欢迎关注“创事记”的微信订阅号：sinachuangshiji 文/小豪 来源：脑极体（unity007） 经常在网上寻找BT下载种子的朋友们一定非常熟悉这个名字：海盗湾。 作为世界上最大的盗版资源网站，海盗湾2003年初一成立，就立刻在互联网圈儿里声名四起。在2009年运营者被瑞典逮捕之前，其注册用户就已经超过了300万人，BT种子制作者则高达1500万人，月访问量则超过了） 这款神秘产品不是本文要讨论的重点，而是要解构可折叠式面板技术，就连全球面板龙头的三星投入大量人力跟资金，10 年过去都还没有走向量产，为什么可折叠式面板的设计、制造如此困难？DT 君不打算抛出一堆技术名词，只用一张图加上简单明了的文字，让大家能看懂这项科技。 过去：从 TFT LCD 到 AMOLED 在进入可折叠屏幕之前，必须先谈主动有机发光二极体（AMOLED）和传统的薄膜电晶体液晶显示器（TFT LCD）。TFT LCD 的架构是需要一个背光源（Backlight）产生光线，目前多使用 LED 做背光模组，光线投射出来后，依序穿透 TFT LCD 面板中的偏光板、玻璃基板、液晶层、彩色滤光片（Color Filter）等相关零部件，进入人眼成像，看见颜色和图案。 AMOLED 则是近年兴起的显示技术，它的结构比 TFT LCD 简单，关键在于 OLED 能够自发光，当电流通过，OLED 材料就会发出红蓝绿色，在不需要背光源、彩色滤光片的情况下，面板的整体架构就变得相对单纯。另一个特色是厚度轻薄，OLED 的生产是采镀膜方式，把有机材料加热升华、气化并均匀沉积在基板上，而 TFT LCD 需要灌入液晶，使得厚度较厚。图丨三星的AMOLED 屏幕 所以先撇除 AMOLED 可具有高 PPI（每英寸像素）、省电等特点，回到折叠这件事上，AMOLED 的两个特点：面板结构较简单、以及厚度较薄，所以让一件事变得可行：做成能弯曲或是可折叠的柔软显示器。就像是一本书与一张纸，折纸绝对比折书容易许多，所以传统 TFT LCD 无法做的软性／柔性屏，AMOLED 可以做到，因此成为众家业者竞逐的新一代技术。 再进一步针对其“柔性”程度，也就是“可弯曲”的程度细分，初期有所谓的曲面（curved）结构，像是TFT LCD 曲面电视，主要是扩大观众的视觉感受，但曲面技术上并没有根本性变化，属于一种阶段性产品，后来包括三星、LG、索尼都放弃投入更多资源，转为全力进攻 OLED。 由于 OLED 的柔性特点，发展出可弯曲弧度更大的技术，像是近两三年旗舰智能手机爱用的“可挠式”面板（flexible display），三星在 2014 年推出 GALAXY Note Edge 首创曲面侧边荧幕，把荧幕延伸到了侧边，而且可以独立显示。由于可挠的特性赋予设计产品时有更大的创意发挥空间，吸引更多手机业者跟进采用，像是Apple Watch、iPhone X 的屏幕边缘可以收得圆弧漂亮，就是采用可挠式面板。图丨GALAXY Note Edge 弯曲更大的则是“可折叠式”面板，甚至是“可卷曲”面板（rollable display），像是古书卷轴一般将电子屏幕卷起来，正因为弯曲的程度差异，有不同技术门槛得克服，本文则聚焦“可折叠式面板”的讨论。 现在：拿掉玻璃，从硬变软 要做到可折、甚至是可卷，以往硬式 AMOLED 面板（Rigid AMOLED）采用“玻璃基板”的方式就行不通，必须改用其他结构，所以制作可折叠屏幕的第一步就是以“软性基板”取代原本的玻璃基板，软性基板的选择则有聚酯类塑胶如聚酰亚胺（PI，Polyimide）塑胶基板、或是金属箔片，目前的主流为“PI 塑胶基板”，轻、薄且柔韧性佳。 硬式 AMOLED 的架构，由下往上分别有玻璃基板、薄膜电晶体（TFT）背板、OLED 发光层、封装玻璃、Touch Sensor、圆偏光片（CPL，Circular Polarizer）、以及屏幕保护玻璃（简称屏保玻璃）。其中，因屏保玻璃受惠最大的就是美国公司康宁，旗下生产的大猩猩玻璃因苹果 iPhone 一战成名，让这家百年企业翻红。 如果屏幕要变软，而且可以折，就得把既有架构中所有的玻璃换掉，所以可折叠 AMOLED 面板由下而上的架构就变成：PI 塑胶基板、软性 TFT 背板、OLED 发光层、触控面板、CPL、屏保塑胶，以及再加上一个 Hard Coat，为一种增强被镀材质硬度的薄膜，才能达到耐刮、耐磨、耐冲击。 下方左图为 Rigid AMOLED（以三星 OCTA 架构为例），右图为 Foldable AMOLED。（图片来源：DT 君） 拿掉玻璃的挑战 1：新材料 如果只是把所有玻璃改成塑胶就可以正常运作的话，那就天下太平，行业也不用花超过十年时间来研发，因为改用新材料，新问题就随之而来。 第一个挑战是耐温性。由于 OLED 为有机元件，对大气中的水气及氧气非常敏感，所以在制程中，高水氧阻隔一直是关键。 在硬式 AMOLED 面板的构造中，AMOLED 上下方有玻璃，可以阻隔水气及氧气的穿透，AMOLED 侧边的空隙就使用 Frit Sealing，为一种可熔融玻璃，通过激光的方式把 Frit Sealing 与 AMOLED 的侧边和上下两片玻璃熔融在一起，通过把 AMLOED 完全保护起来的方法，阻隔水气及氧气以防止对元件的伤害。 但是，换成塑胶后，问题就来了。比起玻璃，塑胶材料的耐高温较差，也无法隔绝水氧气，使得 AMOLED 非常容易损坏，因此在可折叠 AMOLED 面板的制程中，就无法使用 Frit Sealing 熔融，必须改为采用阻气隔绝层（Gas Barrier）来实现 AMOLED 阻水氧功能。 第二个问题是 CPL 必须变薄。如前所述，越厚的东西越难弯折。一般来说，硬式 AMOLED 面板整体厚度 1～2mm，可折叠 AMOLED 面板的厚度必须在 200 微米（μm）以内，也就是只有硬式面板的十分之一，所以唯有靠元件“瘦身”来实现。 其中传统的 CPL 厚度约 100～200μm（微米），对于 AMOLED 柔性应用是一项阻碍，所以行业也积极研发薄型的 CPL，必须瘦身约至 30μm 左右。 第三个挑战是应力。可折叠屏幕是由许多材料层所构成，折叠时，材料挤压，容易受到应力（stress）影响而裂开。当材料受外力作用，内部产生抵抗的力量，单位面积所受的内力就是应力，因此如何控制每一层材料跟接触面的应力，防止面板折叠时材料受损，就成了关键。 拿掉玻璃的挑战 2：制程 在制作可折叠 AMOLED 面板时，底下会先有一个玻璃载板（Glass Carrier），在上面涂布 PI 材料，等待干燥后，就在上方叠加 AMOLED 及其他材料层，接着等 AMOLED 固化好之后，就利用激光或机械式取下等方式，把玻璃载板分离。 但因为 PI 材料在涂布时需要涂厚厚一层，待其干燥之后约剩下 10μm，所以 PI 材料表面容易产生诸多孔洞、不平整，所以在其上面制作的 AMOLED 的良率比较差。而这个制程每一家状况不同，现有不同的修补方式，考验各家业者的能力。 第二个大问题是静电放电（ESD，Electro Static Discharge）。塑胶基材比玻璃容易产生静电，由于电子元件都很怕静电，ESD 是造成大多数的电子元件或电子系统故障与损坏的原因，所以在塑胶机材上制作的 AMOLED 就很容易受到静电伤害。所以上述两大制程难题是目前可折叠式面板生产良率较差的原因。 读到这里，就能明白可折叠屏幕是一项很复杂的技术，“因为只有 AMOLED 不变之外，其他采用的材料跟零部件几乎都换掉，”专门研究柔性屏的台湾工业技术研究院电子与光电系统研究所副所长李正中指出，他进一步评估：“目前可折叠 AMOLED 面板的生产良率可能只有硬式 OLED 面板的一半而已。”这也就是为什么尽管不少面板厂都曾对外展示可折叠面板的原型，但却没有一家实际进入量产阶段。 内折或外折，哪个技术比较厉害？ 目前三星显示及 LG Display（LGD）是可折叠式面板相关技术全球专利数量排名前两大业者，市场盛传，苹果对可折叠面板同样很有兴趣，钦点 LGD 作为可折叠式 iPhone 的合作伙伴。在国内则有京东方、天马、柔宇科技、维信诺等业者投入可挠式、可折叠式面板的开发，其中京东方与华为合作，小米及 OPPO 也在开发折叠屏手机。 各大面板厂几乎都曾展示过可折叠面板的原型，但展示归展示，想要评估哪家业者的技术领先，除了量产能力是一个参考点之外，DT 君提出几个指标： 首先，是内折（infolding）还是外折（out-folding）。内折式是屏幕向内进行折叠，就像一般的书，或是早期的掀盖手机一样，打开之后看到内容。而外折设计则是屏幕暴露在外，就像现今大多数的智能手机一样，荧幕直接对外。 由于外折式设计是屏幕显示在最外头，容易与外物接触，因此在耐刮、耐摩擦、耐冲击三大要点的要求会比内折式来得高出许多，故行业人士普遍认为，外折的技术难度高，当厂商可以做出外折式面板，技术实力理应相对较强，但也因为外折较难做，所以内折式进入量产阶段的时间会比较快。图｜传苹果有意推出可折叠 iPhone（图片来源：） 第二个评估点则是曲率半径以及弯折之后的机械强度。当一结构物，特别是承受外力而产生弯曲时，对结构物上任何一点表明其弯曲度的量度，称为曲率，其倒数称之为曲率半径，用来衡量弯曲的程度。 例如有业者的屏幕可以被卷曲成半径为 10 mm，有些则可以达到 5mm、3mm、甚至是 1mm。李正中指出，目前业界对于可折叠式 AMOLED 面板曲率半径的要求是 3mm，同时可折叠次数至少要经过 20 万次的测试，未来弯折度必须达到 1mm 是毋庸置疑的。因此，通过多少次折叠测试，以及耐刮、耐摩擦、耐冲击的能力，是另一个评估技术孰优孰劣的关键。图｜硬式、可挠式、可折叠式面板成长性（图片来源：DSCC） 未来：供应链强弱重新洗牌 当手机进入触控时代，苹果开始称王之外，玻璃成了关键零组件，也让康宁、日本的旭硝子（AGC）跟着受惠，但从上述探讨可折叠屏幕的架构，可以发现一件事：玻璃基板跟保护玻璃都将被柔性基板及屏保塑胶取代，因此供应链的强弱变化也是一个非常值得关注的议题，过去康宁因玻璃而成为赢家，未来进入可折叠面板、甚至是可卷曲面板后，就会有新的赢家出现。 业界人士透露，特别是柔性基板、化学材料业者会是受惠最多的一方，以往他们产品应用多局限在传统产业，或是软性印刷电路板（Flexible PCB）等领域，但在可折叠屏幕时代，这些材料是不可缺少的关键零组件，例如全球最大的聚酰亚胺（PI）大厂杜邦（Dupont）、日本的宇部兴产（UBE）都是 PI 薄膜（PI Film）的主要供应商，另外，日本的住友化学则是开发可以取代目前覆盖于手机荧幕之上屏保玻璃的屏保树脂。 可折叠式面板不论是材料或工序都相当复杂，为什么业者还要花这么多功夫来做？因为从“实际”的需求面和“被创造出来”的需求面来看，是一个必然趋势。 从市场需求面来看，消费者已经习惯了大荧幕，几年前三星率先推出 5、6 英寸的大屏幕智能手机时，市场并不看好，已故的苹果创办人乔布斯在当时还亲口说出“没人会去买大手机”（No one is going to buy a big phone）这句话来讽刺三星，但事后证明，三星大屏幕的 Note 系列热销，而且整个行业都转向了大屏幕，就连苹果也不得不让 iPhone 尺寸变大。 以往消费者在手机看数字、文字，进化成看图片，现在更是进入视频时代，体验过大屏幕的舒适就无法再回头了，所以现在手机行业都在搞全面屏，但是全面屏有一定的极限，而且手机尺寸不可能一直无限放大下去，会牺牲轻便性和移动性，而可折叠面板就成了一个解药，屏幕一秒放大。 从另一个角度来看，这是消费电子产品业者的新机会。随着消费者更换智能手机的频率不如以往快速，市场成长动能渐失，由于可折叠式面板手机可提供一机多用（手机＋平板，未来甚至有可能变笔记本）的特色，不少行业人士认为，可折叠面板设备创新的设计，很有可能重演一波大换机潮，就像过去从功能型手机进化到智能型手机一样，率先推出的业者除了可以对外展现其领先的技术实力外，更能在第一时间抢到市场。 不过，不论是三星或华为的可折叠产品的出货量应该都只是小量，因为短期来看，可折叠面板因良率不佳，导致成本仍偏高，所以对业者而言，展现自家技术实力以及测试市场水温的意义会远大于实际的出货量，专攻面板行业的调研机构 DSCC 就预估，可折叠式 OLED 手机面板在 2018 年“小量”出货，到了 2020 年出货量大约 1 亿组，占整体手机份额的 5％左右。图｜硬式、可挠式、可折叠式面板出货预估（资料来源：DSCC） 但无论如何，不论是行业或消费者对于可折叠式面板手机都有蛮高的期待，只要有一家手机公司开始推出商业化产品，其他业者势必得跟上，就像现在不讲产品搭载 AI 芯片就显得很落后一样，因此，可折叠式面板手机推出的那天，将代表手机行业另一个新时代的到来。 麻省理工科技评论 源自麻省理工学院，关注即将商业化的创新，聚焦即将资本化的创业。