2018-08-15 09:26:13 創(chuàng)事記 微博 作者： 麻省理工科技評論
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文/詹子嫻
來源：DeepTech深科技（mit-tr）
幾天前，三星在紐約隆重發(fā)表了新一代旗艦手機 Galaxy Note 9，但市場更關(guān)注的可能是另一個尚未曝光的神秘產(chǎn)品——可折疊屏幕手機。
三星電子移動通訊事業(yè)部總裁高東真（DJ Koh）在 Galaxy Note 9 發(fā)布會上，接受韓國媒體采訪時公開表態(tài)：三星正在研發(fā)廣受消費者喜歡的可折疊屏幕手機，并暗示“不會讓各界等太久”，因為三星不想把這個世界第一只可折疊屏幕手機的頭銜被別人搶走，這番話明顯是沖著華為來的。
圖丨三星電子移動通訊事業(yè)部總裁高東真
近來，三星及華為不約而同釋放出消息，內(nèi)部研發(fā)可折疊屏幕手機最快在今年底就會問世，三星在可折疊屏幕技術(shù)投入超過十年，華為則是傳出將采用國內(nèi)面板大廠京東方的方案，日前調(diào)研機構(gòu) IDC 公布今年第二季全球智能手機市場報告，華為正式超越蘋果，成為全球第二大手機制造商，僅次于三星，現(xiàn)在前兩大手機公司正在比速度，看誰能在這場折疊大戰(zhàn)搶下頭香。
先前韓國媒體就報道，研發(fā)可折疊面板技術(shù)多年的三星，原先內(nèi)部的策略是：不一定要搶全球第一的頭銜，但近來傳出華為要在今年 11 月發(fā)表可折疊面板手機，讓三星危機感大增，無法容忍遭中國企業(yè)超越，因此讓三星決定加速產(chǎn)品上市時間，很有可能在今年底前先讓產(chǎn)品亮相，才會上演這一場兩大巨頭的折疊大戰(zhàn)。
三星的十年征途
一塊屏幕像書本一樣，輕松的打開跟收合，一秒攤開，就能讓智能手機變成平板電腦，這種可折疊式屏幕（foldable display）的電子設備經(jīng)常出現(xiàn)在科幻電影中，不過在現(xiàn)實世界里，可折疊式屏幕手機很可能離我們已經(jīng)不遠。
圖丨可折疊式手機
關(guān)于可折疊屏幕手機的想法，已在產(chǎn)業(yè)醞釀很長一段時間，三星顯示（Samsung Display）投入可折疊屏幕技術(shù)至少 10 年，起初幾年在實驗室低調(diào)研究，到 2011 年三星將相關(guān)技術(shù)對外公開，在美國物理聯(lián)合會（AIP）出版的《應用物理學快報》（Applied Physics Letters）上發(fā)表了一篇研究文章，展示了由 2 塊 AMOLED 面板組成的可折疊顯示器原型。
當時，因為是原型機，產(chǎn)品看起來多少有點粗糙感，但是，屏幕對折起來時中間沒有明顯著折痕，而且對折的曲率半徑非常小，只有 1 毫米（mm）。通過折疊次數(shù) 10 萬次的測試后，屏幕中心（也就是折疊處）亮度約下降 6％，但人類肉眼對此細微差距不會有明顯感受，總體上仍可以說是一項很大的突破。
圖｜三星在 2011 年發(fā)表技術(shù)文章展示可折疊顯示器原型
該篇文章的共同作者 Hong Shik Shim 當時指出，“真正的商業(yè)化還有賴新工藝和新材料的開發(fā)，大約需要 1~2 年”。到那時，從該篇研究發(fā)表至今，歷經(jīng)了 7 年時間，可折疊屏幕遲遲還未商業(yè)化。不過，市場上仍不時傳出三星、蘋果要推出可折疊屏幕設備的消息，例如推出相關(guān)產(chǎn)品、正在克服量產(chǎn)問題、量產(chǎn)進度延遲、三星及蘋果申請了可折疊面板多項專利等。
而過去“只聞樓梯響，不見人下來”的情況很可能即將出現(xiàn)改變。三星在今年初的財報電話會議上，公開透露要推出可折疊屏幕手機，跟競爭對手做出差異化。
今年以來外電多次報道，三星的可折疊屏幕手機由 3 個 3.5 英寸的屏幕組成，另有一說是會采取內(nèi)折式（infolding）設計，折疊起來時為 4.5 英寸屏幕，打開后為 7.2 英寸，預計在 11 月開始量產(chǎn)，而且還會配合內(nèi)部研發(fā)專用的應用軟件和內(nèi)容，預計這款產(chǎn)品很可能在 2019 年 CES 或是 2019 年 MWC 正式亮相，并在 2019 年第一季開賣。
華為攜手京東方，不讓三星專美于前
近年來，華為在手機上的創(chuàng)新展現(xiàn)強烈企圖心，包括使用多顆鏡頭、搭載 AI 芯片等，今年 3 月外媒也披露華為向世界知識產(chǎn)權(quán)組織（WIPO）申請了可折疊屏幕手機的專利，從專利圖來看，華為構(gòu)思的方法為內(nèi)折式 infolding 屏幕，熒幕中間采連接鉸鏈設計。而市場盛傳華為的合作伙伴為京東方，兩家公司將合力打造一款開啟后屏幕為 8 英寸的可折疊屏幕手機，預計 11 月發(fā)布，2019 年開賣。很有可能搶下全球最早推出可折疊屏幕手機的頭銜。
京東方為國內(nèi)最大面板廠，為蘋果 Macbook 及 iPad 面板供應商，對于發(fā)展新一代的 OLED 技術(shù)不遺余力，除了一直希望能擴大打入蘋果 iPhone OLED 屏幕供應鏈，在可折疊面板技術(shù)也有所投入，幾個月前公開展示展示了 7.6 英寸可折疊 AMOLED 顯示屏，號稱可實現(xiàn)全球最小動態(tài)彎折，半徑僅為 1mm。
圖｜華為為可折疊面板手機申請專利
圖｜蘋果申請了不少關(guān)于可折疊屏幕技術(shù)的專利（圖片來源：www.patentlyapple.com）
這款神秘產(chǎn)品不是本文要討論的重點，而是要解構(gòu)可折疊式面板技術(shù)，就連全球面板龍頭的三星投入大量人力跟資金，10 年過去都還沒有走向量產(chǎn)，為什么可折疊式面板的設計、制造如此困難？DT 君不打算拋出一堆技術(shù)名詞，只用一張圖加上簡單明了的文字，讓大家能看懂這項科技。
過去：從 TFT LCD 到 AMOLED
在進入可折疊屏幕之前，必須先談主動有機發(fā)光二極體（AMOLED）和傳統(tǒng)的薄膜電晶體液晶顯示器（TFT LCD）。TFT LCD 的架構(gòu)是需要一個背光源（Backlight）產(chǎn)生光線，目前多使用 LED 做背光模組，光線投射出來后，依序穿透 TFT LCD 面板中的偏光板、玻璃基板、液晶層、彩色濾光片（Color Filter）等相關(guān)零部件，進入人眼成像，看見顏色和圖案。
AMOLED 則是近年興起的顯示技術(shù)，它的結(jié)構(gòu)比 TFT LCD 簡單，關(guān)鍵在于 OLED 能夠自發(fā)光，當電流通過，OLED 材料就會發(fā)出紅藍綠色，在不需要背光源、彩色濾光片的情況下，面板的整體架構(gòu)就變得相對單純。另一個特色是厚度輕薄，OLED 的生產(chǎn)是采鍍膜方式，把有機材料加熱升華、氣化并均勻沉積在基板上，而 TFT LCD 需要灌入液晶，使得厚度較厚。
圖丨三星的 AMOLED 屏幕
所以先撇除 AMOLED 可具有高 PPI（每英寸像素）、省電等特點，回到折疊這件事上，AMOLED 的兩個特點：面板結(jié)構(gòu)較簡單、以及厚度較薄，所以讓一件事變得可行：做成能彎曲或是可折疊的柔軟顯示器。就像是一本書與一張紙，折紙絕對比折書容易許多，所以傳統(tǒng) TFT LCD 無法做的軟性／柔性屏，AMOLED 可以做到，因此成為眾家業(yè)者競逐的新一代技術(shù)。
再進一步針對其“柔性”程度，也就是“可彎曲”的程度細分，初期有所謂的曲面（curved）結(jié)構(gòu)，像是 TFT LCD 曲面電視，主要是擴大觀眾的視覺感受，但曲面技術(shù)上并沒有根本性變化，屬于一種階段性產(chǎn)品，后來包括三星、LG、索尼都放棄投入更多資源，轉(zhuǎn)為全力進攻 OLED。
由于 OLED 的柔性特點，發(fā)展出可彎曲弧度更大的技術(shù)，像是近兩三年旗艦智能手機愛用的“可撓式”面板（flexible display），三星在 2014 年推出 GALAXY Note Edge 首創(chuàng)曲面?zhèn)冗厽赡�，把熒幕延伸到了�?cè)邊，而且可以獨立顯示。由于可撓的特性賦予設計產(chǎn)品時有更大的創(chuàng)意發(fā)揮空間，吸引更多手機業(yè)者跟進采用，像是 Apple Watch、iPhone X 的屏幕邊緣可以收得圓弧漂亮，就是采用可撓式面板。
圖丨GALAXY Note Edge
彎曲更大的則是“可折疊式”面板，甚至是“可卷曲”面板（rollable display），像是古書卷軸一般將電子屏幕卷起來，正因為彎曲的程度差異，有不同技術(shù)門檻得克服，本文則聚焦“可折疊式面板”的討論。
現(xiàn)在：拿掉玻璃，從硬變軟
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，必須改用其他結(jié)構(gòu)，所以制作可折疊屏幕的第一步就是以“軟性基板”取代原本的玻璃基板，軟性基板的選擇則有聚酯類塑膠如聚酰亞胺（PI，Polyimide）塑膠基板、或是金屬箔片，目前的主流為“PI 塑膠基板”，輕、薄且柔韌性佳。
硬式 AMOLED 的架構(gòu)，由下往上分別有玻璃基板、薄膜電晶體（TFT）背板、OLED 發(fā)光層、封裝玻璃、Touch Sensor、圓偏光片（CPL，Circular Polarizer）、以及屏幕保護玻璃（簡稱屏保玻璃）。其中，因屏保玻璃受惠最大的就是美國公司康寧，旗下生產(chǎn)的大猩猩玻璃因蘋果 iPhone 一戰(zhàn)成名，讓這家百年企業(yè)翻紅。
如果屏幕要變軟，而且可以折，就得把既有架構(gòu)中所有的玻璃換掉，所以可折疊 AMOLED 面板由下而上的架構(gòu)就變成：PI 塑膠基板、軟性 TFT 背板、OLED 發(fā)光層、觸控面板、CPL、屏保塑膠，以及再加上一個 Hard Coat，為一種增強被鍍材質(zhì)硬度的薄膜，才能達到耐刮、耐磨、耐沖擊。
下方左圖為 Rigid AMOLED（以三星 OCTA 架構(gòu)為例），右圖為 Foldable AMOLED。
（圖片來源：DT 君）
拿掉玻璃的挑戰(zhàn) 1：新材料
如果只是把所有玻璃改成塑膠就可以正常運作的話，那就天下太平，行業(yè)也不用花超過十年時間來研發(fā)，因為改用新材料，新問題就隨之而來。
第一個挑戰(zhàn)是耐溫性。由于 OLED 為有機元件，對大氣中的水氣及氧氣非常敏感，所以在制程中，高水氧阻隔一直是關(guān)鍵。
在硬式 AMOLED 面板的構(gòu)造中，AMOLED 上下方有玻璃，可以阻隔水氣及氧氣的穿透，AMOLED 側(cè)邊的空隙就使用 Frit Sealing，為一種可熔融玻璃，通過激光的方式把 Frit Sealing 與 AMOLED 的側(cè)邊和上下兩片玻璃熔融在一起，通過把 AMLOED 完全保護起來的方法，阻隔水氣及氧氣以防止對元件的傷害。
但是，換成塑膠后，問題就來了。比起玻璃，塑膠材料的耐高溫較差，也無法隔絕水氧氣，使得 AMOLED 非常容易損壞，因此在可折疊 AMOLED 面板的制程中，就無法使用 Frit Sealing 熔融，必須改為采用阻氣隔絕層（Gas Barrier）來實現(xiàn) AMOLED 阻水氧功能。
第二個問題是 CPL 必須變薄。如前所述，越厚的東西越難彎折。一般來說，硬式 AMOLED 面板整體厚度 1～2mm，可折疊 AMOLED 面板的厚度必須在 200 微米（μm）以內(nèi)，也就是只有硬式面板的十分之一，所以唯有靠元件“瘦身”來實現(xiàn)。
其中傳統(tǒng)的 CPL 厚度約 100～200μm（微米），對于 AMOLED 柔性應用是一項阻礙，所以行業(yè)也積極研發(fā)薄型的 CPL，必須瘦身約至 30μm 左右。
第三個挑戰(zhàn)是應力。可折疊屏幕是由許多材料層所構(gòu)成，折疊時，材料擠壓，容易受到應力（stress）影響而裂開。當材料受外力作用，內(nèi)部產(chǎn)生抵抗的力量，單位面積所受的內(nèi)力就是應力，因此如何控制每一層材料跟接觸面的應力，防止面板折疊時材料受損，就成了關(guān)鍵。
拿掉玻璃的挑戰(zhàn) 2：制程
在制作可折疊 AMOLED 面板時，底下會先有一個玻璃載板（Glass Carrier），在上面涂布 PI 材料，等待干燥后，就在上方疊加 AMOLED 及其他材料層，接著等 AMOLED 固化好之后，就利用激光或機械式取下等方式，把玻璃載板分離。
但因為 PI 材料在涂布時需要涂厚厚一層，待其干燥之后約剩下 10μm，所以 PI 材料表面容易產(chǎn)生諸多孔洞、不平整，所以在其上面制作的 AMOLED 的良率比較差。而這個制程每一家狀況不同，現(xiàn)有不同的修補方式，考驗各家業(yè)者的能力。
第二個大問題是靜電放電（ESD，Electro Static Discharge）。塑膠基材比玻璃容易產(chǎn)生靜電，由于電子元件都很怕靜電，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，所以在塑膠機材上制作的 AMOLED 就很容易受到靜電傷害。所以上述兩大制程難題是目前可折疊式面板生產(chǎn)良率較差的原因。
讀到這里，就能明白可折疊屏幕是一項很復雜的技術(shù)，“因為只有 AMOLED 不變之外，其他采用的材料跟零部件幾乎都換掉，”專門研究柔性屏的臺灣工業(yè)技術(shù)研究院電子與光電系統(tǒng)研究所副所長李正中指出，他進一步評估：“目前可折疊 AMOLED 面板的生產(chǎn)良率可能只有硬式 OLED 面板的一半而已。”這也就是為什么盡管不少面板廠都曾對外展示可折疊面板的原型，但卻沒有一家實際進入量產(chǎn)階段。
內(nèi)折或外折，哪個技術(shù)比較厲害？
目前三星顯示及 LG Display（LGD）是可折疊式面板相關(guān)技術(shù)全球?qū)＠麛?shù)量排名前兩大業(yè)者，市場盛傳，蘋果對可折疊面板同樣很有興趣，欽點 LGD 作為可折疊式 iPhone 的合作伙伴。在國內(nèi)則有京東方、天馬、柔宇科技、維信諾等業(yè)者投入可撓式、可折疊式面板的開發(fā)，其中京東方與華為合作，小米及 OPPO 也在開發(fā)折疊屏手機。
各大面板廠幾乎都曾展示過可折疊面板的原型，但展示歸展示，想要評估哪家業(yè)者的技術(shù)領(lǐng)先，除了量產(chǎn)能力是一個參考點之外，DT 君提出幾個指標：
首先，是內(nèi)折（infolding）還是外折（out-folding）。內(nèi)折式是屏幕向內(nèi)進行折疊，就像一般的書，或是早期的掀蓋手機一樣，打開之后看到內(nèi)容。而外折設計則是屏幕暴露在外，就像現(xiàn)今大多數(shù)的智能手機一樣，熒幕直接對外。
由于外折式設計是屏幕顯示在最外頭，容易與外物接觸，因此在耐刮、耐摩擦、耐沖擊三大要點的要求會比內(nèi)折式來得高出許多，故行業(yè)人士普遍認為，外折的技術(shù)難度高，當廠商可以做出外折式面板，技術(shù)實力理應相對較強，但也因為外折較難做，所以內(nèi)折式進入量產(chǎn)階段的時間會比較快。
圖｜傳蘋果有意推出可折疊 iPhone（圖片來源：www.patentlyapple.com）
第二個評估點則是曲率半徑以及彎折之后的機械強度。當一結(jié)構(gòu)物，特別是承受外力而產(chǎn)生彎曲時，對結(jié)構(gòu)物上任何一點表明其彎曲度的量度，稱為曲率，其倒數(shù)稱之為曲率半徑，用來衡量彎曲的程度。
例如有業(yè)者的屏幕可以被卷曲成半徑為 10 mm，有些則可以達到 5mm、3mm、甚至是 1mm。李正中指出，目前業(yè)界對于可折疊式 AMOLED 面板曲率半徑的要求是 3mm，同時可折疊次數(shù)至少要經(jīng)過 20 萬次的測試，未來彎折度必須達到 1mm 是毋庸置疑的。因此，通過多少次折疊測試，以及耐刮、耐摩擦、耐沖擊的能力，是另一個評估技術(shù)孰優(yōu)孰劣的關(guān)鍵。
圖｜硬式、可撓式、可折疊式面板成長性（圖片來源：DSCC）
未來：供應鏈強弱重新洗牌
當手機進入觸控時代，蘋果開始稱王之外，玻璃成了關(guān)鍵零組件，也讓康寧、日本的旭硝子（AGC）跟著受惠，但從上述探討可折疊屏幕的架構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)一件事：玻璃基板跟保護玻璃都將被柔性基板及屏保塑膠取代，因此供應鏈的強弱變化也是一個非常值得關(guān)注的議題，過去康寧因玻璃而成為贏家，未來進入可折疊面板、甚至是可卷曲面板后，就會有新的贏家出現(xiàn)。
業(yè)界人士透露，特別是柔性基板、化學材料業(yè)者會是受惠最多的一方，以往他們產(chǎn)品應用多局限在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，或是軟性印刷電路板（Flexible PCB）等領(lǐng)域，但在可折疊屏幕時代，這些材料是不可缺少的關(guān)鍵零組件，例如全球最大的聚酰亞胺（PI）大廠杜邦（Dupont）、日本的宇部興產(chǎn)（UBE）都是 PI 薄膜（PI Film）的主要供應商，另外，日本的住友化學則是開發(fā)可以取代目前覆蓋于手機熒幕之上屏保玻璃的屏保樹脂。
可折疊式面板不論是材料或工序都相當復雜，為什么業(yè)者還要花這么多功夫來做？因為從“實際”的需求面和“被創(chuàng)造出來”的需求面來看，是一個必然趨勢。
從市場需求面來看，消費者已經(jīng)習慣了大熒幕，幾年前三星率先推出 5、6 英寸的大屏幕智能手機時，市場并不看好，已故的蘋果創(chuàng)辦人喬布斯在當時還親口說出“沒人會去買大手機”（No one is going to buy a big phone）這句話來諷刺三星，但事后證明，三星大屏幕的 Note 系列熱銷，而且整個行業(yè)都轉(zhuǎn)向了大屏幕，就連蘋果也不得不讓 iPhone 尺寸變大。
以往消費者在手機看數(shù)字、文字，進化成看圖片，現(xiàn)在更是進入視頻時代，體驗過大屏幕的舒適就無法再回頭了，所以現(xiàn)在手機行業(yè)都在搞全面屏，但是全面屏有一定的極限，而且手機尺寸不可能一直無限放大下去，會犧牲輕便性和移動性，而可折疊面板就成了一個解藥，屏幕一秒放大。
從另一個角度來看，這是消費電子產(chǎn)品業(yè)者的新機會。隨著消費者更換智能手機的頻率不如以往快速，市場成長動能漸失，由于可折疊式面板手機可提供一機多用（手機＋平板，未來甚至有可能變筆記本）的特色，不少行業(yè)人士認為，可折疊面板設備創(chuàng)新的設計，很有可能重演一波大換機潮，就像過去從功能型手機進化到智能型手機一樣，率先推出的業(yè)者除了可以對外展現(xiàn)其領(lǐng)先的技術(shù)實力外，更能在第一時間搶到市場。
不過，不論是三星或華為的可折疊產(chǎn)品的出貨量應該都只是小量，因為短期來看，可折疊面板因良率不佳，導致成本仍偏高，所以對業(yè)者而言，展現(xiàn)自家技術(shù)實力以及測試市場水溫的意義會遠大于實際的出貨量，專攻面板行業(yè)的調(diào)研機構(gòu) DSCC 就預估，可折疊式 OLED 手機面板在 2018 年“小量”出貨，到了 2020 年出貨量大約 1 億組，占整體手機份額的 5％左右。
圖｜硬式、可撓式、可折疊式面板出貨預估（資料來源：DSCC）
但無論如何，不論是行業(yè)或消費者對于可折疊式面板手機都有蠻高的期待，只要有一家手機公司開始推出商業(yè)化產(chǎn)品，其他業(yè)者勢必得跟上，就像現(xiàn)在不講產(chǎn)品搭載 AI 芯片就顯得很落后一樣，因此，可折疊式面板手機推出的那天，將代表手機行業(yè)另一個新時代的到來。
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