图片展示

让三星和华为都犯难的折叠屏手机,需要什么样的柔性显示技术?

作者: 我为科技狂

来源: 今日头条

浏览: 5460

柔性显示技术的发展阶段:第一阶段是固定曲率的柔性屏,即屏幕已经表现出曲面特性,但在最终产品形态上曲率是固定的、使用者不可控制的;第二阶段是可弯曲、可卷曲显示;第三阶段是可折叠显示;第四阶段为可任意折叠拉伸的全柔性显示。


从第一款折叠屏手机发布至今已经有一年多的时间,在市面上已有的折叠屏手机,例如三星的Galaxy Fold、华为的Mate X、三星的Galaxy Z Flip、摩托罗拉的Moto Razr 2019、柔宇科技的FlexPai等产品。似乎能细数的型号不算少,不过售价的多少,消费者能不能买得到,就要另当别论了;对广大消费者而言,折叠屏产品似乎依旧遥远。

伴随折叠屏技术到来的,还有如今折叠屏手机脆弱的名声。三星在柔性屏技术上投入已经超过10年,却在Galaxy Fold推出不久即面临屏幕显示不正常、膜层分离之类的问题。像华为Mate X这样的初代折叠屏产品,也是仅需轻轻用指甲在屏幕上抠一下,就能留下永久、不可修复的凹痕。即便三星二代折叠屏产品Galaxy Z Flip宣称改善了制程技术,从硬度测试来看,要在屏幕表面留下划痕其实相当轻而易举,折叠处甚至可能因为室温过低而碎裂。

像折叠屏这种脆弱属性更拉远了它与一般人的距离:当人们花两万元买了一部折叠屏手机,却需要在每天早晨手机闹铃响起、伸手去触碰屏幕时,还得先想一想是不是没剪指甲…这样的体验还是令人畏惧的。

让三星和华为都犯难的折叠屏手机,需要什么样的柔性显示技术?

三星Galaxy Fold

让三星和华为都犯难的折叠屏手机,需要什么样的柔性显示技术?

华为Mate X

折叠屏:柔性显示技术的高级阶段

首先还是需要划定探讨问题的范围:我们所说的柔性显示器或折叠屏究竟说的是什么?如果按照不同的显示面板技术来划分,众所周知,大方向上LCD和OLED都有自己的柔性发展路线——不过LCD柔性显示器相对特殊,也不是我们探讨手机折叠屏的主流技术。

从光电材料的角度来说,实际上不仅有LCD、OLED,电泳显示技术(electrophoretic,即E-Ink)、Gyricon也都能做到柔性化,多见于电子书、电子纸。市面上已经存在不少此类柔性显示产品,大多主打阅读、书写。但这也不是本文要探讨的主体。

如今在手机、移动设备上相对热门的柔性显示、折叠屏技术,特指柔性OLED面板。本文在谈到折叠屏、柔性显示时,若无特别说明则特指OLED。讨论范围明确了,另外一个需要解决的问题是,柔性显示和折叠屏这两者是什么关系?

通常认为柔性显示技术的发展可以分成几个不同的阶段。第一阶段是固定曲率的柔性屏,即屏幕已经表现出曲面特性,但在最终产品形态上曲率是固定的、使用者不可控制的。这早在多年前就已经实现,以三星Galaxy系列手机为代表,华为近两年的旗舰机也都采用这类所谓“3D曲面屏”;很多显示器、电视产品也有此类设计。

第二阶段是可弯曲、可卷曲显示;第三阶段是可折叠显示;第四阶段为可任意折叠拉伸的全柔性显示。其中第二阶段的可弯曲、卷曲屏幕,在很多显示技术展会上都能看到,与第三阶段的重要差异在于“弯曲半径”明显不同。展会上常能见到的可弯曲屏幕,弯折半径是相对较大的(3~15mm)。而第三阶段的可折叠,就意味着极小的弯曲半径(0.5~3mm),技术层面的实现难度相比第二阶段要大很多。

就弯曲半径的角度来看,像三星Galaxy Fold这样的内折屏幕,在面板技术难度上要大于华为Mate X的外折屏幕方案,因为前者的弯曲半径是比后者明显更小的。不过就整个产品的角度来说,后者在铰链、结构设计方面有着更大的难度——这就不在本文的探讨范围内了。

由此可见,折叠屏是柔性显示的某个高级阶段,即便它并非最终形态。有关折叠屏在实际应用中的价值,这里不再赘述:至少就移动设备产品来说,折叠屏本质上是将一个屏幕更大的装置放进口袋,提升可携带性。

柔性OLED是如何打造的

要明白折叠屏为何如此脆弱,首先需要理解这种屏幕的结构,以及具体的制造方法。如今手机、电视常见的OLED显示器为AMOLED面板,它在结构上包括了基板(substrate),阴极层(cathode)、有机分子层(包括发射层和导电层)、阳极层(anode)——这些整体构成了OLED frontplane;当然还需要TFT阵列层(薄膜晶体管)——这部分就是我们常说的backplane,本质上就是控制电路。

让三星和华为都犯难的折叠屏手机,需要什么样的柔性显示技术?

OLED 萤幕结构

OLED的发光原理是电致发光(electro-phosphorescence)。在成为屏幕最终形态时,还需要对面板进行封装;传统手机AMOLED屏幕的上盖板即为密封玻璃。

要将这样的屏幕做成柔性形态,也就是要求每一层都是可弯曲、可折叠的。这里还没有涉及到触控面板、最外层保护材料之类的构成层级,它们也都需要可弯曲、可折叠。在大方向上,OLED frontplane和TFT backplane要做成可弯曲、可折叠形态,问题可能还不算特别大。但传统AMOLED显示屏的基板,以及上盖板,外加屏幕最外层的保护层都是玻璃材料。

常规玻璃可弯曲幅度很小,所以起码这几层的材料必须更换为柔性材料——对使用者而言最直观的就是外层不可能再用康宁的“大猩猩”(Goriall)玻璃。这也成为柔性显示器制造的第一大挑战──基板及盖板等的材料选择;由于OLED面板的制造流程关系,基板的材料选择实际上是十分受限的。

OLED面板制造至少需要经历蚀刻、溅射、蒸镀、切割等各种工序,材料需要耐受各种高温、腐蚀环境;在柔性面板制造过程中,还有UV紫外光剥离这样的流程,所以在材料的选择上就有最基本的要求。

这里可以单独谈一谈前文提到的TFT层,这层材料按照开关元件来分,现在相对流行的是LTPS(低温多晶硅)与IGZO (铟镓锌氧化物)。LTPS是柔性显示制造技术的主流,也是三星、京东方这些面板制造商开发柔性显示器时普遍采用的方案。LTPS相比传统方案(如a-Si)能够以更低的温度合成;不过即便是相对更低的温度,也可能需要达到600℃ ,或者更低。

柔宇科技在此采用的是一种名为ULT-NSSP (超低温非晶硅半导体制程)的技术。按照柔宇的说法,这种更低温的技术能够进一步降低成本——这似乎是柔宇在柔性显示器开发上不同于其他面板厂商的路线,具体效果怎样则是未知。无论如何,更低的温度对生产制造商而言总是更有价值的。

让三星和华为都犯难的折叠屏手机,需要什么样的柔性显示技术?

柔性AMOLED 面板制造流程

相对来说,柔性面板的制造流程与传统刚性OLED面板在前期阶段是比较类似的;前期一样需要玻璃支撑层(Carrier Glass Panel),只是最终有一个雷射剥离的过程,也就是将整个面板与玻璃支撑层分离。

在经过这么多道工序,如前文提到TFT制造时的高温,或相对高温,仍可屹立不倒的材料着实不多。既然难以选择玻璃作为基板材料,却仍需确保透光性,外加可弯曲、可折叠属性,业界普遍采用的是PI (Polyimide,聚酰亚胺)——就是某种塑胶薄膜。当然其中还有一些技术细节这里无法细数,比如说玻璃基板可能需要采用PI镀膜方案、支撑层与PI基板之间需要一个剥离层(debonding layer)等。

让三星和华为都犯难的折叠屏手机,需要什么样的柔性显示技术?

柔性显示器面板结构

每一层都得弯曲折叠

实际上,超薄玻璃也是一种可一定程度弯曲的基板备选材料,玻璃毕竟具备更高的热稳定性和更好的透明性,但仍然受限于可弯曲的程度。而除了基板材料的选择,柔性面板还有一些需要考虑的问题。

例如导电层的ITO (铟锡氧化物或其他导电聚合物材料),一方面是要求更低温度的制程,另一方面在于ITO沉积在塑胶基板上,在拉伸应变方面可能导致很大的问题。再者TFT层也会受到可弯曲的影响,不仅外力可对其产生破坏,还在于其他层的热膨胀/收缩产生的力,以及它对湿度非常敏感。TFT层除了前文提到如今比较普遍的LTPS,OTFT (有机薄膜晶体管)对柔性面板而言也是某种备选方案。

像弯曲这样的动作,尤其当弯曲半径小到对折的程度──想象将一本书,沿着封面中间位置对折,对折后内圈的书页和外圈的书页的形变状态就有差异;所有书页为了适应这种弯曲对折,整本书不同位置一定会产生不同程度的形变。屏幕也是多层结构,当然屏幕面板没有书那么厚,但面板各层材料、制程都有差异,可形变、热膨胀特性等都有差异,这会为折叠动作产生不小的阻碍。

不难想像,使用折叠屏手机时,折叠次数一多便很容易产生膜层分离、膜层滑移,甚至直接脆裂的问题——就像一本书对折后,不同书页的位置关系与平整状态下相比已经大不相同。于是折痕的问题便不难理解,即已产生的形变难以恢复——可能是表层材料无法恢复,也可能是其他层的材料。

在应对这些问题时,不同的面板制造商也有各自不同的解决方案。例如钝化结构加入缓冲层(BL)、无机防水层、粘合层(AIL)等。软性的缓冲层能够很大程度抵消弯折过程中产生的力,并且缩小弯曲半径。

在2020年3月份的柔宇发表会上,该公司提到建立智能力学模拟模型,形成材料力学参数资料库——不同材料层的各种参数,并对材料物理特性进行模拟,配合实验对比;通过这个模拟模型,就能找到更好的堆叠方案和材料选择。

探索中的封装技术

不过在折叠屏手机使用过程中,除了折叠动作本身带来的破坏性,显示、触控故障很多时候又来自水、氧入侵面板内部,导致的严重问题。因为有机材料很容易发生氧化和水解。所以对水氧的阻隔,对于柔性面板而言显得尤为重要。

这就涉及到封装技术了。如上文所述,传统OLED屏幕和柔性屏幕在封装要求上存在很大差异,前者的形态是固定的,而且应用于手机、电视这类终端产品后,面对的环境相对稳定;而后者由于柔性形态,封装需要做到多方位的防护,尤其对于水、氧的阻隔。

这是目前市面上贩售的折叠屏手机,在使用过程中会出现屏幕部分显示区域失效的主要原因;至少就现状来看,柔性面板的封装技术似乎还没有那么成熟。

多层薄膜封装是比较常见的方案:多层薄膜通常会将无机层和有机层交替叠加,每个有机/无机层堆叠构成一对;超过三对多层薄膜,则水氧阻隔性可提升3~4个等级,WVTR (水蒸气透过量)也能相对应提升。有机层越薄,形成统一均匀的层才越有利;与此同时,这种有机/无机对不应超过5对。总的来说,实际表现还是要看材料和制程。

三星采用一种名为Barix的多层薄膜封装技术——这是美国Vitex公司商用的一种技术,如今在柔性薄膜封装上的应用还是比较广泛的。Barix多层薄膜能够很大程度满足一些规格需求。Barix镀膜的塑胶薄膜还可用作透明基板。

不过Barix技术也面临一些挑战,比如早前存在溅射AlOx薄膜的一些固有缺陷。这种技术还要求面板进出沉积室多达6次,而且成本也是比较高的。氧化物沉积是整个流程中极大限制了速度的一个步骤——当然针对这一问题的技术开发也一直在持续中。在柔性OLED制造过程中,封装成为占据整体成本很大比例的部分。


让三星和华为都犯难的折叠屏手机,需要什么样的柔性显示技术?
柔性显示技术的发展阶段:第一阶段是固定曲率的柔性屏,即屏幕已经表现出曲面特性,但在最终产品形态上曲率是固定的、使用者不可控制的;第二阶段是可弯曲、可卷曲显示;第三阶段是可折叠显示;第四阶段为可任意折叠拉伸的全柔性显示。
长按图片保存/分享
0
广告 品牌推广

部分文章系网络转载,转载目的在于分享与交流信息,不代表本站赞同其观点和对其真实性负责。如涉及作品内容、版权和其它问题,请在30日内与本站联系,我们将在第一时间删除。声明】 本站文章版权归原作者所有 内容为作者个人观点 本站只提供参考并不构成任何投资及应用建议。本站拥有对此声明的最终解释权

搜索

—— 更多精彩视频 ——

About 关于  |  Team 团队  |  Join 加入  |  Cooperation 合作

闻道中国 融媒体资讯云享门户

© Copyright 2020-2030 WiNDOW. All Rights Reserved.

WINDOWAPP.CN

湘ICP备17017257号-4

湘公网安备 43010502000719号

  

 

WiNDOW 闻道         

  官方微信公众号