震撼！最新手机科技横空出世，OLED产业数十年

智能手机能像书本一样可打开跟阖上，屏幕一秒变大，立刻变成平板电脑，今年，手机及面板行业最重要的大事非“可折叠显示屏”莫属。这种可折叠屏幕的想法在产业已酝酿很长一段时间，三星显示（SamsungDisplay）投入研发已经超过 10 年，终于，2019 年，三星跟华为带来了可折叠屏手机的商用元年。

可折叠面板不论是材料开发或工序都相当复杂，但消费者追求更大屏幕，加上 2020 年陆续走进 5G 时代，4K、8K 高分辨率的视频传输可望走向普及，另外，传统智能手机的发展已有瓶颈，市场成长性消失，手机业者产希望凭藉可折叠手机“一机多用”的特色刺激消费者采购，创造新一轮的大换机潮，因此，可折叠屏幕是必然趋势。

但是，预期今年的可折叠式手机受到价格高、外观不够轻薄、软件操作及应用程序体验尚未完善等影响，初期市场很有限，各家出货量小，尽管华为消费者业务手机产品线总裁何刚指出，预计 Mate X 的月产能可达到 10 万台以上。但由于 Mate X 可能要到下半年才会开始真正出货，加上价格偏高，因此市场预估华为 2019 年度 Mate X 出货量为 20 万台，三星的 Galaxy Fold 预估出货量为 100 万台，以全球前二大手机厂一年出货量 3 亿台跟 2 亿台来看，是非常小的比例。

韩国 OLED 研究机构 UBI Research 指出，2019 年折叠式 OLED 市场仅为 4.8 亿美元，预计到 2023 年将增长到 246 亿美元。 UBI Research 首席执行官 Yi Choong-hoon 表示，可折叠 OLED 市场的快速增长是由于 7 英寸和更大尺寸的智能手机能够支持 4K 分辨率，成为 5G 通信时代的必备产品。OLED 面板制造商的价值将取决于可折叠 OLED 能否成功量产。

Part 1：OLED 如何制成可折叠？

目前面板行业有两大主流技术：传统的薄膜电晶体液晶显示器（TFT LCD）以及有机发光二极体（OLED），后者又包括刚性的 Rigid OLED 以及柔性的 OLED，后者依据弯曲程度的大小，又分为可挠曲（Flexible）、可折叠（Foldable）、可卷曲（Rollable）三种。

如何把刚性的 OLED 变成可折叠 OLED？一言以敝之：在面板架构中舍弃玻璃，以及改用柔性材料，包括底层的基板、触控面板材料、屏幕盖板等。

Part 2：制程需要做什么改变？

由于 OLED 对水气及氧气非常敏感，高水氧阻隔一直是制程的关键。

刚性 OLED 作法：玻璃封装：以玻璃作为阻隔水、氧穿透的主要基板，上下层各有玻璃，侧边则有 Frit Sealing 玻璃，再以激光把侧边和上下两片玻璃熔融在一起。

玻璃封装方式无法满足柔性 OLED 结构需求，取而代之的是软性封装（Flexible Encapsulation）技术，包含阻水气、薄膜封装（TFE，Thin Film Encapsulation）技术。

可折叠 OLED 作法：软性封装：受制于塑胶基板的耐温度及隔绝水氧的效果比玻璃差，必须在软性 TFT 基板（Flexible TFT Backplane）以及软性上盖板（Flexible Front Plate）增加阻水阻气隔绝层（Gas Barrier），同时，在 OLED 发光层上也会采用薄膜封装技术来保护 OLED，或是采取跟软性上盖板搭配的边缘封装（Edge Sealing）技术。

另外，还有一种混和封装（Hybrid Encapsulation）：融合 TFE 与阻挡膜（Barrier Film）技术，但因生产成本较高昂，阻挡膜厚度较厚，灵活度相对受限，因此面板厂多选择发展 TFE 封装技术。

Part 3：新材料及关键材料有哪些？

刚性的 Rigid OLED 采用“玻璃”作为阻隔水、氧气的基板，但进入柔性 OLED 面板结构时，玻璃已不适用，尤其是可折叠 OLED 比可挠曲 OLED 的要求更多，因此，新材料的使用需求随之而生，同时一些既有的关键材料也必须因应可折叠的特色进行改造。

一、PI 基板及 CPI 膜。柔性基板主要有三种材料：塑胶、金属箔（Metal Foil）、柔性玻璃。一般玻璃为刚性，无法弯折，但保护玻璃大厂康宁投入研发可弯曲玻璃 Willow Glass 数年，去年也对外展示其研发的可折叠显示屏玻璃，但距离实际商用化仍有落差。

因此，目前在底层的基板部分，行业选择采用塑胶类基板，主流为聚醯亚胺（PI）基板，另外在上层的屏幕保护塑胶部分，可采用无色聚醯亚胺（CPI，Colorless Polyimide）膜，如三星的可折叠屏手机采用 PI 基板，供应商为日本的住友化学

二、可弯折的触控面板：ITO 替代材料，金属网格及银纳米线受瞩目。铟锡氧化物（ITO，Indium Tin Oxide）具有良好的导电性与透光性，已用于大多数的触摸屏中，但 ITO 触控线路受固有的脆性影响，在数次弯曲或较大幅度弯折后，电阻率（resistivity）会急剧上升，致使触控功能失效，另外 ITO 在弯折時也容易断裂，因此需要 ITO 替代材料。

目前替代材料有几项技术：金属网格（Metal Mesh）、银纳米线（Silver Nanowires）、碳纳米管技术（Carbon Nanotube）、导电聚合物技术（PEDOT／PSS）等，其中目前具高量产性的为金属网格及银纳米线，行业也分为这两大阵营。

金属网格是在塑胶薄膜上压制导电金属网格图案，以其折叠能力而闻名，据传已用于三星的可折叠手机。但缺点是金属线宽较粗，在高图元下摩尔纹（Moiré pattern）效益明显，即在图像上出现波纹，因此金属网格图样的线宽必须下降到 1um 左右。

银纳米线是将银纳米线墨水材料涂抹在塑胶基板上，利用激光光刻技术，刻画制成具有纳米级别银线导电网络图案的导电薄膜，透过单体散布中彼此的交错重叠来完成导电性，没有摩尔纹干涉问题，但会有较严重的漫反射，即雾度（Haze）问题，因此银线墨水的涂布均匀性非常关键。另外，金属自身并不透光，采用这两者技术的触控模组产品的透光性将依赖于非金属区域面积。

三、光学透明粘合胶（OCA，Optically Clear Adhesive）。OCA 为触控屏中用于多道贴合制程的重要材料，如两张 ITO 导电薄膜（ITO Film）的对贴、ITO Film 跟保护玻璃的贴合、将触控模组跟显示屏贴合变成触控显示模组等，目前业者需针对可折叠式面板的高耐弯曲需求推出相对应方案。

四、圆偏光片（CPL）。一般来说，硬式 OLED 面板整体厚度 1～2 毫米（mm），可折叠 OLED 面板的厚度必须在 200 微米（μm）以内，为硬式面板的十分之一，但传统的 CPL 厚度约 150μm，对于 OLED 柔性应用是一项阻碍，所以行业正积极研发薄型的 CPL，必须瘦身约至 30μm 左右。

五、多轴精密铰链／轴承（Hinge）。可折叠屏幕手机在屏幕折叠处的设计大约有两种方式，一种是采取铰链的机构件设计，二是不使用铰链，而是利用磁吸式结构、以及类似魔术贴、钩和凹口等结构来配合，目前不论是柔宇、三星或华为都是采用铰链式设计。

铰链／轴承这类的机构件其实应用在很多的消费性电子产品，特别是笔记本（开阖屏幕）、桌上型显示屏或是电视（调整屏幕上下的角度），但用于可折叠屏幕手机的方案则完全不同于笔记本及显示屏，必须开发全新的结构。

六、可挠式电池？之所以打问号，在于不必非得使用可挠式电池，可以延续现有手机的设计，将电池置放在其中一端或两端的屏幕下，使用传统的手机软包锂电池即可。

Part 4：量产的挑战有哪些？

一、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。应力是指当材料受外力作用，内部产生抵抗的力量，单位面积所受的内力。为了实现该技术，必須防止面板折叠时材料受损，包括控制每一层材料跟接触面（折叠区域）的应力，选择合适的基板，确定理想的堆叠结构，以及优化剥离过程，都是关键挑战。

二、PI 基板孔洞的修补。制作可折叠 OLED 面板时，会先在 Carrier 在上面涂布 PI 材料，涂布时需要涂上厚厚一层 ，待其干燥之后约剩下 10μm，故 PI 材料表面容易产生诸多孔洞、不平整，所以在其上面制作 OLED 的良率比较差，此这个制程每一家面板厂有不同的修补方式，考验各家业者的技术高下。

三、静电放电（ESD，Electro Static Discharge）。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，但塑胶基材比玻璃更容易产生静电，在塑胶基材上制作的 OLED 很容易受到静电伤害，为导致折叠式面板生产良率低的原因之一。

四、因折叠而引起面板特性变化。可折叠 OLED 显示屏比一般柔性 OLED 有更复杂的结构，必须克服由折叠所引起的各种面板特性的变化也就更大，特别是克服 TFT 电阻变化的补偿电路技术、折叠和展开屏幕时所需的弹性，均是典型的技术难点。

五、曲率半径。业界通常以“R 角”来表达面板可弯曲的程度，例如 LG 在 2017 年开发出 2.5R 的可折叠面板，三星在去年展示的可折叠屏幕手机的原型则是 1.5R，另外，柔宇、三星及华为则没有透露其量产可折叠屏手机的曲率半径。

目前行业的共识是要量产的可折叠式手机至少得在 3.0R 以下，长远的目标是达到 1.0R，就几乎可完全服贴对折，因此折叠曲率半径不仅是面板量产上的考量重点，更是评估各面板厂技术水准高低的指标之一。

此外，折叠方式分有“外折”（outfolding）及“内折”（infolding），至于哪一个工艺比较难，行业则存在不同意见，DT 君咨询行业人士时，有人认为，外折设计是屏幕显示在最外头，容易与外物接触，在耐刮、耐摩擦、耐冲击三大要点的要求比内折式高出许多，故外折的技术难度高；但有另一派意见认为，内折的曲率半径较小，生产难度较高。目前看来，外折、内折孰优孰劣未有定论，但已经成为各家业者宣传自家产品比对手厉害的话题。

六、弯折次数跟速度：折叠除了涉及面板与机构件、软件的连动整合外，弯折之后的机械强度亦是挑战，DT 君采访了铰链／轴承制造商，业者透露已跟多家大陆手机品牌展开合作开发，并正准备专利申请。目前已知的是华为 Mate X 铰链供应商为***零部件厂奇鋐。

过去笔记本屏幕的开阖测试标准常规为 2～3 万次（依机种不同），可折叠屏手机至少得达到 20 万次，因此业者正在开发高耐久度的铰链，使得显示图像质量和表面不会出现异常，另外弯折的速度也必须考量进去。

Part 5：可折叠屏幕手机供应链？

在 OLED 面板领域，韩国及中国占据重要角色，不过在材料部分，日本明显居领跑地位，重要供应商集中在日本，其他则有美国及韩国。