智东西 - 两年技术实现,6年年产280万片,柔宇如何在三星制霸的OLED超车

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两年技术实现,6年年产280万片,柔宇如何在三星制霸的OLED超车 - 后花园网文 - 科技新闻

  智东西(公众号:zhidxcom)
文 | 云鹏

  智东西5月19日消息,5月中旬的深圳对于我这个北方人来说已经酷似盛夏,只不过空气中还多了几分湿气。

  戴上防护帽、一次性手套、穿上从头到脚“全副武装”的产线专用防护服,我第一次走进了位于深圳龙岗的柔宇全柔性屏产线。

  据称这也是该生产基地落成后,产线第一次对媒体开放,智东西在内的少数业内媒体受邀走进工厂内部,近距离参观国内第一条全自主知识产权的可大规模量产的全柔性屏产线。

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  对于大部分普通消费者来说,屏幕基本上分为“直的”和“曲的”两种,而曲的通常就被认为是柔性屏。对此柔宇研发中心技术研究员张旭东特别提到,其实这是一个常见的认识误区,曲面屏手机的屏幕其实还是刚性屏幕,而只有能够任意弯曲的屏幕,才是真正的“全柔性屏”。

  一、全新的材料、流程,一切从零开始

  穿上严密的防护服,经过风淋系统,我踏入了产线内部。无尘,对于屏幕生产非常重要。据张旭东介绍,目前柔宇全柔性屏产线的无尘洁净程度已经达到了半导体芯片制造业的标准,每立方英尺0.5微米的颗粒物要保证小于100个。

  他说,在屏幕生产过程中,哪怕有一丝细微的毛屑、发丝侵入,都可能造成屏幕的损坏。为此产线里设置了无尘室循环系统。

  高约10米的厂房内,坐落着曝光机、蒸镀机、封装机等全自动化设备,一台台大型机械手臂高速移动,精确地转运着屏幕基板等物料。整个产线内鲜有技术人员的身影,生产流程基本实现了全自动化。

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  ▲自动化封装机

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  ▲阵列涂布显影机

  整条产线如今看起来在有条不紊地进行着生产,而在当初产线建立时,工程师团队却要面对前所未有的挑战。

  柔宇全柔性屏所采用的核心技术是ULT-NSSP(超低温非硅制程集成),而传统OLED厂商如三星、LG所生产的柔性屏幕采用的则是LTPS(低温多晶硅)技术。LTPS技术已经诞生多年,技术也较为成熟,目前主流智能手机所采用的AMOLED屏幕均基于此技术。

  但是当面对柔性屏幕生产时,LTPS技术的弊端也暴露了出来。LTPS工艺中无法避开高温蒸镀这个环节,而高温会造成屏幕基材的不稳定性提高,从而影响柔性屏的良率,以及柔性屏最终的可弯折次数。

  柔宇的ULT-NSSP技术从温度、材料两个核心入手,找出一条不同的路:低温、非硅。想到很容易,但真正做起来有许多实际问题要解决。为了实现这一技术,柔宇采用了不同的屏幕材料、对器件、电路进行了重新设计。

  张旭东说,“仅仅是屏幕的膜层材料就有近百种。”

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  不同的材料、器件、电路带来了不同的制程工艺,而不同的制程工艺也带来了不同的模组和产线。在技术研发的初期,可以说是“摸着石头过河”。

  据柔宇创始人、董事长兼CEO刘自鸿回忆,当时生产基地还在建设,“几个工程师就住在那种工地板房里,一边工作,一边在白板上画产线设计图,这个机器该怎么设计、放在哪?可以说这条产线就是工程师们一个螺丝一个螺丝拧起来的。”

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  ▲刘自鸿

  在整个团队的努力下,从2016年正式动工并陆续启用,到2018年6月点亮投产,柔宇仅仅用了两年多。刘自鸿说,“当时产线正式点亮那天,我看得到许多人的眼睛里都闪着光。”

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  ▲1期产线点亮投产

  二、一天折叠50次,可以用10年

  一切从零起步,没有任何参考和借鉴,从材料到工艺再到产线一步步的摸爬滚打,给柔宇带来的是真正的核心技术优势。

  刘自鸿说,目前柔宇的ULP-NSSP技术相比传统OLED巨头三星、LG所广泛使用的LTPS技术,在成本、良率、屏幕弯折性、可靠性等众多方面都有所领先。

  “屏幕你看着很薄,其实它有很多层,就像盖房子一样,每一层都要稳固,房子才牢靠。LTPS技术无法避开高温,这就会导致房子的地基不稳,柔宇则将工艺的温度降低了一两百度。”

  通过低温,柔宇全柔性屏的良率得以提升。刘自鸿说,“你看大家的换屏成本就可以知道各家的良率情况,柔宇第一代FlexPai手机的首次换屏费用为999元,第二次是2499元,而目前友商折叠屏手机的换屏费用普遍在5000到6000元左右。”

  “柔宇的换屏费用不到同行的二分之一。”

  全新工艺的采用也带来了成本的降低,柔宇1期产线投资规模约为60亿元,而2期为50亿元,刘自鸿说,采用传统LTPS技术的柔性屏产线,动辄都是几百亿元起步。

  他补充道,除了在成本和良率上的优势,柔宇全柔性屏的可弯折性和耐久度也在业内做到了领先的水平,据称柔宇的显示模组目前可以经受20万次以上的弯折。刘自鸿在现场做了个计算,如果一个用户每天折叠50次手机,屏幕的寿命仍然在10年以上,远远超过平均换机周期。

  在柔宇的可靠度实验室中,我也的确见证了这样的测试过程。一块块柔性屏在测试仪其中经历着各种“考验”,包括高温高湿、低温、冷热冲击等环境测试,扭曲、点击划线、变温弯折等机械测试以及色域、对比度、响应时间等光学测试。

  实验室负责人说,柔宇第三代全柔性屏不仅在“柔”方面做到了业内领先,在作为一块屏幕最基础的显示效果方面表现同样出色。它在30°视角下的JNCD(色准单位,值约小越好)仅为0.6,亮度衰减降低了1.5倍,这也让屏幕在更多角度和形态下都能有较好的画面表现。

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  ▲扭曲测试

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  ▲弯折测试

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  ▲左:拉伸测试,右:跌落测试

  这样的良率、成本、耐久度、可弯折性、显示效果的背后,是柔宇完整的技术体系在支撑。据了解,目前柔宇已在国内外储备3000余项核心自主知识产权,拥有超过30个实验室,研发团队占比约60%。ULT-NSSP超低温非硅制程集成技术也是柔宇完全独立自主研发的核心技术。

  三、一架飞机一年省下100万美金

  从2018年实现量产以来,目前柔宇的1期8寸全柔性屏产能为280万片/年,而在2期产线全部投产后,预计8寸全柔性屏产能将提升至880万片/年。

  刘自鸿说,从2012到2014年,我们解决了技术可行性的问题,从2014年到2018年,我们解决了大规模量产的问题,而从2018年往后,我们更多的就是在做市场应用方面的探索和落地。

  目前针对消费电子领域,折叠屏手机仍然是柔宇全柔性屏的主要应用市场,而后续柔宇也会在汽车、飞机等市场中进行拓展。

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  ▲柔宇第三代全柔性屏的轻薄特性展示

  刘自鸿说,“轻薄柔艳”可以很好地概括第三代全柔性屏的特点,而许多特性都在某些特定行业中发挥着极大作用,比如轻薄、高安全性、低功耗等等。一片柔宇第三代柔性屏的重量仅为2克,厚度仅为0.01毫米,而传统的LCD显示模组可能重达2公斤。

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  ▲柔宇第三代全柔性屏

  他算了一笔账,仅凭重量这一项的优势,全柔性屏每年可以为一架空客飞机节省大约100万美元的油钱。

  除了经济性,安全性也是航空业颇为看中的,传统座椅后方的显示屏均为玻璃材质,在受到强烈冲击时很容易破碎并对乘客造成二次伤害,而柔宇的全柔性屏没有采用玻璃,在受到强大外力时也不会破碎。

  并且值得一提的是,柔宇全柔性OLED屏的功耗相比传统LCD屏幕要低25%-40%。得益于这些优势,刘自鸿说柔宇在2018年就已经与欧洲空客(Airbus)达成了战略合作。

  在教育办公场景下,全柔性屏技术也有较大发挥空间。全柔性屏技术除了屏幕本身,还有柔性传感器,借助柔宇自研的柔性传感器,手写板可以将我的所写所画实时显示在手机或平板的APP上。研究员张旭东说,柔性传感器后续将直接放在皮革内部,做成书本的样子。

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  ▲基于柔性传感器技术的智能手写板

  刘自鸿说,有时候老师想给学生讲明白一个数学公式是非常困难的,而借助柔性传感器,学生可以实时看到老师具体的集体步骤,从而提升教学效果。他特别说道,“我平时还可以通过这种方式来批阅文件,对方可以实时获得反馈,非常直观。”

  对于未来的经营模式,外界一直十分关注,柔宇究竟是要做个“屏厂”,还是要做个“终端厂商”?

  对此刘自鸿说,其实柔宇在B端合C端都会继续发力,屏幕是柔宇的核心,柔宇的业务也会围绕屏幕展开,在短时间内,折叠屏智能手机仍将作为柔宇主攻的消费端市场。而在ToB方面,柔宇更愿意成为一个解决方案提供商。

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  “其实柔性屏技术还是相对比较新的,很多客户其实也没有特别明确的需求。”刘自鸿说,对于这样的行业现状,柔宇希望跟客户一起去探索出一个好的解决方案,根据客户的实际需求,去做产品的定制化。

  柔宇拥有自主开发智能力学仿真模型,可以快速计算测定不同柔性材料、堆叠结构、贴合工艺对全柔性屏性能的影响,还可根据客户需求反向测定符合要求的柔性材料和堆叠结构组合,实现较高程度的定制化生产。

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  ▲柔宇智能力学仿真模型

  刘自鸿说,“从2018年开始,我们就明确了一点,就是一定要以客户需求为先。”

  今年3月25日,柔宇和中兴通讯达成战略合作,将为5G时代中兴的全柔性屏智能终端提供提供相应的产品和技术。而在在智能交通、文娱传媒、智能家居、运动时尚、办公教育等多个行业中,柔宇已经与全球500余家企业客户共同合作,包括空中客车Airbus、中国移动、广汽等等。

  刘自鸿说,柔宇定位全球市场,首先要从中国起步,逐渐向海外拓展。“柔宇第一代FlexPai折叠屏手机的市场表现其实远超我们的预期,二代更加完善,因此目标也会更加激进。”

  通过我在现场的实际体验来看,目前柔宇第一代折叠屏手机屏幕已经基本看不到折痕,并且屏幕屏幕在弯折处的可视角度较高,基本没有偏色现象。据了解,二代折叠屏手机即将在今年下半年发布。

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  ▲柔宇第一代FlexPai 折叠屏手机

  四、“想到做”而不是“看到做”

  在刘自鸿与记者们的讨论会上,他有时会开心地拿起自己手中的柔宇折叠屏手机,兴奋地为大家讲解柔性屏的特性和优势,那种自信感溢于言表。

  17岁时的刘自鸿就拿下了江西省抚州理科高考状元,21岁获清华大学电子工程学士,26岁获美国斯坦福大学电子工程博士学位。

  在斯坦福求学期间,刘自鸿就有想法在柔性屏幕上做些文章,但为了积累第一桶金,他先去了IBM进行磨练,成为了IBM纽约全球研发中心顾问级工程师及研究科学家。在那里,他又遇到了志同道合的的材料学和化学学家伙伴。

  就这样,电子工程、材料学、化学聚齐,刚好“点亮了一块屏幕”。

  刘自鸿说,三星、LG等厂商在原有技术路线上已经做了大量投入,对于新需求,他们很难做出调整,基本上是在原有技术基础上缝缝补补,但柔宇没有这个负担。

  “光脚的不怕穿鞋的,柔宇就是从0开始,一步步做起来。”刘自鸿说,当时周其仁教授来柔宇时曾说,他一直在到处找有没有“想到造”而不是”看到造”的企业,他说在柔宇找到了,他认为柔宇是从想到去做,而不是看到去做,“想到做”就意味着没有任何的参考。

  刘自鸿补充道,其实许多创新可能并不能在短时间内带来大量商业成果的落地,但是大家要对这样的技术创新有一定的包容性,因为每一个技术背后,可能都包含着很大的勇气和大量的付出。

  结语:国产屏幕的换道加速

  柔宇的ULT-NSSP技术让它在柔性OLED屏幕市场中具备了自身独特的竞争优势,如厚度、重量、良率、成本、可视角度上的优势都让他们在许多场景中都有一定的应用潜力。

  从0开始,探索一条新的技术路径,既是令人兴奋的,但又是不易的。柔宇走了过来,从概念到技术再到量产落地,刘自鸿证明了自身想法的可行性。

  不过我们也能看到,在竞争激烈并且变化迅速的柔性屏市场中,落地更多的产品并进一步提升市场占有率仍然是柔宇需要努力的方向。

  在传统OLED赛道上,三星、LG等韩国巨头积累了大量原始技术,形成了较高的技术壁垒,而国产厂商擅长的LCD屏幕又有着被OLED逐渐取代的趋势。全力攻克柔性OLED屏幕技术,无疑成为了国产屏幕换道超车的为数不多的机会。

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