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作者：應用材料公司顯示屏柔性技術(shù)事業(yè)部產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理KERRY CUNNINGHAM 在移動(dòng)電子設備上采用可彎折柔性顯示屏，是多年來(lái)一直討論的話(huà)題。今年，首批技術(shù)相對完善的折疊手機將推向市場(chǎng)。但與此同時(shí)，該技術(shù)仍面臨很多尚待解決的問(wèn)題和挑戰。熱衷嘗鮮者極為歡迎有這種令人激動(dòng)的新技術(shù)推出（圖 1）。但是，站在行業(yè)整體角度來(lái)看，這仍然存在很多疑慮，什么樣的手機設計才會(huì )贏(yíng)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(shí)現大規模量產(chǎn)呢？ 
圖 1. 折疊屏設備類(lèi)型（圖片來(lái)源，從左上順時(shí)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備過(guò)程 中，有大量問(wèn)題有待解決，包括電池續航、制造成本和價(jià)格等。當然，首要問(wèn)題莫過(guò)于要使顯示屏可承受頻繁彎折，因為用戶(hù)會(huì )在幾年的使用時(shí) 間里頻繁開(kāi)合設備。本文將探討上述所有問(wèn)題。 電池續航 可折疊類(lèi)平板手機(phone–tablet) 最酷的雙顯示屏都要耗電，也是影響電池續航的主要原因。4,380 mAh 典型電池容量的智能手機，電量一般可續航兩天，當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(kāi)合操作以及屏幕間的切換也會(huì )耗電。因此，帶給消費者的很可能是要么續航時(shí)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(chǎng)呈現大屏幕、薄機身的趨勢，隨著(zhù)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(jià)格 根據 OLED 顯示屏成本模型 (OLED Display Cost Model)，標準 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(huì )進(jìn)一步增加成本。智能手機標準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(dòng)設備今后是否受歡迎，大眾是否樂(lè ) 于使用，要揣摩消費者的真實(shí)想法著(zhù)實(shí)不易。初始預測顯示，雖然消費者對這類(lèi)設備非常感興趣 （圖 2），但初期銷(xiāo)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(lái)看卻持觀(guān)望態(tài)度。
圖 2. OLED 折疊屏設備出貨量預測。（資料來(lái)源：IHS Market） 挑戰彎折極限 目前，在屏幕彎折問(wèn)題上并沒(méi)有明確的解決方案，但應用材料公司正在開(kāi)展大量研究工作，以最終解決這一問(wèn)題。 折疊手機 可彎折的設備必須基于柔性 OLED 技術(shù)，因為標準 LCD 薄膜晶體管 (TFT) 無(wú)法承受重復性的彎折操 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(gè)薄膜疊層要具備超薄、高韌度 的特點(diǎn)，厚度（包括 OLED 器件在內）不超過(guò) 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(shí)（可能）幫助屏幕抵抗 磨損、擦傷或撞擊。屏幕彎折時(shí)，必須保證上述各 層的正常功能。 彎折這些薄膜疊層時(shí)，疊層中有個(gè)位置稱(chēng)為中軸 或中性曲面，此處應變力為零。找到中性曲面中顯 示模塊的位置，使之承受最小的應力和壓力。 這一點(diǎn)很重要，向內彎折屏幕時(shí)，如果該顯示模塊承受過(guò)大的壓應力，可能造成其屈曲和剝離；而過(guò)大的張應力則會(huì )導致其碎裂和剝離（圖 3）。雖然 當顯示屏各層薄膜單獨彎曲時(shí)，可達到相對較小的彎曲半徑 (小于5mm)，然而當各層之間通過(guò)粘合力附著(zhù)在一起并彎曲的情況下，機械應力在各粘合層間轉移，因為夾合薄膜疊層中的壓應力和張應力， 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(shí)，防止各薄膜層剝離和屈曲，尤其當彎曲半徑小于5mm 時(shí)。
圖 3. 彎曲測試失敗形式。（資料來(lái)源：Yves Leterrier, in Handbook of Flexible Organic Electronics:Materials, Manufacturing and Applications, Woodhead, 2015） 付諸試驗 應用材料公司的顯示屏柔性技術(shù) (DFT) 實(shí)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 OLED 材料。 總臨界應力目標 <1% 為一個(gè)楊氏模量函數，或 者說(shuō)機械特性，它定義了材料壓應力和張應力與基 板總厚度的關(guān)系（圖 4）。
圖 4. 可折疊基板臨界應力公式。（資料來(lái)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(zhuān)門(mén)的彎曲 測試機器上，將基板以半徑2.5mm 彎曲200,000 次（圖 5）。初步結果顯示，1% 的應力系數下沒(méi)有 明顯可見(jiàn)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(lái)源：應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(mǎn)足 1% 目標應力標準下，不同厚度的PEN 薄膜可達到的最小可彎曲半徑。125μm PEN 基板彎曲半徑可達到 6mm，50μm 可達到 2.5mm，15μm 可達到 1mm（圖 6）。
圖 6. 測試結果；1% 目標應力標準下，彎曲半徑與 PEN 基板厚度的關(guān)系。（資料來(lái)源：應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(gè)小時(shí)的水蒸氣透過(guò)率 (WVTR)。測試結果達到了1.89E-5 g/m2/日的WVTR，這表明，OLED 的TFT 即便經(jīng)過(guò) 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(guò)率測試結果。（資料來(lái)源：應用材料公司顯示屏柔性技術(shù)事業(yè)部） 另一主要問(wèn)題：折痕 屏幕對折時(shí)會(huì )產(chǎn)生折痕，完全打開(kāi)顯示屏后，仍會(huì )看到它。目前，這種折痕無(wú)法避免，且短期內也沒(méi)有完美的解決方案。目前尚不可知已經(jīng)習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備（參見(jiàn)圖 8）。
圖 8. 左側的兩張圖片顯示了折疊手機的屏幕折痕，右側圖片顯示了因重復折疊造成的顯示屏邊框損壞。（資料來(lái)源：Phone Arena 和 the Verge） 與此相關(guān)的問(wèn)題也必須要解決，在折痕處，顯示屏邊框會(huì )出現縫隙，會(huì )讓異物進(jìn)入顯示屏，造 成 OLED 材料劣化，縮短設備的總壽命。 結論 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(chǎng)細分市場(chǎng)，這些都將對這一新技術(shù)的市場(chǎng)推廣起到重要作用。不過(guò)，折疊手機并非即將出現，而是已經(jīng)到來(lái)，應用材料公司正協(xié)助客戶(hù)，讓這類(lèi)產(chǎn)品由可能變成現實(shí)。 作者簡(jiǎn)介： Kerry Cunningham 應用材料公司 顯示屏柔性技術(shù)事業(yè)部產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理 |
