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 持續攻關20多年,研發新型顯示材料的光纖光波導屏,白建榮團隊——

“創新,就要瞄准世界前沿”(講述·一輩子一件事)

本報記者 谷業凱 趙永新
2023年08月03日07:43 | 來源:人民網-《人民日報》
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  白建榮在查閱研究資料。
  本報記者 趙永新攝

  人物小傳

  白建榮:1965年生,河北石家庄人,視景仿真顯示技術專家。他發明的低成本光纖光波導屏材料/器件,可實現將二維平面圖像轉換成真三維自由立體圖像。基於這種原創性的光學新材料,他研制出零邊框顯示屏、內圓球面顯示屏、自由立體面顯示屏、全彩自由立體面壁畫等新型顯示產品。這些新型顯示產品可大幅提升顯示視景的仿真度,可廣泛應用於虛擬現實、未來影院、展覽展示等領域。20多年來,他帶領團隊獲得授權發明專利近40項、實用新型專利近20項。

 

  由5塊小曲面屏拼接成的半圓形大曲面屏上,正在播放著電影視頻。這個高1米、沒有邊框的曲面屏,播放的是普通二維畫面,顯示出來的卻是色彩飽滿、立體感非常強的三維影像。人站在大屏前觀看,仿佛置身其中、被炫酷的立體影像包圍……這種不用借助3D眼鏡就能產生裸眼3D效果的曲面屏,是我國科技人員自主研發的新型顯示屏——光學纖維光波導成型屏(以下簡稱“光纖光波導屏”)。

  與主流顯示屏相比,光纖光波導屏的立體視覺效果更好、能源消耗更低、對人體健康損傷更小、應用場景更多……不少業內專家這樣評價。研發團隊帶頭人、北京方瑞博石數字技術有限公司創始人兼技術總監白建榮介紹:“不少國內外大公司都曾布局研發過這項技術,但后來都放棄了,隻有我們堅持了下來。”

  組建專業團隊,研發光纖光波導顯示技術

  1983年,白建榮以優異成績考入北京鋼鐵學院(現北京科技大學)冶金系。1990年研究生畢業后,他先是被分配到首鋼設計院當設計員,幾經輾轉,來到清華泰豪智能科技有限公司。從那時開始,白建榮便一頭扎進顯示系統研發領域。

  白建榮牽頭研制的CRT(陰極射線顯像管技術)大屏幕,曾在國內市場佔據一席之地,但他還有更高的追求,“對於CRT大屏幕的技術攻關,更多的是集成創新。我們要做的創新,就要瞄准世界前沿,研發更先進的原創顯示技術。”

  2000年夏天,白建榮在和北京理工大學一位老教授的交流中,了解到國際前沿的背投影屏幕技術,並看到了一塊5分錢硬幣大小的光纖背投影屏幕樣品。“光纖成像技術可以把入光面的像素位移到顯像面,並把二維的平面顯示升級為三維的立體面顯示。這很可能成為未來主流的顯示技術。”白建榮認為。

  於是,白建榮馬上著手組建光纖光波導顯示項目組,開展前期預研。但是,在2005年夏天舉行的項目論証會上,公司管理層認為這個項目研發周期太長、投入太大、風險太高,把它否決了。

  “你們不搞,我自己搞!”2006年秋,白建榮重新組建研發團隊,繼續向光纖光波導顯示技術領域進軍。

  不怕累不怕苦,每道工序、每個模具都反復試錯試驗

  光纖光波導顯示技術涉及光學、高分子化學、材料學、熱力學、視覺科學等多個學科,還涉及鍍膜配料、光纖拉絲、模具制造等10多道工序,必須有一支過硬的科研團隊。為此,除了招聘一批科班出身的碩士、博士,白建榮還聘請了多位技術專家:一專多能的“863”項目專家魯士亮、劉佔軍,從事顯示系統集成研發10余年、曾獲國家科技進步獎二等獎的李洪林,能在幾分鐘內把設計圖紙變成精准模型的能工巧匠樊勝利……

  為節省經費,白建榮把研發基地搬到北京遠郊一個廢棄的廠房裡,在這裡帶領團隊繼續攻關。盡管條件非常簡陋,但白建榮團隊的研發工作卻極為嚴謹。這從白建榮辦公桌上的30個實驗筆記本上就可見一斑:每個本子上都寫滿了詳細的實驗數據和記錄,時間跨度從2002年3月到2023年2月。

  2003年加盟該團隊的樊勝利,如今已是精通多種技術的骨干人才。他一邊仔細察看屏幕熱壓成型進展,一邊記錄相關數據。“不同形狀、大小的屏幕熱壓成型所需的時間、溫度都不一樣,必須詳細記錄,以便分析對比。”樊勝利介紹。

  “現在回想,我們憑的就是一股闖勁。”站在一旁的白建榮接過話頭,“每一項技術、每一道工序、每一個模具都進行過無數次的試錯試驗,耗費了大量的時間和精力。”

  “用‘千難萬險’來形容,一點都不夸張。”頭發灰白的李洪林告訴記者,“宏觀上,我們要把幾千萬根微米級直徑的光纖不錯位地垂直排列,並做到光學無痕粘接﹔微觀上,既要讓幾千萬根光纖無間隙粘接,又要避免光串擾、雙折射等問題,差一點都不行。”

  堅持不懈、持續攻關,白建榮團隊攻克了一個又一個難關:直徑小於0.2毫米的光纖拉制技術,光纖的順序排列技術,光學復合材料的再結晶凝固技術,成型屏的熱處理技術、防變形技術,平面、曲面無縫隙拼接大屏幕的系統集成技術……        

  最終,白建榮在2014年底試制出第一批比較理想的光纖光波導屏,並拿給相關企業試用。

  攻克技術難關,推進光纖光波導屏產業化

  然而產品出廠沒多久,李洪林就接到客戶電話:光纖光波導屏不如剛開始清晰,有時像蒙上了一層霧,怎麼調也不清楚。

  經過仔細分析,團隊判斷導致上述問題的是“光串擾”。所謂“光串擾”,是指光纖光波導屏內相鄰光纖之間“串光”——某根光纖內的光線“跑”到相鄰光纖的內部,並和其中的光線相交叉,影響圖像的清晰度。

  為找到故障原因,他們用笨辦法,一道工序一道工序、一個環節一個環節地排查。起初,團隊以為問題的關鍵在光纖光波導屏毛坯的成型溫度上。他們反復調整溫度參數,但折騰了幾年,圖像模糊的問題始終沒有得到解決。

  這時,研發經費快用完了。技術問題難以解決,經費又捉襟見肘,員工們開始陸續離職,100多人的公司最后隻有十幾名研發骨干和技術工人留了下來。有人勸白建榮:“這麼沒日沒夜地干,也不一定有結果。”但他依舊堅持,繼續苦干、摸索。

  白建榮帶著團隊順著工藝流程細細摸排,最后把目標鎖定在光纖皮層外鍍膜上。鍍膜材料有好幾十種配方,每個配方的試驗周期都要一兩個月。“那段日子真難熬!”樊勝利告訴記者,調整好配方后,他們把模具和光纖放到加熱台上烘干、成型,大伙24小時輪流值班,調節溫度、觀察變化﹔中間休息時隻能打個盹兒,繼續工作……

  廠房裡一無暖氣二無空調,大伙夏天熱得一身汗,冬天凍得直跺腳。2022年7月的一天,他們終於把光纖皮層外鍍膜的配方調配好,徹底解決了影響屏幕清晰度的“光串擾”難題。

  回想研發路上的艱辛,白建榮說,“把光纖光波導屏技術與人工智能、新一代信息技術等相結合,能催生新產業、打造新業態,給人們的生產、生活帶來意想不到的改變。我想,我們所有的辛苦都是值得的。”

  做成內圓柱面、內圓球面沉浸式顯示大屏幕,既可用於大小影院,又可用於展覽展示、文化旅游、游戲娛樂、教育培訓、模擬仿真、舞台舞美等,打造沉浸式元宇宙視景仿真顯示空間﹔

  虛實融合,打造各種視景仿真現實或真三維混合現實景觀,可用於各類主題公園﹔

  研制面部表情惟妙惟肖、對話自如的仿真機器人,可在家庭陪護、歷史人物復原等方面大顯身手﹔

  …………

  “總之,光纖光波導屏使‘萬物仿真’成為可能。”白建榮對未來充滿信心,“經過20多年的技術研發和產品調試,目前主要的技術障礙都已基本解決,下一步就是產業化了。剛開始研究的時候,我就有個夢想——用中國人自主研發的原創顯示技術造福全人類。如今,距離這個夢想的實現越來越近了……”

  《 人民日報 》( 2023年08月03日 06 版)

(責編:袁菡苓、羅昱)

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