制作可折疊顯示面板有哪些挑戰,尤其對于智能手機顯示屏?
作者:51Touch時間:2019-03-05 來源:David Hsieh
北京時間03月05日消息,中國觸摸屏網訊,供應鏈是制作折疊式AMOLED顯示器主要挑戰。可折疊AMOLED的厚度和彎曲半徑是提高移動性的關鍵。制造可折疊顯示面板的挑戰包括顯示面板結構必須非常薄且堅固,用于可折疊OLED和觸控蓋板的新材料的掌握,生產良率和可靠性的提升,以及高成本和供應鏈管理等等。
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根據IHS Markit《AMOLED和柔性顯示面板分析報告》(AMOLED & Flexible Display Intelligence Service),可折疊OLED顯示屏被視為一種新的外形,將塑造顯示行業的新變化,同時也為智能手持設備外觀與使用方式帶來顛覆性變化。
如下圖所示,目前已開發出幾種類型的可折疊AMOLED顯示器。我們可以看到三星顯示(Samsung Display·),京東方,維信諾,友達,LG顯示(LG Display)等顯示器制造商正在研發不同代的可折疊顯示器,同時,盡管規格不同(特別是厚度和彎曲半徑),移動品牌對可折疊智能手持設備都有自己各自的概念。

我們可以看到面板廠商的大多數開發都專注于智能手機顯示屏和平板電腦顯示屏的結合。但正如我們發現,顯示面板廠商其實并不急于將折疊式顯示器推向終端市場,因為他們仍面臨挑戰。
顯然,可折疊AMOLED的厚度和彎曲半徑是提高移動性的關鍵。然而,沒有一家顯示面板制造商能夠立即將可折疊顯示屏推向終端市場,即使他們已經開發了出來,并且在過去幾年中申請了大量專利。制造可折疊AMOLED顯示面板存在一些基本挑戰。
制作可折疊顯示面板有哪些挑戰,尤其對于智能手機顯示屏? IHS Markit認為有幾個挑戰:
超薄但必須堅固的顯示結構
為了實現“可折疊”,顯示技術必須是柔性OLED(有機發光二極管)顯示器,因為傳統的LCD(液晶顯示器)不能應用在柔性基板上。同時,顯示基板必須是PI(聚酰胺)而不是傳統的玻璃基板。此外,由于是智能手機應用,需要觸控功能,因此需要可折疊的觸控面板和堅固的保護蓋板。整個顯示結構(包括顯示面板和觸控模組)的厚度必須小于1.0mm,以適應1.5mm的彎曲半徑(以便可折疊)。由于在顯示基板的表面有很多的半導體、晶體管、化學層、光學膜層,每層有一定厚度以使總厚度<1.0mm。這是對顯示器設計能力的巨大挑戰。(如果顯示屏雖然可折疊但卻非常厚,消費者不會喜歡,所以“薄”是關鍵詞)。
同時,正如IHS Markit在《BOE,LG Display和Samsung Display的折疊式OLED顯示技術原理》([Display Dynamics] Foldable OLED display prototypes from BOE, LG Display, and Samsung Display)和《柔宇宣布推出可自帶AMOLED的折疊式智能手機FlexPai》([Display Dynamics] Royole announces foldable smartphone FlexPai with self-supplied AMOLED)兩文中所分析的那樣,柔宇和三星的可折疊設備厚度是不同的(三星更薄)。這是因為柔宇采用“out-fold”設計/結構,而三星采用“in-fold”設計/結構。“in-fold”設計/結構需要更薄的顯示屏,制造起來更加困難。
用于可折疊OLED和觸控蓋板的新材料
為了實現可折疊,并且為了符合可靠性,不僅在顯示面板上而且在可折疊觸控蓋板上也需要許多新材料。有三種主要的新材料:
無色聚酰胺和硬涂層
多緩沖和緩沖通孔,提供更好的靈活性
柔性背板采用專門的TFT形狀,提高可靠性
這些新材料的特性如下所示。
制造良率和可靠性
良率是指制造業的投入產出比。由于薄的結構和復雜(和相對不成熟)的工藝,在當前階段,可折疊顯示器良率假設僅不到30%,這低于標準智能手機OLED顯示屏60%-70%的良率。
可靠性特別是指彎曲(折疊)的次數。到目前為止,業界還沒有就耐久性和必要性達到多少次達成共識(因為沒有真正的產品進入市場,所以無法確定消費者將折疊/展開多少次設備是合理的)。但是一般假設是20萬次折疊應該是顯示面板的基本要求,這意味著,在彎曲/折疊/展開20萬次后,顯示器仍然正常工作,而觸控蓋板/蓋窗功能也都正常。我們不希望看到消費者只快樂地使用折疊/展開100,000次后出現故障,或顯示器出現裂縫或斷裂,或顏色或圖片性能失真。
正如IHS Markit在《AMOLED和可折疊/可卷曲顯示技術趨勢 - 2019》(AMOLED & Foldable/Rollable Display Technology Trend - 2019)一文中所分析的那樣,確保20萬次的可靠性肯定是一個巨大的挑戰。
高成本
成本直接來自與以上各項相關- 更薄的結構,新材料,復雜的制造工藝,制造良量和可靠性保證都將導致顯示器成本更高。根據IHS Markit《OLED顯示器成本模型》(OLED Display Cost Model),標準7.3’’ QHD OLED顯示器售價50美元(顯示器售價35美元+觸控模組15美元),可折疊7.3” WQHD OLED可折疊顯示器售價100美元(顯示器70美元+觸控模組25美元),成本差異顯而易見。另一方面,正如IHS Markit在《不同折疊式控解決方案的成本分析》([Display Dynamics] Cost analysis for different foldable touch solution)中所分析的那樣,除了三星的Y-OCTA之外,金屬網格(Metal March) 和納米銀線(SNW) 也是可行的可折疊觸控方案。不考慮可折疊顯示屏的情況下,Y-OCTA觸控解決方案都具有成本優勢,因為它不需要額外的薄膜基板。 但金屬網格,納米銀線都代表著更高的成本。
供應鏈
與其他智能手機顯示器不同,可折疊顯示器將全部是客制化定制。例如,許多智能手機現在使用5.8“或6.0” FHD + 18:9寬高比LCD或OLED顯示器。這意味著顯示器制造商可以批量生產這些顯示器,并將高端高品質產品銷售給一線智能手機品牌,然后將相對較低質量的產品銷售給新興市場的二線品牌或白牌。
然而,現在可折疊顯示器沒有二線品牌/白牌市場。目前提及他們將推出可折疊設備的所有品牌都是領先品牌(如三星,LG,華為,小米,聯想),因為開發成本非常高(整個可折疊智能手機設備),市場前景不明朗,尤其它是一種前衛的設備,目前很難衡量終端用戶的喜好。而且每個品牌都有自己的設計和外形,這意味著顯示器制造商只能為一個品牌開發一次,模型只能用一次。這增加了RODI(開發投資回報率或設計回報率)的風險。這也是柔宇和三星同時兼任顯示器制造商和智能手機設備制造商的原因之一。
如果項目失敗,顯示面板制造商無法找到其他客戶來吸收高昂的開發成本,或者顯示面板庫存將成為可折疊顯示器制造商面臨的挑戰。
這就是為什么到目前為止我們所看到的是可折疊顯示器開發的一種“配對”情況,如下所示:
小批量生產
折疊自如的顯示屏、耐用的機械外殼和全新的配套用戶體驗,這些都考驗了整個產業鏈上下游廠商的技術能力。但從起初的構思到形成草圖,從完成一臺折疊屏手機再到可以量產都并非易事,其間需要經歷繁瑣的步驟及工序。
TCL通訊的手機設計師對記者說,剛接觸到柔性屏時,就有一個很強烈的感覺,“這塊柔性‘面料’,如果不能與逸動的機身完美貼合的話,那將會是一個遺憾……”
但在折疊屏手機設計的過程中所遇到的難題不少,李炫弘透露,最關鍵的設計還是鉸鏈技術,因為折疊鉸鏈的機構技術,需要兼顧折起來時的縫隙控制、打開時屏幕的平整度,以及打開過程freestop的機構能力控制。“在采用DragonHinge鉸鏈技術的系列產品中,我們與華星光電一起開發了屏幕與轉軸機構‘全貼合’的設計,這樣在機身折彎的過程中屏幕如影隨形”。李炫弘說,折疊開合次數是需要對屏幕的柔性、鉸鏈的耐用性和貼合的考研,是需要經過反復折疊開合驗證的,目標是可以做到20萬次。”
此前TCL通訊和華星有一致的認知,折疊屏手機中最難的挑戰之一,就是如何完美解決屏幕和轉軸的集成關系,從而保證屏幕經久耐用,最大化產品的使用壽命。
經過對柔性屏和精密折疊機構研究之后,做了目前的兩個功能樣機驗證:龍骨形鉸鏈樣機和蝴蝶型鉸鏈樣機。而解決這個問題的關鍵,就是保證屏幕在折彎的全過程中不被拉伸,“對于只有零點幾毫米左右厚度截面中要找到一個叫做‘中間層’,我們給他取了個名字叫‘畢達哥拉斯層’,”李炫弘表示,它決定了完美折彎軌跡的設定,而為了找到它,我們經歷了半年的反復驗證,在驗證過程中兩個團隊也一起做了無數次嘗試。
而隨著各家廠商的硬件難題的解決后,尋求對應的軟件解決方案,構建相關互聯生態系統成為趨勢。“折疊屏設備如果要實現更大的出貨量,還必須要克服軟件和應用場景的調整,這樣才能刺激更多的用戶,去更換自己手中的手機。”李炫弘說。
此前,胡柏山曾在NEX雙屏版會上對媒體表示,2019年很多廠商都會小批量做一些折疊屏手機,但他判斷一定不會很大量級的產品出來。而三星GalaxyFold預計2019年第二季度上市,華為MateX預計將于2019年年中上市。“發布手機后卻延遲發貨時間,這說明實現產品量產還存在一些問題。”第一產業研究院孫燕彪對記者說。
手機未來之戰
從去年下半年開始,多位業內人士就對記者表示看好折疊屏,2019年起,折疊屏是手機外觀的新趨勢,也將是5G手機形態的一個發展方向。一位研究所電子分析師稱,現在柔性OLED屏廠商競爭激烈,從邊緣曲面屏到折疊屏也是顯示技術演進的趨勢。奧維云網總經理董敏說,去年國家在柔性屏方面重金加碼,且目前面板廠商,也亟需新的產品形態獲取新的利潤。而在未來形態探討上,柔性屏下一步是折疊,再往下走將是全彎曲,這將會給消費者帶來更強的視覺沖擊。
而在今年的MWC大會期間,各廠商大佬也集體對折疊屏表態,OPPO副總裁、中國大陸事業部總裁沈義人稱,“折疊屏現階段本質上更像一個翻蓋手機”,現階段折疊屏沒有達到一個成熟商業化產品的價值。聯想集團董事長兼CEO楊元慶則質疑,“很多廠商依然在做PPT產品”,將產品在玻璃罩子里,我不知道是讓產品跟客戶隔得遠一點,還是怕客戶知道了真實的體驗。最早上市可能都得半年以后,價格也是高高在上。
胡柏山此前也曾表態過,他不認為2019年柔性屏會很火,“在技術上不能有明顯的缺陷,要給消費者實實在在的使用價值,另外還要跟價格有關系,成本降不下來。”
從已發布的折疊屏手機來看,三星發布的GalaxyFold的定價1980美元(約合1.3萬元人民幣),比iPhone最貴的機型的頂配價格還高出500美元,而華為MateX的定價比三星的定價還要再貴出約620美元,報出2299歐元(約合2600美元,1.75萬元人民幣)的高價。目前廠商無疑要面對成本與用戶體驗上的挑戰。“現在折疊屏還不是成熟型產品,而且定價高昂,(上市后)應該不會掀起熱潮。”上述深圳華強北經銷商說。通信專家付亮對記者表示,現在的折疊屏手機性價比低,建議一年半后再買。
未來,折疊屏手機最大的發展空間就是互聯網,因為可能要做出全新的應用,所以關鍵點就在于他們能不能快速形成自己的開發者陣營,這就需要品牌的號召力,這也是形成各自護城河的一個最好機會。
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