未来,平板电脑是否可以装进口袋?那是一定。今天,柔宇科技董事长兼 CEO 刘自鸿博士就在发布会上展示了一款可以折叠的智能手机,展开后 8 英寸,和平板电脑大小相当。

 

“现在我能把平板直接装在口袋当中,这要得益于全柔性屏技术的发展。” 刘自鸿博士表示,“这款折叠手机是搭载第三代蝉翼全柔性屏的新一代折叠手机 FlexPai 2 ,它采用创新全闭合线性转轴(简称 3S 转轴)设计,支持 0-180°任意角度弯折驻停,可以随心调整折叠角度,屏幕折叠后,转轴实现完全无缝贴合。而且可靠性很高,使用了航空级材料,包括液态金属、耐用铝合金作为核心部件的材料,而且是基于超精密加工工艺。”

 

柔宇科技董事长兼 CEO 刘自鸿博士展示折叠手机 FlexPai 2

 

全柔性屏:人机交互的下一个浪潮

感知、计算和通讯构成了互联网的三大要素,人工智能是计算的基础设施,5G 是通信的基础设施,而感知的基础设施就是人机交互。在多种感知系统中,视觉是人类感知世界、认识世界,与世界交互的最重要方式,CRT 和 LCD 被先后发明出来,并广泛应用于电视、电脑等消费电子产品中。然而 CRT 和 LCD 是刚性技术,笨重且便携性不强,人们一直在寻求新的解决方案。

 

人类对显示设备提出便携、大屏的视觉体验需求,但是便携性和大屏幕在传统技术中是冲突的,大屏幕电视给用户带来震撼的视觉体验,但是大屏幕产品无法装在口袋中,便携性很差,而便携式的产品受制于尺寸问题,观影体验差。如今,解决这一冲突的技术出现了,就是全柔性屏,可以完美匹配客户的需求,而且成本更低。

 

柔宇科技成立以来,一直在致力于柔性技术的探索:

 

2014 年,柔宇科技推出全球 0.01mm 最薄彩色全柔性显示屏;

2015 年,柔宇科技实现了全球首条柔性传感器大规模量产;

2016 年,柔宇科技开始建设全柔性显示屏园区;

2018 年,柔宇科技全柔性显示屏正式投入量产,这也是全柔性屏第一个可商用的量产线;

2019 年,柔宇科技开始拓展合作伙伴关系,和不同行业的领先品牌合作。

 

过去 10 年,随着 OLED 技术的成熟,固定曲面屏大量应用在消费电子产品中,比如曲面电视。然而,曲面显示并不是柔性显示。刘自鸿博士特别指出,“固定曲面屏和全柔性屏是两种不同的技术,它们的最大差别是,用户通过全柔性屏可以随时随地改变设备屏幕的形状。iPhone 手机的触摸屏改变了人机交互,改变了硬件、软件、操作系统,甚至整个生态系统,这就是人机交互的力量所在,全柔性屏会成为下一代浪潮,全新的人机交互的界面不仅会改变硬件,同时会改变软件、操作系统、甚至是商业模式和生态系统。”

 

全球知名调研机构 Frost &Sullivan 预测,可折叠手机的年度增长率将会达到 200%—300%。刘自鸿表示,“我深信‘可折叠手机+全柔性屏’不再是传统的智能手机,而是对手机的再创造,它会完全改变我们使用消费电子产品的方式。我们之前进行了 0 到 1 的技术创新,之后实现了 1 到 N 的批量生产,现在我们又从 N 走向 N+,将这项技术在更多应用上得以实现。”

 

攻克柔性显示的三大技术难题

在全柔性屏显示中,经常遇到三大技术难题:折痕、膜层断裂、显示失效,如今柔宇科技都一一攻克了。刘自鸿向与非网记者解释,“我们的全柔性屏有近百种微纳米材料组成,每一层材料特性都不同,因此这么多层材料堆叠在一起,在折叠和展开的过程中非常容易出现折痕、膜层断裂、显示失效的问题。从材料来看,市场上可选的柔性材料种类很多,材料叠加的方式更是无穷无尽。如果想对所有的材料和叠加组合进行验证,不仅研发速度慢,更无法实现定制化,规模化量产更是难上加难。”

 

 

柔宇科技选择在仿真模型上创新,做出了智能力学仿真模型。其工作原理是,首先形成材料的力学参数数据库,包括不同材料层的所有参数,之后开发材料的物理特性模型算法,将实验比对验证,进行参数校正,从而实现快速量产,甚至可以按需定制。刘自鸿表示,“为了提高用户体验,我们专门找出了一些元素,并验证哪些元素会影响到用户的体验,包括显示失败、折痕、平整度、断裂,还包括膜层的断裂,然后通过不同的分类将这些因素进行细化,通过材料科学的方式进行选择,将这些细化后的材料放在仿真力学模型当中。通过这种方式,我们快速找到了最好的堆叠参数,以及最好的材料组合。”

 

第三代蝉翼全柔性屏经过了折痕优化和膜层分离优化,不仅平整度非常高,而且在折叠、展开的过程中不会再出现膜层分离,而且经过了 20 万次以上弯折测试,耐用性有保证。不仅是弯折测试,还包括刮擦、扭曲、拉伸,以及包括摔落测试,可以带来最佳用户产品体验。

 

 

色域、对比度和响应速度三大参数进行对比。在色域方面,第三代全柔性屏比传统高端 LCD 高 30%,对比度优秀 5 倍;第三代全柔性屏的响应时间是传统高端 LCD 的 4%。

 

 

使用手机电脑等产品时,用户需要在不同视角下调整视频,亮度衰减色偏在不同情况下会有差距,第三代全柔性屏在 30 度左右的亮度衰减是高端 LCD 的 25%,30 度色偏下,第三代全柔性屏只占高端 LCD 的 33%。

 

为了确保显示效果达到最好的水平,柔宇科技还设计了专用驱动芯片。关于专用驱动芯片的技术优势,刘自鸿向与非网解释是,“全柔性显示屏的性能和可靠性要达到最优,一方面,要求面板本身的技术工艺做得好,另一方面,驱动也非常重要。早期我们没有自己的芯片研发团队,所以和业界相对成熟的驱动芯片供应商来合作,而新产品的技术体系是全新的,面板里面的很多材料、器件的性能对芯片的适配要求更高,因此,这一代产品我们自主研发了驱动芯片,这样可以更好地匹配面板里的材料器件和工艺体系,我们的驱动芯片研发团队由斯坦福的袁博士带队专攻研发,整个团队投入了很大的力量,芯片的整体性能得到了很大的提升。”

 

突破性技术:超低温非硅半导体工艺(ULT—NSSP

第三代蝉翼全柔性屏能实现当前的技术指标,还有一项非常关键技术 -- 超低温非硅半导体工艺(ULT—NSSP)。

 

与很多公司采用的 LTPS 技术相比,ULT—NSSP 技术是一种全新的技术路线,材料、器件、设计、工艺、电路设计、堆叠技术,甚至生产设备都完全不同。据刘自鸿介绍,“ULT—NSSP不只是做了材料的更新,更是一个非常复杂的技术体系。柔性屏里面有近百种微纳米材料,不是改变其中一种材料就能实现从玻璃到全柔性的转变,这是一个牵一发动全身的过程,改变一种材料需要跟着改变很多材料;另外,制造工艺、器件结构设计也要改变,比如一个面板里有两千万个晶体管,结构设计跟以前大不相同。ULT—NSSP 是全新的技术方向,从材料体系、工艺体系到电路设计,跟以前多晶硅的技术路线差异很大。”

 

刘自鸿强调,“我们花了很多年去做基础研究,包括材料的配方组成、堆叠结构,以及后面大量的工作,过程非常复杂。2014 年柔宇作出了小样,2018 年实现了大规模量产,很多人都以为这是一个概念,实际上已经应用到大规模量产的产品中。在量产的产品上,全柔性屏的可靠性可以得到保证。第三代全柔性屏的弯曲半径可以达到 1mm,弯折次数进行了 20 万次以上测试,以前的材料很难达到这样的可靠性。我们有非常完备的生产设施,而且生产线高度自动化,这也帮助我们不断的提高良率和生产效率。第三代蝉翼全柔性屏明显优于第二代技术,具有非常优秀的可靠度和显示效果。”

 

在技术改进上,ULT—NSSP 技术做了大量优化,对材料结构、器件结构做了创新,全柔性屏的柔韧性、可靠性增强,材料镀膜的温度降低很多,良率提高很多;另外,基于 ULT—NSSP 技术路线,工艺步骤减少,设备投资成本降低,良率更高。

 

价格问题:会让用户觉得更亲民

最后,不得不提一下大家都关心的价格问题,三星、华为都已经推出了折叠手机,不过都贵的让用户望而却步,时至今日用户还在等待降价。如今,柔宇科技和中兴通讯达成战略合作,柔宇科技向中兴提供业界领先的柔性显示技术解决方案,双方将携手推动 5G 时代全柔性屏在智能终端等领域的快速普及和应用。

 

“价格也是我们一直关注的问题,从技术角度来说,新技术都是一样的,随着出货量的增大,成本下降,手机价格也会下降,这对消费市场也是好事。中兴的折叠手机在市场上的性价比较很高。”刘自鸿博士表示,“ULT—NSSP 技术的工艺步骤减少,设备投资成本降低,良率提高,有助于折叠手机的价格更亲民。”