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180°自由折叠20万次这家企业打造硬核柔性显示产品

作者:澳门赌场  来源:澳门真人正规官网  时间:2020-11-23 18:05  点击:

  把手机戴在手腕上,把平板电脑折成小本儿放进口袋里,甚至让电视机像画轴一样自由舒卷……这样炫酷的场景,或许在不远的将来就会成为现实。

  最近十多年,中关村企业京东方科技集团的王大巍团队一直在为此努力。他们的成果已经陆续诞生,其中“面向移动应用的高分辨率柔性可弯折AMOLED显示技术研发与产业化”项目获得2019年度北京市科技进步奖唯一的特等奖。去年,应用该项目的首款国产手机上市,显示屏如纸一般纤薄柔韧,弯折半径仅5毫米,可以180°自由折叠20万次。

  上世纪80年代,改革开放的春风吹遍中华大地。伴随生活水平的提高,电视机开始走进普通家庭。

  那个年代,香港电视剧《霍元甲》红遍大江南北。夜晚来临,无论是在城市还是乡村,孩子们都在呼朋引伴寻找能看电视的地方。有电视机的好客人家敞开了门,满屋满院子挤满大人小孩。大家对着一块14英寸的黑白球面屏幕,看着霍元甲大战日本武士,乐此不疲。

  在吉林省长春市下辖的一座小县城里,刚刚戴上红领巾的王大巍也是“挤着看电视”的一员。作为一个小“电视迷”,新闻、动画片、武侠片……他来者不拒。最初家里没有电视机,他就搬上小马扎跑到邻居家看。“电视让我看到了外面的世界,知道了祖国原来如此地大物博。”王大巍说。

  如今回忆起来,那个年代的电视屏幕永远布满了雪花点,画面里的一个个人物、场景更像是由一团团像素堆积而成,“如果按照最新的显像标准,小时候电视机的屏幕就是残次品。”王大巍说。

  在电视机前目不转睛的王大巍不会想到,自己未来职业生涯会与一块“屏幕”紧密相连。

  转眼间,时间来到1994年初春,一家名为“北京东方电子集团股份有限公司”的企业成立,开启市场化、专业化、国际化探索。当年,企业就获得盈利。后来,这家企业更名为“京东方”,开始大踏步前进。

  上世纪90年代,液晶显示技术在国外兴起。但在国内,传统CRT显像管电视机依然“一统天下”。不是各大电视机厂商不想要这块“蛋糕”,而是我们没有这方面的核心技术,受制于人。“缺屏少芯”是很长一段时间中国电子信息产业面临的困境。

  1998年,京东方明确提出进军液晶显示领域,开始战略布局与技术积累,并于2003年在北京建设了中国大陆首条依靠自主技术的第5代TFT-LCD液晶屏生产线,结束了中国大陆“无自主液晶显示屏”的历史。

  这一年,小“电视迷”王大巍已经成为北京科技大学的博士。他专注于研究偏光玻璃的光学性能,探索在液晶显示屏上的应用。“科研要服务应用,在国内搞液晶屏研究,去京东方肯定是最好的。”他毫不犹豫,加入了京东方的技术团队,为攻克“液晶屏”难题而战。

  2004年,正在跑步前进的京东方意识到技术力量在各分厂过于分散,不利于前沿产品的研发,决定整合组建集团层面的技术部门。各路英豪集结,蕴含无限创新智慧。王大巍和同事们有了一展身手的天地。液晶屏研发全面加速,从开发、中试,再导入量产,一大批色彩、视角、对比度等提升画面质量的技术应运而生。

  2009年,一部3D科幻电影《阿凡达》红遍全球。电影里,潘多拉星球上的科研人员随手一划,就可以将计算机屏幕上的内容复制到一块透明板上,然后带去其他场所使用。当时就有不少人惊呼:电脑还能这么用!

  这一年,在位于亦庄的京东方实验室里,王大巍带领同事启动研发比《阿凡达》里更具想象力的影像显示器件:让画面可以像书画一样卷起来。这就是柔性显示。这是十分前沿的技术,国外有个别显示屏领军企业正在做预研究,国内连学术科研资料都很少。“我们得动手了,否则只能跟在别人后面。”京东方决定单独组建柔性屏研发团队,由王大巍领衔。

  当时,市场上主流的显示屏还是TFT-LCD显示屏。这是一种薄膜晶体管液晶显示器。依靠外界导入光源发光。

  柔性AMOLED屏幕的技术路线完全不同。它可以自发光,这就比LCD显示面板减少了背光源与彩膜基板,整体可以更加轻薄。但要做成弯曲,屏幕基板材质至关重要。最早团队也试图与LCD一样,选择玻璃,但很快发现,玻璃的厚度必须小于100微米才能实现柔性弯曲,此时它易碎的缺点暴露无遗,量产后的良品率很低。

  必须重新寻找材料。科研团队筛选出了面板研制常用的数十种材料,逐一测试,最终锁定了一种名叫聚酰亚胺的工程塑料。做成薄膜后,它具备非常优异的弯曲性能,可以卷曲,还能折叠。另外聚酰亚胺还可以耐最高500℃的高温,完全适应显示屏生产工艺的要求。

  柔性AMOLED工艺十分复杂,在制备显示面板的工艺流程中,膜层搭配、屏幕混色、贴合等均可能会遇到难点。比如在薄膜蒸镀环节,要求红绿蓝三原色的蒸镀区域绝对不能交叠,否则某一子像素的发光材料蒸镀到临近不同颜色的子像素发光区域,就会造成屏幕混色。研发人员经过反复研制测试,终于获得了高精细的金属蒸镀掩模板,并对相应设备进行极其细致的调节设置。

  困难还有很多。研发柔性AMOLED屏涉及至少50多道工艺,每一道工艺用什么设备,用什么技术方案,都得逐一摸清。最忙的时候,研发人员春节都是在工作岗位上度过的。

  作为“领队”,王大巍的压力更多的在于内心。他明白,技术方案的选择不能错,因为这涉及后面中试、量产生产线的建设,投入资金将以亿计算。如何释放自己的巨大压力?王大巍选择了跑步。那段时间,跑步成了他工作以外最“常态化”的生活。在工作间隙,他去跑步,遇到思考的“难关”,他也出门跑步,几百米、几千米,用脚步丈量大地,用加速的呼吸和心跳让自己安静下来,“这时候思维会变得异常清晰。”王大巍说,很多抉择都是在跑步的过程中做出来的。

  正当科研团队全力以赴攻关时,海外的同行也在朝着柔性屏应用方向进发。2014年,京东方计划在四川成都建设一条屏幕生产线,最初计划投产高性能液晶屏。但了解到海外同行也已经在研发可折叠柔性显示技术,并且打算建设试验生产线时,王大巍心急如焚。他一方面带着团队加快了技术攻坚速度,一方面竭力建议总部改变原计划,尽快投建柔性屏量产线。最终,京东方果断决定放弃原计划,改建中国首条柔性AMOLED生产线月,这条生产线率先实现量产,不但能生产AMOLED曲面屏、全面屏,还能生产AMOLED折叠屏、卷曲屏,可广泛应用于智能穿戴、手机、平板电脑、车载显示等高端手机显示及新兴移动显示产品。

  如今,在柔性AMOLED显示领域,京东方无论是技术实力还是量产能力均位居全球领先水平。今年上半年,京东方柔性AMOLED显示屏出货量占全球总出货量的20.3%。

  一家中国企业,在全球前沿的柔性显示领域,从同步研发,到外折手机柔性屏率先量产,实现了弯道超车,如今正在引领全球AMOLED产业发展。

  走进京东方的实验大楼,在信赖性实验室里,工作人员正使用50倍光学显微镜检查产品是否符合设计要求;在折叠弯曲实验室里,两片薄如蝉翼的AMOLED屏幕正在两套装置的牵引下,分别进行反复卷曲和内外方向折叠。“我们现在研发的AMOLED屏幕既可以实现外折,也可以实现内折,并且画面效果和耐用性都不错。”王大巍自信地说。

  柔性显示如今已经成为全球显示技术的重要趋势。然而目前全球能够实现柔性屏量产,并将屏幕成功导入手机产品,实现手机产品上市的厂商却屈指可数。主要就是因为手机折叠显示屏对耐弯折性能、高分辨率设计、工艺集成等技术有极高的要求。

  通俗地说,如果屏幕是一张纸,肯定是越薄越容易折叠,但手机屏幕毕竟和手机融为一体,需要考虑手机整体的设计限制,要实现屏幕折叠,难度可想而知。“我们的柔性屏已经可以薄至0.5毫米,但要用得好,还需要手机转轴等结构的支持,这方面我们通过和客户合作,研发出最优方案。”京东方团队很清楚,手机厂商也有这个需求。

  2017年,国内一家知名手机厂商找上门来,寻求技术合作。两家一拍即合,开始研发应用柔性AMOLED显示屏的高端智能手机。一方精于手机设计,一方是柔性AMOLED显示屏的领军者,强强联合,首次设计出了全球独有的外折AMOLED显示屏智能手机。去年2月,这款手机一发布,惊艳消费者。

  选择“外折”的背后还有一段插曲。王大巍说,当时选择屏幕的折叠方案,内折、外折最初都被纳入考量,此时国外的同行已经选择了内折屏的技术方案,因为外折技术难度很高,不仅要解决折叠带来的屏幕折痕问题,还要防止屏幕划伤。“但无论是我们团队,还是合作伙伴,都希望能有突破。这是中国人之前没干过的。”王大巍说,大家憋着一股劲儿,将屏幕材料放在实验室里,卷曲、内外弯折、划伤测试,不断调整工艺,终于获得理想效果。

  这种柔性显示屏可以在弯折半径5毫米(几乎相当于180°对折)的条件下,实现20万次弯折。这意味着即使每天折叠屏幕100次,都可以使用5到6年,足以满足正常手机使用寿命的要求。

  此外,京东方团队还对手机折叠显示屏的像素排列方式做了创新。RGB色彩模式是如今在电子产品领域运用最广泛的一种颜色系统,红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加,可以实现成千上万种颜色。手机显示屏内的子像素也是由红、绿、蓝三种子像素组成。团队通过采用具有自主知识产权的GGRB新型子像素排布方式,让绿子像素数量是红蓝子像素数量的2倍,能够实现同间距子像素内的发光材料占比更大,有效避免烧屏问题。

  这又是一次有远见的创新,为将来柔性AMOLED显示屏在像素密度更大的高分辨率电子设备中应用,奠定了坚实基础。

  可折叠WQHDAMOLED全面屏可实现全球最小动态弯折,半径仅为1毫米,这几乎如同折纸,并且它的弯折次数一样可以超过10万次,极大提升了移动终端产品用户体验;

  5.99英寸折叠手机及7.56英寸折叠平板电脑等多款整机产品,折叠时为手机屏幕,展开时可作为平板电脑或电脑显示屏使用;

  一开始研发柔性显示屏,王大巍带领的团队只有十几个人。如今,他的同事人数已经呈几何倍数增长。这是一支无法忽视的创新力量。研发人员坚信:一个柔性世界的大门已经打开。

  可弯曲、可折叠再加上低耗能的柔性屏幕,给了终端厂商巨大的想象空间,也将给人们的生活带来各种崭新的变化。这不仅体现在手机领域,还有电视、笔记本电脑、车载显示器、可穿戴设备等等。

  王大巍描绘了柔性屏幕应用设想:它可以一键自动收卷,就像钢笔一样易于随身携带;或者就是一张可以随时折叠放进口袋里的海报,需要用时,掏出来展开,直接往墙上一贴,再搭配柔软轻巧的柔性超薄透明键盘,分分钟实现真正意义上的移动办公。

  未来我们的汽车空间可能会更宽敞。因为柔性显示屏幕可以更贴合汽车内部的复杂空间,它集显示、按键等交互设计于一体,我们再也不需要臃肿复杂的中控台。

  我们的家居生活更会变得更智慧。柔性屏幕让“显示”无处不在:用餐时,把一块“餐布”往餐桌上一贴,放一份菜,“餐布”自动显示每份菜的营养元素和热量值;到家想看电视了,轻轻召唤一声,天花板顶部的“帘布”舒卷落下,影像在“帘布”上出现……甚至我们的衣服、背包、手表,都可以随时嵌入显示屏,反正它柔软至极,可以与任何塑料、布料、皮革等紧密贴合。它能自发光,所以耗能小,我们的手机、电脑或许可以实现几天不用充电。

  眼下,消费者对柔性屏产品最大的担忧就是价格。那款已经上市的折叠屏幕手机,价格上万元,还是令大多数消费者望而却步。不过在王大巍看来,这不是问题。技术可以改进工艺,提高生产效率,降低生产成本,就跟当年的液晶显示器一样,稳稳地走入千家万户。

  在这个过程中,王大巍带领的团队也成长为一支拥有超高效率的“铁军”。团队不开务虚会,所有要讨论的事情必须事先形成方案。开会直奔主题,原则上半小时内结束,最长也不能超过1小时。

  在一次团队交流时,大家聊起了如今手机在青少年中的普及。一位同事告诉王大巍,其实孩子们根本不会关注他们用的手机是用了柔性屏还是刚性屏,画面清晰、色彩艳丽就好。但有一次,这位同事感受到了自己的研究价值——回到家,孩子把玩着手机说:“有弧度的整块屏幕真好,显示的整个世界都是软软的。”

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