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折叠屏设计突破手机屏幕尺寸瓶颈,柔性OLED零组件面临革新

  • 分类:行业动态
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  • 来源:触摸屏与OLED网
  • 发布时间:2020-11-02 14:29
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【概要描述】实现“可折叠” 柔性OLED零组件面临革新。“全面屏”迭代之后手机屏幕继续增大已遇瓶颈。在经历了最新一轮的全面屏迭代之后,主流旗舰机型的屏占比普遍在85%以上,可提升空间已十分有限,而机身尺寸也普遍在7英寸左右,已经达到挑战便携性和可操作性的极限。因此目前来看,若仍然沿用原有的产品形态设计,手机屏幕尺寸已几乎再无可提升空间。

折叠屏设计突破手机屏幕尺寸瓶颈,柔性OLED零组件面临革新

【概要描述】实现“可折叠” 柔性OLED零组件面临革新。“全面屏”迭代之后手机屏幕继续增大已遇瓶颈。在经历了最新一轮的全面屏迭代之后,主流旗舰机型的屏占比普遍在85%以上,可提升空间已十分有限,而机身尺寸也普遍在7英寸左右,已经达到挑战便携性和可操作性的极限。因此目前来看,若仍然沿用原有的产品形态设计,手机屏幕尺寸已几乎再无可提升空间。

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  实现“可折叠” 柔性OLED零组件面临革新。“全面屏”迭代之后手机屏幕继续增大已遇瓶颈。在经历了最新一轮的全面屏迭代之后,主流旗舰机型的屏占比普遍在85%以上,可提升空间已十分有限,而机身尺寸也普遍在7英寸左右,已经达到挑战便携性和可操作性的极限。因此目前来看,若仍然沿用原有的产品形态设计,手机屏幕尺寸已几乎再无可提升空间。

  打破原有产品形态,折叠屏设计能够继续增大手机屏幕尺寸。“折叠屏”设计采用一整块大面积柔性可折叠OLED屏幕,分为“内折式”和“外折式”两种形态,可以让消费者获得平板电脑和手机的双重体验。因为技术难度较大,目前市场上尚无已成熟量产的“折叠屏”手机产品,但我们观察到各大厂商(如三星、华为、OPPO、小米和苹果)均已在此方向上加码布局。

  由于“折叠屏”设计可以突破现有的手机屏幕尺寸瓶颈,理论上可以将现有手机屏幕面积继续扩大一倍,并且通过可折叠的形态保证产品的便携性不受影响,因此我们认为沿着屏幕尺寸持续增大这条主线,折叠屏设计将会是智能手机产品较为明确的下一代发展方向。

  除大家关注的手机端外,LG新发布的可卷曲电视为高端电视产品带来了全新的设计理念,打破了电视原有的固定形态,让电视可以根据使用场景调节屏幕尺寸大小和显示画面比例,并且赋予电视可移动的功能,在8K、超大尺寸等原有迭代方向之外利用柔性OLED显示技术另外开辟了一条电视产品的发展思路。我们认为,基于可卷曲设计,未来柔性OLED有望在大尺寸应用上开始成规模渗透应用,2019年也将是大尺寸柔性显示的元年。

  OLED通过使用柔性PI膜来进行封装,可以制成具备折叠功能的柔性OLED面板,目前来看将成为折叠屏的唯一屏幕方案。在需求爆发与价格下降的共同作用下,柔性OLED面板的需求将会大幅增长。大陆面板企业在近两年大规模投资柔性OLED产线,已有多条产线实现量产,产能和良率爬坡顺利进行,在该领域已经具备较强的实力。

  除柔性OLED面板外,相较于原有普通的直面(例如iPhone X)或是固定曲面(例如GalaxyS9)形态的柔性OLED屏幕,“可折叠”OLED屏幕有多处环节发生了重大变化,其中最关键的几处在于盖板方案、OCA胶和偏光片,这些环节的新变化为产业链相关企业带来价值量提升。

  盖板方案:CPI薄膜替代玻璃盖板

  目前的手机屏幕盖板方案均采用玻璃材料,虽然将玻璃厚度降低到一定程度之后也可以实现动态弯曲功能,但尚不支持实现小半径的反复折叠且十分易碎,因此折叠屏盖板的方案需要通过高分子薄膜来实现。

  由于高分子薄膜普遍缺乏足够的表面硬度,因此需要在高分子薄膜表面制作一层硬质涂层以实现耐刮擦的功能和类似玻璃的良好触感。制作硬质涂层一般需在高温环境下进行(例如热喷涂、热蒸镀等工艺),所以对于薄膜的耐高温性能具有较强的要求。除了耐高温性能以外,为了不影响屏幕显示效果,对于薄膜的透光率也有很高的要求。

  基于上述性能要求,具可挠特性的塑胶类无色聚酰亚胺(ColorlessPolyimide;CPI)膜有望成为折叠屏的理想盖板材料。CPI的热膨胀系数与成本高于玻璃,但耐热性优于聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚碳酸酯(PC)等其他塑胶材料,且不像玻璃弯曲后易碎,可以同时满足柔性和强度要求。在制造CPI时,需于表面进行数十微米厚的硬质涂布工艺,如使用混合材料硅氧烷,有望使得CPI的触感接近玻璃,并提升CPI的强度。

  目前具备CPI膜量产能力的厂商主要包括韩国科隆工业、日本住友化学、韩国SKC等厂商。根据DIGITIMESResearch报道,韩国科隆工业布局CPI膜脚步较快,已于2018年上半年开始试产,SKC则预定于2019年三季度完成CPI膜的量产设备构建。同时韩国乐金化学也有意投资于CPI膜产业。

  目前具备折叠屏CPI盖板生产能力的厂商主要为韩国科隆工业(Kolon Industries)、日本住友化学(Sumitomo)以及韩国SKC三家材料大厂,另外乐金化学(LGChemistry)也正在加速投入,有望在2019年具备供应能力。根据Digitimes报道,三星即将发布的其首款折叠屏手机采用的是住友化学的方案。

  OCA胶:承受折叠不脱落,技术难度大幅提高

  OCA(Optically Clear Adhesive)胶是制造面板模组时使用的零组件贴合材料,折叠屏所采用的OCA胶必须承受20万次以上的弯折而功能不受影响,在弯折和摊开过程中需具备一定的流动性同时又要保持黏性,因此技术难度相比于以往大幅提高。

  目前具备折叠屏OCA胶供应能力的主要为美国3M、韩国三星SDI以及日本三菱。根据Digitimes报道,三星发布的其首款折叠屏手机所采用的OCA胶由三星SDI独家供应。

  偏光片:需要大幅降低厚度

  在偏光片生产工艺方面,传统生产工艺为涂布复合工艺,即将PVA膜、TAC膜、补偿膜等膜材用涂布的工艺进行复合得到偏光片膜,该工艺的特点是工艺成熟、良率高,但缺点在于生产出来的偏光片较后,因此柔性显示方面由较明显劣势。随着柔性显示需求的提升,柔性偏光片的新型工艺将是重要趋势,其中液晶涂布工艺是目前重要的方面。

  出于力学设计上的考虑,为了实现可折叠的功能,必须尽可能降低OLED屏幕模组的厚度,因此折叠屏所采用的偏光片需要大幅降低厚度,对工艺提出了更高的要求。三星在其2018年11月的SDC大会上披露,在其即将发布的折叠屏手机产品中,偏光片的厚度相比于以往降低了45%。

  目前具备高端超薄偏光片生产能力的主要为日本日东电工(Nitto Denko)和住友化学(Sumitomo)。根据Digitimes报道,三星发布的其首款折叠屏手机采用的是日东电工(Nitto Denko)的方案。

  转轴:需承受数万次弯折,MIM工艺有望大放异彩

  在折叠屏设计下,折叠后的手机机身厚度相比于目前的智能手机产品必然将会增大,可能会对消费者的使用体验造成影响。在这一背景下,手机厂商将会尽量采用新材料新方案以降低机身厚度,折叠转轴作为影响机身厚度的重要环节,有望采用高弹性高强度的液态金属作为材料方案,而机身背板大概率将从目前流行的玻璃方案重回全金属方案。

  在转轴方面,转轴要保证可折叠手机在折叠以后保持一定的R角,翻开之后又要保持平整,而且还需要经得起10万次以上的折叠测试,研发难度很大。

  MIM金属粉末成型是专注于加工制造复杂精密金属零部件的工艺,对于微型精密结构件加工具有相对大的优势。折叠屏的铰链转轴对精度、强度的要求高,结构的复杂以及尺寸大小都是刚好在MIM工艺的优势范围。

  目前已有多种使用MIM工艺的转轴产品实现量产。华为MateBookE的二合一键盘转轴使用了高精度MIM,转轴具有精度高达1.01mm的线割工艺,160°高阻尼的转轴,突破了传统二合一笔记本的支撑角度固定的局限。

  目前可以量产转轴的厂家包括长盈精密、奇鋐科技、韩国Diabell、安费诺、富士康、比亚迪等公司。根据Digitimes报道,三星发布的其首款折叠屏手机的转轴由韩厂KHVatec负责,转轴中可能采用齿轮结构,但具体方案内容目前尚无公开信息。

  日韩厂商主导GalaxyFold供应链,国内各环节亦有厂商布局

  我们对三星Galaxy Fold的供应链关键环节、产业链中其他的成熟供应商以及国内对应有所布局的厂商做出如下梳理:

  (1)面板制造:三星Galaxy Fold采用自家SDC所生产的“Infinity Flex Display”可折叠OLED屏幕,产业链中其它成熟供应商包括韩国LGD、台湾AUO,以及国内在柔性OLED方面布局领先的京东方和维信诺。

  (2)触控层:三星Galaxy Fold采用On-Cell的Y-OCTA触控方案(Metal Mesh电极材料),在OLED面板制程中完成触控层的制作。产业链中,在外挂式触控方面的成熟供应商包括台湾TPK以及国内厂商欧菲光。

  (3)盖板层:三星Galaxy Fold的CPI薄膜盖板供应商为日本厂商住友化学,产业链中其它成熟供应商为韩国可隆工业,韩国SKC。国内厂商新纶科技亦有相关布局。

  (4)OCA光学胶:三星Galaxy Fold的OCA光学胶供应商为自家SDI,产业链中其它成熟供应商包括美国3M、日本三菱。国内厂商新纶科技亦有相关布局。

  (5)偏光片:三星Galaxy Fold的OCA光学胶供应商为日本日东电工,产业链中还具备生产能力的主要为日本住友化学。国内相关企业为三利谱。

  (6)结构件:三星Galaxy Fold的折叠转轴供应商为韩国KHVatec,国内相关企业包括长盈精密、宜安科技。

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  折叠屏手机是风口还是噱头,业界仍存争议

  折叠屏手机:风口还是噱头?折叠屏手机火了。三星、华为在间隔不到4天时间内相继发布Galaxy Fold、Mate X。努比亚、小米、OPPO等多家厂商纷纷发布可量产的折叠屏手机或概念机。折叠的黑科技令人啧啧称奇,2019年被业界称为折叠屏手机应用元年。不过,折叠屏手机是风口还是噱头,业界仍存争议,技术走下神坛进入寻常百姓家更是还有一段很长的路要走。

  折叠背后的黑科技

  “折起来是手机,展开是平板电脑”。折叠屏手机一经亮相就吸引了人们的眼球,其中最为瞩目的是华为Mate X和三星Galaxy Fold。二者最大的不同是在折法的设计理念上,分别采用了外折、内折式设计。目前,折叠屏手机的折叠方式主要是内折、外折、折三折、向下折这四种,各有利弊。

  折叠屏手机最引人关注的核心部件是OLED柔性屏和铰链。北京超凡知识产权管理咨询有限公司资深检索分析师崔振在接受中国知识产权报记者采访时表示,相比传统的LCD(液晶显示),OLED(有机发光二极管)具有自动发光的属性,损耗能量较少,视觉更广、成像质量更高,有机材料使得屏幕变得更薄更轻、可柔性显示。OLED分为PMOLED(被动矩阵有机发光二极体)显示技术和AMOLED(主动矩阵有机发光二极体),后者代表了产业的主流方向,华为和三星折叠屏手机均采用柔性AMOLED屏幕。

  但是,柔性OLED屏幕本身带来了很多技术挑战,包括叠层结构设计、薄膜封装技术等。维信诺科技股份有限公司知识产权中心总经理柯晓鹏介绍,柔性OLED屏幕具有多层结构,在折叠时会受到应力作用,需要通过中性层设计来平衡应力;屏幕若不能隔绝水和氧气会加速老化,需要提高封装技术延长屏幕的寿命;同时还需要和上下游共同解决铰链设计、盖板性能等诸多难题。

  折叠屏手机的另一大难点是弯折处的铰链,铰链技术对实现完美折叠至关重要。在折叠区域,华为和三星都采用了铰链结构来增强弯折的稳定性。“折叠屏幕的贴合程度、折叠厚度、翻折寿命与铰链密切相关,铰链可有效防止屏幕被过度扭曲伤害,也能够让屏幕尽量完美合拢和摊平展开,如果铰链技术无法达到预期则会使得屏幕受到不可逆的损坏,直接影响使用寿命。”柯晓鹏解释道。

  此外,“折叠屏手机的触控也是众厂商布局专利的重要技术主题。”国家知识产权局专利局电学发明审查部审查员刘琳介绍,触控技术主要涉及弯折检测、屏幕区域分割和显示、触控操作等方面,由于柔性屏的操控方式灵活,所以折叠屏手机的触控技术呈现出多样性,技术的重点研究方向在于折叠后的显示和触控。

  手机未来的新想象

  全球智能手机市场出货量自2017年第四季度首次下滑,现已连续下滑5个季度。“各大手机厂商试图通过折叠屏手机的发布,抢占创新高地,吸引消费者眼球,借此引发一波智能手机变革的新浪潮。”路浩集团总监董新蕊认为,至于折叠屏手机到底是不是市场刚需,只要厂商为消费者提供了创新产品的解决方案,同时满足便捷、快速、舒适等要求,那么就交给时间和市场来评判。

  华为消费者业务相关负责人向记者表示,折叠屏手机形态的革新是行业创新发展的必然趋势,在当前消费需求不断升级的环境下,折叠屏带来的大屏幕、差异化和全新交互体验将会成为新的潮流。三星电子移动通信部门总裁高东真也曾在发布会上宣称,“我敢肯定,未来人人都需要一台可折叠的智能手机”。

  “折叠屏可以大幅扩展显示区域,不仅在外观上充满新意,还能为用户带来更好的使用体验,从折叠屏手机争相发布所引起的热议就可以预见其市场前景广阔。”刘琳表示。

  “从市场反应看,全面屏的盛行能看出人们对大屏幕便携性的需求,由此可以判断折叠屏手机是有巨大市场前景的。”柯晓鹏表示,目前折叠屏手机的发展才刚刚开始,还需要时间去完善,折叠屏可能是屏幕发展的一个新阶段,未来可能会有更多样形态的柔性屏手机出现,任意弯折的柔性屏时代也将快速到来。

  热潮过后的冷思考

  然而,目前对于折叠屏手机,也有人质疑其是“PPT产品”“为了折叠而折叠”“使用价值存疑”“量产性还不够好”。董新蕊认为,折叠屏手机的推出在技术和应用上都是一种进步,但是在真正市场化之前还面临着诸多挑战和不确定性。中国政法大学知识产权研究中心特约研究员李俊慧也表示,折叠屏手机要击碎各种质疑的声音,说到底还是需要手机厂商在应用层面或系统层面实现重大突破。

  从产品本身来说,折叠屏手机的抗划伤能力、使用寿命、续航能力等备受外界关注。“未来折叠屏手机的发展方向,将是轻薄化、可穿戴化、普及化。”刘琳指出,铰链等结构对工业设计水平有着极高的要求,同时还要缩小结构的体积、延长使用寿命、降低制造成本,对加工制造的要求也非常高。此外,流畅的触控体验、电池的续航时间等都是未来技术改良的重点。

  在OPPO知识产权部部长冯英看来,折叠屏手机市场是否有前景,要看手机是否解决了当前消费者的痛点或者提升了消费者的交互和体验。柯晓鹏也认为,实现了折叠技术之后,应用适配和用户体验将是难点。

  令人咋舌的价格也让消费者望而却步。“折叠屏手机的高定价在于其成本居高不下。”崔振介绍,折叠屏是手机中成本最高的部件,目前全球能生产柔性 OLED 的公司并不多,包括了韩国的三星、LG,中国的京东方、维信诺、华星光电和天马等。

  “高额成本主要源自柔性屏良品率低和量产规模有限,折叠屏能否实现市场化也是决定其未来发展趋势的重要一步。”柯晓鹏表示,由于折叠屏需要实现动态折叠至少20万次,对材料和叠层结构的要求很高,除此之外材料成本高、工艺复杂程度高、设备调试周期长等都影响着柔性OLED的良品率及量产情况。

  尽管质疑声不少,但手机厂家却信心满满。三星方面表示已经做好了大规模生产的准备,预计最少供货100万部。华为方面也表示,Mate X是量产机,而不是概念机,准备挑战单月十万台以上。《中国新型显示产业蓝皮书(2017-2018)》显示,2019年全球折叠显示器AMOLED面板的产能增幅预计为28.1%;其中,中国增幅预计为39.4%,渗透率有望突破50%。据IHS Markit预测,可折叠AMOLED面板的出货量有望在2025年首次达到5000万片。

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