5月13日,在全球光通信领域三大顶级学术会议之一的CLEO(Conference on Lasers and Electro-Optics 激光及光电会议)上,柔宇科技CEO刘自鸿博士作为开场演讲嘉宾通过视频与全球该领域的专家学者分享了柔性显示和柔性电子的过去、现在和未来。

  与人们熟知的CES和AES不同,了解CLEO的人并不多。事实上CLEO每年5~6月召开,会议期间会展示和共享全球激光与光电子领域的最前沿研究进展和科学成就,是光电子学领域最顶级也是规模最大的学术盛会。在2015年举办的第34届CLEO大会上,就邀请到6位诺贝尔奖获得者;中科院曾对这一会议的评价是“首屈一指的科学技术光学国际论坛”。这也是CLEO 峰会近 40 年来首次打破先例――由来自中国科技企业为峰会进行开场“定调”。虽然在CLEO上,也有中国学者参加的先例,但以开场演讲嘉宾的身份出席,刘自鸿的出现还是引起了全球光电子领域不小的关注与震动。

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  刘自鸿作为开场嘉宾出现在CLEO上,更大的意义在于,其所代表的中国柔性显示和柔性电子技术已经登陆世界电子信息行业的主战场,成为全球柔性技术产业领域最重要的玩家。

  事实上,柔性电子乃至中国半导体产业对于世界行业格局的影响,恰似当年的诺曼底登陆战――开辟了欧洲大陆第二战场,并推动全球战略态势发生根本性的变化――柔性电子作为先头部队,筑路超车,已经抢滩进入电子信息行业主战场。

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  中国OLED:屏幕之痛犹如芯片之痛

  目前在全球智能手机领域出货量最大的OLED显示屏幕的供应商主要有三星、LG,中国的显示屏厂家也都在加紧布局,但受半导体产业发展历史的影响,目前技术路线都是以三星为代表的低温多晶硅技术(LTPS)。加上三星在OLED领域几十年的研发,成为市面上最好的OLED显示屏均出自三星的核心根源,同时也是中国的手机大厂无论华为还是OPPO、VIVO其实都很难获得三星最好屏幕的根源。对于中国显示产业而言,麻烦的并不仅仅在于这些表面上对终端市场的影响。中国的OLED显示屏生产厂家,虽然通过收购等方式与日韩厂家达成合作,获得了相关的生产技术,走出了一条“引进-消化-吸收-改进”的路线,但从产业链核心发展技术来看,OLED的技术路线制定、核心技术专利、关键制程设备及工艺、以及核心原材料仍然控制在日韩欧美等企业手中。对此,深创投负责人近期曾对媒体表示,“自从中美贸易摩擦和韩日半导体摩擦(日本断供韩国关键半导体生产原料)爆发之后,一些事关国家重大战略方向上的供应链安全便变得前所未有的重要,关键领域的自主知识产权、国产替代的产业价值得到释放,这些领域一旦失守将会深刻危及国家的经济和战略安全。”然而以三星为代表的日韩厂家,从20世纪80年代就进入液晶技术领域,经过四五十年的发展才获得今天在OLED显示技术上的强势地位。可以看到,以三星主导的低温多晶硅LTPS制程为核心的OLED本身就是长周期高投入的产业,中国要发展独立自主的OLED产业,目前无法绕开日韩企业形成的产业壁垒。换句话说,在三星开辟并领先驰骋了几十年的赛道上,跟随者若仅依靠相同技术路线,是很难在短期内实现超越的。从中国未来OLED产业安全的角度看,需要一种完全不同于传统低温多晶硅技术路线的全新技术方案、一条完全自主开创的具备完整知识产权和制程工艺的技术路线,才可以更好的避免显示屏领域重蹈芯片领域的覆辙。在原有赛道上弯道超车,不如开辟新的赛道,筑路超车,更有超越的可能,实现中国在(柔性)显示领域的突破。

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  筑路超车出奇制胜:

  唯有自主原创技术方能颠覆传统显示产业

  2018~2019年间,随着柔宇、三星和华为可折叠手机先后发布,让OLED领域的可折叠屏成为全新的技术方向,全柔性屏开始进入公众视线。与三星和其他显示企业的LTPS技术路线、材料与生产工艺完全不同的是,中国本土企业柔宇敢为人先,在全球没有任何成功先例的情形下,自主研发成功了全新的超低温非硅制程集成技术(ULT-NSSP),并在自建的全球首条全柔性屏产线上率先完成了大规模量产,在我国极其罕见地实现了重大技术路线上;想到造;而不是;看到造;的突破,也实现了全球半导体显示行业的一个重大里程碑。

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  在看似不可能实现超越三星等日韩厂家的半导体显示领域,柔宇却出人意料地用与三星完全不同的技术路线,筑路超车,实现了中国在OLED产业技术路线和新一代柔性电子产业技术的原始创新与自主可控。

  较之LCD迭代至OLED,柔宇推动的这一次全柔性显示革命意义更为深远。很多消费者和行业人士将传统OLED固定曲面屏也称之为;柔性屏;,但实际上二者存在本质区别:固定曲面屏属于OLED一次成型,早在2015年韩国三星就已经率先量产固定曲面屏OLED智能手机。真正的柔性屏(专业人士称之为;全柔性屏;)是像玻璃纸或者塑料薄膜一样在用户手里可以实现反复可靠弯折数十万次,只有后者才可以成为折叠屏手机的屏幕,无论从技术难度还是应用场景来看,全柔性屏相对于目前主流的OLED固定曲面屏(即俗称的;柔性屏;)都是完全不同的两个品种。事实上早在2010年前后,显示屏行业就意识到可任意弯曲的柔性屏是未来显示领域最具有革命性的技术方向。

  然而正如后来美国工程院院士和美国艺术科学院院士、斯坦福大学化学工程系主任鲍哲南教授所说,“柔性电子是横跨材料学、物理、化学、光学、半导体微电子、机械工程、软件等多个学科和领域的前沿综合物种,任何一个环节有短板都很难将其成功实现,因此柔性电子产业具有很高的准入门槛。需要非常强的国际人才和技术研发基础,而这个人才和技术还不是靠规模取胜,而是要靠最前沿的核心自主技术‘针尖’突破取胜。”

  所以十年后的今天,以三星主导的LTPS制程技术下的柔性屏,仍然在用户使用的过程中大概率会出现屏幕折痕、屏幕不平整、膜层分离、屏幕失效等可靠性问题。

  OLED行业是一个典型的技术密集、人才密集和资金密集行业,通过传统的LTPS低温多晶硅制程技术,一步步升级到柔性可弯曲屏是一条漫长的道路,同时也面临着传统制程工艺涉及到的材料、制程、成本、良率、可靠性等方面的技术局限。

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  事实上,早在2006年,刚从清华毕业后入学斯坦福大学不久的刘自鸿就常躺在学校草坪上思考未来,天马行空地想到了柔性显示未来广阔的应用前景,并向Nishi教授提议了柔性电子基础理论研究的博士课题,一头扎进无人区。

  2009年刘自鸿从斯坦福电子工程系取得博士学位,加入美国纽约IBM从事研究工作。2012年,刘自鸿离开IBM,与另外两个斯坦福大学的校友创立了柔宇科技,通过他们自己提议的一条全新技术路线开始探索柔性显示技术的产业化可能性,这在当时全球半导体和显示领域极具勇气和前瞻性。

  柔宇科技与传统显示企业在基因上和发展路径上有本质不同。它有很典型的硅谷科技创新基因,创始团队清一色国际视野顶尖技术人才,深刻理解全球行业的发展机会和技术方向。

  它没有传统企业既有路线上重投资的历史包袱,从一开始就敢于大胆创新,走一条没有人走过的道路,没有把研发路线放在传统的看似更成熟但存在挑战物理学基础原理的LTPS低温多晶硅方向,而是创造性开始超低温非硅制程集成技术ULT-NSSP的研究。尽管业界没有成功先例,但他们通过深刻的理论分析和实验研究认定这是实现全柔性极佳的技术方向,且原理上是完全可行的。这在全球都是一个全新的路径,也意味着以刘自鸿为代表的这群青年科学家要进入一个完全没有任何成熟产品和产线可参考的全新技术领域。

  鲍哲南教授表示,“在全柔性显示领域,柔宇创新开发的超低温非硅制程集成技术,是当前全球范围有望革新传统显示产业的原创技术。创始团队刘自鸿博士、余晓军博士、魏鹏博士(行情600804,诊股)都来自清华大学和美国斯坦福大学,分属电子工程、材料、化学领域内全球顶尖的科学家和创新家,恰好组成了柔性核心技术的‘三叉戟’,这在全球柔性集成电子技术领域是一个处于金字塔尖的组合。不同学科领域顶级的有机组合,构建了柔宇技术突破的基石。从技术积累数量上来看,柔宇已有3000多项围绕‘柔性’的核心自主技术知识产权,非常难能可贵。”

  就好像苹果不会在传统功能手机的产业模式和操作系统上打败诺基亚,特斯拉不是在传统汽车巨头的赛道上异军突起,中国的OLED全柔性显示也很难在韩国三星制霸的LTPS路线上获得超越。唯一的机会是勇敢的原创。资本的嗅觉往往是最敏锐的,也能最快洞察到技术带给产业的革新机会。2012年柔宇科技刚成立,作为创新科技领域的重要投资机构,深创投就嗅到了刘自鸿他们原创技术可能创造一个巨大产业的机会。近期深创投在回顾当初作为种子基金进入柔宇科技的场景时对媒体称,;深创投对柔宇科技的团队背景,与要做的柔性电子技术的匹配度,以及技术的国际领先性等进行了深度调研,充分确认了其技术的国际原创性和先进性。”后来的事实证明,柔宇科技并没有让深创投失望,在获得深创投等投资机构的启动资金后,柔宇科技仅用了一年时间,全新的柔性显示技术方案便顺利通过产品验证。2013年圣诞节,柔宇设计的第一块单色全柔性屏成功点亮,验证了其新型背板集成技术的可行性。随后又仅过了8个月,2014年8月,柔宇科技开发出了全球最薄厚度仅为0.01mm的全彩色柔性屏!当时这在全球是一个创举,在此之前,没有任何厂家生产出可反复卷曲折叠的如此之薄的全柔性屏幕。这一结果也再次验证了由柔宇科技自主创新研发的超低温非硅制程集成技术(ULT-NSSP)的可行性。由柔宇自主研发的超低温非硅制程集成技术(ULT-NSSP)的技术先进性和其开创的柔性电子产业不仅受到了光电行业的广泛关注,资本方面也给予更加积极的态度。2015年中信资本、基石资本、IDG资本、深创投、松禾资本、源政投资、美国KIG资本等机构完成了对柔宇科技的超十亿的C轮融资,仅用两年多的时间,柔宇科技的估值就达到了十亿美金,成为全球科技创新企业成长最快的一家独角兽。柔性电子技术及市场应用的萌芽就此在柔宇科技这片沃土上开始野蛮生长。

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  技术无人区的行军:

  要受得了委屈,耐得住寂寞,经得起诱惑

  事实上,由柔宇自主研发的超低温非硅制程集成技术(ULT-NSSP)未来的产业前景,并不只是令创投圈惊喜,在整个半导体和显示行业,其革命性的产业价值也吸引了行业的广泛关注。

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  2014年8月1日,就在柔宇点亮全球第一块基于ULT-NSSP技术的全柔性屏发布当天,刘自鸿在深圳接待了一位产业巨头,这家巨头企业带着30多人的高管团队通过柔宇的天使投资人、原清华企业家协会主席杨向阳找到了刘自鸿,在深圳就投资收购柔宇科技全部技术和团队展开了近一个月的谈判。当时柔宇科技才运营成立刚满两周年,人数尚不足百人,他们看中团队和其原创技术的价值,豪气地给出3亿美元估值的合同,并允许创始团队套现,投资后产业化采用这家企业的生产线,可以迅速实现商业化量产。应该说开出的条件不可谓不优厚,对于一个创业仅两年、平均年龄不足30岁的团队,能拿到3亿美元的股份和现金,很少有人会不动心。

  然而在谈判的最后一刻刘自鸿及团队决定放弃投资和技术收购,放弃即将到手的3亿美元。刘自鸿和柔宇之所以做了这个大胆到不可思议的决定,源于他们更希望将全球领先的原创技术通过自己的努力变成产品甚至新产业(行情300832,诊股),从而革新人们感知世界和与世界互动方式的朴素愿望。但科学家的这种“任性”,让一个更大的难题迎面而来。超低温非硅制程集成技术(ULT-NSSP)虽然已经研发成形,但由于技术不同源根本就不可能采用常规的低温多晶硅制程工艺生产,那么柔宇要完成超低温非硅制程集成技术(ULT-NSSP)的商业化,就需要独立完成大规模量产线的设计和全套流程所需要的核心设备研发,而这一切全球业界没有任何参考。这是一段比技术研发更艰苦更难走的路。在之后又拒绝了多家知名企业包括三星的投资收购后,柔宇于2015年开始全面进入了自主量产化进程,从技术的进一步提升,到生产线设计、核心制程设备的定制研发,全部靠团队自己摸索解决。

  同年,柔宇在深圳龙岗启动了全球第一条全柔性屏生产线的建设,这条生产线总投资规模110亿,首期投资60亿元。而当时三星的柔性显示进度如何呢?2014年底三星宣称,它将成为未来12个月内唯一一家能够生产柔性屏幕手机的制造商,然而到了2015年底,三星柔性屏产线并没有一丁点消息。经过两年夜以继日的生产线建设,2018年6月6日,柔宇的全柔性屏大规模量产线建设完成并成功点亮投产,这是全球第一条可任意折叠和弯曲的OLED全柔性屏生产线。

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图:2018年6月,全球首条全柔性屏大规模量产线正式点亮投产

  这条生产线所涉及到的核心技术路线和关键制程设备也均由柔宇设计完成,这是一条真正意义上具有中国自主知识产权的柔性屏生产线。柔宇大规模生产线的建成,再次验证了超低温非硅制程集成技术(ULT-NSSP)的优越性。在OLED领域,一条基于传统低温多晶硅(LTPS)技术的生产线通常需要250-500亿元的投资门槛,而柔宇基于超低温非硅制程集成技术的生产线建设,其投资门槛降到只需要1/8~1/4的资金。这对改善我国OLED产业资金结构具有重大意义,也为未来中国的OLED能与以三星为代表的日韩企业竞争从技术和资金两个方向奠定了基础。

  近日,我国著名经济学家刘姝威教授对媒体表示,“柔宇率先创新开发的超低温非硅制程集成技术,使得工艺制程缩短,良率显著提升,产线投入成本和生产成本都大大降低,这会使得企业在未来市场开拓上竞争优势明显。

  另一方面,柔性电子技术产业的产品应用领域非常广泛,这意味着巨大的市场容量。柔宇的确是一家非常值得期待的具有世界级原创核心技术能力的高科技企业。”

  随后,柔宇科技的发展进入了快速增长阶段,2018年10月31日,柔宇科技在北京正式发布全球首款折叠屏手机柔派FlexPai,这是全球第一款真正意义上的折叠屏手机,比三星发布第一款折叠屏手机Galaxy Fold早了近半年。同年,英国广播公司(BBC)评选全球手机历史进化榜时,柔派FlexPai与曾经的传奇IBM Simon、iPhone(2007)、诺基亚N85等18款代表着通信产业进步的手机一同入榜,成为历史上唯一一款入选的中国品牌,柔宇再次以出人意料的原创技术和产品让全球手机行业惊讶。尽管柔宇在国际学术界和国际产业界被同行广泛认可,但随着柔派折叠屏手机的发布,刘自鸿和柔宇科技开始出现在国内大众和媒体面前,追捧和质疑也一并而至。技术的成熟度如何?能否量产?可靠性如何?诸如此类的质疑扑面而来,由于柔宇自主研发的超低温非硅制程技术太新并不被外界了解,一些竞争对手开始用传统技术来误解和混淆柔宇的新技术和产能。而此时柔宇的产线刚刚投产不久,理工男团队的低调务实风格使其在市场营销上未有足够重视,也没有主动去描述两者的区别和柔宇新技术给产业将带来的巨大改变。后来,柔宇团队在回顾当时外界质疑时感叹,“欲戴王冠,必承其重”。事实上,在柔宇于2018年10月领先三星发布全球首款折叠屏手机后,一贯做全球显示和智能手机创新技术老大哥的三星显然非常难以接受,据说三星集团高层大为震惊,在内部给了三星移动社长极大压力。在迫不得已的情况下,三星在2019年2月MWC上匆忙发布Galaxy Fold,但技术上并没有准备好量产上市,因此不得不把样机放在玻璃罩,通过精心设计的展示柜和现场保安保护样机不被MWC参观者拍摄细节和上手,引发众多吐槽。在等了数月之后,2019年5月三星宣布正式量产上市Fold,并把样机寄给了全球数百家专业媒体,寄希望能快速抢占舆论高地,却不料在一周内出现大量弯折可靠性问题和显示故障。三星迫不得已全部召回了所有的媒体测试用机,并取消了所有客户订单,损失惨重,一直到2019年底才正式将Fold再次推向市场,而此时距离柔宇2018年发布全球首款折叠屏手机柔派已足足一年时间。柔宇在2019年第一季度末也兑现了量产发货折叠屏手机的承诺,京东天猫旗舰店和官网也都纷纷上架开售柔派,成为名副其实的全球第一家量产折叠屏手机的企业。

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  表面即屏幕,屏幕即世界,柔性即未来

  那么柔宇自主研发的超低温非硅制程集成技术ULT-NSSP与传统的低温多晶硅制程技术LTPS相比又有什么差异呢?为什么柔宇的一条生产线的建设资金门槛仅是传统低温多晶硅制程技术投资门槛的四分之一呢?OLED屏幕在普通人看来,只是薄薄的一层膜,但实际上,它是由近百层不同功能的微纳米材料和数千万个晶体管集成电路器件及OLED发光器件组合而成。目前三星基于低温多晶硅的柔性屏,其成本和厚度显著高于柔宇基于超低温非硅制程集成工艺的全柔性屏。之所以三星的全柔性屏和柔宇的屏幕有这么大的差距,其核心的原因在于双方采用的材料体系和工艺路线完全不同。

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  由于柔宇全柔性屏采用的是超低温工艺和非硅半导体材料,相对三星低温多晶硅工艺生产温度在450℃以上,柔宇要低200到300度。这一核心技术差别,造成了传统低温多晶硅制程在生产流程需要更高的环境要求,以及高温处理中也极易带来材料和工艺的不稳定性,还有生产设备的高额投入。同时由于柔宇的超低温非硅制程技术材料体系的不同,其工艺流程大大缩减尤其是所需曝光层数大为减少,同时省略了高温脱氢、离子注入、激光结晶等复杂工序,极大地优化了生产工艺,降低了生产成本,提高了生产良率。

  独创的制程集成技术使得柔宇全柔性屏可以达到更低的成本、更高的良品率、更薄的屏幕和更高的稳定性和全柔性弯折可靠性。

  在色彩显示方面,柔宇自主设计了全新智能显示驱动芯片和电路,第三代蝉翼全柔性屏的亮度比前代产品提高50%,对比度、色域、响应速度等显示性能都达到了国际业界领先水平。

  对比市面上传统OLED屏,柔宇的第三代蝉翼全柔性屏在30°视角下色偏JNCD(Just Noticeable Color Difference)降低至仅0.6;对比市面上AMOLED屏,30°视角下亮度衰减优越1.5倍,指标均遥遥领先。相对于传统低温多晶硅技术在TFT-LCD技术基础上的小修小补,超低温非硅制程集成技术刚刚成熟,未来技术升级和产品改良的空间更加巨大。正如电智能汽车不能按照汽油车的设计思路改良,简单地将汽油发动机替换成电动机,无法做出最好的智能汽车,只有特斯拉这种原生智能车企业,才能带来真正革命性的产品。三星等厂商遵循刚性屏、固定曲面屏、全柔性屏技术路线,按部就班地完善升级LTPS技术,但始终是基于多晶硅这一刚性屏原料,未必能很好适应全柔性屏这一全新的产品形态,改良空间有限。柔宇自主研发的超低温非硅制程集成技术(ULT-NSSP),彻底改用全新的非硅半导体材料体系和制程技术,由此带来整个集成电路器件结构和生产制造流程的颠覆式、革命性改变,未来的改进和发展空间显然更加广阔。

  从产业发展来看,2020年OLED全球市场规模有望达到500亿美元,未来将是一个万亿级的市场。而到2022年,采用全柔性屏的设备将占到整个OLED设备的46%,全柔性屏市场未来将是整体显示屏领域的重点战场。但这仅仅只是一个开始,柔宇的超低温非硅制程集成技术带给未来的,不仅是柔性显示,而是一个全新柔性电子产业,这个新产业的未来不可限量。事实上柔宇要做的,并不仅仅只是柔性显示这个领域,更大的梦想是其开创的柔性电子产业。从柔性屏到柔性传感器、柔性集成电路,再到柔性电子所需要的各个重要技术环节。

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  在一定意义上讲,柔宇开创的柔性电子技术,很可能就是未来万物互联所需的感知和人机交互的基础,而在这个新产业中,中国将成为世界级的玩家。也许正是基于对柔性电子领域技术的深入洞察,柔宇已经开始探索柔性电子未来的使用场景,以“柔性+”的平台概念,在移动终端、文娱传媒、智能交通、智能家居、运动时尚、办公教育领域与合作伙伴一起,打造柔性电子未来广阔的应用空间。近两年,柔宇与空客、LV、丰田、中兴通讯(行情000063,诊股)、格力、中国移动、顺丰等500余家国际级大客户的合作都取得了重大进展。

  除了已经在市场上不少人使用的折叠屏手机应用外,连续两年央视春晚上柔宇的全柔性屏演出都给观众留下了深刻印象;柔宇开发的含数百片全柔性屏树叶的柔树已安装在各大机场和商场;柔宇为泸州老窖(行情000568,诊股)国窖1573打造的全柔性屏瓶身已经在其各大门店上架; FIBA篮球赛场上搭载了柔宇的柔性屏的裁判服通过转播让全球观众惊叹;国内多家广告传媒公司都已经把柔宇的产品装进了各大写字楼电梯里;搭载柔宇柔性传感模组的格力无叶风扇已飞入百姓家……越来越多令人惊艳的柔性电子的应用产品已经来到我们生活中。

  我们仿佛已经看到了未来世界影子,那些曾经出现在科幻电影中的梦幻般场景,四周全是屏幕的房间随心情而变化图案,任何物体上都可以显示和感知我们想要的信息……正随着柔性电子的发展步步变成现实。刘自鸿和柔宇科技构建的 “柔性星球”梦想,正随着不同产业的应用和推广,徐徐向我们走来。

  梦想正在照进现实……

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