīng)費也不計較，只要研究成果對他們有用，就算最終產(chǎn)業(yè)化后再給我們技術(shù)轉(zhuǎn)讓費都可以。我們不能計較得失，因為顯示領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展日新月異，機會稍縱即逝，錯過之后我們的成果很快就會變成鎖在抽屜里的論文跟專利，并沒什么實際用處。”郭太良說道。

2001年，郭太良當選為國家原“863”計劃高清晰度顯示技術(shù)重大專項戰(zhàn)略專家組副組長，2006年起開始擔(dān)任國家原“863”計劃平板顯示技術(shù)重大專項總體組成員。就在團隊因研究FED多年卻沒實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化而迷茫時，2012年“863”重大專項——“移動互聯(lián)顯示關(guān)鍵技術(shù)研究”項目為他們指引了方向。

“借著這個機會我們正式進入了顯示產(chǎn)業(yè)的主戰(zhàn)場，基于此前20多年FED研究奠定的平臺及團隊基礎(chǔ)，我們開始向移動互聯(lián)顯示領(lǐng)域發(fā)力。”郭太良介紹，“這個項目對我們而言相當于一個轉(zhuǎn)折點，不僅引領(lǐng)了新的方向，同時讓我們看到了產(chǎn)學(xué)研合作的重要性。此前我們研究FED時，是從材料到器件到整機等全過程都是我們自己做，不僅非常累，實際上也做不好，產(chǎn)業(yè)化也沒有做起來。而這個‘863’項目跟冠捷、TCL等多家單位合作極大提高了效率也實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，可以說我們團隊和企業(yè)有重大產(chǎn)業(yè)化成果的協(xié)同創(chuàng)新就是從這個項目開始的。”

盡管對于FED而言已經(jīng)錯過了最佳產(chǎn)業(yè)化時機，但卻開啟了郭太良團隊平板顯示產(chǎn)學(xué)研新時代。此后十余年來，他們陸續(xù)與數(shù)十家企業(yè)展開了深度合作。包括與T企業(yè)在雙方建立的研究生培養(yǎng)基地共同培養(yǎng)研究生，開展高性能QLED界面修飾與新功能層技術(shù)、量子點材料與器件關(guān)鍵技術(shù)研究和多方位技術(shù)服務(wù);與H公司在印刷OLED顯示器件制備及開發(fā)驗證上開展深入合作，包括墨水驗證、印刷制備工藝、器件制備、測試及方案驗證等;與G公司合作開發(fā)基于人工智能5G醫(yī)療閱片輔助系統(tǒng);與A公司合作開發(fā)面向自然交互的全息成像系統(tǒng);與H公司開展μLED光學(xué)設(shè)計與模擬仿真研究等。

2013年，由郭太良負責(zé)的福州大學(xué)平板顯示工程實驗室牽頭，聯(lián)合國內(nèi)顯示器龍頭企業(yè)福建捷聯(lián)電子開展并完成了“超高分辨率液晶顯示關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”的科研攻關(guān)。該項目以圖像顯示和增強技術(shù)創(chuàng)新為核心，以多項國家級科研課題為支持，以技術(shù)轉(zhuǎn)化為目標，開發(fā)了超高分辨圖像處理技術(shù)、高畫質(zhì)顯示技術(shù)、量子點白平衡技術(shù)、光收斂超薄背光技術(shù)，依托產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，取得了豐碩的研究成果。項目獲2018年度福建省科技進步獎一等獎。

福建捷聯(lián)電子有限公司采用與郭太良團隊共同開發(fā)的超高分辨率顯示關(guān)鍵技術(shù)，完成超高分辨圖像處理、高畫質(zhì)顯示、量子點背光和顯示系統(tǒng)集成等超高分辨率顯示共性及提升關(guān)鍵技術(shù)研究，完成了超高分辨率高性能顯示器產(chǎn)品的開發(fā)。項目成果應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括LED電影屏、電競曲面顯示屏、高端醫(yī)療影像、航空等領(lǐng)域的仿真訓(xùn)練、教育、城市商業(yè)中心、展覽展示、主題樂園商用顯示等。項目實施期間，共開發(fā)了5大類、24種規(guī)格的超高分辨率液晶顯示器，總產(chǎn)值62.5億元，新增利潤4237萬元，經(jīng)濟效益顯著。項目的實施，不僅帶動了新型顯示產(chǎn)業(yè)鏈和移動互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，包括集成電路、基板玻璃、TFT背板、有機發(fā)光材料、檢驗測試設(shè)備及其他輔助材料等上游配套產(chǎn)業(yè)和智能手機、平板電腦、GPS等下游終端產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時構(gòu)建了超高分辨率顯示的技術(shù)研發(fā)平臺與產(chǎn)業(yè)化示范基地，開發(fā)出超高分辨率顯示器的工程化技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，實現(xiàn)批量生產(chǎn)及規(guī)模應(yīng)用，培育超高分辨率顯示戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)增長點，搶占液晶超高分辨率顯示集成技術(shù)升級換代先機，增強我國新一代信息產(chǎn)業(yè)的科技創(chuàng)新能力與產(chǎn)業(yè)國際競爭力。

在智慧顯示方面，郭太良團隊還聯(lián)合國內(nèi)福建捷聯(lián)電子有限公司、TCL集團股份有限公司、福建歌航電子信息科技有限公司等多家知名企業(yè)，開展并完成了“高性能液晶顯示模組與多屏交互技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”的科研攻關(guān)，逐漸推進移動互聯(lián)和智慧顯示關(guān)鍵技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。該項目開發(fā)了一系列超高分辨率、高對比度、廣色域、高亮度、薄型化的液晶顯示器，并于2015年1月開始在福建捷聯(lián)電子、TCL集團、福建歌航電子、福建科創(chuàng)光電等企業(yè)實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，進行產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化應(yīng)用，為企業(yè)新增產(chǎn)值超160億元，經(jīng)濟和社會效益顯著，促進了電子信息學(xué)科在平板顯示產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展。

福建歌航電子信息科技有限公司將郭太良團隊開發(fā)的集成觸控屏技術(shù)和多路脈沖調(diào)制系統(tǒng)功率的低功耗技術(shù)進行成果轉(zhuǎn)化，通過顯示觸控集成和系統(tǒng)軟硬件低功耗設(shè)計，應(yīng)用到歌航電子的汽車導(dǎo)航系列產(chǎn)品的各類電容式觸控屏上，性能良好。

福建科創(chuàng)光電有限公司將福州大學(xué)開發(fā)的抗氧化復(fù)合電極及內(nèi)嵌式集成觸控屏技術(shù)進行成果轉(zhuǎn)化，應(yīng)用到科創(chuàng)光電的多個電容觸控屏上，形成降低導(dǎo)電電極的電阻，提高導(dǎo)電電極的抗氧化能力，應(yīng)用情況良好……

“自從和這些企業(yè)合作以來，我們共同開發(fā)的顯示器產(chǎn)值越來越大，現(xiàn)在幾乎每年都超過了20億元。”郭太良介紹道。

學(xué)無止境，勇攀高峰

自1979年踏入福州大學(xué)校門以來，不知不覺間，郭太良已和這座創(chuàng)建于1958年的大學(xué)共同走過了四十余載光陰。

“不僅是我個人，我們團隊這些年來也都是隨著福州大學(xué)一起發(fā)展起來的，學(xué)校從以前的一個校區(qū)發(fā)展到今天7個校區(qū)，而我們團隊也從寥寥幾人到現(xiàn)在兩百多人（含在讀碩博研究生）。”郭太良說，曾經(jīng)有很多人都表示過他們團隊好像對學(xué)校很有感情。“確實是這樣，就連我們出差跨出校門之前都會回頭看一眼，這很真實，一點都不夸張。”郭太良笑著說道。

福州大學(xué)從建立之初立足福建、為地方服務(wù)，到慢慢面向全國、面向國際，發(fā)展的每一步都非常艱難，但在一代又一代福大人堅持不懈的努力下，終于取得了令人矚目的成果。“我們團隊也是一樣，這些年來，不管是學(xué)科還是團隊的發(fā)展，我感覺最重要的其實是上進心跟拼搏精神。”也許比起一流人才匯聚的高校，他們在科研條件等各方面還有不足，但只要齊心協(xié)力堅持做下去，總能取得成果。

從跟隨導(dǎo)師高懷蓉學(xué)習(xí)時期開始，郭太良就深刻記住了這樣一個道理——不做個人英雄主義，我們要靠團隊一起做事。“這是導(dǎo)師最早開創(chuàng)實驗室研究光電發(fā)射時就傳承下來的精神。”郭太良用“狼群戰(zhàn)術(shù)”形容自己的團隊，盡管少有老虎、獅子這樣的王者級別人才，但集體努力作戰(zhàn)的成果一樣可以令世人矚目。

2006年福州大學(xué)申報的“場致發(fā)射顯示技術(shù)工程技術(shù)研究中心”獲教育部批準建設(shè)。2011年11月福州大學(xué)聯(lián)合福建捷聯(lián)電子有限公司獲國家發(fā)展和改革委員會批準建設(shè)“平板顯示技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室”，由郭太良擔(dān)任研究中心和工程實驗室主任，從事新型顯示技術(shù)、光電薄膜與厚膜技術(shù)、新型背光源與照明技術(shù)、信息顯示驅(qū)動技術(shù)、真空電子技術(shù)和微納光電材料與器件等方向研究，以及信息顯示關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用的研發(fā)。

近3年來，實驗室已完成和承擔(dān)超過30項各類科研開發(fā)項目或課題，在平板顯示技術(shù)方面開展了系統(tǒng)性的研究開發(fā)工作，已獲得福建省科學(xué)技術(shù)獎一等獎1項、福建省自然科學(xué)獎三等獎1項，已獲得91件國家授權(quán)發(fā)明，發(fā)表各類學(xué)術(shù)論文130余篇。成果相繼于2014年起在福建捷聯(lián)電子有限公司、TCL集團股份有限公司、福建歌航電子信息科技有限公司、福建科創(chuàng)光電有限公司等企業(yè)獲得應(yīng)用，開發(fā)了系列高清液晶顯示器、量子點背光電視、車載導(dǎo)航及各類電容觸控屏等產(chǎn)品。

不過，這當然遠遠不夠。新的技術(shù)層出不窮，顯示領(lǐng)域發(fā)展可謂瞬息萬變，郭太良時刻都在緊張的學(xué)習(xí)過程中。近年來，他們的重心是μLED顯示關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，目前已掌握In凸點尺寸、高度的可控性制備技術(shù);基于噴墨打印、激光微納米加工和微流控技術(shù)，成功實現(xiàn)圖形化量子點圖案，并成功應(yīng)用于μLED的色彩轉(zhuǎn)化。同時采用布拉格反射鏡（DBR）和微納米混合圖案實現(xiàn)色彩轉(zhuǎn)化效率的提升。他們還與三安光電、廈門乾照、福州兆元等單位合作，完成了128×128單色PM-μLED的研制;并成功實現(xiàn)像素間距19.2μm（1300ppi）、分辨率640×360、顯示尺寸0.55英寸的超高亮度單色微顯示器件。

在即將到來以及必然到來的柔性顯示與3D光場顯示技術(shù)領(lǐng)域，郭太良團隊同樣展開了深度布局與研究。在郭太良眼中，人們想象的全息投影、用意念控制畫面顯示的場景并不是科幻情節(jié)，在一代又一代顯示技術(shù)研究者的不斷拼搏、奔跑下，這一天終將來臨。