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作者：應(yīng)用材料公司顯示屏柔性技術(shù)事業(yè)部產(chǎn)品營銷經(jīng)理KERRY CUNNINGHAM 在移動電子設(shè)備上采用可彎折柔性顯示屏，是多年來一直討論的話題。今年，首批技術(shù)相對完善的折疊手機將推向市場。但與此同時，該技術(shù)仍面臨很多尚待解決的問題和挑戰(zhàn)。熱衷嘗鮮者極為歡迎有這種令人激動的新技術(shù)推出（圖 1）。但是，站在行業(yè)整體角度來看，這仍然存在很多疑慮，什么樣的手機設(shè)計才會贏得消費者的青睞呢？要拓展哪些新技術(shù)，克服哪些技術(shù)障礙才能實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)呢？ 
圖 1. 折疊屏設(shè)備類型（圖片來源，從左上順時針依次為：Technobezz、itechfuture、mspoweruser、福布斯） 在發(fā)展折疊手機或其他折疊屏電子設(shè)備過程 中，有大量問題有待解決，包括電池續(xù)航、制造成本和價格等。當(dāng)然，首要問題莫過于要使顯示屏可承受頻繁彎折，因為用戶會在幾年的使用時 間里頻繁開合設(shè)備。本文將探討上述所有問題。 電池續(xù)航 可折疊類平板手機(phone–tablet) 最酷的雙顯示屏都要耗電，也是影響電池續(xù)航的主要原因。4,380 mAh 典型電池容量的智能手機，電量一般可續(xù)航兩天，當(dāng)然具體還要取決于使用頻率。但要運行一塊7英寸以上的迷你平板顯示屏，就需要更大的電量。另外，屏幕的開合操作以及屏幕間的切換也會耗電。因此，帶給消費者的很可能是要么續(xù)航時間變短，要么因為配備大容量電池而變得更厚重的折疊手機。 外形因素 目前，智能手機市場呈現(xiàn)大屏幕、薄機身的趨勢，隨著OLED屏的采用和電池技術(shù)的進(jìn)步，這種趨勢也在進(jìn)一步發(fā)展。但是，已經(jīng)習(xí)慣輕薄手機的消費者是否愿意讓口袋中的手機厚上一倍呢？ 成本和價格 根據(jù) OLED 顯示屏成本模型 (OLED Display Cost Model)，標(biāo)準(zhǔn) 7.3 英寸四倍高清分辨率 (QHD) OLED 顯示屏，其成本為 35-50 美元，觸摸屏組件 成本為 15 美元。相比之下，可折疊的 7.3 英寸寬屏四倍高清分辨率 (WQHD) OLED 折疊屏，其成本 為 70-100 美元，觸摸屏組件成本為 25 美元。手 機觸摸層和封裝采用的特殊材料占上述增加的成 本中的大部分。 因工藝不成熟造成生產(chǎn)良率低，會進(jìn)一步增加成本。智能手機標(biāo)準(zhǔn)OLED顯示屏良率為 60– 70%，而可折疊 OLED 顯示屏的良率不足 30%。此外，折疊屏移動設(shè)備今后是否受歡迎，大眾是否樂 于使用，要揣摩消費者的真實想法著實不易。初始預(yù)測顯示，雖然消費者對這類設(shè)備非常感興趣 （圖 2），但初期銷量并不佳。這表明消費者對該技 術(shù)很有興趣，但從零售層面來看卻持觀望態(tài)度。
圖 2. OLED 折疊屏設(shè)備出貨量預(yù)測。（資料來源：IHS Market） 挑戰(zhàn)彎折極限 目前，在屏幕彎折問題上并沒有明確的解決方案，但應(yīng)用材料公司正在開展大量研究工作，以最終解決這一問題。 折疊手機 可彎折的設(shè)備必須基于柔性 OLED 技術(shù)，因為標(biāo)準(zhǔn) LCD 薄膜晶體管 (TFT) 無法承受重復(fù)性的彎折操 作。同樣原因，屏幕基板必須采用聚酰亞胺材料，而非玻璃。 組成顯示屏的整個薄膜疊層要具備超薄、高韌度 的特點，厚度（包括 OLED 器件在內(nèi)）不超過 1.0mm。 顯示屏的各層包括：可折疊基板上的 TFT、覆蓋 TFT 的絕緣層、絕緣層上的 OLED、基板上的封裝層、與 封裝層結(jié)合的柔性觸摸屏面板、以及保持顯示薄膜 光學(xué)特性的硬涂層膜，同時（可能）幫助屏幕抵抗 磨損、擦傷或撞擊。屏幕彎折時，必須保證上述各 層的正常功能。 彎折這些薄膜疊層時，疊層中有個位置稱為中軸 或中性曲面，此處應(yīng)變力為零。找到中性曲面中顯 示模塊的位置，使之承受最小的應(yīng)力和壓力。 這一點很重要，向內(nèi)彎折屏幕時，如果該顯示模塊承受過大的壓應(yīng)力，可能造成其屈曲和剝離；而過大的張應(yīng)力則會導(dǎo)致其碎裂和剝離（圖 3）。雖然 當(dāng)顯示屏各層薄膜單獨彎曲時，可達(dá)到相對較小的彎曲半徑 (小于5mm)，然而當(dāng)各層之間通過粘合力附著在一起并彎曲的情況下，機械應(yīng)力在各粘合層間轉(zhuǎn)移，因為夾合薄膜疊層中的壓應(yīng)力和張應(yīng)力， 造成夾層剝離和屈曲。 因此，工程師對粘合進(jìn)行改良，使粘合后的各薄膜層依然保持原有的獨立機械性能，而不受相鄰薄膜層的影響。其目的就在于，顯示屏疊層彎曲時，防止各薄膜層剝離和屈曲，尤其當(dāng)彎曲半徑小于5mm 時。
圖 3. 彎曲測試失敗形式。（資料來源：Yves Leterrier, in Handbook of Flexible Organic Electronics:Materials, Manufacturing and Applications, Woodhead, 2015） 付諸試驗 應(yīng)用材料公司的顯示屏柔性技術(shù) (DFT) 實驗室 小組對聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN) 薄膜進(jìn)行了薄膜封裝測試，以評估該薄膜的可靠性，確定其作為空氣和濕氣阻隔材料，是否可保持其固有特性，充分保護(hù) OLED 材料。 總臨界應(yīng)力目標(biāo) <1% 為一個楊氏模量函數(shù)，或 者說機械特性，它定義了材料壓應(yīng)力和張應(yīng)力與基 板總厚度的關(guān)系（圖 4）。
圖 4. 可折疊基板臨界應(yīng)力公式。（資料來源：Yves Leterrier, in Handbook of Flexible Organic Electronics:Materials, Manufacturing and Applications, Woodhead, 2015） 顯示屏柔性技術(shù)事業(yè)部的工程師們測試了50μm PEN基板上的多層薄膜封裝膜。這項測試包括在專門的彎曲 測試機器上，將基板以半徑2.5mm 彎曲200,000 次（圖 5）。初步結(jié)果顯示，1% 的應(yīng)力系數(shù)下沒有 明顯可見屏幕裂紋。
圖 5. 彎曲測試條件和彎曲測試工具固定裝置。（資料來源：應(yīng)用材料公司顯示屏柔性技術(shù)事業(yè)部） 然后，工程師們測試了PEN 薄膜，以確定在滿足 1% 目標(biāo)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)下，不同厚度的PEN 薄膜可達(dá)到的最小可彎曲半徑。125μm PEN 基板彎曲半徑可達(dá)到 6mm，50μm 可達(dá)到 2.5mm，15μm 可達(dá)到 1mm（圖 6）。
圖 6. 測試結(jié)果；1% 目標(biāo)應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)下，彎曲半徑與 PEN 基板厚度的關(guān)系。（資料來源：應(yīng)用材料公司顯示屏柔性技術(shù)事業(yè)部） 彎曲測試之后，工程師們在 40° C 溫度和 100% 相對濕度條件下，測量了150多個小時的水蒸氣透過率 (WVTR)。測試結(jié)果達(dá)到了1.89E-5 g/m2/日的WVTR，這表明，OLED 的TFT 即便經(jīng)過 200,000 次彎曲測試，仍能保證可靠的阻隔性能（ 圖 7）！
圖 7. 彎曲測試后，阻隔薄膜的水蒸氣透過率測試結(jié)果。（資料來源：應(yīng)用材料公司顯示屏柔性技術(shù)事業(yè)部） 另一主要問題：折痕 屏幕對折時會產(chǎn)生折痕，完全打開顯示屏后，仍會看到它。目前，這種折痕無法避免，且短期內(nèi)也沒有完美的解決方案。目前尚不可知已經(jīng)習(xí)慣于明亮高清顯示屏的手機消費者，是否能接納并不那么完美的折疊屏電子設(shè)備（參見圖 8）。
圖 8. 左側(cè)的兩張圖片顯示了折疊手機的屏幕折痕，右側(cè)圖片顯示了因重復(fù)折疊造成的顯示屏邊框損壞。（資料來源：Phone Arena 和 the Verge） 與此相關(guān)的問題也必須要解決，在折痕處，顯示屏邊框會出現(xiàn)縫隙，會讓異物進(jìn)入顯示屏，造 成 OLED 材料劣化，縮短設(shè)備的總壽命。 結(jié)論 克服技術(shù)難題，消費者對外形特征的接納程度，降低成本，如何從高端市場細(xì)分市場，這些都將對這一新技術(shù)的市場推廣起到重要作用。不過，折疊手機并非即將出現(xiàn)，而是已經(jīng)到來，應(yīng)用材料公司正協(xié)助客戶，讓這類產(chǎn)品由可能變成現(xiàn)實。 作者簡介： Kerry Cunningham 應(yīng)用材料公司 顯示屏柔性技術(shù)事業(yè)部產(chǎn)品營銷經(jīng)理 |
