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发布时间：2021-12-16
——记福州大学科技处处长、教授郭太良
王 军
信息传递是人类生存和发展的必要需求，从古到今，为了及时、便利地达到与他人互通信息的目的，无数人穷尽了毕生心血和智慧。从原始时代的结绳记事到今天的信息化交流，信息传递方式的每一次变革几乎都推动了生产力的巨大发展，并促进了人类文明的进步。而在互联网迅猛发展的今天，信息显示技术已然成为当前人类获取信息的主流方式。
从第一代显示技术阴极射线管（CRT）到液晶显示器（LCD），再到发光二极管（LED）和有机发光二极管（OLED）显示……半个多世纪以来，显示技术以其飞跃式的发展速度引领着一次又一次信息化潮流。
“所有的电子产品都离不开输入和输出两大关键环节，其中输出的主要方式就是显示。在互联网时代，显示无处不在、无时不有。”福州大学科技处处长、国家重点研发计划“战略性先进电子材料”重点专项总体专家组副组长、新型显示方向组长郭太良介绍，20世纪属于CRT时代，现在是平板显示时代。“即将到来的是柔性曲面显示时代，而最终要实现的是类似于我们人眼看到的自然界的效果，即3D显示时代。”提起显示未来的发展趋势，在这一领域学习研究30多年的郭太良语气不禁轻快了起来。发展越来越快、效果越来越神奇的显示技术，正让人们对未来生活充满了期待。
开创国际第三条FED技术路线
通常情况下，人类从外界获得的信息约90%来自眼睛。随着20世纪信息技术的发展，人们在生产和生活中对视觉信息的需求越加强烈起来，显示技术的诞生就是由此而来。它根据人的心理和生理特点，采用适当的方法改变光的强弱、光的波长（即颜色）和光的相位等特征，组成不同形式的视觉信息。视觉信息的表现形式一般为字符、图形和图像。
1897年，诺贝尔奖获得者、著名物理学家和发明家卡尔·布劳恩，创造了第一个CRT，用于测量仪器上显示快速变化的电信号，第二次世界大战期间，其又被用来显示雷达信号。不过，尽管如此，显示技术的大发展其实还依赖于另一个重大转折点——电视机的诞生。1925年，英国科学家约翰·洛吉·贝尔德在伦敦的一次实验中使用CRT器材“扫描”出木偶的图像，成为电视诞生的标志；同一时间，俄国发明家斯福罗金也创造了自己的电视系统，尽管两人实现图像传输的模式有些不同，但都是由CRT设备实现的。此后，业界开始大力研制彩色显像管。1954年，第一台民用支持NTSC标准的彩色电视机RCA CT-100诞生，这也是彩色电视机普及的开端。随后，世界各国都开始了电视发展的大潮。20世纪下半叶，在国内，拥有一台电视机几乎成为很多家庭的梦想。而郭太良现在的研究方向——显示技术的选择，也与电视机的影响分割不开。
20世纪八九十年代，“结婚流行‘四大件’。‘四大件’指的就是彩电、冰箱、洗衣机、录音机，其中最重要的就是电视机。”郭太良回忆，那个年代的电视机是货真价实的又贵、又重，“不仅没钱买，即使借钱买回来后还占空间，因为房子太小了，当时我就想能不能研发轻薄一点儿的平板显示器。”
在研究平板显示器之前，郭太良的研究方向其实是光电发射。1978年，老一辈科学家高怀蓉教授在福州大学开创了真空电子学的研究方向，提出了氧化物阴极的弱核势力模型，推动光电发射与热电发射研究取得较大进展。1979年，考进福州大学的郭太良正好赶上了国内研究显示领域的早班车，从福州大学本科、研究生一直到毕业留校前几年，他都跟随着导师高怀蓉从事光电发射研究。
不过受电视机“又贵又重”的影响，在20世纪80年代末，郭太良选择了平板显示器作为自己的研究方向。“可能年轻的时候钱太少，而且真的觉得电视机占了太大空间，就想研究出更加轻薄的显示器。”郭太良笑着说。
1989年，在研究热阴极、光电阴极和微光夜视器件的基础上，郭太良投入新兴的真空微电子学的研究中，开始研究场致电子发射材料和发射机理，研制场致发射显示器（FED），并于1989年—1990年借调到上海真空电子器件有限公司专门从事FED阴极的研究。
“那个时候FED属于显示领域里国际最前沿的研究，这也符合我们当时对科研的目标：要做就要做最前沿的研究。”郭太良介绍，FED是当时唯一集传统CRT与平板显示器件优点于一身的新型平板显示器件，具有亮度高、颜色自然逼真、响应时间快、功耗低、制备工艺简单的优点，与LCD、PDP等新型平板显示器件相比，在能耗、响应时间、色彩等方面都具有独到的优势。
确认了目标之后，郭太良开始带着团队加速前进。经过近十年的潜心攻关，2000年年初，以郭太良为代表的福州大学研究团队研制出当时国际上最大的可简单扫描的20英寸FED单色显示器雏形机，轰动一时。
2001年，厦门火炬集团与福州大学合作成立厦门火炬福大显示技术有限公司，专业从事FED等显示器研发。2002年，彩虹集团开始关注FED研发项目进展，并于2005年直接参与了FED项目研发，开展FED前后面板厚膜电极和阴极基底材料的制作。彩虹集团与福州大学和厦门火炬共同承担完成了国家“十五”“863”计划中的FED课题，成功开发出印刷型25英寸VGA级FED显示器。
2005年4月2日，福州大学“25英寸彩色FED场致发射显示器”项目通过国家科技部的验收。专家一致认为，该课题在FED核心技术方面取得一系列重大进展，对我国今后发展大尺寸、低成本、高性价比、自主知识产权的FED显示器件具有重要意义。
“这一FED显示器是国际上第三大FED显示器，也是第三条FED技术路线。”郭太良介绍道。此后，福州大学FED研究正式进入全国领先、国际先进行列。从无到有、从落后到先进，郭太良带领团队十几年磨一剑，走出了一条国内FED显示器自主研发之路。
“成果一定要产业化”
二十来年FED显示器研究无疑让福州大学郭太良研究团队脱颖而出，站上了国际舞台，但回望这一过程时，郭太良心中也留下了不少遗憾。
“我们成功的起点是FED，但也的确有好多事情因此被耽误了，虽然内心告诉自己要做到无怨无悔，但也的确还是有很多遗憾。”郭太良感叹，“FED后来产业化没有做起来，错过了先发优势。”
二十来年攻关过程中，团队成员几乎每天加班加点，经常半夜才离开实验室，但很多研究成果最终却没能得见天日，到今天郭太良都不禁觉得遗憾与愧疚。“后来我们就决心一定要搞产业化，只要有一线机会我们就会跟企业合作，即使没有签合同、企业没有提供经费也不计较，只要研究成果对他们有用，就算最终产业化后再给我们技术转让费都可以。我们不能计较得失，因为显示领域技术发展日新月异，机会稍纵即逝，错过之后我们的成果很快就会变成锁在抽屉里的论文跟专利，并没什么实际用处。”郭太良说道。
2001年，郭太良当选为国家原“863”计划高清晰度显示技术重大专项战略专家组副组长，2006年起开始担任国家原“863”计划平板显示技术重大专项总体组成员。就在团队因研究FED多年却没实现产业化而迷茫时，2012年“863”重大专项——“移动互联显示关键技术研究”项目为他们指引了方向。
“借着这个机会我们正式进入了显示产业的主战场，基于此前20多年FED研究奠定的平台及团队基础，我们开始向移动互联显示领域发力。”郭太良介绍，“这个项目对我们而言相当于一个转折点，不仅引领了新的方向，同时让我们看到了产学研合作的重要性。此前我们研究FED时，是从材料到器件到整机等全过程都是我们自己做，不仅非常累，实际上也做不好，产业化也没有做起来。而这个‘863’项目跟冠捷、TCL等多家单位合作极大提高了效率也实现了产业化，可以说我们团队和企业有重大产业化成果的协同创新就是从这个项目开始的。”
尽管对于FED而言已经错过了最佳产业化时机，但却开启了郭太良团队平板显示产学研新时代。此后十余年来，他们陆续与数十家企业展开了深度合作。包括与T企业在双方建立的研究生培养基地共同培养研究生，开展高性能QLED界面修饰与新功能层技术、量子点材料与器件关键技术研究和多方位技术服务；与H公司在印刷OLED显示器件制备及开发验证上开展深入合作，包括墨水验证、印刷制备工艺、器件制备、测试及方案验证等；与G公司合作开发基于人工智能5G医疗阅片辅助系统；与A公司合作开发面向自然交互的全息成像系统；与H公司开展μLED光学设计与模拟仿真研究等。
2013年，由郭太良负责的福州大学平板显示工程实验室牵头，联合国内显示器龙头企业福建捷联电子开展并完成了“超高分辨率液晶显示关键技术开发及产业化”的科研攻关。该项目以图像显示和增强技术创新为核心，以多项国家级科研课题为支持，以技术转化为目标，开发了超高分辨图像处理技术、高画质显示技术、量子点白平衡技术、光收敛超薄背光技术，依托产业化应用，取得了丰硕的研究成果。项目获2018年度福建省科技进步奖一等奖。
福建捷联电子有限公司采用与郭太良团队共同开发的超高分辨率显示关键技术，完成超高分辨图像处理、高画质显示、量子点背光和显示系统集成等超高分辨率显示共性及提升关键技术研究，完成了超高分辨率高性能显示器产品的开发。项目成果应用领域广泛，包括LED电影屏、电竞曲面显示屏、高端医疗影像、航空等领域的仿真训练、教育、城市商业中心、展览展示、主题乐园商用显示等。项目实施期间，共开发了5大类、24种规格的超高分辨率液晶显示器，总产值62.5亿元，新增利润4237万元，经济效益显著。项目的实施，不仅带动了新型显示产业链和移动互联网产业链的发展，包括集成电路、基板玻璃、TFT背板、有机发光材料、检验测试设备及其他辅助材料等上游配套产业和智能手机、平板电脑、GPS等下游终端产业的发展，同时构建了超高分辨率显示的技术研发平台与产业化示范基地，开发出超高分辨率显示器的工程化技术与产业化技术，实现批量生产及规模应用，培育超高分辨率显示战略性新兴产业增长点，抢占液晶超高分辨率显示集成技术升级换代先机，增强我国新一代信息产业的科技创新能力与产业国际竞争力。
在智慧显示方面，郭太良团队还联合国内福建捷联电子有限公司、TCL集团股份有限公司、福建歌航电子信息科技有限公司等多家知名企业，开展并完成了“高性能液晶显示模组与多屏交互技术及产业化应用”的科研攻关，逐渐推进移动互联和智慧显示关键技术的产业化。该项目开发了一系列超高分辨率、高对比度、广色域、高亮度、薄型化的液晶显示器，并于2015年1月开始在福建捷联电子、TCL集团、福建歌航电子、福建科创光电等企业实现规模量产，进行产业化转化应用，为企业新增产值超160亿元，经济和社会效益显著，促进了电子信息学科在平板显示产业的应用与发展。
福建歌航电子信息科技有限公司将郭太良团队开发的集成触控屏技术和多路脉冲调制系统功率的低功耗技术进行成果转化，通过显示触控集成和系统软硬件低功耗设计，应用到歌航电子的汽车导航系列产品的各类电容式触控屏上，性能良好。
福建科创光电有限公司将福州大学开发的抗氧化复合电极及内嵌式集成触控屏技术进行成果转化，应用到科创光电的多个电容触控屏上，形成降低导电电极的电阻，提高导电电极的抗氧化能力，应用情况良好……
“自从和这些企业合作以来，我们共同开发的显示器产值越来越大，现在几乎每年都超过了20亿元。”郭太良介绍道。
学无止境，勇攀高峰
自1979年踏入福州大学校门以来，不知不觉间，郭太良已和这座创建于1958年的大学共同走过了四十余载光阴。
“不仅是我个人，我们团队这些年来也都是随着福州大学一起发展起来的，学校从以前的一个校区发展到今天7个校区，而我们团队也从寥寥几人到现在两百多人（含在读硕博研究生）。”郭太良说，曾经有很多人都表示过他们团队好像对学校很有感情。“确实是这样，就连我们出差跨出校门之前都会回头看一眼，这很真实，一点都不夸张。”郭太良笑着说道。
福州大学从建立之初立足福建、为地方服务，到慢慢面向全国、面向国际，发展的每一步都非常艰难，但在一代又一代福大人坚持不懈的努力下，终于取得了令人瞩目的成果。“我们团队也是一样，这些年来，不管是学科还是团队的发展，我感觉最重要的其实是上进心跟拼搏精神。”也许比起一流人才汇聚的高校，他们在科研条件等各方面还有不足，但只要齐心协力坚持做下去，总能取得成果。
从跟随导师高怀蓉学习时期开始，郭太良就深刻记住了这样一个道理——不做个人英雄主义，我们要靠团队一起做事。“这是导师最早开创实验室研究光电发射时就传承下来的精神。”郭太良用“狼群战术”形容自己的团队，尽管少有老虎、狮子这样的王者级别人才，但集体努力作战的成果一样可以令世人瞩目。
2006年福州大学申报的“场致发射显示技术工程技术研究中心”获教育部批准建设。2011年11月福州大学联合福建捷联电子有限公司获国家发展和改革委员会批准建设“平板显示技术国家地方联合工程实验室”，由郭太良担任研究中心和工程实验室主任，从事新型显示技术、光电薄膜与厚膜技术、新型背光源与照明技术、信息显示驱动技术、真空电子技术和微纳光电材料与器件等方向研究，以及信息显示关键技术及应用的研发。
近3年来，实验室已完成和承担超过30项各类科研开发项目或课题，在平板显示技术方面开展了系统性的研究开发工作，已获得福建省科学技术奖一等奖1项、福建省自然科学奖三等奖1项，已获得91件国家授权发明，发表各类学术论文130余篇。成果相继于2014年起在福建捷联电子有限公司、TCL集团股份有限公司、福建歌航电子信息科技有限公司、福建科创光电有限公司等企业获得应用，开发了系列高清液晶显示器、量子点背光电视、车载导航及各类电容触控屏等产品。
不过，这当然远远不够。新的技术层出不穷，显示领域发展可谓瞬息万变，郭太良时刻都在紧张的学习过程中。近年来，他们的重心是μLED显示关键技术的研发，目前已掌握In凸点尺寸、高度的可控性制备技术；基于喷墨打印、激光微纳米加工和微流控技术，成功实现图形化量子点图案，并成功应用于μLED的色彩转化。同时采用布拉格反射镜（DBR）和微纳米混合图案实现色彩转化效率的提升。他们还与三安光电、厦门乾照、福州兆元等单位合作，完成了128×128单色PM-μLED的研制；并成功实现像素间距19.2μm（1300ppi）、分辨率640×360、显示尺寸0.55英寸的超高亮度单色微显示器件。
在即将到来以及必然到来的柔性显示与3D光场显示技术领域，郭太良团队同样展开了深度布局与研究。在郭太良眼中，人们想象的全息投影、用意念控制画面显示的场景并不是科幻情节，在一代又一代显示技术研究者的不断拼搏、奔跑下，这一天终将来临。
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