震撼！最新手機(jī)科技橫空出世，OLED產(chǎn)業(yè)數(shù)十年

智能手機(jī)能像書(shū)本一樣可打開(kāi)跟闔上，屏幕一秒變大，立刻變成平板電腦，今年，手機(jī)及面板行業(yè)最重要的大事非“可折疊顯示屏”莫屬。這種可折疊屏幕的想法在產(chǎn)業(yè)已醞釀很長(zhǎng)一段時(shí)間，三星顯示（SamsungDisplay）投入研發(fā)已經(jīng)超過(guò) 10 年，終于，2019 年，三星跟華為帶來(lái)了可折疊屏手機(jī)的商用元年。

可折疊面板不論是材料開(kāi)發(fā)或工序都相當(dāng)復(fù)雜，但消費(fèi)者追求更大屏幕，加上 2020 年陸續(xù)走進(jìn) 5G 時(shí)代，4K、8K 高分辨率的視頻傳輸可望走向普及，另外，傳統(tǒng)智能手機(jī)的發(fā)展已有瓶頸，市場(chǎng)成長(zhǎng)性消失，手機(jī)業(yè)者產(chǎn)希望憑藉可折疊手機(jī)“一機(jī)多用”的特色刺激消費(fèi)者采購(gòu)，創(chuàng)造新一輪的大換機(jī)潮，因此，可折疊屏幕是必然趨勢(shì)。

但是，預(yù)期今年的可折疊式手機(jī)受到價(jià)格高、外觀不夠輕薄、軟件操作及應(yīng)用程序體驗(yàn)尚未完善等影響，初期市場(chǎng)很有限，各家出貨量小，盡管華為消費(fèi)者業(yè)務(wù)手機(jī)產(chǎn)品線總裁何剛指出，預(yù)計(jì) Mate X 的月產(chǎn)能可達(dá)到 10 萬(wàn)臺(tái)以上。但由于 Mate X 可能要到下半年才會(huì)開(kāi)始真正出貨，加上價(jià)格偏高，因此市場(chǎng)預(yù)估華為 2019 年度 Mate X 出貨量為 20 萬(wàn)臺(tái)，三星的 Galaxy Fold 預(yù)估出貨量為 100 萬(wàn)臺(tái)，以全球前二大手機(jī)廠一年出貨量 3 億臺(tái)跟 2 億臺(tái)來(lái)看，是非常小的比例。

韓國(guó) OLED 研究機(jī)構(gòu) UBI Research 指出，2019 年折疊式 OLED 市場(chǎng)僅為 4.8 億美元，預(yù)計(jì)到 2023 年將增長(zhǎng)到 246 億美元。 UBI Research 首席執(zhí)行官 Yi Choong-hoon 表示，可折疊 OLED 市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)是由于 7 英寸和更大尺寸的智能手機(jī)能夠支持 4K 分辨率，成為 5G 通信時(shí)代的必備產(chǎn)品。OLED 面板制造商的價(jià)值將取決于可折疊 OLED 能否成功量產(chǎn)。

Part 1：OLED 如何制成可折疊？

目前面板行業(yè)有兩大主流技術(shù)：傳統(tǒng)的薄膜電晶體液晶顯示器（TFT LCD）以及有機(jī)發(fā)光二極體（OLED），后者又包括剛性的 Rigid OLED 以及柔性的 OLED，后者依據(jù)彎曲程度的大小，又分為可撓曲（Flexible）、可折疊（Foldable）、可卷曲（Rollable）三種。

如何把剛性的 OLED 變成可折疊 OLED？一言以敝之：在面板架構(gòu)中舍棄玻璃，以及改用柔性材料，包括底層的基板、觸控面板材料、屏幕蓋板等。

Part 2：制程需要做什么改變？

由于 OLED 對(duì)水氣及氧氣非常敏感，高水氧阻隔一直是制程的關(guān)鍵。

剛性 OLED 作法：玻璃封裝：以玻璃作為阻隔水、氧穿透的主要基板，上下層各有玻璃，側(cè)邊則有 Frit Sealing 玻璃，再以激光把側(cè)邊和上下兩片玻璃熔融在一起。

玻璃封裝方式無(wú)法滿足柔性 OLED 結(jié)構(gòu)需求，取而代之的是軟性封裝（Flexible Encapsulation）技術(shù)，包含阻水氣、薄膜封裝（TFE，Thin Film Encapsulation）技術(shù)。

可折疊 OLED 作法：軟性封裝：受制于塑膠基板的耐溫度及隔絕水氧的效果比玻璃差，必須在軟性 TFT 基板（Flexible TFT Backplane）以及軟性上蓋板（Flexible Front Plate）增加阻水阻氣隔絕層（Gas Barrier），同時(shí)，在 OLED 發(fā)光層上也會(huì)采用薄膜封裝技術(shù)來(lái)保護(hù) OLED，或是采取跟軟性上蓋板搭配的邊緣封裝（Edge Sealing）技術(shù)。

另外，還有一種混和封裝（Hybrid Encapsulation）：融合 TFE 與阻擋膜（Barrier Film）技術(shù)，但因生產(chǎn)成本較高昂，阻擋膜厚度較厚，靈活度相對(duì)受限，因此面板廠多選擇發(fā)展 TFE 封裝技術(shù)。

Part 3：新材料及關(guān)鍵材料有哪些？

剛性的 Rigid OLED 采用“玻璃”作為阻隔水、氧氣的基板，但進(jìn)入柔性 OLED 面板結(jié)構(gòu)時(shí)，玻璃已不適用，尤其是可折疊 OLED 比可撓曲 OLED 的要求更多，因此，新材料的使用需求隨之而生，同時(shí)一些既有的關(guān)鍵材料也必須因應(yīng)可折疊的特色進(jìn)行改造。

一、PI 基板及 CPI 膜。柔性基板主要有三種材料：塑膠、金屬箔（Metal Foil）、柔性玻璃。一般玻璃為剛性，無(wú)法彎折，但保護(hù)玻璃大廠康寧投入研發(fā)可彎曲玻璃 Willow Glass 數(shù)年，去年也對(duì)外展示其研發(fā)的可折疊顯示屏玻璃，但距離實(shí)際商用化仍有落差。

因此，目前在底層的基板部分，行業(yè)選擇采用塑膠類基板，主流為聚醯亞胺（PI）基板，另外在上層的屏幕保護(hù)塑膠部分，可采用無(wú)色聚醯亞胺（CPI，Colorless Polyimide）膜，如三星的可折疊屏手機(jī)采用 PI 基板，供應(yīng)商為日本的住友化學(xué)

二、可彎折的觸控面板：ITO 替代材料，金屬網(wǎng)格及銀納米線受矚目。銦錫氧化物（ITO，Indium Tin Oxide）具有良好的導(dǎo)電性與透光性，已用于大多數(shù)的觸摸屏中，但 ITO 觸控線路受固有的脆性影響，在數(shù)次彎曲或較大幅度彎折后，電阻率（resistivity）會(huì)急劇上升，致使觸控功能失效，另外 ITO 在彎折時(shí)也容易斷裂，因此需要 ITO 替代材料。

目前替代材料有幾項(xiàng)技術(shù)：金屬網(wǎng)格（Metal Mesh）、銀納米線（Silver Nanowires）、碳納米管技術(shù)（Carbon Nanotube）、導(dǎo)電聚合物技術(shù)（PEDOT／PSS）等，其中目前具高量產(chǎn)性的為金屬網(wǎng)格及銀納米線，行業(yè)也分為這兩大陣營(yíng)。

金屬網(wǎng)格是在塑膠薄膜上壓制導(dǎo)電金屬網(wǎng)格圖案，以其折疊能力而聞名，據(jù)傳已用于三星的可折疊手機(jī)。但缺點(diǎn)是金屬線寬較粗，在高圖元下摩爾紋（Moiré pattern）效益明顯，即在圖像上出現(xiàn)波紋，因此金屬網(wǎng)格圖樣的線寬必須下降到 1um 左右。

銀納米線是將銀納米線墨水材料涂抹在塑膠基板上，利用激光光刻技術(shù)，刻畫(huà)制成具有納米級(jí)別銀線導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)圖案的導(dǎo)電薄膜，透過(guò)單體散布中彼此的交錯(cuò)重疊來(lái)完成導(dǎo)電性，沒(méi)有摩爾紋干涉問(wèn)題，但會(huì)有較嚴(yán)重的漫反射，即霧度（Haze）問(wèn)題，因此銀線墨水的涂布均勻性非常關(guān)鍵。另外，金屬自身并不透光，采用這兩者技術(shù)的觸控模組產(chǎn)品的透光性將依賴于非金屬區(qū)域面積。

三、光學(xué)透明粘合膠（OCA，Optically Clear Adhesive）。OCA 為觸控屏中用于多道貼合制程的重要材料，如兩張 ITO 導(dǎo)電薄膜（ITO Film）的對(duì)貼、ITO Film 跟保護(hù)玻璃的貼合、將觸控模組跟顯示屏貼合變成觸控顯示模組等，目前業(yè)者需針對(duì)可折疊式面板的高耐彎曲需求推出相對(duì)應(yīng)方案。

四、圓偏光片（CPL）。一般來(lái)說(shuō)，硬式 OLED 面板整體厚度 1～2 毫米（mm），可折疊 OLED 面板的厚度必須在 200 微米（μm）以內(nèi)，為硬式面板的十分之一，但傳統(tǒng)的 CPL 厚度約 150μm，對(duì)于 OLED 柔性應(yīng)用是一項(xiàng)阻礙，所以行業(yè)正積極研發(fā)薄型的 CPL，必須瘦身約至 30μm 左右。

五、多軸精密鉸鏈／軸承（Hinge）?？烧郫B屏幕手機(jī)在屏幕折疊處的設(shè)計(jì)大約有兩種方式，一種是采取鉸鏈的機(jī)構(gòu)件設(shè)計(jì)，二是不使用鉸鏈，而是利用磁吸式結(jié)構(gòu)、以及類似魔術(shù)貼、鉤和凹口等結(jié)構(gòu)來(lái)配合，目前不論是柔宇、三星或華為都是采用鉸鏈?zhǔn)皆O(shè)計(jì)。

鉸鏈／軸承這類的機(jī)構(gòu)件其實(shí)應(yīng)用在很多的消費(fèi)性電子產(chǎn)品，特別是筆記本（開(kāi)闔屏幕）、桌上型顯示屏或是電視（調(diào)整屏幕上下的角度），但用于可折疊屏幕手機(jī)的方案則完全不同于筆記本及顯示屏，必須開(kāi)發(fā)全新的結(jié)構(gòu)。

六、可撓式電池？之所以打問(wèn)號(hào)，在于不必非得使用可撓式電池，可以延續(xù)現(xiàn)有手機(jī)的設(shè)計(jì)，將電池置放在其中一端或兩端的屏幕下，使用傳統(tǒng)的手機(jī)軟包鋰電池即可。

Part 4：量產(chǎn)的挑戰(zhàn)有哪些？

一、應(yīng)力。可折疊屏幕是由許多材料層所構(gòu)成，折疊時(shí)，材料擠壓，容易受到應(yīng)力（stress）影響而裂開(kāi)。應(yīng)力是指當(dāng)材料受外力作用，內(nèi)部產(chǎn)生抵抗的力量，單位面積所受的內(nèi)力。為了實(shí)現(xiàn)該技術(shù)，必須防止面板折疊時(shí)材料受損，包括控制每一層材料跟接觸面（折疊區(qū)域）的應(yīng)力，選擇合適的基板，確定理想的堆疊結(jié)構(gòu)，以及優(yōu)化剝離過(guò)程，都是關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

二、PI 基板孔洞的修補(bǔ)。制作可折疊 OLED 面板時(shí)，會(huì)先在 Carrier 在上面涂布 PI 材料，涂布時(shí)需要涂上厚厚一層 ，待其干燥之后約剩下 10μm，故 PI 材料表面容易產(chǎn)生諸多孔洞、不平整，所以在其上面制作 OLED 的良率比較差，此這個(gè)制程每一家面板廠有不同的修補(bǔ)方式，考驗(yàn)各家業(yè)者的技術(shù)高下。

三、靜電放電（ESD，Electro Static Discharge）。ESD 是造成大多數(shù)的電子元件或電子系統(tǒng)故障與損壞的原因，但塑膠基材比玻璃更容易產(chǎn)生靜電，在塑膠基材上制作的 OLED 很容易受到靜電傷害，為導(dǎo)致折疊式面板生產(chǎn)良率低的原因之一。

四、因折疊而引起面板特性變化?？烧郫B OLED 顯示屏比一般柔性 OLED 有更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，必須克服由折疊所引起的各種面板特性的變化也就更大，特別是克服 TFT 電阻變化的補(bǔ)償電路技術(shù)、折疊和展開(kāi)屏幕時(shí)所需的彈性，均是典型的技術(shù)難點(diǎn)。

五、曲率半徑。業(yè)界通常以“R 角”來(lái)表達(dá)面板可彎曲的程度，例如 LG 在 2017 年開(kāi)發(fā)出 2.5R 的可折疊面板，三星在去年展示的可折疊屏幕手機(jī)的原型則是 1.5R，另外，柔宇、三星及華為則沒(méi)有透露其量產(chǎn)可折疊屏手機(jī)的曲率半徑。

目前行業(yè)的共識(shí)是要量產(chǎn)的可折疊式手機(jī)至少得在 3.0R 以下，長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)是達(dá)到 1.0R，就幾乎可完全服貼對(duì)折，因此折疊曲率半徑不僅是面板量產(chǎn)上的考量重點(diǎn)，更是評(píng)估各面板廠技術(shù)水準(zhǔn)高低的指標(biāo)之一。

此外，折疊方式分有“外折”（outfolding）及“內(nèi)折”（infolding），至于哪一個(gè)工藝比較難，行業(yè)則存在不同意見(jiàn)，DT 君咨詢行業(yè)人士時(shí)，有人認(rèn)為，外折設(shè)計(jì)是屏幕顯示在最外頭，容易與外物接觸，在耐刮、耐摩擦、耐沖擊三大要點(diǎn)的要求比內(nèi)折式高出許多，故外折的技術(shù)難度高；但有另一派意見(jiàn)認(rèn)為，內(nèi)折的曲率半徑較小，生產(chǎn)難度較高。目前看來(lái)，外折、內(nèi)折孰優(yōu)孰劣未有定論，但已經(jīng)成為各家業(yè)者宣傳自家產(chǎn)品比對(duì)手厲害的話題。

六、彎折次數(shù)跟速度：折疊除了涉及面板與機(jī)構(gòu)件、軟件的連動(dòng)整合外，彎折之后的機(jī)械強(qiáng)度亦是挑戰(zhàn)，DT 君采訪了鉸鏈／軸承制造商，業(yè)者透露已跟多家大陸手機(jī)品牌展開(kāi)合作開(kāi)發(fā)，并正準(zhǔn)備專利申請(qǐng)。目前已知的是華為 Mate X 鉸鏈供應(yīng)商為***零部件廠奇鋐。

過(guò)去筆記本屏幕的開(kāi)闔測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)為 2～3 萬(wàn)次（依機(jī)種不同），可折疊屏手機(jī)至少得達(dá)到 20 萬(wàn)次，因此業(yè)者正在開(kāi)發(fā)高耐久度的鉸鏈，使得顯示圖像質(zhì)量和表面不會(huì)出現(xiàn)異常，另外彎折的速度也必須考量進(jìn)去。

Part 5：可折疊屏幕手機(jī)供應(yīng)鏈？

在 OLED 面板領(lǐng)域，韓國(guó)及中國(guó)占據(jù)重要角色，不過(guò)在材料部分，日本明顯居領(lǐng)跑地位，重要供應(yīng)商集中在日本，其他則有美國(guó)及韓國(guó)。