【基金标书】2010CB327700-新型微显示和场发射平板显示高品质化及应用的基础研究

项目名称： 新型微显示和场发射平板显示高品质化及应用的基础研究 首席科学家： 许宁生 中山大学 起止年限： 2010 年 1 月 8 月 依托部门： 教育部 一、研究内容 硅基有机发光微显示器、纳米冷阴极场发射平板显示器的研究正处在器件研制的攻坚阶段，新材料、新结构、新机制如何在器件中利用和实现备受关注。显示器件光电特性与人对图像显示的视觉认知关联性及其器件应用的研究近年来越来越受重视，新问题和新方向不断出现。三维微显示技术、具有特殊环境适应性和人群适应性的显示器件及其技术等研究还有待 开拓。因此，本 项目 所关心的主要研究内容涵盖了大量的基础科学问题，下面具体说明需要研究和解决的关键科学问题。 （一）拟解决的关键科学问题 1、 新结构新机制在实现硅上有机微显示器件低压高效发光中的作用和机理 人们已经证明 构可以有效地降低 开启电压，提高器件的功率效率，因此 对于高性能的顶发射器件，研制采用掺杂 构的 器件很重要。对于 p 型掺杂，由于主客体材料的能级匹配较容易实现，所以其制备技术较简单，但对于 n 型掺杂，难度很大，掺杂效率比较低。因 此从半导体物理出发，结合量子化学计算，寻求 新的 n 型掺杂材料体系，研究提高有机掺杂效率是需要解决的关键科学问题。 另一方面， 有机微显示的彩色化要求使用高亮度、高效率、低驱动电压的有机白光顶发射 前，要实现高效率的白光发射，蓝光的亮度和效率是瓶颈。一方面，现有的荧光蓝光材料效率低，而磷光蓝光材料虽然效率高但寿命较差。通常认为采用荧光磷光结合的材料体系是合适的。 2007 年 提出超荧光发射 （ 的概念，并在有机红光方面得到了初步的证明，使荧光红光材料获得了较高的亮度和效率，但在蓝、绿色材料 方面至今还没有报道。因此，研究超荧光发射物理，并在此基础上选择合适的荧光和磷光材料的组合， 探索利用蓝光超荧光发射实现高亮度、高效率的白光有机发光器件是另一关键科学问题。 2、 角度和深度等核心要素对三维微显示和视频裸眼三维显示的影响 物体三维信息获取，即三维成像，是实现三维显示的前提。在三维成像过程中，成像的角度和深度所获取的物体信息组成等因素，都可能对三维显示产生重要影响。另外，三维显示过程中，颜色、亮度和对比度等因素也可能对三维显示效果产生影响。因此，确定三维成像和显示过程中核心要素的作用，分析研究这些要 素在三维显示中的相互间影响和关联，是三维成像与显示机理研究内容中需要解决的关键科学问题。 面向视频内容的三维显示较之静态图像的三维显示需要考虑刷新率、视频内容的景深变化等动态复杂因素。目前面向视频内容的三维显示多数基于传统大屏幕的显示装置，基于微显示的视频裸眼三维显示，必须考虑到微显示作为新型显示系统与传统的显示装置相比拥有不同的工作原理，同时具有更小的像素尺寸。因此需要针对上述特点研究三维微显示的关键技术问题。 3、一维材料的量子和纳米尺寸效应与物理特性等对量子隧穿过程的影响及其在实现 压高效发光中 的作用和机理 场发射依赖量子隧穿原理，而其隧穿过程受到冷阴极材料的电子传输和供应、表面势垒和表面态等的影响。纳米线和纳米管不断展示量子和纳米尺寸效应，这些效应会直接影响供应到纳米冷阴极表面的电流密度；它们的场发射端面的原子排列会影响其电子云发布，从而影响电子表面隧穿过程。纳米线和纳米管的导电性和表面电子亲和势对场发射影响很大，而往往表面电子亲和势小的材料因为具有大的带隙而导电性差，因此需要采取措施提高导电率。上述所列的纳米线和纳米管可能影响隧穿过程的因素，有些已经在理论上被研究过，有些还没有研究清楚，但实验 证明难度很大，要在器件应用难度更大。然而，它们对实现低电场高电流密度发射极为关键。因此研究上述物理和材料问题，并探索利用上述物理和材料的研究成果研制低压发射的电子源阵列和高效发光 件是一个关键科学问题。 4、 的低能激发、高导电性和高效发光的新型荧光材料的发光机理 新型高效发光材料是实现高亮度场发射器件的关键之一。人们至今没有找到在低能量（对应低压）电子束激发下高效发光的高导电性的荧光材料，因此，寻找上述三种因素兼备的荧光材料是最重要的研究内容，为此需要研究 低能电子束激发下材料的形态、结构和组成 等与其发光、导电性能的关系。另外， 发光粉的表面及稳定性问题会影响 件的寿命和工作特性，因此也应给予足够的重视。再之，为了 获得宽色域荧光材料， 需要研究 材料的发光颜色与基质、激活剂及其浓度的关系。 5、 显示器件光电特性与人对图像显示的视觉认知关联性及其器件应用的研究 人对显示图像质量的主观感受不仅是观察到的图像质量各属性的加权之和，而且还包含人脑的复杂认知过程。这里的显示图像质量属性包括清晰度、色彩丰富度、亮度和图像均匀性等，它们是由显示器件的光电特性所决定。因此，建立显示器件光电特性与人对图像显示的视觉 认知过程关联性理论对实现显示器件的高品质化具有重要的意义，是本项目研究需要解决的一个科学问题。 现有的显示器件质量评价方法不能反映人眼视觉系统在观看视频图像时的非线性信号处理过程和大脑的视觉认知过程。因此，在显示器件光电特性与人对图像显示的视觉认知过程关联性理论基础上，需要发展显示器件综合显示性能的物理测量和评价方法，构建新一代平板显示的智能化评价平台。利用这些评价方法和平台，研究和分析最符合人的视觉感知要求的显示器件性能参数，并应用于微显示和 件的设计和研制。 在三维显示中立体感的获得是一个主观过程 ，因人而异，这给三维显示的有效评价造成一定困难。因此针对微显示和视频裸眼三维显示这一需求，研究三维成像与显示中核心要素对视频裸眼三维微显示的影响，探索三维显示的客观评价体系，是基于三维成像核心要素研究三维视觉评价标准的关键科学问题。 6、适应野外和车载等特殊环境条件的器件技术原理 野外和车载等特殊环境条件复杂，相互作用关系变化多端，这些给研究带来很多问题。分别研究低温高温环境、温度多变环境、电磁干扰环境等条件对微显示和 关键功能材料和器件微结构的工作特性和寿命影响的规律，为选择适应上述各类环境的微 显示和场发射器件的关键材料和器件微结构，掌握研制适应上述环境的微显示和场发射器件的技术，将为进一步的深入研究打下基础 。 （二）主要研究内容 本项目在研究内容的确立上紧密围绕新型微显示和场发射平板显示高品质化及其应用探索中的关键科学问题与关键技术，以解决国家战略需求、获得自主知识产权为宗旨，实现高对比度、高清晰度和高亮度显示为主线，将关键物理机制、新材料研制、器件与器件物理研究、驱动电路与显示器件的高密度集成和人对图像显示的视觉认知等有机地结合起来，使各课题的研究工作既具有明确的研究目标，同时又相互紧密联系 ，形成新型微显示与场发射平板显示完整的系统研究，为我国在相关领域的可持续发展，进一步提高我国在信息显示研究领域的国际竞争力奠定基础。 1、新型微显示研究 我们将重点开展硅上有机发光微显示器件高品质化及其物理研究和 新型三维成像与三维微显示技术及器件基础研究。有机发光微显示的应用前景备受关注，拟重点解决高品质化面临的科学技术问题，而三维微显示带有前瞻性，以解决未来人们对便携式显示拥有真实感和现场感的追求为主要目标。 硅上有机微显示器件高品质化及其物理研究 在满足低压驱动条件下提高发光效率是有机发光微显示器 件研制最为关注的科学问题，我们将把研制 件结构和利用超荧光材料两方面作为重点。为了研制 件结构，我们将研究影响有机半导体掺杂效率的因素和有机半导体掺杂效果。为了利用超荧光材料高效发光特性，我们将 研究超荧光发射体系中电荷转移态的单线态和三线态的能量差 对超荧光发射特性影响。为了实现器件的高品质化，我们将研究可以提高分辨率、 灰阶数和 稳定性 的有机发光器件结构和驱动电路结构，以及两者集成的关键技术问题。我们还将研究特殊低温和高温等条件对有机发光微显示的材料、微结构和器件集成等的影响。 新型三维 成像与三维微显示技术及器件基础研究 我们把研究重点放在三维成像与三维显示的新机理和新技术，而不是利用传统理论来研究三维成像的应用技术。首先，探索研究实时三维成像与新型裸眼三维显示机理，以角度、深度、分辨率等关键问题为切入点，特别注意视频三维显示理论和器件研究，进一步关注三维微显示的问题，开展基于微显示技术的新型三维成像与显示系统设计和器件研究。 2、纳米冷阴极 场发射平板显示研究 场发射平板显示屏的一个竞争优势就是低功耗，为此，低压下实现高电流密度的发射和低电子能量激发下高效发光至关重要，因此，我们把 低电场高效发射电子的纳米冷阴极材料和低压高效发光的荧光材料研制一起作为重点。然而，为了推进实现高对比度、高清晰度和高亮度场发射平板显示，我们把器件的高品质化作为重中之重。为了寻找场发射平板显示器件应用的切入点，我们还将重视特殊环境应用的研究。 纳米冷阴极场发射平板显示器件的特性优化及其面向特殊环境应用的基础研究 为了进一步寻找实现低压下高效发射电子的技术途径，我们拟从研究一维纳米材料的量子和纳米尺寸效应、物理特性对隧穿物理过程的影响入手，上述尺寸效应不断被展示，但它们如何影响场发 射过程的研究相对滞后，尤其是实验研究基本没有展开，因此我们要把这方面的理论研究与实验证明，以及与材料和纳米冷阴极微纳电子源阵列研制结合起来。这些研究既有关键科学问题又有技术难题。为了推进场发射平板显示器件的高品质化，我们将重点解决影响大面积薄膜生长、纳米材料在器件微结构中均匀生长和均匀发射等关键技术问题，以及高亮度器件结构设计与实现的问题。为了研究特殊环境下的场发射平板显示应用，我们将开展与国家工业及信息化部第五研究所的合作，重点解决场发射平板显示器件研究测试所需要的技术平台和手段。 场发射平板显示器用 的 新型高效发光材料研究 我们在这方面的研究既要结合上述器件研制，又要开拓具有重要未来应用前景的研究。为了结合上述 场发射平板显示 器件研制，首先要 寻找在低能电子束激发下高效发光的高导电性的荧光材料，为此需要研究 低能电子束激发下材料的形态、结构和组成等与其发光和导电性能的关系。另外，我们将研究具有优良发光特性的 发光粉在场发射平板显示器件应用的稳定性问题。为了寻找 宽色域荧光材料，我们将 研究 材料的发光颜色与基质、激活剂及其浓度的关系。 3、显示器件光电特性与人对图像显示的视觉认知关联性及其器件应用的研 究 我们既关注理论性的研究又关注人的评价对器件设计和研制的反馈，特别要重视理论成果在微显示和场发射平板显示的器件研究的应用。我们要重点研究 人对信息显示质量的视觉认知过程与显示系统光电特性间的关联性理论，特别关注人眼关注区域对观察图像显示质量评价的影响，多色显示系统研究及图像质量的评价，不同视频压缩编码算法对显示图像质量影响的客观评价，影响图像质量主要因素恰可察觉差，三维显示质量的主观评价等问题。相应地，我们将构建新一代平板显示图像质量的智能化评价平台。我们还要把研究拓展到基于三维视觉感知的三维显示客观评价体 系的探索，以及硅上有机微显示和 场发射平板显示 图象显示质量的研究，特别关注器件光电参数的获取，基于视觉感知过程的有机微显示和 场发射平板显示 图像显示质量研究，以及这两类器件的多色显示系统的研究。 二、预期目标 （一）总体目标 本项目瞄准发展我国自主的新型微显示和场发射平板显示器件技术，抓住平板显示领域的技术及其应用领域正在逐步拓宽，而新型平板显示及其新的应用的研究正在逐步深入这一机遇，紧密结合上一期 973 计划项目打下的研究基础，以原来的队伍为本项目的研究主体，研究实现高品质（即高对比度、高清晰度、高亮度 ）的微显示和场发射平板显示器件所面临的材料、器件结构和器件原理等基础性问题，同时结合如何实现具有野外和车载等特殊环境适应性和人群适应性的器件开展器件应用的探索性研究，以期获得一批知识产权和前沿性成果，达到进一步营造创新环境，培养队伍，提升我国在新型微显示和场发射平板显示研究领域的整体水平的目的。 （二）五年目标 1、 硅上有机微显示器件高品质化及其物理研究 1) 通过对 有机半导体掺杂物理研究，获得低压驱动的高亮度的有机发光顶发射器件结构。 2) 通过对 有机超荧光发射物理研究，获得高发光效率的有机发光材料。 3) 通过对低功耗 和纳安量级电流控制的驱动电路结构、硅上有机发光微显示的整体器件的优化设计等的研究，实现在低工作电压、低反射率电极条件下获得高发光效率和高亮度的硅基顶发射器件，研制出具有自主知识产权的高清晰度、高对比度、较高灰阶和较长寿命的 4) 通过研究微显示的关键功能材料、器件微结构和器件在低温与高温环境，以及温度多变环境受影响的规律，选择适应上述环境条件的微显示的关键材料、器件微结构和器件。 2、新型三维成像与三维微显示技术及器件基础研究 通过对三维成像和显示核心要素的分析和研究，建立基于视觉 感知的三维显示客观评价体系，同时开展微光学技术在 裸眼 三维微显示系统中的应用研究，建立基于微显示的新型三维成像与显示系统，探索实现静态图像和视频的 裸眼 三维显示的技术途径。 3、纳米冷阴极场发射平板显示器件的特性优化及其面向特殊环境应用的基础研究 1) 结合理论研究，通过发展纳米材料可控生长，研制出具有纳米和量子尺寸效应的纳米冷阴极材料，研究上述效应对量子隧穿特性影响。 2) 通过研究上述材料的精准定位生长技术，探索制作具有纳米和量子尺寸效应的纳米冷阴极的电子源阵列的技术原理，验证它们在场发射平板显示器件应用的可行性。 3) 通 过 解决影响大面积薄膜生长、纳米材料在器件微结构中均匀生长和均匀发射等关键技术问题，以及高亮度器件结构设计与实现的问题，掌握实现纳米冷阴极场发射平板显示器件的高品质化的技术原理和途径。 4) 通过研究纳米冷阴极场发射平板显示的冷阴极材料和器件微结构在低温高温环境、温度多变环境、电磁干扰环境受影响的规律，选择适应上述各类环境的纳米冷阴极平板显示的冷阴极材料和器件微结构。 5) 通过研究场发射平板显示屏在低温与高温环境、温度多变环境下的工作特性和寿命的影响规律，掌握研制适应上述环境条件的场发射平板显示器件的技术。 4、 场发射 平板显示器用的 新型高效发光材料研究 1) 弄清 低能电子束激发下材料的发光机理，明晰材料的形态、结构和组成等与其发光性能的关系， 获得 3 5 种高效稳定、色纯度和色饱和度等性能都能满足场发射平板显示器件要求的红、绿、蓝及青色发光材料，并将其用在场发射平板显示器件上组装 成多色显示系统。 2) 弄清无机量子结构 /有机杂化体系在电子束激发下的电学及激发态过程等物理机制，掌握无机量子结构 /有机杂化体系薄膜的制备方法。 3) 通过研究荧光材料在低温与高温环境和温度多变环境受影响的规律，选择适应上述各类环境条件的荧光材料。 5、显示器件光电特性与人对图像显示的视觉认知关联性及其器件应用的研究 1) 建立 图像显示质量的视觉认知过程与显示系统光电特性间关联性的理论模型，并通过主客观实验对比统计的方法检验该模型的准确性，为实现智能化评价提供理论基础。 2) 建立新的多色系统设计算法和探索建立新的 多色显示理论 ， 并在场发射平板显示和微显示两种技术中实现验证。 3) 构建基于人的视觉认知过程的显示系统光电特性评价系统，并构建相应的测试系统， 建立 新一代平板显示图像质量的智能化评价平台实现智能化评价。 （三）两年后中期评估时的目标 研究 实现高品质（即高对比度、高清晰度、高亮度）的微显示和场发射平板显示器件所面临的 关键核心科学技术问题，研制出原理型器件，申请专利 17 项 ，发表论文 114篇。具体情况开列如下。 1、新型微显示研究 1） 硅上有机微显示器件高品质化及其物理研究 （ 1） 研制出单色 理型有机微显示器件。 具体指标： 器件 尺寸： 19.2 14.4 辨率： 33 线 /示容量： 源驱动芯片工作电压： 5V，最高亮度： 350 cd/ （ 2） 单色有机硅上顶发射单元器件在初始亮度 100 cd/，半寿命超过1000 小时。 （ 3） 实现白 光顶发射单元器件， 7 V 下亮度超过 500 cd/ （ 4） 申请专利 2 项， 在国内外核心期刊发表论文 25 篇 。 2） 新型三维成像与三维微显示技术及器件基础研究 （ 1） 建立基于集成成像立体显示原理的三维成像与显示系统，初步实现静态图像的立体显示，演示采用微透镜阵列等技术实现三维成像和三维裸 眼显示的原理和可行性。 （ 2） 研制出基于 视频裸眼三维微显示原理型样品。显示容量不低于 频显示帧率不低于 24 （ 3） 申请专利 2 项， 在国内外核心期刊发表论文 15 篇 。 2、 纳米冷阴极 场发射平板显示研究 1） 纳米冷阴极场发射平板显示器件的特性优化及其面向特殊环境应用的基础研究 （ 1） 掌握制备 具有纳米和量子尺寸效应的纳米冷阴极材料的 技术。 （ 2） 掌握实现纳米冷阴极场发射平板显示器件的高品质化的技术原理和途径，实现优化了性能的单色 发射平板显示原型器件，其指标是： 器件尺寸： 10 英寸（对角线） 颜色：单色 显示容量： 640 x 480） 分辨率： 线 /度均匀性： 75（最低亮度 /最高亮度， 9 点测量法） 器件结构：带栅结构。 （ 3） 掌握若干纳米冷阴极材料和纳米冷阴极电子源阵列的温度适应性规律 （ 4） 申请发明专利 5 项，发表 文 18 篇。 2） 场发射平板显示器用的 新型高效发光材料研究 （ 1） 建立能够综合测量导电性、光致荧光和阴极射线激发下发射荧光的研究装置，研制出具有高导电性低电压下高效发光的荧光材料。 （ 2） 建立批量制备荧光材料的条件，提供具有高性能的批量蓝光荧光粉体，其发光性能、导 电性能及稳定性超过现有商用粉体（ e,日本日亚公司），上述粉体在直流低能量电子束（ 3000激发下，稳定发光效率达到 3 ，并利用其组装成单色 光器件。 （ 3） 研制出在阴极射线激发下发射青色荧光的材料。 （ 4） 申请发明专利 3 项，发表论文 40 篇。 3、 显示器件光电特性与人对图像显示的视觉认知关联性及其器件应用的研究 （ 1） 研制 “平板显示图像质量的智能化评价平台 ”样机，实现应用单位试用与评价。 （ 2） 建立包含人眼关注区跟踪和脑电信号探测分析的 “显示器件视觉特性测试系统 ”，获得人对图像显示的 直观反应脑电信息。 （ 3） 建立人对图像显示的视觉认知关联性理论框架。 （ 4） 研制出具有四色的 示器件，评价其色域及人对宽色域器件的感知评价。 （ 5） 申请专利 5 项，发表论文 16 篇。 三、研究方案 （一）学术思路 本项目的学术思路紧扣实现项目的总体目标，即发展我国自主的新型微显示和场发射平板显示器件技术，紧密结合上一期 973 计划项目打下的研究基础，研究实现高品质（即高对比度、高清晰度、高亮度）的微显示和场发射平板显示器件所面临的材料、器件结构和器件原理等基础性问题，同时结合如何实现具有野外和车载等特殊环境适应性和人群 适应性的器件开展器件应用的探索性研究，以期获得一批知识产权和前沿性成果，提升我国在新型微显示和场发射平板显示研究领域的整体水平。在项目的内容组织上，本项目以微显示和场发射平板显示器件高品质化及其应用探索的基础研究为主线，将新型材料研究、器件物理与特性研究、器件集成化研究、以及人类视觉感知研究等紧密结合起来，并按此设置课题。拟设立下面五个课题： 1） 硅上有机微显示器件高品质化及其物理研究 ； 2）新型三维成像与三维微显示技术及器件基础研究； 3）纳米冷阴极场发射平板显示器件的特性优化及其面向特殊环境应用的基础研究； 4） 场发射平板显示器件用新型高效发光材料研究 ； 5）显示器件光电特性与人对图像显示的视觉认知关联性及其器件应用的研究。本项目强调课题之间的紧密联系与合作，每个课题虽然有独立的研究目标，但它们都是为总体目标的实现而确定的。在具体实施中，每个课题的研究进展也互为影响、互有依赖。 （二）技术途径 对本项目来说，首先是项目的实施技术方案，技术途径更多地体现在各个主攻的显示器件技术和显示技术层面。本项目的实施技术方案可以描述如下。首先，我们将在上一期 973 计划项目的器件研究基础上，开展有机发光微显示和场发射平板显示器件 的高品质化研究，利用已有的有机发光材料和纳米冷阴极材料、有机微显示和场发射平板显示器件结构、以及集成技术，重点解决提高分辨率、均匀性和亮度所面临的问题。这些工作由课题一和课题三执行，期望在中期检查之前实现技术的进步。为了研究如何在原来的材料和器件微结构基础上实现创新和突破，我们将与高品质化研究同步安排对本项目关键科学问题的研究，所关心的关键科学问题包括： 1）新结构新机制在实现硅上有机微显示器件低压高效发光中的作用和机理； 2）角度、深度及分辨率等核心要素对三维微显示和视频裸眼三维显示的影响； 3）一维材料的量子 和纳米尺寸效应与物理特性等对量子隧穿过程的影响及其在实现场发射平板显示低压高效发光中的作用和机理； 4）场发射平板显示 用的低压激发、高导电性和高效发光的新型荧光材料的发光机理； 5）显示器件光电特性与人对图像显示的视觉认知关联性理论； 6） 适应野外和车载等特殊环境条件的器件技术原理。围绕上述关键科学问题开展的研究工作将按照上面介绍的主要研究内容进行。关键科学问题 1、 3 和 4 的研究成果将尽快考虑在有机发光微显示和场发射平板显示的器件研究中应用。关键科学问题 2的研究主要结合上一期 973 计划项目的硅上液晶微显示器件技术， 发展三维微显示技术，但期望共性技术将为发展三维有机发光微显示提供技术储备。关键科学技术 5 的研究在中期评估前主要是发展相关理论并搭建新的评价平台，这些包括三维的评价理论和平台，并开展场发射平板显示器件结构的多色显示的研究，紧接着研究如何把理论和前期研究成果应用到微显示和场发射平板显示器件的光电特性优化，研究探索如何根据不同人群对图像显示的需求和对三维显示的现场感和真实感的追求设计和实现器件的驱动扫描方式、显示屏颜色选择和像素点的色彩安排等，期望在项目后期，上述设计思想的技术能够应用到微显示和场发射平板显示器件 的研制上。关键科学问题 6 在中期评估前主要是与合作单位，即国家工业及信息化部第五研究所研究如何在现有条件上开展适应野外和车载等特殊环境条件的研究，并启动对已有材料和器件结构的特殊环境条件适应性研究，中期评估后重点研究器件的适应性研究。上述关键科学问题的研究成果要求既能够及时用于提升器件的性能，又要为未来技术的发展提供储备和基础，因此，我们预期上述研究产生一批知识产权和前沿性成果，包括高水平学术论文、发明专利和原型器件等。 下面 简要的介绍相关的主要技术途径。 1、研究有机发光微显示的高品质化，主要依赖发光结构和 硅基驱动电路的微加工技术和设计，以及两者的集成技术，这些方面的条件承担单位吉林大学和中科院微电子所已经在上一期 973 计划项目执行期间开始建立或者为获得这些技术支持建立了外协关系，本项目要求进一步提高分辨率，目前上述两个单位已经开始安排相关主要设备的购置。 2、三维微显示器件研制有赖于现代微光学和微电子精细加工技术，承担单位南开大学和中科院微电子所有了基础和技术人才，以及海外的技术支撑。三维显示评价方面，南开大学和东南大学可以利用现有的技术和经验，建立和发展相关平台和技术。 3、场发射平板显示器件的研制和特性 优化需要大面积的微加工条件，中山大学近几年得到广东省和教育部 985 工程项目的支持，已经建立起基本的加工和分析技术平台。 4、场发射平板显示用的新型荧光材料研究方面，中科院长春应化所的相关国家重点实验室具备了粉体的合成和测试分析等条件，中山大学具备显示屏的研制基本条件。 5、人对图像显示的评价基本平台已经在东南大学建立，本项目期间将建立新的平台，依靠现有的实力和利用已有的经验，东南大学应该能够完成这一技术平台的建设任务。 （三）创新与特色 本项目提出如下创新。 1、在硅上有机发光微显示研究方面，我们提出 如下思路来寻找 实现蓝光超荧光发射的材料体系：利用电泵浦热致释光技术确定超荧光体系的电荷转移单线态和三线态的能级差的方法，研究材料的能级匹配特性，从中寻找实现蓝光超荧光发射的材料体系，进而探索利用蓝色超荧光发射制备白光器件的可能性。上面已经提到，如果能够找到合适的荧光材料，将能够提高有机材料的发光效率，而蓝光材料通常效率相对低，因此寻找蓝光超荧光发射材料很关键。 另外，我们上述提到研制 构是实现低压高效顶发射器件的关键，为此，我们提出创新思路来研究实现高效 n 型掺杂，即 从量子化学分析出发，提出一个能 指导利用路易斯酸 /碱反应进行 n 型掺杂的理论分析模型。 目前有机发光器件在 利用路易斯酸 /碱反应进行 n 型掺杂方面，只有一些孤立体系的实验结果报道，尚缺少有效的模型去指导 n 型掺杂剂的选择。 2、在三维微显示研究方面，我们 提出构建基于新型微光学元件视频 裸眼 三维微显示器件的思路。利用微光学元件在三维成像和显示已存在的一些研究基础，我们在本项目提出，在三维成像方面采用微光学元件和孔径调制技术，动态地把含有角度、深度及分辨率等核心要素的综合信息获取，并通过微透镜阵列和驱动电路的设计与实现，最终达到视频裸眼三维显示的目的。 这样的综合方案，对微显示无疑是具有创新意义的，也富有挑战性。 3、在纳米冷阴极场发射平板显示研究方面，我们提出利用一维纳米材料的量子和纳米尺寸效应对改善材料的导电特性等的作用来提高低电场下的电子发射效率，以及提高纳米冷阴极在高电流密度下工作的稳定性的思路。纳米线和纳米管不断展示量子和纳米尺寸效应，但是，它们对场发射中的隧穿过程影响，有些已经在理论上被研究过，有些还没有研究清楚，在实验证明方面基本还没有开展。因此开展这方面的研究具有创新意义。 4、在 场发射平板显示用的 新型高效发光材料研究方面，我们紧紧抓住适合场发射平板显示用这一核心，提出 重点系统研究电子束激发下材料的发光性能与其组成、结构和形态的内在关系和规律。这是有现实意义的创新研究思路。随着荧光材料合成方法的发展，特别是纳米材料合成技术的不断涌现，不同组成、结构和形态的新型荧光材料不断被合成出来，但它们的发光性质的研究往往采用光致发光的方法，不能直接给出电子束轰击下的发光特性，因此对研制场发射平板显示用的荧光材料没有直接联系。我们提出的创新研究思路有助于指导高效场发射平板显示用发光材料的合成与制备。 5、在显示器件光电特性与人对图像显示的视觉认知关联性及其 器件应用的研究方面，首先，我们提出建立显示器综合光电特性与人对图像显示的视觉认知过程关联性理论。过去，只有单一光电特性与人对图像显示的视觉认知过程关联性的研究，并且不够深入。另外，我们 首次 引入人眼关注区概念到显示器件的图像显示特性的设计和器件实现。这一概念在图像处理中经常被利用。再之，我们还提出研究显示内容串扰和颜色串扰对人的图像景深感知的影响， 目前还没有见过这方面的相关报道。 本项目有如下特色。 1、新型微显示研究的特色：有机微显示和三维微显示研究是本项目的特色方向。 2、纳米冷阴极场发射平板显示研究的特 色：紧密结合纳米材料技术和微纳加工与集成等的前沿研究来发展场发射平板显示技术是本项目的特色。 3、人类图像显示视觉认知研究的特色：坚持重视人对图像显示的视觉认知与显示器件光电特性关联性研究，本项目不仅坚持这方面的研究，还把它提升到理论的高度来研究，这是本项目多年的特色。 4、器件应用探索研究的特色：研究微显示和场发射平板显示器件的特殊环境适应性是本项目的另一特色。 （四）可行性分析 本项目的可行性依赖两个基础和一个前沿。第一个基础是我们在上一期 973项目打下的材料、器件、技术和硬件实施的基础。本项目的器件 高品质化就是在此基础上进行创新和发展，而本项目提出的关键科学问题的研究基本是在原来基础上凝练升华而来，因此，研究人员的知识储备和研究技术水平有能力对这些关键科学问题进行攻关。第二个基础是本项目组的研究队伍的成熟程度、工作能力和科学精神。本项目基本保持原有队伍，另新增加了少量国内实力雄厚的队伍的学术骨干，这些研究骨干在信息显示领域从事了多年的研究，在国内外有一定的学术影响，在上一期 973 计划项目中，项目组骨干成员展示了团结合作的精神和努力工作的科学研究基本素质。一个前沿是平板显示研究前沿。平板显示研究是信息领 域非常活跃的研究方向，与本项目交叉的纳米技术和新材料研究也是本世纪非常活跃的领域。因此，本项目可以通过学术合作与交流获得科学和技术的新信息和支持，有利于保证乃至加快项目的进展。 与主要研究内容相关的具体技术途径的介绍已经包含在第三部分的 “（二）主要研究内容 ”和第五部分的 “（三）创新与特色 ”等段落，就不在这里重复。 四、年度计划 下面按三方面、分年度进行描述年度计划内容和目标。 一） 新型微显示研究 方面 研究内容： 1、 在 硅上有机微显示器件高品质化及其物理研究 上， 开展如下研究： 1）研究具有不同反射率的阳极对于有机顶发射器件性能和对比度的影响以及对器件中微腔效应的影响，以获得较高对比度（与原来采用的银阳极相比）的单色有机顶发射器件；获得色坐标较好的顶发射白光器件 ； 2） 研究器件结构、材料体系、制备工艺和封装技术等对 有机顶发射器件寿命的影响 ，以获得较长寿命的单色顶发射单元器件 ； 3） 基于 “路易斯酸 /碱反应实现 N 型掺杂 ”的思想，利用量子化学理论方法研究碱金属卤化物 (A=a,K,s,=F,r,I) 掺杂剂与不同母体的相互作用机制 ； 4） 建立有机发光器件的微电子模型，提取模型参数，应用专业 件对电路进行模拟和仿真。研究有机发光微显示驱动电路的工艺与标准 艺的兼容性，并对整个工艺流程进行模拟和仿真。 2、在新型三维成像与三维微显示技术及器件基础研究上， 开展如下研究：1） 研究裸眼三维显示理论，重点探讨基于集成成像立体显示原理的以微透镜阵列为手段的三维成像与显示技术； 2）通过微单元图像和集成图像建立图像编码和解码模型，运用计算成像手段模拟集成成像立体显示 ； 3） 设计微透镜阵列，利用激光直写光刻技术和掩模光刻技术等微细加工手段制作微透镜 阵列 ； 4） 研究大面积微透镜阵列面型质量、均匀性和可靠性检测方法，建立大面积光学干涉高精度测量平台 ； 5） 开展基于微透镜阵列的三维成像与显示实验系统集成技术研究。 预期目标： 1、 硅上有机微显示器件高品质化及其物理研究： 1）单色顶发射单元器件在初始亮度 100 cd/寿命超过 500 小时； 2）实现白光顶发射单元器件， 7V 下亮度超过 500 cd/3） 根据量化计算，优选出合适的碱金属卤化物掺杂剂 研究 其 在制备 构器件中 n 型掺杂的作用 ； 4）建立器件模型，并对像素电路进行设计、模拟 和仿真。 2、新型三维成像与三维微显示技术及器件基础研究： 1） 针对裸眼三维显示目标，基于集成成像立体显示原理，建立模拟与实验研究平台，研究三维图像获取、显示及微显示技术； 2）建立适应本课题应用的大面积微透镜阵列制作及测试手段，样品尺寸约为 2020 3）建立微透镜阵列与硅上液晶器件的精密集成方法，实现微透镜阵列与硅上液晶器件的集成和组装。 3、 申请专利 2 项，发表论文 16 篇。 （二） 纳米冷阴极 场发射平板显示研究 方面 研究内容： 1、在纳米冷阴极场发射平板显示器件的特性优化及其面向特殊环境应用的基 础研究上，开展如下研究工作： 1） 研究一维材料的量子和纳米尺寸效应与物理特性等对量子隧穿过程的影响 ，主要研究一维纳米材料随直径尺寸变小引起的量子和纳米尺寸效应、场发射端面形状因素对量子隧穿过程的影响； 2） 研究和制备能够在低的宏观电场下发射高电流密度的纳米材料及其阵列； 3） 研究和制作能够在低电压下工作的电子源阵列，并研究它们在真空封装器件结构中的工作特性； 4） 研究、设计和制作能够提高场发射平板显示器件亮度的器件结构和荧光屏 ； 5） 研究采用集成芯片的场发射平板显示器件驱动电路的相关技术基础。 2、 在 场发射平板显 示器用的 新型高效发光材料研究上，开展如下研究工作：1） 重点 研究高效 蓝光发光材料。选择前期获得的具有较高亮度和色饱和度发蓝光的 光材料体系进行详细研究，通过离子取代（用 代 ）的方式改变激活离子的局域环境、加入电荷补偿剂（ 等途径，使其低能电子束激发发光性能达到最佳状态 ； 同时探索新的蓝光发光材料体系，包括稀土离子 和 激活的卤氧化物体系（ 并将上述体系的综合性能（发光颜色和亮度以及导电性等）进行对比，筛选出综合性能最佳的 光发光材料，并对这些材料进行小批量放大实验，获得足够量的材料提供给合作兄弟单位（中山大学）用于 件实验，通过器件性能的评价信息反馈进一步改善材料的制备工艺和性能 ； 2） 建立能够综合测量材料导电性和阴极射线激发下发光特性的实验装置，以期方便地研究材料的导电性和低压阴极射线发光性能之间关系， 将其作为研究开发新型 发光材料的供 技术平台 ； 3） 无机量子结构的可控制备及可控排布 : 制备出形貌可控的无机量子结构材料，包括量子点、纳米线、纳米管等不同结构的无机半导体量子结构材料；同时实现这些量子结构 的可控排布，如纳米线、纳米管的取向，量子点的空间有序排布等 ; 实现无机量子结构 /有机杂化体系发光膜的制备，厚度在 100 纳米到 5微米范围内可调。 预期目标： 1、 纳米冷阴极场发射平板显示器件的特性优化及其面向特殊环境应用的基础研究 ： 掌握制备 具有纳米和量子尺寸效应的纳米冷阴极材料 的技术。 2、 场发射平板显示器用的 新型高效发光材料研究： 1） 获得高效、稳定的 ，其部分发光性能、导电性能及稳定性等达到或超过现有商用 体（ e,日本日亚公司），实现其小批量制备和用于单色 件组装 ； 2） 建立能够综合测量材料导电性和阴极射线激发下发光特性的实验装置 ； 3） 制备出可用于有机无机杂化的无机量子结构材料，摸索出影响纳米材料定向排布的关键因素 。 3、 申请 发明 专利 3 项，发表论文 28 篇。 （三） 显示器件光电特性与人对图像显示的视觉认知关联性及其器件应用的研究 方面 研究内容： 1、 开展与显示系统技术参数相关的图像质量属性如亮度、色域、分辨率、三维显示图像串扰等物理参量对图像质量评价的影响的研究。 2、利用 已掌握的显示图像视觉感知评价算法，构建我国第一代 “ 平板显示图像质量的智能化评价平台 ” 样机。 3、 通过对同步控制和实时数据采集，将人眼运动跟踪仪、脑电测试仪、显示系统光电特性测试平台有机结合 , 搭建用于显示器件光电特性与人对图像显示的视觉认知关联性研究的 “ 显示器件视觉特性测试系统 ” 。 4、 通过 “ 显示器件视觉特性测试系统 ” 研究人眼关注区域与显示图像内容和图像质量属性的关联性，探索人眼关注区域对各种观察图像显示质量主观评价的影响。 预期目标： 1、完成第一代 “平板显示图像质量的智能化评价平台 ”样机，并提供 12 家显示器件生产厂商使用。 该样机功能如下： 测量显示器件光电响应曲线、亮度、色度、均匀度和 视角等光电参数；评价与人眼感知特性相关联的运动图像边界模糊和运动方块图像感知效果。 2、 初步建立 “显示器件视觉特性测试系统 ”，可同步测试显示器件光电参数、图像质量属性、人眼关注区域和观察显示图像时的脑电信号等，并通过视觉感知评价模型给出对显示图像的视觉感知评价。 3、 申请专利 3 项，发表论文 8 篇。 一） 新型微显示研究 方面 研究内容： 1、在 硅上有机微显示器件高品质化及其物理研究上，开展如下研究： 1） 利用量子化学理论方法研究碱金属氢氧化物 (A=a,K,s,=掺杂剂与不同母体的相互作用机制 ； 2） 使用 路设计 件进行电路设计与版图设计，对电路进行功能仿真、 生参数提取与后仿真，绘制版图，并进行流片 ； 3） 芯片表面平坦化单项工艺的研究 ； 4） 建立电泵浦热释光测试系统。 2、在新型三维成像与三维微显示技术及器件基础研究上， 开展如下研究：1） 研究基于微透镜阵列的集成成像立体显示技术，通过其对三维物体的编码和解码作用，初步演示三维成像与显示实验 ； 2） 研究拓展三维显示景深和视场角新方法，利用基于液晶空间光调制器的孔径 编码和光学波前编码技术，探讨该方法可行性以及对提升三维显示效果的作用 ； 3） 研究三维动态微显示系统，重点研究视频驱动和编码电路，初步演示基于硅上液晶的视频三维微显示实验。 预期目标： 1、 硅上有机微显示器件高品质化及其物理研究： 1） 根据量化计算， 优选出合适的碱金属氢氧化物掺杂剂 研究 其 在制备 构器件中 2） 单色顶发射单元器件在初始亮度 100 cd/，半寿命超过1000 小时 ； 3） 完成 640 480）的电流驱动方式的芯片 ， 研制出单色 指标： 器件尺寸 19.2 14.4 分辨率 33线 /示容量 源驱动电路芯片工作电压 5V，最大亮度 350 cd/ 2、新型三维成像与三维微显示技术及器件基础研究： 1） 建立以微光学为手段的集成成像三维成像与显示系统 ； 2） 发展基于硅上液晶微显示器件的三维微显示技术，初步实现静态图像的立体显示和动态连续视频的三维立体显示，其中显示容量不低于 态视频显示帧率不低于 24 3、 申请专利 2 项，发表论文 24 篇。 （ 二） 纳米冷阴极 场发射平板显示研究 方面 研究内容： 1、在纳米冷阴极场发射平板显示器件的特性优化及其面向特殊环境应用的基础研究上，开展如下研究工作： 1） 继续研究 一维 材料的 量子和 纳米尺寸效应与物理特性等对量子 隧穿 过程的影响 ，主要 研究一维纳米材料 的 材料导电性对量子隧穿过程的影响 ； 2） 研究影响纳米冷阴极材料在微结构阵列中均匀生长的关键因素及其相关的物理化学机理；研究提高微结构阵列中纳米冷阴极场发射均匀性的技术原理和途径 ； 3）继续 研究、设计和制作能够提高场发射平板显示器件亮度的器件结构和荧光屏 ，研制性能优化的单色 米冷阴极场发射平板显示原理型器件； 4） 研究纳米 冷阴极材料、纳米冷阴极电子源阵列的低温（ 60 ）和高温（ 85 ）工作特性和稳定性，以及温度循环对它们的工作特性和稳定性的影响 ； 5） 研究电磁干扰对纳米冷阴极材料场发射特性、纳米冷阴极电子源阵列驱动寻址特性和工作稳定性的影响规律，探索相应的抗干扰技术途径 ； 6） 设计和研制采用集成芯片的场发射平板显示器件驱动电路 。 2、 在 场发射平板显示器用的 新型高效发光材料研究上，开展如下研究工作：1）继续 上一年的工作， 同时 研制 青色光发光材料 。 选择一些具有较好性能的半导体材料为发光基质，如 利用半导体材料较好的导电性和稀土离子（如 的有效掺杂，通过合成方法和合成条件的进一步优化提高其在低电压（ 5000V）激发下的发光效率，并获得发光颜色接近青色的荧光材料 ； 2） 制备定向排布的纳米阵列。通过倾斜式生长和电场调制等手段，在定向排布的纳米阵列上制备有机无机复合的器件，研究纳米薄膜对载流子输运、界面处的激子场行为、器件发光特性的影响。 预期目标： 1、 纳米冷阴极场发射平板显示器件的特性优化及其面向特殊环境应用的基础研究 ： 1） 掌握实现纳米冷阴极场发射平板显示 器件的高品质化 的技术原理和途径 ，实现 优化了性能的 单色 发射平板显示 原型器件，其指标是： 器件尺寸 10 英寸（对角线） 、 单色 、显示容量 640 480） 、 分辨率 线 /度均匀性 75（最低亮度 /最高亮度， 9 点测量法） 、 带栅 器件 结构 ； 2） 获得若干纳米冷阴极材料和纳米冷阴极电子源阵列的温度工作区域 ，以及抗电磁干扰的途径。 2、 场发射平板显示器用的 新型高效发光材料研究： 1） 研制出在阴极射线激发下发光颜色为青色的荧光材料 ， 为未来制作宽色域显示器做准备 ； 2） 提供具有高性能的批量蓝光荧光粉体，其部分发光性能、导电性能及稳定性超过现 有商用粉体（ e,日本日亚公司），上述粉体在直流低能量电子束（ 3000激发下，稳定发光效率达到 3 ，并现其小批量制备，利用其组装成单色 光器件 ； 3） 有机无机复合 发光 器件的发光亮度达到 300cd/率2。 3、 申请专利 5 项，发表论文 30 篇。 （三） 显示器件光电特性与人对图像显示的视觉认知关联性及其器件应用的研究 方面 研究内容： 1、根据显示器件生产厂商的使用反馈，进一步完善第一代 “ 平板显示图像质量的智能化评价平台 ” 样机。该样机具有测量显示器件光电 响应曲线、亮度、色度、均匀度和视角等光电参数功能，同时还能够评价与人眼感知特性相关联的运动图像边界模糊、动态调制传递函数、运动方块和动态光栅图像感知效果功能 ； 2、 利用 “ 显示器件视觉特性测试系统