数字显示模块原理图绘制（柔性显示随形方圆）

数字显示模块原理图绘制（柔性显示随形方圆）柔性模组叠层结构包括表面性能外观功能层、基本显示功能层和整机结构匹配的机械功能层。折叠产品所被关注的重点性能主要归结到折叠模组上，具体表现为折叠模组的弯折、落球、笔跌以及铅笔硬度。折叠模组叠层结构设计通常包含功能叠层设定、材料选型、应力仿真分析等设计流程，再结合一系列的叠层结构验证，进行迭代优化，确定最优弯折叠层结构。可折叠模组材料的可弯折性是实现产品折叠规格的基础。柔性折叠模组作为折叠产品最核心的显示部件，其显示性能、外观效果、防护强度以及触摸手感等直接影响到用户体验。柔性显示屏的应用广泛，包括从早期 Galaxy S6 Edge 及 Note7 以后的曲面屏设计，到近年来炙手可热的折叠屏手机，不同的产品规格，需要进行相应的柔性模组结构设计及开发，表 1 给出了一个基本的模组叠层结构。引言显示技术是万物互联时代重要的信息载体，相比于刚性显示，柔性显示的吸引力在于能够弯曲，从而可以折叠或展

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本文作者：

李俊峰，维信诺科技股份有限公司

李潇，海信视像科技股份有限公司

引言

显示技术是万物互联时代重要的信息载体，相比于刚性显示，柔性显示的吸引力在于能够弯曲，从而可以折叠或展开空间，未来甚至能够实现拉伸显示屏幕，做到“屏”随形方圆。柔性显示将再一次扩展终端应用，例如仿生材料、智能衣服、软体机器人等。柔性显示屏幕可以基于 OLED （有机发光二极管，Organic Light Emitting Diode）、Mini/Micro LED（微米级发光二极管）技术，目前市场成熟的产品主要是柔性 OLED 显示，本文将以柔性折叠 OLED 为例来阐述柔性显示屏中的柔性模组叠层设计。

柔性模组叠层设计

柔性折叠模组作为折叠产品最核心的显示部件，其显示性能、外观效果、防护强度以及触摸手感等直接影响到用户体验。柔性显示屏的应用广泛，包括从早期 Galaxy S6 Edge 及 Note7 以后的曲面屏设计，到近年来炙手可热的折叠屏手机，不同的产品规格，需要进行相应的柔性模组结构设计及开发，表 1 给出了一个基本的模组叠层结构。

柔性模组叠层结构包括表面性能外观功能层、基本显示功能层和整机结构匹配的机械功能层。折叠产品所被关注的重点性能主要归结到折叠模组上，具体表现为折叠模组的弯折、落球、笔跌以及铅笔硬度。折叠模组叠层结构设计通常包含功能叠层设定、材料选型、应力仿真分析等设计流程，再结合一系列的叠层结构验证，进行迭代优化，确定最优弯折叠层结构。可折叠模组材料的可弯折性是实现产品折叠规格的基础。

表1 折叠模组叠层图

柔性屏的折叠方式分内折与外折。所谓内折、外折均针对屏体显示侧而言，显示侧朝外为外折，反之为内折。业界有代表性的内折手机如三星 Galaxy Fold、Z-flip，外折如华为 Mate Xs 等，如图 1 所示。内折与外折因为折叠形态的不同，规格也会有差异。同样的手机厚度，外折对应的屏体弯折半径较大，而内折则较小，因此在进行内外折模组叠层结构设计的时候关注的性能重点也会有所取舍。内折因不使用时长时间显示面被覆盖，因此对于强度及硬度方向需求不如外折。外折因用户始终直接接触显示面，受到冲击、刮擦等机械伤害的风险相对较大，同时弯折半径较大，因此叠层设计选材时通常选用厚度较厚、质地稍硬的材料。

图1 内外折叠屏手机 a. 三星 Galaxy Fold 内折；b. 三星 Z-flip 内折；c. 华为 Mate Xs: 外折

柔性模组材料

柔性显示模组材料主要包括光学透明胶（Optical Clarity Adhesive，OCA）、盖板、减反射层、触控屏和屏下材料，以下将分别进行介绍。

OCA

OCA 是一种高分子黏弹体，透过率接近100%，柔性显示模组的各层材料都需要通过OCA、压敏胶（Pressure Sensitive Adhesive，PSA）等胶材粘结起来，贯穿于整个模组叠层结构，如图 2 所示。

图2 OCA 在柔性模组叠层中的位置

一般终端产品要求 OCA 满足主动矩阵有机发光二极管（Active-matrix organic light-emitting diode，AMOLED）模组 20 万次动态弯折，并且静态弯折后能快速回复，胶体不发生屈曲或分层；因此，相比于其它模组材料，OCA的性能较为复杂，要求具有高弹性、低塑性形变、低蠕变率以及在低模量的同时有较高的界面剥离力。不同的柔性模组设计需要对 OCA 有不同的要求，并且柔性 AMOLED 模组对 OCA 要求的性能多数为相互制约关系，需结合具体实际应用环境，将性能调整平衡。

盖板

柔性盖板材料同时要求柔性（可折叠）、硬度及耐磨性（物理接触）、抗指纹以及光学性能（透光性）。

在行业第一代产品中，柔性盖板的主要结构为透明聚酰亚胺薄膜（Colorless PI， CPI）上涂布硬化涂层（Hard Coating， HC）而成。但是由于 PI 分子内部具有共轭单元，紫外光-蓝光的吸收会使得 PI 偏黄。目前可以通过化学手段使得全光谱的透过率大于 90%，以此来满足透明度的需求。除了光学需求之外，由于显示模组的使用需求，盖板还需要具有一定的机械性能。具体来说，需要满足特定内外折半径 / 特定速率下（有时还要特定温度环境下）20 万次弯折次数、足够大的断裂伸长率、特定载重 / 速率下 2500 次钢丝绒刮擦无刮伤、橡皮擦刮擦无白化、足够的铅笔硬度、对落球落笔具有一定保护力并能通过百格、阳光老化等一系列的机械性能测试等。

对于高分子材料而言，当其光学性能接近理想状态时，机械性能是硬而脆的，无法进行可挠性测试。机械性能和光学性能存在相互制约关系。另外，为了提高触摸感官体验，会进行抗指纹（Anti-Finger，AF）涂布，其主要指标是水滴接触角要大于 105°。

减反射层

为了降低屏幕对环境光的反射，增加对比度，AMOLED 屏需要使用圆偏振片作为减反射层来提高光学效果。柔性模组的圆偏光片的弯折性能要好，而弯折与材料的厚度相关，因此超薄偏光片成为需求的热点。柔性模组使用的偏光片比较薄，大部分在 40~80 µm 左右，对其弯折性能需求通常为内折 R1.5，20 万次；外折 R3，20 万次；而底层 PSA 的性能希望与其他叠层使用的 OCA胶性能相当。

为了进一步薄化 AMOLED 屏体结构，目前减反射层的主要开发方向有二个：一为涂布式偏光片，另一种是利用黑矩阵（Black Matrix，BM）及彩色滤光片（Color Filter，CF）的吸光特性来取代偏光片达到降低反射效果。

BM 材料的颜料为低温炭黑粒子，能够吸收所有可见光；而 CF 材料的颜料为低温红色、绿色、蓝色颜料。相对偏振片，BM&CF 的主要优势是更薄、单色的穿透更高，可以减小下层OLED 器件的功耗，提高 OLED 器件的寿命；而劣势也十分明显，BM&CF 制备在 OLED、薄膜封装层上方，BM&CF 的工艺不能损坏下层的 OLED、TFE（ 薄膜封装，Thin-Film Encapsulation），故而需要固化温度更低的材料，需要 TFE 能够耐受黄光制程的水环境。低温固化的材料开发周期长、难度大，TFE 的封装效果面临挑战。BM&CF 结构降反原理见图 3。

图3 BM&CF 结构降反原理

目前也有企业开发使用喷墨打印的工艺代替黄光工艺制备 BM&CF。喷墨打印工艺对薄膜封装的封装破坏相对较小，但低温固化且能够适配喷墨打印工艺的 BM&CF 材料开发难度会急剧上升，开发周期将会更长。

触控屏

触控屏也是屏体重要的机能材料之一。根据触控感应线路的空间相对位置，可以将基础技术分为两大类：外挂式（Out-cell 或 Add-on）和内嵌式（On-cell 和 In-cell）。

折叠 Out-cell 技术现阶段主要方案为 AgNW（纳米银），通过纳米银浆在膜层上形成图形化，搭配超薄膜层基材（≤ 50 µm）实现薄型化的设计。近年来，为了迎合移动设备的轻薄化及可折叠形态需要，世界领先厂商专注于发展 On-cell 触控技术。其中比较知名的是三星公司提出的封装薄膜层上触控直接图案化技术（YOUM-On Cell Touch AMOLED，Y-OCTA）结构。Y-OCTA 技术在 TFE 上直接制备触控传感器模块，无需薄膜基板和相应的 OCA 层，使得显示器在厚度上有所减少，但因为薄膜层的原因，使得显示器拥有非常好的折叠性能。面板厂折叠 On-cell 技术现阶段主要方案为金属网格布线（Metal Mesh），Metal Mesh 是一种导电材料，通过各种工艺在膜层上形成极细的金属网格线，线宽一般小于 5 µm，肉眼下基本不可见。

屏下材料

底部保护膜又称底部支撑膜，由离型膜、带压敏胶（Pressure Sensitive Adhesive，PSA）的基材和带胶保护膜三层膜材贴合而成，其中这三层膜材需进行抗静电处理，而最终仅带 PSA 基材的这一层膜材保留在全模组折叠屏的结构当中。

影响柔性支撑膜耐弯折性的主要因素是基材（材质、杨氏模量、断裂强度、断裂伸长率等）和 PSA（粘弹性参数、Tg 温度、剥离强度、杨氏模量等）。目前柔性支撑膜的基材主要有 PI和 PET 这两种基材，而 PI 相对于 PET 而言，其耐弯折性、蠕变及回复性更优，更不易产生折痕，故当全模组折叠屏弯折性能要求更高时，优选 PI 基材支撑膜。

为了提升屏体耐冲击特性，还需要在柔性显示屏下方增加一层缓冲材——泡棉。柔性AMOLED 显示屏大多使用聚氨酯（PU）或聚丙烯酸酯（亚克力）的泡棉。为了避免整机转轴对屏体的伤害及增加屏体平整性和回复，需要在泡棉下方增加金属片，一般而言，不锈钢片的厚度增加对屏体平整性有帮助，厚度在 100~150 µm之间。

可拉伸岛桥结构设计

无机刚性材料具有优越的电学、力学等特性，且具有成熟的制备工艺，但其不易弯折性极大地限制了它在柔性可拉伸器件上的应用。为了将无机刚性材料应用于柔性可拉伸器件中，促进可拉伸器件发展，必须使其“软化”。当前研究中，主要有以下两种解决方案：一是刚性材料薄化，如：A.J.Baca 等人制备的厚度 100 nm 单晶硅薄膜在曲率半径为 1 cm 时，薄膜应变的峰值仅为 0.0005%。其位于 20 μm 柔性衬底上在同样弯曲到曲率半径为 1 cm 时，最大应变也仅 0.1%，两种情况均低于硅的断裂应变极限（~1%）；二是结构设计，如在弹性基底上的金属薄膜形成的微裂纹。可拉伸结构设计大致分为直导线岛桥结构、蛇形互联岛桥结构、多空洞岛桥结构，这些设计赋予了刚性材料良好的抗大变形能力。后续发展方向是功能性材料与结构设计相结合，获得更具有拉伸性能的柔性电子器件，例如动态可控的软体机器人、集合可穿戴式传感器的可拉伸柔性显示等，但这些离真正的应用还有很长的路要走，涉及器件到商品化，还需要考虑其可靠性问题、光电力学等问题。

小结

柔性显示是万物互联时代最重要的研究方向，未来终极的柔性显示应该是能够附着任意物理表面的随形显示屏幕。柔性模组技术的设计需要根据不同的应用场景和技术方案进行结构设计和功能性材料的选择，获得更具有拉伸性能的柔性电子屏幕。柔性显示已经成为显示领域下一个前沿，它的发展和应用将会给终端应用市场带来新的变革。