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？

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

作者：黄烨锋

其实我们可以发现,现在一款手机卖的贵的原因主要就是因为这款手机使用的芯片比较好。而且芯片也是站在现在科技的最顶端,很多的手机当中,如果说芯片用的比较好的话,那么相对于来说手机也就会贵一些。小米手机在我们的心目当中一直走的都是中低端市场,有很多的学生都会去购买小米手机,而小米手机。随着我们科技爆炸式的发展，如今手机也有折叠屏了，对于大部分人来说面对如此黑科技的手机我们只能是望而止步。因为贫穷限制了我们的消费！我认为折叠手机普遍卖得很贵的原因如下：一、折叠屏手机未普及如今折叠屏手机并没有普及起来，目前市面上宣布旗下有折叠屏手机的也就只有几家，掰着手指头就能算出这几家来。比如三星的折叠屏手机三星Galaxy F折叠屏手机，小米的折叠手机，华为的折叠手机等等。按照一般的规律都是那样的，越是不多的以及稀缺的资源都是比较贵的。比如这次疫情期间，欧洲各国都纷纷抢购口罩就可以体现出来。二、设计工艺跟全面屏手机相比，折叠屏的设计工艺更麻烦，以及各种成本都是非常高。就从成本与设计工艺这两方面来讲，目前折叠屏定价1万多还算是合理的。可能对于我们普通大众来说是贵了点，但是对于有经济实力的人来说还是愿意为这个折叠屏买单的，像当年的大哥大手机一样，尽管贵以及功能少但是还是有自己的用户群体。三、制作成本制作成本不同，大伙应该都知道普通的全面屏玻璃是根本不能弯曲的，普通全面屏一般都是液晶屏，而我们知道液晶屏最外面都是一层极其容易碎的玻璃起着固定作用。而折叠屏是没有这层玻璃，取而代之的是研制成了另一种材料，用一颗颗很小颗粒的灯珠连在一起从而达到了可以折叠的效果。但这样一来无疑增加了折叠屏的成本，并且这样做的工艺是非常复杂的。四、制造损耗折叠屏手机由于屏幕和铰链的技术难度高，初期的良品率特别低，据传刚开始连20%都不到。三星折叠屏手机Galaxy Fold刚上市不久就出现了屏幕扭曲、闪屏和断屏的问题，当时华为Mate X刚上市，虽然没有爆出质量问题，但是发货量迟迟上不去，导致二手市场上一部Mate X被炒到八九万。因此，折叠屏这种设计前卫的手机，由于工具难度大，会降低良品率，这也会导致手机的单台成本上涨。

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