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圖像光導識別材料開啟大面積指紋識別新時代
2019-12-20 09:12
來源:科技日報
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  隨著科技的發展,手機從原來的“大哥大”發展到智能手機,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”智能手機領域掀起一場風暴。

  在智能手機升級換代速度加快的同時,也有消費者反饋,屏下指紋解鎖使用體驗還需進一步改善。例如,指紋識別區域面積小,被限定在固定位置,使用時必須找準位置才能解鎖,不夠方便;只能實現單指識別,安全性與多指解鎖相比低;通訊錄等關鍵應用不能用指紋解鎖,私密性不夠強。這些問題和不足成為制約屏下光學指紋識別技術規模應用的瓶頸。

  近日,中國建筑材料科學研究總院有限公司(以下簡稱中國建材總院)微光夜視核心材料研發創新團隊研發和產業化的一項“黑科技”突破了這一瓶頸。

  從實驗室成果到原理性樣品

  早在2015年,國內某指紋模組公司便計劃開展大面積指紋識別模組制備,利用光纖原理實現微弱指紋信號的精準傳輸,并與國內光纖制品企業開展合作。

  由于材料、工藝及裝備等技術難度大,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展后,找到了中國建材總院玻纖院微光夜視核心材料研發創新團隊。

  第一次來玻纖院技術交流,并參觀了光纖面板研發生產基地和綠色建筑材料國家重點實驗室后,公司對中國建材總院團隊的科技創新實力給予了高度評價,也增強了合作的信心。

  中國建材總院微光夜視核心材料團隊曾研發出我國第一片光纖面板、第一片微通道板,是我國規模最大、技術水平最高的微光夜視核心材料配套單位,也是國際知名的微光夜視核心材料供應商。

  根據指紋識別模組的特殊應用需求,中國建材總院組織了高水平的攻關團隊,由學術帶頭人、教授級高工賈金升牽頭,匯聚了在光纖制品研發生產上具有豐富經驗和技術積累的眾多工程師和博士,涵蓋了從材料、工藝、裝備的各個環節。攻關團隊迅速制定技術方案和路線圖,從光纖傳輸的原理出發,摒棄傳統光纖面板高數值孔徑的技術路線,采取全新的光纖陣列結構研發出新型玻璃材料,僅用一個月,第一批原理樣品便被送往指紋模組公司進行原理驗證。

  指紋模組公司收到樣品后,感到非常震驚,這個時間比預期提前了2個月。這么短時間內將樣品研發出來,產品性能可靠嗎?心存疑慮的公司工程師們對樣品開展了性能測試和應用試驗,結果遠超預想,也超過了之前與其他合作方研制的樣品,真正實現了指紋信號的清晰探測和識別。

  公司對中國建材總院團隊的研發實力刮目相看,也堅定了繼續做好屏幕指紋識別模組的信心。

  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、信號準直角度、防干擾能力、超薄尺寸等方面還存在很多問題。

  于是項目團隊又開始了艱辛的攻關過程。

  賈金升印象深刻的、最艱難的技術攻關發生在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,同時要求必須具備優異的防陽光干擾能力。檢測要在正午太陽光下進行,由小拇指很小的女生進行指紋解鎖測試,要求十分苛刻。

  研發團隊不畏挑戰、迎難而上,從高效光吸收材料、結構設計等方面入手,歷時18個月,研發的樣品由1.0提升到5.0,先后研制完成了6組不同的材料成分設計和熔制成型工藝,形成了一大批原創技術和專用設備、工裝,實現了全流程、全鏈條的創新。

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

  異地實現成果轉化、產業化

  研發過程中,圖像光導識別材料及其指紋識別模組受到智能手機廠商的高度關注。

  2018年2月26日,在世界移動通信大會(MWC 2018)上,vivo公司發布了APEX概念手機。該手機首次應用中國建材總院研發的圖像光導識別材料,實現了大面積屏下光學指紋識別(占屏幕的40%),可實現多指紋同步解鎖,與當時主流的單點式指紋解鎖相比,極大地推動了屏下光學指紋識別的應用和發展。特別是APEX 2019概念機,更是實現了全屏幕超大面積的指紋識別,達到了屏幕指紋識別面積的極致,為四指甚至掌紋識別奠定了物理基礎,安全級別將達到銀行金庫的水平。

  然而,雖然2018年6月圖像光導識別材料工藝已經定型,但承擔微光夜視核心材料研發保障任務的中國建材總院生產線產能已接近飽和,無法滿足智能手機領域規模化生產配套需求,必須異地建廠量產。

  聽完研發團隊帶頭人賈金升的項目匯報,中國建材總院院長姚燕高度重視,親自向集團領導做了專題匯報,在當前供給側結構性改革和“2422”壓減任務繁重的緊要關頭,為項目爭取到成立一家新公司進行成果轉化和產業化發展的寶貴名額,成立中建材光芯科技有限公司。

  以姚燕為首的中國建材總院領導班子對項目產業化高度重視,多次親自帶隊到云南、河北、天津、山東等省市進行實地考察。

  經過幾輪洽談和溝通協調,2018年11月16日,在時任中國建材集團董事長、黨委書記宋志平等領導的見證下,中國建材總院與棗莊市市中區政府、棗莊經濟開發區簽署了項目合作協議,選址棗莊市經濟開發區進行項目建設。項目分三期建設,其中一期投資3億元,建設年產能1000萬片的生產線,并于2018年11月23日在山東省棗莊市經濟開發區正式動工建設。

  作為棗莊市推動新舊動能轉換、加快高質量發展的“明星”項目,在總包方和建設方的辛勤努力下,“圖像光導識別材料”項目一期工程僅用時10個月,便已完成土建、廠房、設備等全部建設工作,創造了總院速度、棗莊速度。2019年9月18日,中國建材集團(棗莊)新材料產業園舉行了隆重的開園儀式,“圖像光導識別材料”生產線正式建成投產,開啟了新的征程。

  多年努力終于進入民用領域

  “圖像光導識別材料”項目是中國建材總院多年來致力于“科技領先、服務建設”的一個縮影。

  這種探索和努力堅持了幾十年。

  至今賈金升還清晰記得1994年7月29日到當時中國建材總院所屬的特種玻璃纖維與光電功能材料研究所報道時,被光纖面板的神奇功能驚艷到的心情。當時光纖已經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。隨著工作學習的深入,這種自豪感很快破碎,產品綜合性能與用戶要求的差距、與國外的差距,幾乎讓人絕望。

  后來經過十余年的艱苦努力,項目團隊研制生產的光纖面板、光纖倒像器批量進入了國際市場,甚至在印度等國際市場上,跟美國公司正面PK,并最終贏得訂單。至此,美國產品不再神圣,特別是法國用戶親口說出,“美國公司的產品跟你們差不多!”賈金升說,當時特意看了下日歷,距離參加工作的日子,已近20年,突然有了種如釋重負的感覺!

  時間進入2017年,面對市場、科技、成本等多方面不利因素影響,對于剛任院長的賈金升來說,壓力巨大。這也恰恰是項目團隊長期以軍品配套為主的重大風險,因此如何盡快開拓光纖制品的民用市場,打破玻纖院發展的“天花板”,成了賈金升的一種“執念”。

  事實上,早在2006年前后項目團隊便提出了“軍民并舉”的工作方針,也開始出口國際市場,但始終沒有脫離微光夜視的應用領域,真正的民品開發及市場開拓進展緩慢。

  直到2016年初,項目團隊開始嘗試將光纖面板用于便攜式超薄指紋識別模組,進而研發出大面積圖像光導識別材料,進入智能手機屏幕指紋識別領域。

  2019年12月4日,中國建材集團董事長、黨委書記周育先到中國建材總院調研指導工作,對中國建材總院科技創新、成果轉化、改革發展、黨的建設等工作給予了充分肯定,強調中國建材集團作為國有資本投資公司試點,必須大力發展新材料產業,注重用基礎材料產業的經濟效益反哺新材料產業的科研創新,培育眾多具有市場競爭力和國際競爭力的新材料產品,努力打造世界一流綜合性建材和新材料產業投資公司。

  賈金升表示,未來項目團隊將堅持科技領先、服務建設,推動公司治理能力提升,實現高質量發展,為新材料產業發展貢獻力量。

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