Morgendagens skærm er optisk

Sammen med elektronikvirksomheden OPDI Technologies A/S har forskere fra DTU Fotonik udviklet den nye skærm, som er styret af optisk teknologi. Skærmen er billigere at producere og er på flere punkter bedre end de skærme, vi kender fra smartphones og tablets. Med et indskud på 17 mio. kr. og avanceret produktionsudstyr fra en kinesisk virksomhed i ryggen er fremtidens skærm nu klar til sit indtog på verdensmarkedet. 

DTU Fotonik har samarbejdet med elektronikvirksomheden OPDI gennem en årrække. Mange af virksomhedens lysstyrede computermus og musepenne indeholder tekniske elementer, der oprindelig er opfindelser fra DTU, som OPDI har købt rettighederne til. Idéen til en helt ny type trykfølsom skærm opstod i 2007, da virksomhedens direktør Jørgen Korsgaard var træt af, at touch-funktionen på hans nyindkøbte komfur ikke fungerede, når overfladen blev våd, noget som selvsagt er uhensigtsmæssigt for et apparat beregnet til madlavning. DTU-forskerne tog udfordringen op, og da den første iPhone med touchskærm samtidig ramte verden, var det oplagt at satse på at udvikle en løsning, der kunne anvendes i alle former for touchstyrede produkter. For nylig kunne forskerne så præsentere en prototype på en fuldt funktionsdygtig optisk skærm, og et eksporteventyr var pludselig inden for rækkevidde.

Optisk styring 

Den optiske skærm – som har fået navnet WaveTouch – fungerer med laser som lyskilde. Fra et af skærmens hjørner udsendes lys fra laserkilden, og lyset rammer en indstøbt spredelinse, der reflekterer lyset rundt i den plastplade, der er den funktionelle del af WaveTouch (se figuren side 12). I hjørnet modsat laserkilden er et mikrokamera placeret, og dette kamera opfatter, hvor i pladen det reflekterede lys stammer fra. Når en styrende finger rammer touchskærmen, afbrydes laserlyset, og kameraet kan så opfatte, præcis hvor i det indbyggede koordinatsystem, afbrydelsen er foregået. Dette oversættes til en impuls, der registreres på skærmen. Funktionen er derfor helt sammenlignelig med den måde, man betjener sin almindelige smartphoneskærm; men i stedet for elektroner er det lys, der bevæger sig i skærmens plan. De mange års udviklingsaktiviteter har udmøntet sig dels i prototypen på en skærm med WaveTouchteknologi og dels i fem patenter. Patenterne blev opkøbt af OPDI, og DTU har nu aktier i virksomheden og dermed også i et helt nyt danskkinesisk datterselskab. 

Kinesisk kapital til DTU’s patenter 

Ud over at være direktør i OPDI er Jørgen Korsgaard også direktør i et nyt dansk-kinesisk datterselskab, O-Net WaveTouch Ltd., der er etableret for at kunne bringe WaveTouch fra prototype til færdige displaymoduler. Jørgen Korsgaard forklarer:
”Datterselskabet er en model, hvor OPDI ejer 60 procent af aktierne, og hvor den kinesiske virksomhed O-Net Communication ejer 40 procent. Til det nye datterselskab har OPDI leveret IP-rettighederne til WaveTouchteknologien i form af i alt syv patenter, mens vores kinesiske partner O-Net Communication har indskudt 17 mio. kr. samt de produktionsfaciliteter, der er nødvendige for at fremstille touchmodulerne.” 

Af de syv patenter, der er kernen i WaveTouch, er de fem rene DTUpatenter udviklet af DTU Fotonik. De sidste to patenter er udviklet af OPDI, hvor DTU også ejer en andel. Selv om det ifølge Jørgen Korsgaard kun er tre af patenterne, som er virkelig essentielle for teknologien, er de øvrige patenter nødvendige som ’forsvarsbastion’, der skal gøre WaveTouch robust over for kopiering af systemets kernefunktion. 

Fordelagtigt partnerskab 

Målet er nu at igangsætte en egentlig produktion af tre-fem forskellige touch-moduler, der, alt efter specifikation, kommer til at indgå i forskellige færdige elektroniske produkter. Jørgen Korsgaard siger videre:
”Udviklingen af WaveTouch er et lysende eksempel på et vellykket samarbejde mellem DTU og en dansk virksomhed. Ved at inddrage den kinesiske teknologi-koncern bliver det muligt på relativt kort tid at indbygge en DTU-udviklet teknologi i et attraktivt produkt”. 

Der er ifølge Jørgen Korsgaard tale om et gensidigt fordelagtigt partnerskab, og der er lagt op til, at den kinesiske virksomhed i sidste ende skal overtage hele datterselskabet for et større beløb. Han siger afslutningsvis:
”Det er nærmest umuligt for en dansk virksomhed at etablere en produktion i Kina uden en lokal partner, så jeg brugte en del tid på at rejse rundt for at finde den rigtige virksomhed. Pudsigt nok var det direktøren for O-Net Communication, der fandt OPDI, fordi nogle af hans kunder gjorde ham opmærksom på, at de havde hørt om et lille dansk firma med en meget interessant teknologi. Jeg kan endnu ikke afsløre navne på de elektronikfirmaer, som har vist interesse for WaveTouch, men der er ingen tvivl om, at potentialet er enormt”. 

Virker under vand 

I laboratoriet på DTU Fotonik gør seniorforsker Henrik Chresten Pedersen sig klar til at demonstrere, hvordan WaveTouch fungerer. Prototypen, hvor WaveTouch-teknikken er indlejret, ligner mest af alt en madkasse. Selve den trykfølsomme plade har oven i købet fået påført en tragt af tape, så det samlede indtryk ligger langt fra den elegante finish, man har vænnet sig til i forbindelse med moderne smartphones og tablets. Ikke desto mindre kan prototypen noget ganske overraskende, der bliver klart, da Henrik Chresten Pedersen hælder vand i ’tragten’ og efterfølgende lader fingeren glide over den vanddækkede touchpad, hvorefter bogstaverne ’DTU’ dukker frem på displayet. En trykfølsom skærm, der fungerer under vand, er en realitet. Skærmen kan uden yderligere tilpasninger bruges i regnvejr, hvorimod andre skærmtyper ophører med at fungere, når den første dråbe rammer. Den nye skærm har således indlysende muligheder i forbindelse med brugerflader i f.eks. udendørs digitale informationsstandere. 

Konkurrencedygtig produktionspris 

Skærme til traditionelle smartphones og tablets består af flere lag glas. De er opbygget i en ’sandwichstruktur’, hvor der mellem glasdelene er placeret andre lag bestående af tynde gennemsigtige metalgitre. Når man berører det øverste glas, ændres de elektriske egenskaber i metallagene, og derved skabes den nødvendige impuls. Det er imidlertid kostbart og vanskeligt at fremstille skærme med lag af metal og glas. Og fejlprocenten er høj, så mange af nutidens skærme må kasseres undervejs i produktionsprocessen. Henrik Chresten Pedersen forklarer, at fordi WaveTouch-skærmen fungerer ved hjælp af laserlys, kan den opbygges af blot et enkelt lag støbt plast:
”WaveTouch er derfor væsentligt billigere at producere end andre skærmtyper. Ydermere har metallaget i almindelige smartphone-skærme et stort indhold af det sjældne grundstof indium, der er velegnet til at fremstille gennemsigtige elektroder, men som efterhånden er blevet en meget knap ressource. Indium er kostbart, og kinesiske elektronikvirksomheder har allerede opkøbt langt det meste af verdens kendte indium-reserver. Derfor må man forvente en endnu større produktionspris på almindelige skærmtyper fremover”, siger Henrik Chresten Pedersen. 

Skaleringsfordele og bedre signalmodtagelse 

Henrik Chresten Pedersen fortæller, at også når det gælder størrelse, har traditionelle skærmproducenter et problem: ”Fordi opbygningen i glas- og metallag er uhyre kompleks, betyder det, at jo større en ’sandwichskærm’, der skal konstrueres, jo større er risikoen for fejl i produktionen. WaveTouchskærmen kan derimod umiddelbart skaleres til alle størrelser. Det kræver blot ændring af støbeformen at producere enten en skærm til et lommekamera eller en skærm på størrelse med et biograflærred, og fejlrisikoen er ikke væsentlig større ved større produkter”. 

Som toppen af kransekagen har WaveTouch endnu en fordel frem for almindelige skærme:
”Eftersom metal nemt kan forstyrre modtagelsen af trådløse signaler, må antennerne på smartphones konstrueres rundt om skærmen for at fungere. Dette giver nogle designmæssige udfordringer, og alligevel er modtagelsen ikke altid optimal. WaveTouchteknologien virker i plastikstøbte skærme, og derved bliver det muligt at gennemføre helt andre designløsninger, som DTU Fotonik fortsat skal levere input til. Man må forvente, at de færdige apparater, der er baseret på Wave- Touch-teknologien, får bedre signalmodtagelse og bedre GPS-funktioner end tilsvarende traditionelle skærme,” siger Henrik Chresten Pedersen. 

Kostbar plaststøbning 

Det lyder jo næsten for godt til at være sandt, og ifølge Henrik Chresten Pedersen er der da også en væsentlig forhindring på vejen mod WaveTouchteknologiens globale gennembrud:
”Da vi skulle konstruere prototypen, fandt vi ud af, at skræddersyede støbeforme til plastproduktion er uhyre kostbare. Alene formen til vores prototype kostede omkring 300.000 kr. OPDI skal nu ud til kunderne netop med færdige specifikke prototyper, og så er det selvfølgelig smart, hvis en sådan kan produceres nogenlunde billigt. Derfor har DTU Fotonik sammen med OPDI og andre erhvervspartnere startet et projekt, der netop sigter mod at reducere produktionsomkostningerne for danske plastvirksomheder (se faktaboks).