白建荣(左)在讲解光纤光波导沉浸式内圆柱面显示大屏工作原理。
尚静川摄
白建荣在查阅研究资料。
本报记者 赵永新摄
人物小传
白建荣:1965年生,河北石家庄人,视景仿真显示技术专家。他发明的低成本光纤光波导屏材料/器件,可实现将二维平面图像转换成真三维自由立体图像。基于这种原创性的光学新材料,他研制出零边框显示屏、内圆球面显示屏、自由立体面显示屏、全彩自由立体面壁画等新型显示产品。这些新型显示产品可大幅提升显示视景的仿真度,可广泛应用于虚拟现实、未来影院、展览展示等领域。20多年来,他带领团队获得授权发明专利近40项、实用新型专利近20项。
由5块小曲面屏拼接成的半圆形大曲面屏上,正在播放着电影视频。这个高1米、没有边框的曲面屏,播放的是普通二维画面,显示出来的却是色彩饱满、立体感非常强的三维影像。人站在大屏前观看,仿佛置身其中、被炫酷的立体影像包围……这种不用借助3D眼镜就能产生裸眼3D效果的曲面屏,是我国科技人员自主研发的新型显示屏——光学纤维光波导成型屏(以下简称“光纤光波导屏”)。
与主流显示屏相比,光纤光波导屏的立体视觉效果更好、能源消耗更低、对人体健康损伤更小、应用场景更多……不少业内专家这样评价。研发团队带头人、北京方瑞博石数字技术有限公司创始人兼技术总监白建荣介绍:“不少国内外大公司都曾布局研发过这项技术,但后来都放弃了,只有我们坚持了下来。”
组建专业团队,研发光纤光波导显示技术
1983年,白建荣以优异成绩考入北京钢铁学院(现北京科技大学)冶金系。1990年研究生毕业后,他先是被分配到首钢设计院当设计员,几经辗转,来到清华泰豪智能科技有限公司。从那时开始,白建荣便一头扎进显示系统研发领域。
白建荣牵头研制的CRT(阴极射线显像管技术)大屏幕,曾在国内市场占据一席之地,但他还有更高的追求,“对于CRT大屏幕的技术攻关,更多的是集成创新。我们要做的创新,就要瞄准世界前沿,研发更先进的原创显示技术。”
2000年夏天,白建荣在和北京理工大学一位老教授的交流中,了解到国际前沿的背投影屏幕技术,并看到了一块5分钱硬币大小的光纤背投影屏幕样品。“光纤成像技术可以把入光面的像素位移到显像面,并把二维的平面显示升级为三维的立体面显示。这很可能成为未来主流的显示技术。”白建荣认为。
于是,白建荣马上着手组建光纤光波导显示项目组,开展前期预研。但是,在2005年夏天举行的项目论证会上,公司管理层认为这个项目研发周期太长、投入太大、风险太高,把它否决了。
“你们不搞,我自己搞!”2006年秋,白建荣重新组建研发团队,继续向光纤光波导显示技术领域进军。
不怕累不怕苦,每道工序、每个模具都反复试错试验
光纤光波导显示技术涉及光学、高分子化学、材料学、热力学、视觉科学等多个学科,还涉及镀膜配料、光纤拉丝、模具制造等10多道工序,必须有一支过硬的科研团队。为此,除了招聘一批科班出身的硕士、博士,白建荣还聘请了多位技术专家:一专多能的“863”项目专家鲁士亮、刘占军,从事显示系统集成研发10余年、曾获国家科技进步奖二等奖的李洪林,能在几分钟内把设计图纸变成精准模型的能工巧匠樊胜利……
为节省经费,白建荣把研发基地搬到北京远郊一个废弃的厂房里,在这里带领团队继续攻关。尽管条件非常简陋,但白建荣团队的研发工作却极为严谨。这从白建荣办公桌上的30个实验笔记本上就可见一斑:每个本子上都写满了详细的实验数据和记录,时间跨度从2002年3月到2023年2月。
2003年加盟该团队的樊胜利,如今已是精通多种技术的骨干人才。他一边仔细察看屏幕热压成型进展,一边记录相关数据。“不同形状、大小的屏幕热压成型所需的时间、温度都不一样,必须详细记录,以便分析对比。”樊胜利介绍。
“现在回想,我们凭的就是一股闯劲。”站在一旁的白建荣接过话头,“每一项技术、每一道工序、每一个模具都进行过无数次的试错试验,耗费了大量的时间和精力。”
“用‘千难万险’来形容,一点都不夸张。”头发灰白的李洪林告诉记者,“宏观上,我们要把几千万根微米级直径的光纤不错位地垂直排列,并做到光学无痕粘接;微观上,既要让几千万根光纤无间隙粘接,又要避免光串扰、双折射等问题,差一点都不行。”
坚持不懈、持续攻关,白建荣团队攻克了一个又一个难关:直径小于0.2毫米的光纤拉制技术,光纤的顺序排列技术,光学复合材料的再结晶凝固技术,成型屏的热处理技术、防变形技术,平面、曲面无缝隙拼接大屏幕的系统集成技术……
最终,白建荣在2014年底试制出第一批比较理想的光纤光波导屏,并拿给相关企业试用。
攻克技术难关,推进光纤光波导屏产业化
然而产品出厂没多久,李洪林就接到客户电话:光纤光波导屏不如刚开始清晰,有时像蒙上了一层雾,怎么调也不清楚。
经过仔细分析,团队判断导致上述问题的是“光串扰”。所谓“光串扰”,是指光纤光波导屏内相邻光纤之间“串光”——某根光纤内的光线“跑”到相邻光纤的内部,并和其中的光线相交叉,影响图像的清晰度。
为找到故障原因,他们用笨办法,一道工序一道工序、一个环节一个环节地排查。起初,团队以为问题的关键在光纤光波导屏毛坯的成型温度上。他们反复调整温度参数,但折腾了几年,图像模糊的问题始终没有得到解决。
这时,研发经费快用完了。技术问题难以解决,经费又捉襟见肘,员工们开始陆续离职,100多人的公司最后只有十几名研发骨干和技术工人留了下来。有人劝白建荣:“这么没日没夜地干,也不一定有结果。”但他依旧坚持,继续苦干、摸索。
白建荣带着团队顺着工艺流程细细摸排,最后把目标锁定在光纤皮层外镀膜上。镀膜材料有好几十种配方,每个配方的试验周期都要一两个月。“那段日子真难熬!”樊胜利告诉记者,调整好配方后,他们把模具和光纤放到加热台上烘干、成型,大伙24小时轮流值班,调节温度、观察变化;中间休息时只能打个盹儿,继续工作……
厂房里一无暖气二无空调,大伙夏天热得一身汗,冬天冻得直跺脚。2022年7月的一天,他们终于把光纤皮层外镀膜的配方调配好,彻底解决了影响屏幕清晰度的“光串扰”难题。
回想研发路上的艰辛,白建荣说,“把光纤光波导屏技术与人工智能、新一代信息技术等相结合,能催生新产业、打造新业态,给人们的生产、生活带来意想不到的改变。我想,我们所有的辛苦都是值得的。”
做成内圆柱面、内圆球面沉浸式显示大屏幕,既可用于大小影院,又可用于展览展示、文化旅游、游戏娱乐、教育培训、模拟仿真、舞台舞美等,打造沉浸式元宇宙视景仿真显示空间;
虚实融合,打造各种视景仿真现实或真三维混合现实景观,可用于各类主题公园;
研制面部表情惟妙惟肖、对话自如的仿真机器人,可在家庭陪护、历史人物复原等方面大显身手;
…………
“总之,光纤光波导屏使‘万物仿真’成为可能。”白建荣对未来充满信心,“经过20多年的技术研发和产品调试,目前主要的技术障碍都已基本解决,下一步就是产业化了。刚开始研究的时候,我就有个梦想——用中国人自主研发的原创显示技术造福全人类。如今,距离这个梦想的实现越来越近了……”
【责任编辑:赵超】