圖像光導(dǎo)識(shí)別材料智能化生產(chǎn)線

中國(guó)建材總院研發(fā)的圖像光導(dǎo)識(shí)別材料

隨著科技的發(fā)展，手機(jī)從原來的“大哥大”發(fā)展到智能手機(jī)，體積越來越小、屏幕越來越大、功能越來越多。2017年以來，“劉海屏”“水滴屏”的相繼問世，在“全面屏”智能手機(jī)領(lǐng)域掀起一場(chǎng)風(fēng)暴。

在智能手機(jī)升級(jí)換代速度加快的同時(shí)，也有消費(fèi)者反饋，屏下指紋解鎖使用體驗(yàn)還需進(jìn)一步改善。例如，指紋識(shí)別區(qū)域面積小，被限定在固定位置，使用時(shí)必須找準(zhǔn)位置才能解鎖，不夠方便;只能實(shí)現(xiàn)單指識(shí)別，安全性與多指解鎖相比低;通訊錄等關(guān)鍵應(yīng)用不能用指紋解鎖，私密性不夠強(qiáng)。這些問題和不足成為制約屏下光學(xué)指紋識(shí)別技術(shù)規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。

近日，中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院有限公司(以下簡(jiǎn)稱中國(guó)建材總院)微光夜視核心材料研發(fā)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的一項(xiàng)“黑科技”突破了這一瓶頸。

從實(shí)驗(yàn)室成果到原理性樣品

早在2015年，國(guó)內(nèi)某指紋模組公司便計(jì)劃開展大面積指紋識(shí)別模組制備，利用光纖原理實(shí)現(xiàn)微弱指紋信號(hào)的精準(zhǔn)傳輸，并與國(guó)內(nèi)光纖制品企業(yè)開展合作。

由于材料、工藝及裝備等技術(shù)難度大，樣品性能遲遲滿足不了要求，用戶一度想放棄該技術(shù)方案。

2017年初，該指紋模組公司在層層追溯光纖制品的起源和發(fā)展后，找到了中國(guó)建材總院玻纖院微光夜視核心材料研發(fā)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。

第一次來玻纖院技術(shù)交流，并參觀了光纖面板研發(fā)生產(chǎn)基地和綠色建筑材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室后，公司對(duì)中國(guó)建材總院團(tuán)隊(duì)的科技創(chuàng)新實(shí)力給予了高度評(píng)價(jià)，也增強(qiáng)了合作的信心。

中國(guó)建材總院微光夜視核心材料團(tuán)隊(duì)曾研發(fā)出我國(guó)第一片光纖面板、第一片微通道板，是我國(guó)規(guī)模最大、技術(shù)水平最高的微光夜視核心材料配套單位，也是國(guó)際知名的微光夜視核心材料供應(yīng)商。

根據(jù)指紋識(shí)別模組的特殊應(yīng)用需求，中國(guó)建材總院組織了高水平的攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，由學(xué)術(shù)帶頭人、教授級(jí)高工賈金升牽頭，匯聚了在光纖制品研發(fā)生產(chǎn)上具有豐富經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累的眾多工程師和博士，涵蓋了從材料、工藝、裝備的各個(gè)環(huán)節(jié)。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)迅速制定技術(shù)方案和路線圖，從光纖傳輸?shù)脑沓霭l(fā)，摒棄傳統(tǒng)光纖面板高數(shù)值孔徑的技術(shù)路線，采取全新的光纖陣列結(jié)構(gòu)研發(fā)出新型玻璃材料，僅用一個(gè)月，第一批原理樣品便被送往指紋模組公司進(jìn)行原理驗(yàn)證。

指紋模組公司收到樣品后，感到非常震驚，這個(gè)時(shí)間比預(yù)期提前了2個(gè)月。這么短時(shí)間內(nèi)將樣品研發(fā)出來，產(chǎn)品性能可靠嗎?心存疑慮的公司工程師們對(duì)樣品開展了性能測(cè)試和應(yīng)用試驗(yàn)，結(jié)果遠(yuǎn)超預(yù)想，也超過了之前與其他合作方研制的樣品，真正實(shí)現(xiàn)了指紋信號(hào)的清晰探測(cè)和識(shí)別。

公司對(duì)中國(guó)建材總院團(tuán)隊(duì)的研發(fā)實(shí)力刮目相看，也堅(jiān)定了繼續(xù)做好屏幕指紋識(shí)別模組的信心。

但賈金升并沒有滿足，他果斷指出第一代原理樣品在光譜透過率、信號(hào)準(zhǔn)直角度、防干擾能力、超薄尺寸等方面還存在很多問題。

于是項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)又開始了艱辛的攻關(guān)過程。

賈金升印象深刻的、最艱難的技術(shù)攻關(guān)發(fā)生在2018年4月。用戶不僅提出要將材料厚度由0.8mm降至0.4mm，減少占用電池空間，同時(shí)要求必須具備優(yōu)異的防陽(yáng)光干擾能力。檢測(cè)要在正午太陽(yáng)光下進(jìn)行，由小拇指很小的女生進(jìn)行指紋解鎖測(cè)試，要求十分苛刻。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)不畏挑戰(zhàn)、迎難而上，從高效光吸收材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面入手，歷時(shí)18個(gè)月，研發(fā)的樣品由1.0提升到5.0，先后研制完成了6組不同的材料成分設(shè)計(jì)和熔制成型工藝，形成了一大批原創(chuàng)技術(shù)和專用設(shè)備、工裝，實(shí)現(xiàn)了全流程、全鏈條的創(chuàng)新。

2018年6月，材料和工藝定型，在全球范圍內(nèi)首次成功研制出大面陣、超薄化、高性能、低成本的圖像光導(dǎo)識(shí)別材料。

異地實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化、產(chǎn)業(yè)化

研發(fā)過程中，圖像光導(dǎo)識(shí)別材料及其指紋識(shí)別模組受到智能手機(jī)廠商的高度關(guān)注。

2018年2月26日，在世界移動(dòng)通信大會(huì)(MWC 2018)上，vivo公司發(fā)布了APEX概念手機(jī)。該手機(jī)首次應(yīng)用中國(guó)建材總院研發(fā)的圖像光導(dǎo)識(shí)別材料，實(shí)現(xiàn)了大面積屏下光學(xué)指紋識(shí)別(占屏幕的40%)，可實(shí)現(xiàn)多指紋同步解鎖，與當(dāng)時(shí)主流的單點(diǎn)式指紋解鎖相比，極大地推動(dòng)了屏下光學(xué)指紋識(shí)別的應(yīng)用和發(fā)展。特別是APEX 2019概念機(jī)，更是實(shí)現(xiàn)了全屏幕超大面積的指紋識(shí)別，達(dá)到了屏幕指紋識(shí)別面積的極致，為四指甚至掌紋識(shí)別奠定了物理基礎(chǔ)，安全級(jí)別將達(dá)到銀行金庫(kù)的水平。

然而，雖然2018年6月圖像光導(dǎo)識(shí)別材料工藝已經(jīng)定型，但承擔(dān)微光夜視核心材料研發(fā)保障任務(wù)的中國(guó)建材總院生產(chǎn)線產(chǎn)能已接近飽和，無法滿足智能手機(jī)領(lǐng)域規(guī)模化生產(chǎn)配套需求，必須異地建廠量產(chǎn)。

聽完研發(fā)團(tuán)隊(duì)帶頭人賈金升的項(xiàng)目匯報(bào)，中國(guó)建材總院院長(zhǎng)姚燕高度重視，親自向集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)做了專題匯報(bào)，在當(dāng)前供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和“2422”壓減任務(wù)繁重的緊要關(guān)頭，為項(xiàng)目爭(zhēng)取到成立一家新公司進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的寶貴名額，成立中建材光芯科技有限公司。

以姚燕為首的中國(guó)建材總院領(lǐng)導(dǎo)班子對(duì)項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化高度重視，多次親自帶隊(duì)到云南、河北、天津、山東等省市進(jìn)行實(shí)地考察。

經(jīng)過幾輪洽談和溝通協(xié)調(diào)，2018年11月16日，在時(shí)任中國(guó)建材集團(tuán)董事長(zhǎng)、黨委書記宋志平等領(lǐng)導(dǎo)的見證下，中國(guó)建材總院與棗莊市市中區(qū)政府、棗莊經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)簽署了項(xiàng)目合作協(xié)議，選址棗莊市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)。項(xiàng)目分三期建設(shè)，其中一期投資3億元，建設(shè)年產(chǎn)能1000萬片的生產(chǎn)線，并于2018年11月23日在山東省棗莊市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)正式動(dòng)工建設(shè)。

作為棗莊市推動(dòng)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換、加快高質(zhì)量發(fā)展的“明星”項(xiàng)目，在總包方和建設(shè)方的辛勤努力下，“圖像光導(dǎo)識(shí)別材料”項(xiàng)目一期工程僅用時(shí)10個(gè)月，便已完成土建、廠房、設(shè)備等全部建設(shè)工作，創(chuàng)造了總院速度、棗莊速度。2019年9月18日，中國(guó)建材集團(tuán)(棗莊)新材料產(chǎn)業(yè)園舉行了隆重的開園儀式，“圖像光導(dǎo)識(shí)別材料”生產(chǎn)線正式建成投產(chǎn)，開啟了新的征程。

多年努力終于進(jìn)入民用領(lǐng)域

“圖像光導(dǎo)識(shí)別材料”項(xiàng)目是中國(guó)建材總院多年來致力于“科技領(lǐng)先、服務(wù)建設(shè)”的一個(gè)縮影。

這種探索和努力堅(jiān)持了幾十年。

至今賈金升還清晰記得1994年7月29日到當(dāng)時(shí)中國(guó)建材總院所屬的特種玻璃纖維與光電功能材料研究所報(bào)道時(shí)，被光纖面板的神奇功能驚艷到的心情。當(dāng)時(shí)光纖已經(jīng)是很高大上的材料了，能把上千萬根光纖熔合到一起用于傳像，并且還是微光夜視儀的重要元件，一種自豪感油然而生。隨著工作學(xué)習(xí)的深入，這種自豪感很快破碎，產(chǎn)品綜合性能與用戶要求的差距、與國(guó)外的差距，幾乎讓人絕望。

后來經(jīng)過十余年的艱苦努力，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研制生產(chǎn)的光纖面板、光纖倒像器批量進(jìn)入了國(guó)際市場(chǎng)，甚至在印度等國(guó)際市場(chǎng)上，跟美國(guó)公司正面PK，并最終贏得訂單。至此，美國(guó)產(chǎn)品不再神圣，特別是法國(guó)用戶親口說出，“美國(guó)公司的產(chǎn)品跟你們差不多!”賈金升說，當(dāng)時(shí)特意看了下日歷，距離參加工作的日子，已近20年，突然有了種如釋重負(fù)的感覺!

時(shí)間進(jìn)入2017年，面對(duì)市場(chǎng)、科技、成本等多方面不利因素影響，對(duì)于剛?cè)卧洪L(zhǎng)的賈金升來說，壓力巨大。這也恰恰是項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期以軍品配套為主的重大風(fēng)險(xiǎn)，因此如何盡快開拓光纖制品的民用市場(chǎng)，打破玻纖院發(fā)展的“天花板”，成了賈金升的一種“執(zhí)念”。

事實(shí)上，早在2006年前后項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)便提出了“軍民并舉”的工作方針，也開始出口國(guó)際市場(chǎng)，但始終沒有脫離微光夜視的應(yīng)用領(lǐng)域，真正的民品開發(fā)及市場(chǎng)開拓進(jìn)展緩慢。

直到2016年初，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開始嘗試將光纖面板用于便攜式超薄指紋識(shí)別模組，進(jìn)而研發(fā)出大面積圖像光導(dǎo)識(shí)別材料，進(jìn)入智能手機(jī)屏幕指紋識(shí)別領(lǐng)域。

2019年12月4日，中國(guó)建材集團(tuán)董事長(zhǎng)、黨委書記周育先到中國(guó)建材總院調(diào)研指導(dǎo)工作，對(duì)中國(guó)建材總院科技創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化、改革發(fā)展、黨的建設(shè)等工作給予了充分肯定，強(qiáng)調(diào)中國(guó)建材集團(tuán)作為國(guó)有資本投資公司試點(diǎn)，必須大力發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)，注重用基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益反哺新材料產(chǎn)業(yè)的科研創(chuàng)新，培育眾多具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的新材料產(chǎn)品，努力打造世界一流綜合性建材和新材料產(chǎn)業(yè)投資公司。

賈金升表示，未來項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將堅(jiān)持科技領(lǐng)先、服務(wù)建設(shè)，推動(dòng)公司治理能力提升，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，為新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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