折疊屏的OCA膠膜有哪些潛力？

顯示屏應(yīng)該算人類對于未來科學(xué)幻想的最佳載體了吧。遙想1968年，當(dāng)代科幻電影的開山鼻祖《2001太空漫游》橫空出世，那時人類的科學(xué)水平連月球還都上不去，因此劇中各種開腦洞的“黑科技”著實(shí)讓人們看得目瞪口呆。

在眾多未來“黑科技”中，就有一臺出現(xiàn)在飛船餐桌上的超薄“電視”。當(dāng)然，50年后的今天我們都知道這個被幻想出來的高科技產(chǎn)品其實(shí)叫“iPad”。

《2001 太空漫游》中的幻想顯示器

再后來劉慈欣在08年出版的《三體2》中寫道，羅輯冬眠185年后醒過來，發(fā)現(xiàn)人們穿的衣服竟然是用布料一樣柔軟的顯示屏做成的！

只不過這次誰都沒想到，科幻小說中提到的柔性折疊屏技術(shù)，2019年就出現(xiàn)在了LV的手提包上。

《三體》中的柔性顯示屏已經(jīng)出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)生活中

更在萬眾矚目中出現(xiàn)在了折疊屏手機(jī)上！

《三體》中的柔性顯示屏已經(jīng)出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)生活中

唯一的遺憾是，這項(xiàng)充滿未來感的技術(shù)貌似還處在缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)一樣明顯的beta版本階段。比如去年三星的第一款折疊屏手機(jī)，剛上市就大面積爆發(fā)設(shè)計(jì)缺陷問題。急急忙忙召回打補(bǔ)丁又急急忙忙二次上市，可以說完全沒有了大廠做事情一板一眼的風(fēng)范。

三星Galaxy Fold屏幕品質(zhì)問題

雖然當(dāng)時一眾“友商”們都在幸災(zāi)樂禍，但是平心而論，這次的屏幕問題完全歸咎于工程設(shè)計(jì)實(shí)在有失公允。要怪也只能怪手機(jī)廠商的理想太過“豐滿”，但是材料技術(shù)的現(xiàn)實(shí)水平卻又相對“骨感”！

別看“折疊屏”是個純牌的電子產(chǎn)品，可是真正使其成為“折疊的屏幕”的反而是幾項(xiàng)重要的材料技術(shù)！

其中關(guān)鍵之一就是具有可彎折性能的光學(xué)膠膜(OCA)技術(shù)！

要說這個光學(xué)膠膜(OCA)已經(jīng)伴隨iPhone和Android手機(jī)紅了十幾年。

別看這貨名字中帶個“膠”字，其實(shí)和“粘接”功能相比，讓屏幕變得更“漂亮”才是它的主要任務(wù)。

由于折射率與玻璃基本一樣(1.47–1.48)，因此在蓋板玻璃和顯示模組之間貼上這層OCA膠膜就可以顯著減少界面上的反射光線，進(jìn)而大幅提高亮度和對比度。

光學(xué)膠膜（OCA）的工作原理及效果

正因如此，在手機(jī)屏幕還沒被“掰彎”的那些年，可以說OCA膠膜只需要躺在那里什么也不做就足以瞬間拉爆顯示屏的“顏值”了！

但是無奈這世界變化快，誰都沒想到手機(jī)廠商突然就又需要屏幕“可彎可直”一秒切換。于是OCA膠膜“出工不出力”的舒服日子也隨之結(jié)束了！

Moto RAZR手機(jī)的AMOLED折疊屏模組

別看“折疊屏”模組只是一層比紙張還薄的膜，但如果把橫截面放大1000倍，就會發(fā)現(xiàn)它其實(shí)就是一張由n多層功能膜復(fù)合而成的“千層餅”！

其中的AMOLED膜負(fù)責(zé)發(fā)光，觸控膜負(fù)責(zé)收集按壓信號，偏光片讓亮度更高，薄膜蓋板負(fù)責(zé)抵御外界沖擊……而這些功能膜之間一定都有OCA膠膜。

折疊屏的構(gòu)造（簡化）

(Foldable OLED Displays Whitepaper_Joel T. Abrahamson)

考慮到折疊屏需要承受一天幾百次的“掰彎掰直”，所以此時的OCA膠膜除了提升屏幕的顯示效果之外，更重要的任務(wù)就變成了為各個脆弱的功能層提供機(jī)械支撐。無論折疊屏遭遇何種“摧殘”都要保證各層功能膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定！

但是從過去這一年初代折疊屏手機(jī)的表現(xiàn)來看，可折疊OCA膠膜出的問題還不少。重災(zāi)區(qū)就是所有折疊屏都擺脫不掉的“折痕”區(qū)域。

三款主流機(jī)型屏幕上的“折痕”（知乎@Dieci）

究其原因，主要是折疊屏的彎折位置力學(xué)表現(xiàn)非常復(fù)雜，傳統(tǒng)OCA膠膜已經(jīng)完全不能勝任！而全新的可折疊OCA膠膜上崗時間又不長，注定會出現(xiàn)很多粘接失敗與應(yīng)力破壞問題！

說到這里就有必要引入材料力學(xué)里面的一個概念——“中性層”

其實(shí)“折疊屏”的力學(xué)結(jié)構(gòu)和雜志差不多是一樣的。如果我們把雜志彎折，在外力的擠壓下每一頁紙都會出現(xiàn)位移。其中越靠近內(nèi)側(cè)的紙張位移越多。

彎折對物體產(chǎn)生的應(yīng)力（公眾號@膠膜矩陣）

這個現(xiàn)象告訴我們，外力在彎折位置會分解成兩個方向截然相反的作用力——

• 在彎折部位的外側(cè)分解為指向兩側(cè)的“拉伸應(yīng)力”，這一區(qū)域就叫“拉應(yīng)力層”；

• 在彎折部位的內(nèi)側(cè)分解為指向中間位置的“擠壓應(yīng)力”，這個區(qū)域被稱為“壓應(yīng)力層”。

拉應(yīng)力層vs壓應(yīng)力層

（柔性AMOLED顯示器的模組力學(xué)研究_黨鵬樂）

當(dāng)“折疊屏”的各功能膜都被OCA膠膜粘牢成為一個整體，那么在中間某一層區(qū)域，“擠壓應(yīng)力”和“拉伸應(yīng)力”會互相抵消。這一帶就被稱為“中性層”！

中性層——應(yīng)力為0的安全區(qū)域

（柔性AMOLED顯示器的模組力學(xué)研究_黨鵬樂）

“中性層”是一個安全區(qū)域，基本可以認(rèn)為沒有應(yīng)力作用在這里，因此出現(xiàn)故障的幾率也大大降低！

但是“中性層”之外的那些功能膜就比較難搞了，如果OCA膠膜粘的太結(jié)實(shí)，處于“拉應(yīng)力層”的功能膜就容易因?yàn)槔鞈?yīng)力沒辦法釋放發(fā)生斷裂；但是如果OCA膠膜粘接力偏弱，處于“壓應(yīng)力層”的膜則會在擠壓應(yīng)力作用下脫膠分層。

拉應(yīng)力層vs壓應(yīng)力層

（柔性AMOLED顯示器的模組力學(xué)研究_黨鵬樂）

作為OCA膠膜來說，想要同時滿足這兩個完全相反的訴求簡直就是mission impossible！也難怪折疊屏手機(jī)的折痕位置這么容易出問題！

既然問題原因已經(jīng)分析出來，那么解決問題的思路也就很清晰了——創(chuàng)造多個中性層！

要說這個思路還真是頗具道家“順勢而為”的智慧！

因?yàn)槿绻颜郫B屏整體的“中性層”分散到每個功能膜上，也就意味著各層的功能膜就都處在了“安全區(qū)域”。

原本不可調(diào)和的矛盾被順勢化解于無形，再也沒有你被擠壓應(yīng)力摧殘，而我卻在被拉伸應(yīng)力撕裂的問題！

分散中性層，創(chuàng)造多個“安全區(qū)域”

(Optically Clear Adhesives for OLED_Joel T. Abrahamson)

而實(shí)現(xiàn)這個方案的命門就在于——要讓OCA膠膜具備更高的剪切應(yīng)變。意思大概就是折疊屏一彎折，OCA膠膜就要有比較大的剪切形變量。盡量讓各個功能層不受相鄰層的約束，都有空間實(shí)現(xiàn)相對獨(dú)立的滑動。

OCA膠膜的剪切應(yīng)變

(Optically Clear Adhesives for OLED_Joel T. Abrahamson)

這樣的好處就是各功能層受到的應(yīng)力大大降低！對于每一層功能膜來說，就各自擁有了一個獨(dú)立的中性層！

理論說了半天，還是要來點(diǎn)硬核數(shù)據(jù)聯(lián)系一下實(shí)際！

OCA8211是3M?公司出品的經(jīng)典款超薄光學(xué)膠膜，厚度僅為25微米，粘接強(qiáng)度高，非常適合玻璃蓋板的貼合；而3M?CEF3501則是專門為折疊屏量身定做的光學(xué)膠膜產(chǎn)品，賣點(diǎn)就是儲能模量非常低。

翻譯過來就是這款膠膜特別柔軟很容易就能有比較大的剪切應(yīng)變。

兩款OCA膠膜物性對比

(Optically Clear Adhesives for OLED_Joel T. Abrahamson; 3m.com)

運(yùn)用FEA力學(xué)仿真軟件可以看到，使用CEF3501和OCA8211兩種光學(xué)膠膜的折疊屏都出現(xiàn)了功能層的相對位移。

CEF3501光學(xué)膠膜的剪切應(yīng)變

(Optically Clear Adhesives for OLED_Joel T. Abrahamson)

但是由于CEF3501的儲能模量超低，比OCA8211足足低了60%，因此CEF3501更大的剪切應(yīng)變就使得折疊屏功能層出現(xiàn)了更大幅度的相對滑動。

而這個關(guān)鍵的性能直接就決定了折疊屏彎折過程中的力學(xué)表現(xiàn)！

拉應(yīng)力層，也就是彎折的最外層部分，這里是所有人關(guān)注的重點(diǎn)。從FEA仿真結(jié)果來看，使用OCA8211的屏幕彎折處承受了遠(yuǎn)大于CEF3501的應(yīng)力！

CEF3501 vs OCA8211 拉應(yīng)力層的力學(xué)表現(xiàn)

(Optically Clear Adhesives for OLED_Joel T. Abrahamson)

果然，使用OCA8211的屏幕被拉伸的量，竟然是CEF3501的200%！

使用不同OCA膠膜后折疊屏幕的拉伸形變率

(Optically Clear Adhesives for OLED_Joel T. Abrahamson)

如此之大的拉伸形變會導(dǎo)致非常嚴(yán)重的材料疲勞，而屏幕的拉應(yīng)力層在多次彎折后的下場也只有一個——斷裂！

拉應(yīng)力層在反復(fù)彎折后因拉伸應(yīng)力而斷裂

（柔性AMOLED顯示器的模組力學(xué)研究_黨鵬樂）

壓應(yīng)力層的力學(xué)情況可就比較復(fù)雜了，總體來說會受到水平和垂直兩個方向的應(yīng)力作用：

• 從兩側(cè)指向中間的水平擠壓應(yīng)力；

• 擠壓應(yīng)力相遇后又合成了一個垂直方向的剝離力。

此處的應(yīng)力不光想著把功能膜給擠壓變形，更琢磨著把它從OCA膠膜上撕下來。

壓應(yīng)力層在反復(fù)彎折后因擠壓應(yīng)力而脫膠分層

（柔性AMOLED顯示器的模組力學(xué)研究_黨鵬樂）

從FEA仿真結(jié)果來看，彎折展開后，兩組的內(nèi)側(cè)壓應(yīng)力層均有翹曲變形。

但是由于CEF3501的儲能模量較低，應(yīng)力應(yīng)變更大，也就使得測試樣件的翹曲程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于OCA8211。

CEF3501 vs OCA8211 拉應(yīng)力層的力學(xué)表現(xiàn)

(Optically Clear Adhesives for OLED_Joel T. Abrahamson)

同時從產(chǎn)品參數(shù)可以看到，CEF3501具有和OCA8211同樣強(qiáng)度的粘接力。在模量大幅降低了60%的情況下保持同樣的粘接強(qiáng)度，也就意味著CEF3501變相大幅提高了粘接性能。

兩款OCA膠膜物性對比

(Optically Clear Adhesives for OLED_Joel T. Abrahamson; 3m.com)

到目前為止，通過3M公司CEF3501的測試數(shù)據(jù)，我們已經(jīng)看到了使“折疊屏”更加“結(jié)實(shí)抗造”的技術(shù)方向。畢竟材料技術(shù)的進(jìn)步是沒有止境的，“折疊屏”性能的提高還需要其他種類膜材料的共同努力。

但只要我們的OCA膠膜繼續(xù)向著更柔和、更韌、粘得更牢的方向發(fā)展，《三體》中折疊屏的幻想就會更早地成為現(xiàn)實(shí)的日常。

來源：膠我選