從CRT到MicroLED：福州大學(xué)的顯示探索與未來愿景

    從陰極射線管（CRT）到OLED或MicroLED，自發(fā)光顯示器始終吸引著追求高性能電視的消費(fèi)者與開發(fā)者，以及需要精準(zhǔn)顯示技術(shù)以完成電影制作與科研任務(wù)的專業(yè)人士。憑借像素級(jí)發(fā)光與控制技術(shù)，這類顯示器能呈現(xiàn)近乎完美的黑色——實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)圖像無拖影、展現(xiàn)卓越細(xì)節(jié)與對(duì)比度，并還原濃郁飽滿的色彩。然而相較于液晶顯示器，自發(fā)光產(chǎn)品價(jià)格往往更高，這在一定程度上限制了其受眾范圍。此外，當(dāng)前的自發(fā)光顯示器大多為被動(dòng)顯示，用戶交互功能有限。

    在福州大學(xué)等高校，研究人員正推動(dòng)自發(fā)光顯示技術(shù)的進(jìn)步，在增強(qiáng)交互體驗(yàn)與集成先進(jìn)人工智能功能的同時(shí)，有效降低生產(chǎn)成本與技術(shù)復(fù)雜度，從而加速下一代顯示器件研發(fā)進(jìn)程和應(yīng)用推廣。福州大學(xué)創(chuàng)建于 1958 年，位于中國(guó)福建，是國(guó)家"雙一流"建設(shè)高校之一，肩負(fù)提升中國(guó)高等教育與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要使命。

    深厚的顯示研究歷史與合作傳統(tǒng)

    福州大學(xué)在電子顯示領(lǐng)域的研究淵源可追溯至20世紀(jì)70年代末，當(dāng)時(shí)該校在陰極射線管氧化物陰極發(fā)射技術(shù)方面開創(chuàng)先河。至90年代末21世紀(jì)初，該校研究人員將研究領(lǐng)域擴(kuò)展至場(chǎng)致發(fā)射顯示技術(shù)，隨后開始進(jìn)軍液晶電視等平板顯示領(lǐng)域。2012年，通過牽頭成立"海西新型顯示器件與集成協(xié)同創(chuàng)新中心"，福州大學(xué)成為中國(guó)平板顯示技術(shù)發(fā)展的領(lǐng)軍力量。該項(xiàng)目聯(lián)合了11家機(jī)構(gòu)，包括中國(guó)大陸、香港、臺(tái)灣地區(qū)及新加坡的高校，以及TCL、冠捷、天馬、海信、三安光電等顯示行業(yè)龍頭企業(yè)，各方通過協(xié)同合作致力于完善端到端顯示開發(fā)的工藝流程與技術(shù)體系。

    2019年，福州大學(xué)與中國(guó)科學(xué)院合作建立中國(guó)福建光電信息科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室（閩都創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室）。作為省級(jí)四大重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一，該實(shí)驗(yàn)室聚焦先進(jìn)光子材料、新型顯示與照明技術(shù)、高速光通信等領(lǐng)域，將學(xué)校的研究范圍拓展至柔性顯示、3D顯示和MicroLED顯示。目前福州大學(xué)顯示技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)擁有25名教授與研究人員，以及約300名學(xué)生。

    嚴(yán)群教授于2016年作為特聘教授加入福州大學(xué)。此前他曾在Plasmaco公司、松下電器及長(zhǎng)虹集團(tuán)擔(dān)任高級(jí)研究職位，2016年結(jié)束長(zhǎng)虹集團(tuán)首席科學(xué)家的任職�，F(xiàn)任國(guó)際信息顯示學(xué)會(huì)（SID）下任主席、SID中國(guó)區(qū)總裁，是視覺顯示領(lǐng)域的權(quán)威專家。因?qū)︼@示技術(shù)的杰出貢獻(xiàn)，他于2013年獲得SID特別貢獻(xiàn)獎(jiǎng)，2017年當(dāng)選SID Fellow，成為中國(guó)大陸最早唯一同時(shí)獲得這兩項(xiàng)榮譽(yù)的學(xué)者。在其專業(yè)領(lǐng)域已發(fā)表論文200余篇、會(huì)議報(bào)告40篇，持有60多項(xiàng)授權(quán)專利。

    嚴(yán)群教授的早期專利多涉及等離子顯示（PDP）技術(shù)，為PDP的大規(guī)模量產(chǎn)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。隨著技術(shù)演進(jìn)，他的創(chuàng)新持續(xù)深化。嚴(yán)群教授表示，"這些最新專利將成為MicroLED技術(shù)創(chuàng)新的核心組成部分，包括量產(chǎn)技術(shù)訣竅，其中部分專利將是我們研究團(tuán)隊(duì)新成立公司擁有的關(guān)鍵知識(shí)產(chǎn)權(quán)。"

    新技術(shù)的潛力

    嚴(yán)群教授洞察到MicroLED有潛力成為等離子顯示技術(shù)的下一代替代方案，決定投身學(xué)術(shù)界以推動(dòng)技術(shù)研發(fā)與人才培養(yǎng)。他選擇福州大學(xué)的原因在于：該校擁有體系完整的顯示技術(shù)研究項(xiàng)目、先進(jìn)的科研設(shè)施以及協(xié)同創(chuàng)新的研究環(huán)境。目前他指導(dǎo)本科及研究生從事顯示技術(shù)及相關(guān)交互系統(tǒng)研究。

    "目睹等離子顯示技術(shù)的興衰歷程后，我確信MicroLED將真正成為自發(fā)光顯示的‘第三次浪潮’，但我也認(rèn)識(shí)到這項(xiàng)技術(shù)的成熟需要持續(xù)的基礎(chǔ)研究和新一代工程師的參與。"嚴(yán)群教授表示。

    福州大學(xué)物理與信息工程學(xué)院設(shè)有國(guó)家級(jí)顯示技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室擁有30余名研究人員和300名研究生。嚴(yán)群教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)包括2名教授、4名工程師及30余名研究生，專注于高度集成半導(dǎo)體信息顯示（HISID）技術(shù)研究。

    嚴(yán)群教授及他的福州大學(xué)團(tuán)隊(duì)

    HISID是嚴(yán)群教授提出的前瞻性概念，旨在將傳統(tǒng)屏幕轉(zhuǎn)變?yōu)槎喙δ芙换バ畔⒔K端。與僅呈現(xiàn)靜態(tài)圖像的普通面板不同，HISID面板在MicroLED模組中直接集成了顯示、傳感、通信與計(jì)算功能。

    其核心在于采用異質(zhì)器件集成技術(shù)，將驅(qū)動(dòng)IC、存儲(chǔ)器、處理器、傳感器和天線嵌入顯示基板，通常被稱為"系統(tǒng)級(jí)面板"。通過將這些組件安裝在像素陣列內(nèi)部或緊貼其后部，HISID技術(shù)消除了笨重的外部電子元件，從而縮短互連長(zhǎng)度（最大限度降低延遲），實(shí)現(xiàn)超薄超輕的形態(tài)設(shè)計(jì)。

    "巨量轉(zhuǎn)移與封裝技術(shù)是HISID的關(guān)鍵推動(dòng)力，"嚴(yán)群教授指出，"以激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移（LIFT）技術(shù)為例，它能夠以高精度和高通量將微米級(jí)LED精準(zhǔn)放置到有源背板上，這不僅攻克了MicroLED顯示最大的制造難題，更為HISID集成技術(shù)鋪平了道路。"

    HISID的前景

    發(fā)展HISID技術(shù)需要實(shí)現(xiàn)面板與元器件領(lǐng)域的多重技術(shù)突破。MicroLED芯片需達(dá)到<10 μm微米級(jí)的制造精度，實(shí)現(xiàn)極高像素密度（超過1000 PPI）。由于每個(gè)發(fā)光單元僅占像素單元的微小部分，剩余空間可集成微米級(jí)IC與傳感器，真正實(shí)現(xiàn)"系統(tǒng)級(jí)面板"功能。

    MicroLED憑借卓越性能優(yōu)勢(shì)超越現(xiàn)有主流技術(shù)：具備數(shù)千尼特的超高亮度、優(yōu)異的能效表現(xiàn)以及數(shù)萬小時(shí)的使用壽命。這些特性對(duì)于需要日光下可視性或常時(shí)運(yùn)行的應(yīng)用場(chǎng)景尤為關(guān)鍵。

    納秒級(jí)開關(guān)速度使MicroLED支持超高刷新率，并能兼作可見光通信（Li-Fi）發(fā)射器，通過顯示屏本身實(shí)現(xiàn)高帶寬數(shù)據(jù)傳輸。這種"顯示+光學(xué)信道"的雙重功能，構(gòu)成了HISID雙向交互范式的基石。

    HISID技術(shù)致力于生成懸浮在空中的真實(shí)三維光場(chǎng)，讓用戶無需頭戴設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)自然交互。通過融合立體捕捉系統(tǒng)、定制光場(chǎng)編解碼器以及具備定向光發(fā)射能力的HISID面板，該技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)真3D體驗(yàn)與沉浸式"視頻即游戲"交互。集成空間傳感器（如手勢(shì)/眼動(dòng)追蹤）進(jìn)一步支持人工智能驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化設(shè)置與反饋循環(huán)。

    技術(shù)挑戰(zhàn)與突破

    實(shí)現(xiàn)數(shù)百萬個(gè)MicroLED近乎完美的精準(zhǔn)定位仍是影響良率的關(guān)鍵工序。雖然激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移（LIFT）和自組裝技術(shù)有良好的應(yīng)用前景，但達(dá)到消費(fèi)級(jí)成本目標(biāo)仍需持續(xù)攻關(guān)。集成驅(qū)動(dòng)IC、傳感器與天線等多元組件時(shí)，必須采用尖端2.5D/3D封裝技術(shù)和精密互連方案，以確保信號(hào)完整與熱量管理。

    高亮度運(yùn)行與高密度電子元件布局要求新型微米級(jí)散熱器或基板解決方案，以避免色彩偏移或可靠性問題。制備性能匹配的紅、綠、藍(lán)MicroLED存在技術(shù)難度——量子點(diǎn)（QD）層或熒光粉色彩轉(zhuǎn)換技術(shù)可作為替代方案，但會(huì)帶來效率與使用壽命方面的新挑戰(zhàn)。

    兩英寸、112 ppi綠色MicroLED在薄膜晶體管背板上

    實(shí)現(xiàn)HISID的交互潛力需要開發(fā)全新的操作系統(tǒng)、中間件和內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，以協(xié)調(diào)傳感、渲染與通信功能，這些工作目前僅在行業(yè)中剛剛開始。

    嚴(yán)群教授的研究團(tuán)隊(duì)在MicroLED巨量轉(zhuǎn)移與鍵合技術(shù)方面取得重大突破。"最關(guān)鍵問題之一是在巨量轉(zhuǎn)移和快速鍵合前，縮短MicroLED陣列的缺陷檢測(cè)時(shí)間，"嚴(yán)群教授指出，"這將顯著減少鍵合后修復(fù)不良元件的時(shí)間。我們還開發(fā)出獨(dú)特的鍵合技術(shù)，即使MicroLED與TFT電極未完全對(duì)準(zhǔn)，仍能實(shí)現(xiàn)高度可靠的連接。"

    一名福州大學(xué)學(xué)生操作MicroLED鍵合設(shè)備

    開發(fā)這種顯示器的復(fù)雜性非常高。即使最具前景的技術(shù)構(gòu)想也未必能在實(shí)際應(yīng)用中完美實(shí)現(xiàn)。資源投入限制乃至地緣政治因素都可能導(dǎo)致研發(fā)進(jìn)程受阻。

    為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，嚴(yán)群教授正在構(gòu)建基于區(qū)塊鏈技術(shù)的創(chuàng)新協(xié)作平臺(tái)，該平臺(tái)整合資金（金）、研發(fā)設(shè)施（木）、人才團(tuán)隊(duì)（水）、技術(shù)解決方案（火）、市場(chǎng)（土）。所有利益相關(guān)方（投資者、研究人員、制造商）在平臺(tái)注冊(cè)后，項(xiàng)目需求將通過社區(qū)共識(shí)和AI指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估排名。

    AI算法動(dòng)態(tài)匹配資金來源、制造設(shè)施、技術(shù)團(tuán)隊(duì)與市場(chǎng)機(jī)遇，加速?zèng)Q策進(jìn)程并減少低效與資源錯(cuò)配。區(qū)塊鏈賬本記錄項(xiàng)目里程碑、資金交易與知識(shí)產(chǎn)權(quán)登記，既保護(hù)研發(fā)數(shù)據(jù)機(jī)密性，又為技術(shù)轉(zhuǎn)移提供可驗(yàn)證的審計(jì)追蹤�？陀^指標(biāo)與專家評(píng)估指導(dǎo)投資與合作決策，最大限度減少偏差，確保項(xiàng)目評(píng)估的高公信力。

    通過將資本、技術(shù)能力與創(chuàng)新解決方案整合于基于區(qū)塊鏈的顯示技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)平臺(tái)，并運(yùn)用AI優(yōu)化資源配置，嚴(yán)群教授認(rèn)為這種模式將有效促進(jìn)創(chuàng)新流程優(yōu)化、降低投資風(fēng)險(xiǎn)，最終加速下一代顯示技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。

    范式轉(zhuǎn)變

    嚴(yán)群教授將HISID視為從被動(dòng)顯示屏幕向交互式智能終端的轉(zhuǎn)變。憑借MicroLED卓越的光電特性，并通過異質(zhì)集成技術(shù)的進(jìn)步，HISID技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)沉浸式三維光場(chǎng)顯示、AI驅(qū)動(dòng)的雙向交互，以及可能最大形態(tài)靈活的顯示。盡管仍面臨制造工藝和生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的重大挑戰(zhàn)，但MicroLED創(chuàng)新速度迅猛——巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的突破和行業(yè)聯(lián)盟的壯大便是明證——這一切都預(yù)示著HISID將成為下一代信息網(wǎng)絡(luò)和富媒體體驗(yàn)的基石。

    福州大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，以及更廣泛的全球科研社區(qū)，仍在不斷完善HISID的核心構(gòu)件。我們很可能正站在顯示技術(shù)新紀(jì)元的門檻上——未來每一面墻壁、每扇窗戶乃至每個(gè)可穿戴設(shè)備，都可能成為交互內(nèi)容、通信與傳感的動(dòng)態(tài)入口。

    談及其他前沿技術(shù)方向，嚴(yán)群教授提到將多種顯示技術(shù)融合為混合顯示的可能性，例如MicroLED與OLED或MicroLED與QLED的組合。顯示技術(shù)與傳感器、光伏電池、薄膜電池及微型IC的集成研究，有望推動(dòng)先進(jìn)顯示技術(shù)融入更多應(yīng)用場(chǎng)景，并適配多樣化的形態(tài)。

    資金與合作

    即便有政府資助和企業(yè)贊助的強(qiáng)勁助力，大學(xué)的科研經(jīng)費(fèi)問題依然充滿挑戰(zhàn)。福州大學(xué)顯示技術(shù)研究項(xiàng)目憑借其學(xué)術(shù)聲譽(yù)幸運(yùn)地獲得了持續(xù)支持，TCL、海信和天馬等企業(yè)位列該校主要資助方。該校還與GlobalFoundries等機(jī)構(gòu)開展合作——雙方已簽署聯(lián)合研究協(xié)議，共同探索用于MicroLED陣列的先進(jìn)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）背板集成技術(shù)。

    通過這些產(chǎn)學(xué)研合作，福州大學(xué)實(shí)現(xiàn)了學(xué)術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)需求的有效對(duì)接：既獲得設(shè)備、材料和工藝準(zhǔn)入等實(shí)物支持，又為學(xué)生提供實(shí)踐訓(xùn)練機(jī)會(huì)，同時(shí)加速實(shí)驗(yàn)室突破成果向商用顯示產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化進(jìn)程。

    福大的秘訣與人才培養(yǎng)

    嚴(yán)群教授將學(xué)�？蒲械某掷m(xù)進(jìn)展與成功歸功于兩大要素：與顯示企業(yè)開展緊密的聯(lián)合研發(fā)項(xiàng)目，以及政府強(qiáng)有力的資金支持。這種模式使福州大學(xué)能夠?qū)Ｗ⒂谇把匮芯浚�而非耗費(fèi)精力于籌資活動(dòng)。

    福州大學(xué)及嚴(yán)群教授研究團(tuán)隊(duì)遵循"以學(xué)習(xí)者為中心、實(shí)踐為導(dǎo)向"的培養(yǎng)理念，為學(xué)生學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)雙軌發(fā)展奠定基礎(chǔ)。嚴(yán)群教授表示，該項(xiàng)目著重培養(yǎng)五大核心能力：

    自主研學(xué)能力：掌握消化新理論、新工具與新方法的學(xué)習(xí)策略

    信息檢索與批判性分析能力：高效挖掘文獻(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)資源，評(píng)估并整合多元研究成果以形成連貫研究方向

    動(dòng)手實(shí)驗(yàn)與工藝開發(fā)能力：提供大量實(shí)驗(yàn)室實(shí)操機(jī)會(huì)，讓學(xué)生設(shè)計(jì)并執(zhí)行器件制備實(shí)驗(yàn)；同時(shí)通過企業(yè)實(shí)習(xí)與合作研究輪崗機(jī)制，使學(xué)生直面現(xiàn)實(shí)技術(shù)難題

    學(xué)術(shù)寫作與報(bào)告能力：指導(dǎo)學(xué)生撰寫結(jié)構(gòu)清晰、數(shù)據(jù)分析嚴(yán)謹(jǐn)、結(jié)論精簡(jiǎn)的高質(zhì)量技術(shù)報(bào)告與論文

    清晰口頭表達(dá)能力：訓(xùn)練學(xué)生用通俗語言向技術(shù)會(huì)議的專業(yè)聽眾或非技術(shù)背景利益相關(guān)方展示研究成果，提升觀點(diǎn)闡述與協(xié)同合作效能

    通過融合項(xiàng)目制課程、實(shí)驗(yàn)室輪轉(zhuǎn)與產(chǎn)業(yè)實(shí)踐，福州大學(xué)確保畢業(yè)生不僅掌握顯示技術(shù)理論基礎(chǔ)，更具備超越學(xué)術(shù)范疇的實(shí)踐技能與職業(yè)自信。

    嚴(yán)群教授正帶領(lǐng)學(xué)生專注進(jìn)行一項(xiàng)課題研究

    通過項(xiàng)目制課程、實(shí)驗(yàn)室輪崗和產(chǎn)業(yè)實(shí)習(xí)，福州大學(xué)確保學(xué)生既掌握顯示技術(shù)基礎(chǔ)，又具備實(shí)踐能力與職業(yè)自信。

    展望未來

    嚴(yán)群教授培養(yǎng)的學(xué)生多數(shù)進(jìn)入高科技企業(yè)研發(fā)部門，其中不乏中國(guó)顯示行業(yè)的相關(guān)企業(yè)。部分博士畢業(yè)生選擇留任高校學(xué)術(shù)崗位，致力于培養(yǎng)新一代顯示技術(shù)研究者與工程師；另有福州大學(xué)校友選擇在政府機(jī)構(gòu)繼續(xù)科研事業(yè)。

    除日常研究、會(huì)議與講座外，嚴(yán)群教授特別重視體育鍛煉，并積極倡導(dǎo)團(tuán)隊(duì)成員共同參與健身活動(dòng)。他的科研履歷涵蓋多項(xiàng)技術(shù)里程碑：從等離子顯示技術(shù)與工藝的重大突破，到MicroLED領(lǐng)域高通量巨量轉(zhuǎn)移、混合驅(qū)動(dòng)集成及像素級(jí)傳感等創(chuàng)新成果。2017年，他在中國(guó)福州創(chuàng)辦國(guó)際顯示技術(shù)會(huì)議（ICDT），如今該會(huì)議已成為國(guó)際信息顯示學(xué)會(huì)（SID）的標(biāo)志性盛會(huì)。

    嚴(yán)群教授以培養(yǎng)下一代顯示專業(yè)人才為己任，對(duì)福州大學(xué)的發(fā)展前景充滿信心："我認(rèn)為與國(guó)內(nèi)外高校、科研機(jī)構(gòu)及顯示企業(yè)深化合作，同時(shí)吸引頂尖顯示研究人才，是福州大學(xué)持續(xù)推動(dòng)顯示技術(shù)研究最重要的路徑。通過構(gòu)建堅(jiān)實(shí)的合作伙伴網(wǎng)絡(luò)、世界級(jí)人才輸送渠道以及轉(zhuǎn)化研究機(jī)制，福州大學(xué)必將鞏固其在下一代顯示技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，培育定義未來交互式沉浸顯示體驗(yàn)的創(chuàng)新成果。"

    參考來源：Information Display - 2025 - Boylan - Advancing Emissive Displays at Fuzhou University