讓三星和華為都犯難的折疊屏手機，需要什麽樣的柔性顯示技術？
從第壹款折疊屏手機發布至今已經有壹年多的時間，在市面上已有的折疊屏手機，例如三星的Galaxy Fold、華為的Mate X、三星的Galaxy Z Flip、摩托羅拉的Moto Razr 2019、柔宇 科技 的FlexPai等產品。似乎能細數的型號不算少，不過售價的多少，消費者能不能買得到，就要另當別論了；對廣大消費者而言，折疊屏產品似乎依舊遙遠。
伴隨折疊屏技術到來的，還有如今折疊屏手機脆弱的名聲。 三星在柔性屏技術上投入已經超過10年，卻在Galaxy Fold推出不久即面臨屏幕顯示不正常、膜層分離之類的問題。像華為Mate X這樣的初代折疊屏產品，也是僅需輕輕用指甲在屏幕上摳壹下，就能留下永久、不可修復的凹痕。即便三星二代折疊屏產品Galaxy Z Flip宣稱改善了制程技術，從硬度測試來看，要在屏幕表面留下劃痕其實相當輕而易舉，折疊處甚至可能因為室溫過低而碎裂。
像折疊屏這種脆弱屬性更拉遠了它與壹般人的距離：當人們花兩萬元買了壹部折疊屏手機，卻需要在每天早晨手機鬧鈴響起、伸手去觸碰屏幕時，還得先想壹想是不是沒剪指甲…這樣的體驗還是令人畏懼的。
首先還是需要劃定探討問題的範圍：我們所說的柔性顯示器或折疊屏究竟說的是什麽？如果按照不同的顯示面板技術來劃分，眾所周知，大方向上LCD和OLED都有自己的柔性發展路線——不過LCD柔性顯示器相對特殊，也不是我們探討手機折疊屏的主流技術。
從光電材料的角度來說，實際上不僅有LCD、OLED，電泳顯示技術（electrophoretic，即E-Ink）、Gyricon也都能做到柔性化，多見於電子書、電子紙。市面上已經存在不少此類柔性顯示產品，大多主打閱讀、書寫。但這也不是本文要探討的主體。
如今在手機、移動設備上相對熱門的柔性顯示、折疊屏技術，特指柔性OLED面板。 本文在談到折疊屏、柔性顯示時，若無特別說明則特指OLED。討論範圍明確了，另外壹個需要解決的問題是，柔性顯示和折疊屏這兩者是什麽關系？
通常認為柔性顯示技術的發展可以分成幾個不同的階段。第壹階段是固定曲率的柔性屏，即屏幕已經表現出曲面特性，但在最終產品形態上曲率是固定的、使用者不可控制的。這早在多年前就已經實現，以三星Galaxy系列手機為代表，華為近兩年的旗艦機也都采用這類所謂“3D曲面屏”；很多顯示器、電視產品也有此類設計。
第二階段是可彎曲、可卷曲顯示；第三階段是可折疊顯示；第四階段為可任意折疊拉伸的全柔性顯示。其中第二階段的可彎曲、卷曲屏幕，在很多顯示技術展會上都能看到，與第三階段的重要差異在於“彎曲半徑”明顯不同。展會上常能見到的可彎曲屏幕，彎折半徑是相對較大的（3~15mm）。而第三階段的可折疊，就意味著極小的彎曲半徑（0.5~3mm），技術層面的實現難度相比第二階段要大很多。
就彎曲半徑的角度來看，像三星Galaxy Fold這樣的內折屏幕，在面板技術難度上要大於華為Mate X的 外折 屏幕方案，因為前者的彎曲半徑是比後者明顯更小的。不過就整個產品的角度來說，後者在鉸鏈、結構設計方面有著更大的難度 ——這就不在本文的探討範圍內了。
由此可見，折疊屏是柔性顯示的某個高級階段，即便它並非最終形態。有關折疊屏在實際應用中的價值，這裏不再贅述：至少就移動設備產品來說，折疊屏本質上是將壹個屏幕更大的裝置放進口袋，提升可攜帶性。
要明白折疊屏為何如此脆弱，首先需要理解這種屏幕的結構，以及具體的制造方法。如今手機、電視常見的OLED顯示器為AMOLED面板，它在結構上包括了基板（substrate），陰極層（cathode）、有機分子層（包括發射層和導電層）、陽極層（anode）——這些整體構成了OLED frontplane；當然還需要TFT陣列層（薄膜晶體管）——這部分就是我們常說的backplane，本質上就是控制電路。
OLED的發光原理是電致發光（electro-phosphorescence）。在成為屏幕最終形態時，還需要對面板進行封裝；傳統手機AMOLED屏幕的上蓋板即為密封玻璃。
要將這樣的屏幕做成柔性形態，也就是要求每壹層都是可彎曲、可折疊的。這裏還沒有涉及到觸控面板、最外層保護材料之類的構成層級，它們也都需要可彎曲、可折疊。在大方向上，OLED frontplane和TFT backplane要做成可彎曲、可折疊形態，問題可能還不算特別大。但傳統AMOLED顯示屏的基板，以及上蓋板，外加屏幕最外層的保護層都是玻璃材料。
常規玻璃可彎曲幅度很小，所以起碼這幾層的材料必須更換為柔性材料——對使用者而言最直觀的就是外層不可能再用康寧的“大猩猩”（Goriall）玻璃。這也成為柔性顯示器制造的第壹大挑戰──基板及蓋板等的材料選擇；由於OLED面板的制造流程關系，基板的材料選擇實際上是十分受限的。
OLED面板制造至少需要經歷蝕刻、濺射、蒸鍍、切割等各種工序，材料需要耐受各種高溫、腐蝕環境；在柔性面板制造過程中，還有UV紫外光剝離這樣的流程，所以在材料的選擇上就有最基本的要求。
這裏可以單獨談壹談前文提到的TFT層，這層材料按照開關元件來分，現在相對流行的是LTPS（低溫多晶矽）與IGZO （銦鎵鋅氧化物）。LTPS是柔性顯示制造技術的主流，也是三星、京東方這些面板制造商開發柔性顯示器時普遍采用的方案。LTPS相比傳統方案（如a-Si）能夠以更低的溫度合成；不過即便是相對更低的溫度，也可能需要達到600℃ ，或者更低。
柔宇 科技 在此采用的是壹種名為ULT-NSSP （超低溫非晶矽半導體制程）的技術。按照柔宇的說法，這種更低溫的技術能夠進壹步降低成本——這似乎是柔宇在柔性顯示器開發上不同於其他面板廠商的路線，具體效果怎樣則是未知。無論如何，更低的溫度對生產制造商而言總是更有價值的。
相對來說，柔性面板的制造流程與傳統剛性OLED面板在前期階段是比較類似的；前期壹樣需要玻璃支撐層（Carrier Glass Panel），只是最終有壹個雷射剝離的過程，也就是將整個面板與玻璃支撐層分離。
在經過這麽多道工序，如前文提到TFT制造時的高溫，或相對高溫，仍可屹立不倒的材料著實不多。 既然難以選擇玻璃作為基板材料，卻仍需確保透光性，外加可彎曲、可折疊屬性，業界普遍采用的是PI （Polyimide，聚酰亞胺）——就是某種塑膠薄膜。當然其中還有壹些技術細節這裏無法細數，比如說玻璃基板可能需要采用PI鍍膜方案、支撐層與PI基板之間需要壹個剝離層（debonding layer）等。
實際上，超薄玻璃也是壹種可壹定程度彎曲的基板備選材料，玻璃畢竟具備更高的熱穩定性和更好的透明性，但仍然受限於可彎曲的程度。而除了基板材料的選擇，柔性面板還有壹些需要考慮的問題。
例如導電層的ITO （銦錫氧化物或其他導電聚合物材料），壹方面是要求更低溫度的制程，另壹方面在於ITO沈積在塑膠基板上，在拉伸應變方面可能導致很大的問題。再者TFT層也會受到可彎曲的影響，不僅外力可對其產生破壞，還在於其他層的熱膨脹/收縮產生的力，以及它對濕度非常敏感。TFT層除了前文提到如今比較普遍的LTPS，OTFT （有機薄膜晶體管）對柔性面板而言也是某種備選方案。
像彎曲這樣的動作，尤其當彎曲半徑小到對折的程度──想象將壹本書，沿著封面中間位置對折，對折後內圈的書頁和外圈的書頁的形變狀態就有差異；所有書頁為了適應這種彎曲對折，整本書不同位置壹定會產生不同程度的形變。屏幕也是多層結構，當然屏幕面板沒有書那麽厚，但面板各層材料、制程都有差異，可形變、熱膨脹特性等都有差異，這會為折疊動作產生不小的阻礙。
不難想像， 使用折疊屏手機時，折疊次數壹多便很容易產生膜層分離、膜層滑移，甚至直接脆裂的問題——就像壹本書對折後，不同書頁的位置關系與平整狀態下相比已經大不相同。於是折痕的問題便不難理解，即已產生的形變難以恢復——可能是表層材料無法恢復，也可能是其他層的材料。
在應對這些問題時，不同的面板制造商也有各自不同的解決方案。例如鈍化結構加入緩沖層（BL）、無機防水層、粘合層（AIL）等。軟性的緩沖層能夠很大程度抵消彎折過程中產生的力，並且縮小彎曲半徑。
在2020年3月份的柔宇發表會上，該公司提到建立智能力學模擬模型，形成材料力學參數資料庫——不同材料層的各種參數，並對材料物理特性進行模擬，配合實驗對比；通過這個模擬模型，就能找到更好的堆疊方案和材料選擇。
不過在折疊屏手機使用過程中，除了折疊動作本身帶來的破壞性，顯示、觸控故障很多時候又來自水、氧入侵面板內部，導致的嚴重問題。因為有機材料很容易發生氧化和水解。 所以對水氧的阻隔，對於柔性面板而言顯得尤為重要。
這就涉及到封裝技術了。如上文所述，傳統OLED屏幕和柔性屏幕在封裝要求上存在很大差異，前者的形態是固定的，而且應用於手機、電視這類終端產品後，面對的環境相對穩定；而後者由於柔性形態，封裝需要做到多方位的防護，尤其對於水、氧的阻隔。
這是 目前市面上販售的折疊屏手機，在使用過程中會出現屏幕部分顯示區域失效的主要原因；至少就現狀來看，柔性面板的封裝技術似乎還沒有那麽成熟。
多層薄膜封裝是比較常見的方案：多層薄膜通常會將無機層和有機層交替疊加，每個有機/無機層堆疊構成壹對；超過三對多層薄膜，則水氧阻隔性可提升3~4個等級，WVTR （水蒸氣透過量）也能相對應提升。有機層越薄，形成統壹均勻的層才越有利；與此同時，這種有機/無機對不應超過5對。總的來說，實際表現還是要看材料和制程。
三星采用壹種名為Barix的多層薄膜封裝技術——這是美國Vitex公司商用的壹種技術，如今在柔性薄膜封裝上的應用還是比較廣泛的。Barix多層薄膜能夠很大程度滿足壹些規格需求。Barix鍍膜的塑膠薄膜還可用作透明基板。
不過Barix技術也面臨壹些挑戰，比如早前存在濺射AlOx薄膜的壹些固有缺陷。這種技術還要求面板進出沈積室多達6次，而且成本也是比較高的。氧化物沈積是整個流程中極大限制了速度的壹個步驟——當然針對這壹問題的技術開發也壹直在持續中。在柔性OLED制造過程中，封裝成為占據整體成本很大比例的部分。
作者：黃燁鋒