未來,平板電腦是否可以裝進口袋?那是一定。今天,柔宇科技董事長兼 CEO 劉自鴻博士就在發布會上展示了一款可以折疊的智能手機,展開后 8 英寸,和平板電腦大小相當。
“現在我能把平板直接裝在口袋當中,這要得益于全柔性屏技術的發展。” 劉自鴻博士表示,“這款折疊手機是搭載第三代蟬翼全柔性屏的新一代折疊手機 FlexPai 2 ,它采用創新全閉合線性轉軸(簡稱 3S 轉軸)設計,支持 0-180°任意角度彎折駐停,可以隨心調整折疊角度,屏幕折疊后,轉軸實現完全無縫貼合。而且可靠性很高,使用了航空級材料,包括液態金屬、耐用鋁合金作為核心部件的材料,而且是基于超精密加工工藝。”
柔宇科技董事長兼 CEO 劉自鴻博士展示折疊手機 FlexPai 2
全柔性屏:人機交互的下一個浪潮
感知、計算和通訊構成了互聯網的三大要素,人工智能是計算的基礎設施,5G 是通信的基礎設施,而感知的基礎設施就是人機交互。在多種感知系統中,視覺是人類感知世界、認識世界,與世界交互的最重要方式,CRT 和 LCD 被先后發明出來,并廣泛應用于電視、電腦等消費電子產品中。然而 CRT 和 LCD 是剛性技術,笨重且便攜性不強,人們一直在尋求新的解決方案。
人類對顯示設備提出便攜、大屏的視覺體驗需求,但是便攜性和大屏幕在傳統技術中是沖突的,大屏幕電視給用戶帶來震撼的視覺體驗,但是大屏幕產品無法裝在口袋中,便攜性很差,而便攜式的產品受制于尺寸問題,觀影體驗差。如今,解決這一沖突的技術出現了,就是全柔性屏,可以完美匹配客戶的需求,而且成本更低。
柔宇科技成立以來,一直在致力于柔性技術的探索:
2014 年,柔宇科技推出全球 0.01mm 最薄彩色全柔性顯示屏;
2015 年,柔宇科技實現了全球首條柔性傳感器大規模量產;
2016 年,柔宇科技開始建設全柔性顯示屏園區;
2018 年,柔宇科技全柔性顯示屏正式投入量產,這也是全柔性屏第一個可商用的量產線;
2019 年,柔宇科技開始拓展合作伙伴關系,和不同行業的領先品牌合作。
過去 10 年,隨著 OLED 技術的成熟,固定曲面屏大量應用在消費電子產品中,比如曲面電視。然而,曲面顯示并不是柔性顯示。劉自鴻博士特別指出,“固定曲面屏和全柔性屏是兩種不同的技術,它們的最大差別是,用戶通過全柔性屏可以隨時隨地改變設備屏幕的形狀。iPhone 手機的觸摸屏改變了人機交互,改變了硬件、軟件、操作系統,甚至整個生態系統,這就是人機交互的力量所在,全柔性屏會成為下一代浪潮,全新的人機交互的界面不僅會改變硬件,同時會改變軟件、操作系統、甚至是商業模式和生態系統。”
全球知名調研機構 Frost &Sullivan 預測,可折疊手機的年度增長率將會達到 200%—300%。劉自鴻表示,“我深信‘可折疊手機+全柔性屏’不再是傳統的智能手機,而是對手機的再創造,它會完全改變我們使用消費電子產品的方式。我們之前進行了 0 到 1 的技術創新,之后實現了 1 到 N 的批量生產,現在我們又從 N 走向 N+,將這項技術在更多應用上得以實現。”
攻克柔性顯示的三大技術難題
在全柔性屏顯示中,經常遇到三大技術難題:折痕、膜層斷裂、顯示失效,如今柔宇科技都一一攻克了。劉自鴻向與非網記者解釋,“我們的全柔性屏有近百種微納米材料組成,每一層材料特性都不同,因此這么多層材料堆疊在一起,在折疊和展開的過程中非常容易出現折痕、膜層斷裂、顯示失效的問題。從材料來看,市場上可選的柔性材料種類很多,材料疊加的方式更是無窮無盡。如果想對所有的材料和疊加組合進行驗證,不僅研發速度慢,更無法實現定制化,規模化量產更是難上加難。”
柔宇科技選擇在仿真模型上創新,做出了智能力學仿真模型。其工作原理是,首先形成材料的力學參數數據庫,包括不同材料層的所有參數,之后開發材料的物理特性模型算法,將實驗比對驗證,進行參數校正,從而實現快速量產,甚至可以按需定制。劉自鴻表示,“為了提高用戶體驗,我們專門找出了一些元素,并驗證哪些元素會影響到用戶的體驗,包括顯示失敗、折痕、平整度、斷裂,還包括膜層的斷裂,然后通過不同的分類將這些因素進行細化,通過材料科學的方式進行選擇,將這些細化后的材料放在仿真力學模型當中。通過這種方式,我們快速找到了最好的堆疊參數,以及最好的材料組合。”
第三代蟬翼全柔性屏經過了折痕優化和膜層分離優化,不僅平整度非常高,而且在折疊、展開的過程中不會再出現膜層分離,而且經過了 20 萬次以上彎折測試,耐用性有保證。不僅是彎折測試,還包括刮擦、扭曲、拉伸,以及包括摔落測試,可以帶來最佳用戶產品體驗。
色域、對比度和響應速度三大參數進行對比。在色域方面,第三代全柔性屏比傳統高端 LCD 高 30%,對比度優秀 5 倍;第三代全柔性屏的響應時間是傳統高端 LCD 的 4%。
使用手機電腦等產品時,用戶需要在不同視角下調整視頻,亮度衰減色偏在不同情況下會有差距,第三代全柔性屏在 30 度左右的亮度衰減是高端 LCD 的 25%,30 度色偏下,第三代全柔性屏只占高端 LCD 的 33%。
為了確保顯示效果達到最好的水平,柔宇科技還設計了專用驅動芯片。關于專用驅動芯片的技術優勢,劉自鴻向與非網解釋是,“全柔性顯示屏的性能和可靠性要達到最優,一方面,要求面板本身的技術工藝做得好,另一方面,驅動也非常重要。早期我們沒有自己的芯片研發團隊,所以和業界相對成熟的驅動芯片供應商來合作,而新產品的技術體系是全新的,面板里面的很多材料、器件的性能對芯片的適配要求更高,因此,這一代產品我們自主研發了驅動芯片,這樣可以更好地匹配面板里的材料器件和工藝體系,我們的驅動芯片研發團隊由斯坦福的袁博士帶隊專攻研發,整個團隊投入了很大的力量,芯片的整體性能得到了很大的提升。”
突破性技術:超低溫非硅半導體工藝(ULT—NSSP)
第三代蟬翼全柔性屏能實現當前的技術指標,還有一項非常關鍵技術 -- 超低溫非硅半導體工藝(ULT—NSSP)。
與很多公司采用的 LTPS 技術相比,ULT—NSSP 技術是一種全新的技術路線,材料、器件、設計、工藝、電路設計、堆疊技術,甚至生產設備都完全不同。據劉自鴻介紹,“ULT—NSSP不只是做了材料的更新,更是一個非常復雜的技術體系。柔性屏里面有近百種微納米材料,不是改變其中一種材料就能實現從玻璃到全柔性的轉變,這是一個牽一發動全身的過程,改變一種材料需要跟著改變很多材料;另外,制造工藝、器件結構設計也要改變,比如一個面板里有兩千萬個晶體管,結構設計跟以前大不相同。ULT—NSSP 是全新的技術方向,從材料體系、工藝體系到電路設計,跟以前多晶硅的技術路線差異很大。”
劉自鴻強調,“我們花了很多年去做基礎研究,包括材料的配方組成、堆疊結構,以及后面大量的工作,過程非常復雜。2014 年柔宇作出了小樣,2018 年實現了大規模量產,很多人都以為這是一個概念,實際上已經應用到大規模量產的產品中。在量產的產品上,全柔性屏的可靠性可以得到保證。第三代全柔性屏的彎曲半徑可以達到 1mm,彎折次數進行了 20 萬次以上測試,以前的材料很難達到這樣的可靠性。我們有非常完備的生產設施,而且生產線高度自動化,這也幫助我們不斷的提高良率和生產效率。第三代蟬翼全柔性屏明顯優于第二代技術,具有非常優秀的可靠度和顯示效果。”
在技術改進上,ULT—NSSP 技術做了大量優化,對材料結構、器件結構做了創新,全柔性屏的柔韌性、可靠性增強,材料鍍膜的溫度降低很多,良率提高很多;另外,基于 ULT—NSSP 技術路線,工藝步驟減少,設備投資成本降低,良率更高。
價格問題:會讓用戶覺得更親民
最后,不得不提一下大家都關心的價格問題,三星、華為都已經推出了折疊手機,不過都貴的讓用戶望而卻步,時至今日用戶還在等待降價。如今,柔宇科技和中興通訊達成戰略合作,柔宇科技向中興提供業界領先的柔性顯示技術解決方案,雙方將攜手推動 5G 時代全柔性屏在智能終端等領域的快速普及和應用。
“價格也是我們一直關注的問題,從技術角度來說,新技術都是一樣的,隨著出貨量的增大,成本下降,手機價格也會下降,這對消費市場也是好事。中興的折疊手機在市場上的性價比較很高。”劉自鴻博士表示,“ULT—NSSP 技術的工藝步驟減少,設備投資成本降低,良率提高,有助于折疊手機的價格更親民。”