顯示，無處不在
——記福州大學科技處處長、教授郭太良

王 軍

信息傳遞是人類生存和發展的必要需求，從古到今，為了及時、便利地達到與他人互通信息的目的，無數人窮盡了畢生心血和智慧。從原始時代的結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力的巨大發展，并促進了人類文明的進步。而在互聯網迅猛發展的今天，信息顯示技術已然成為當前人類獲取信息的主流方式。

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

“所有的電子產品都離不開輸入和輸出兩大關鍵環節，其中輸出的主要方式就是顯示。在互聯網時代，顯示無處不在、無時不有。”福州大學科技處處長、國家重點研發計劃“戰略性先進電子材料”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，而最終要實現的是類似于我們人眼看到的自然界的效果，即3D顯示時代?！碧崞痫@示未來的發展趨勢，在這一領域學習研究30多年的郭太良語氣不禁輕快了起來。發展越來越快、效果越來越神奇的顯示技術，正讓人們對未來生活充滿了期待。

郭太良

開創國際第三條FED技術路線

通常情況下，人類從外界獲得的信息約90%來自眼睛。隨著20世紀信息技術的發展，人們在生產和生活中對視覺信息的需求越加強烈起來，顯示技術的誕生就是由此而來。它根據人的心理和生理特點，采用適當的方法改變光的強弱、光的波長（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、著名物理學家和發明家卡爾·布勞恩，創造了第一個CRT，用于測量儀器上顯示快速變化的電信號，第二次世界大戰期間，其又被用來顯示雷達信號。不過，盡管如此，顯示技術的大發展其實還依賴于另一個重大轉折點——電視機的誕生。1925年，英國科學家約翰·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，俄國發明家斯福羅金也創造了自己的電視系統，盡管兩人實現圖像傳輸的模式有些不同，但都是由CRT設備實現的。此后，業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展的大潮。20世紀下半葉，在國內，擁有一臺電視機幾乎成為很多家庭的夢想。而郭太良現在的研究方向——顯示技術的選擇，也與電視機的影響分割不開。

郭太良（右二）與團隊在討論研究方案

20世紀八九十年代，“結婚流行‘四大件’?！拇蠹傅木褪遣孰?、冰箱、洗衣機、錄音機，其中最重要的就是電視機?！惫蓟貞?，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輕薄一點兒的平板顯示器?！?/p>

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

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?！翱赡苣贻p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?！惫夹χf。

1989年，在研究熱陰極、光電陰極和微光夜視器件的基礎上，郭太良投入新興的真空微電子學的研究中，開始研究場致電子發射材料和發射機理，研制場致發射顯示器（FED），并于1989年—1990年借調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，FED是當時唯一集傳統CRT與平板顯示器件優點于一身的新型平板顯示器件，具有亮度高、顏色自然逼真、響應時間快、功耗低、制備工藝簡單的優點，與LCD、PDP等新型平板顯示器件相比，在能耗、響應時間、色彩等方面都具有獨到的優勢。

確認了目標之后，郭太良開始帶著團隊加速前進。經過近十年的潛心攻關，2000年年初，以郭太良為代表的福州大學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合作成立廈門火炬福大顯示技術有限公司，專業從事FED等顯示器研發。2002年，彩虹集團開始關注FED研發項目進展，并于2005年直接參與了FED項目研發，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和廈門火炬共同承擔完成了國家“十五”“863”計劃中的FED課題，成功開發出印刷型25英寸VGA級FED顯示器。

2005年4月2日，福州大學“25英寸彩色FED場致發射顯示器”項目通過國家科技部的驗收。專家一致認為，該課題在FED核心技術方面取得一系列重大進展，對我國今后發展大尺寸、低成本、高性價比、自主知識產權的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技術路線。”郭太良介紹道。此后，福州大學FED研究正式進入全國領先、國際先進行列。從無到有、從落后到先進，郭太良帶領團隊十幾年磨一劍，走出了一條國內FED顯示器自主研發之路。

教師要積極培養學生去努力地探索更科學、更嚴謹的數學研究方法，不僅僅是解題能力和技巧，更是探究那種情感和思維的經歷。如，在多位數乘一位數的學習中，我們的重點就是要求學生能用乘法一步計算和連乘、乘加、乘減兩步計算解決實際問題，我們教師在突破此環節時不能僅用簡單的例題反復演算，習題再三訓練鞏固，而應注重學生解題的過程，要積極引導學生在獨立思考，自主探索的前提下，感受這個思維的過程，再努力總結學習方法，以此來一步步培養學生的觀察、發現、比較、分析和推理的思維能力。

“成果一定要產業化”

二十來年FED顯示器研究無疑讓福州大學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，雖然內心告訴自己要做到無怨無悔，但也的確還是有很多遺憾?！惫几袊@，“FED后來產業化沒有做起來，錯過了先發優勢?！?/p>

二十來年攻關過程中，團隊成員幾乎每天加班加點，經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業化，只要有一線機會我們就會跟企業合作，即使沒有簽合同、企業沒有提供經費也不計較，只要研究成果對他們有用，就算最終產業化后再給我們技術轉讓費都可以。我們不能計較得失，因為顯示領域技術發展日新月異，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?！惫颊f道。

2001年，郭太良當選為國家原“863”計劃高清晰度顯示技術重大專項戰略專家組副組長，2006年起開始擔任國家原“863”計劃平板顯示技術重大專項總體組成員。就在團隊因研究FED多年卻沒實現產業化而迷茫時，2012年“863”重大專項——“移動互聯顯示關鍵技術研究”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業的主戰場，基于此前20多年FED研究奠定的平臺及團隊基礎，我們開始向移動互聯顯示領域發力?！惫冀榻B，“這個項目對我們而言相當于一個轉折點，不僅引領了新的方向，同時讓我們看到了產學研合作的重要性。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，產業化也沒有做起來。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了產業化，可以說我們團隊和企業有重大產業化成果的協同創新就是從這個項目開始的?！?/p>

盡管對于FED而言已經錯過了最佳產業化時機，但卻開啟了郭太良團隊平板顯示產學研新時代。此后十余年來，他們陸續與數十家企業展開了深度合作。包括與T企業在雙方建立的研究生培養基地共同培養研究生，開展高性能QLED界面修飾與新功能層技術、量子點材料與器件關鍵技術研究和多方位技術服務；與H公司在印刷OLED顯示器件制備及開發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公司合作開發基于人工智能5G醫療閱片輔助系統；與A公司合作開發面向自然交互的全息成像系統；與H公司開展μLED光學設計與模擬仿真研究等。

2013年，由郭太良負責的福州大學平板顯示工程實驗室牽頭，聯合國內顯示器龍頭企業福建捷聯電子開展并完成了“超高分辨率液晶顯示關鍵技術開發及產業化”的科研攻關。該項目以圖像顯示和增強技術創新為核心，以多項國家級科研課題為支持，以技術轉化為目標，開發了超高分辨圖像處理技術、高畫質顯示技術、量子點白平衡技術、光收斂超薄背光技術，依托產業化應用，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。

福建捷聯電子有限公司采用與郭太良團隊共同開發的超高分辨率顯示關鍵技術，完成超高分辨圖像處理、高畫質顯示、量子點背光和顯示系統集成等超高分辨率顯示共性及提升關鍵技術研究，完成了超高分辨率高性能顯示器產品的開發。項目成果應用領域廣泛，包括LED電影屏、電競曲面顯示屏、高端醫療影像、航空等領域的仿真訓練、教育、城市商業中心、展覽展示、主題樂園商用顯示等。項目實施期間，共開發了5大類、24種規格的超高分辨率液晶顯示器，總產值62.5億元，新增利潤4237萬元，經濟效益顯著。項目的實施，不僅帶動了新型顯示產業鏈和移動互聯網產業鏈的發展，包括集成電路、基板玻璃、TFT背板、有機發光材料、檢驗測試設備及其他輔助材料等上游配套產業和智能手機、平板電腦、GPS等下游終端產業的發展，同時構建了超高分辨率顯示的技術研發平臺與產業化示范基地，開發出超高分辨率顯示器的工程化技術與產業化技術，實現批量生產及規模應用，培育超高分辨率顯示戰略性新興產業增長點，搶占液晶超高分辨率顯示集成技術升級換代先機，增強我國新一代信息產業的科技創新能力與產業國際競爭力。

在智慧顯示方面，郭太良團隊還聯合國內福建捷聯電子有限公司、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，開展并完成了“高性能液晶顯示模組與多屏交互技術及產業化應用”的科研攻關，逐漸推進移動互聯和智慧顯示關鍵技術的產業化。該項目開發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月開始在福建捷聯電子、TCL集團、福建歌航電子、福建科創光電等企業實現規模量產，進行產業化轉化應用，為企業新增產值超160億元，經濟和社會效益顯著，促進了電子信息學科在平板顯示產業的應用與發展。

福建科創光電有限公司將福州大學開發的抗氧化復合電極及內嵌式集成觸控屏技術進行成果轉化，應用到科創光電的多個電容觸控屏上，形成降低導電電極的電阻，提高導電電極的抗氧化能力，應用情況良好……

“自從和這些企業合作以來，我們共同開發的顯示器產值越來越大，現在幾乎每年都超過了20億元。”郭太良介紹道。

學無止境，勇攀高峰

自1979年踏入福州大學校門以來，不知不覺間，郭太良已和這座創建于1958年的大學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一起發展起來的，學校從以前的一個校區發展到今天7個校區，而我們團隊也從寥寥幾人到現在兩百多人（含在讀碩博研究生）。”郭太良說，曾經有很多人都表示過他們團隊好像對學校很有感情?！按_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。

福州大學從建立之初立足福建、為地方服務，到慢慢面向全國、面向國際，發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?！拔覀儓F隊也是一樣，這些年來，不管是學科還是團隊的發展，我感覺最重要的其實是上進心跟拼搏精神?！币苍S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，但只要齊心協力堅持做下去，總能取得成果。

從跟隨導師高懷蓉學習時期開始，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?！斑@是導師最早開創實驗室研究光電發射時就傳承下來的精神?！惫加谩袄侨簯鹦g”形容自己的團隊，盡管少有老虎、獅子這樣的王者級別人才，但集體努力作戰的成果一樣可以令世人矚目。

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

郭太良（右二）與團隊成員測試器件發光特性

近3年來，實驗室已完成和承擔超過30項各類科研開發項目或課題，在平板顯示技術方面開展了系統性的研究開發工作，已獲得福建省科學技術獎一等獎1項、福建省自然科學獎三等獎1項，已獲得91件國家授權發明，發表各類學術論文130余篇。成果相繼于2014年起在福建捷聯電子有限公司、TCL集團股份有限公司、福建歌航電子信息科技有限公司、福建科創光電有限公司等企業獲得應用，開發了系列高清液晶顯示器、量子點背光電視、車載導航及各類電容觸控屏等產品。

不過，這當然遠遠不夠。新的技術層出不窮，顯示領域發展可謂瞬息萬變，郭太良時刻都在緊張的學習過程中。近年來，他們的重心是μLED顯示關鍵技術的研發，目前已掌握In凸點尺寸、高度的可控性制備技術；基于噴墨打印、激光微納米加工和微流控技術，成功實現圖形化量子點圖案，并成功應用于μLED的色彩轉化。同時采用布拉格反射鏡（DBR）和微納米混合圖案實現色彩轉化效率的提升。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光場顯示技術領域，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，在一代又一代顯示技術研究者的不斷拼搏、奔跑下，這一天終將來臨。