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.doc

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 许宁生 中山大学 2010年1月-2014年8月 教育部 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p-i-n结构可以有效地降低OLED的开启电压，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p-i-n结构的器件很重要。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OLED。目前，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M.A.Baldo等提出超荧光发射（extrafluorescence）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FED低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FED器件是一个关键科学问题。 4、FED用的低能激发、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FED器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