可折叠OLED屏幕的弯折应力分析

齐彦杰

芜湖长信科技股份有限公司 安徽 芜湖 241000 

摘要：经过研究发现，显示层中应力中性层位置是解决OLED屏幕弯折过程中器件损伤等问题的有效途径之一。文章围绕着可折叠OLED屏幕进行了弯折应力分析，主要是通过构建仿真模型的方式了解不同情况下OLED屏幕折叠时应力中性层的变化，了解适用于可折叠OLED屏幕的结构设计、材料以及明确解决折叠过程中所产生的力学问题的解决方案，以期对OLED器件未来的发展有所帮助。

关键词：可折叠；OLED屏幕；弯折应力

引言：OLED即有机发光管，能够被用来制作用于柔性显示和柔性照明等领域中柔性OLED器件，本身具备制造工艺简单、发光率高等优点。柔性OLED器件在被实际应用的过程中，人们比较关注屏幕折叠时的可靠性和安全性，因此，通过仿真试验的方式对折叠时的应力变化进行的观察，便于掌握保障安全性和可靠性的使用方案。

1、构建仿真模型

基于OLED被研发出来的柔性OLED折叠屏幕，是柔性OLED器件商用化发展的具体体现。当柔性OLED器件沿着某一方向、某一准线进行折叠时，光学器件容易出现损伤。当前，改善可折叠OLED屏幕应力中性层应力应变分布情况成为了解决这一问题的主要途径。在研究影响显示层应力中性层位置因素时采用的是仿真试验法，首先第一步是构建仿真模型。弯折过程示意图如图1所示。

图1 柔性OLED折叠屏幕弯折过程

1.1建立模型，设置边界

一般情况下，可折叠OLED屏幕属于多层结构，长度和宽度分别为150mm和15。7mm，且下方是刚体。当屏幕沿着一定的方向或是标准线进行折叠时，屏幕下方刚体在自身转动的同时会带动屏幕产生弯折运动。将参考点与对称轴之间的距离看做是为π/4XR，若r=5mm，参考点与对称轴之间的距离为7.85mm，此时，参考点需要向左移动，移动距离为（π/4-1）XR，也就是说，参考点需要想左大约移动2.85mm。

1.2理论计算

柔性OLED屏幕的多层薄膜复合结构从平面方向和厚度方向测量出的尺寸是不同的，普遍是前者大于后者，因此，可以通过沿着厚度方向给平面方向施加一定力的方式，并在利用柱面弯曲条件的基础上进行弯折应力的计算[1]。

假设多层薄膜复合结构目前处于纯弯曲状态，故此时的弯曲应变呈现出线性分布的特征，相关表达式如下：、，其中的，E 和 ν、ε 和 σ、下标 x 和 y分别代表着材料弹性模量泊松比、应变和应力、X轴方向和Y轴方向。根据需求，当考虑平面应变和应力时，将σZ的数值看做是0；此外，由于Y轴不会出现变化，因此，εy的数值也被看做是0.将上诉两个公式化简、整合形成了新公式，即，受假设影响，关于多层薄膜符合结构的厚度公式是，其中，R和z分别代表底部弯曲曲率半径和Z轴方向。最后，经过公式化简、合并后，得出了关于多层薄膜复合结构底层应变表达式，同时将表达式带入到实际情况中，该表达式具有一定的局限性。这是由于在实际应用柔性OLED器件时会产生多余三层的薄膜，因此，有要考虑多层薄膜复合结构在三层以上薄膜情况下的弯折应变，最终获得的表达式能够获得中性层位置应力变化。

2、仿真分析

通过建立模型、理论计算后发现，柔性OLED器件中性层弯折应力变化情况与材料堆叠方式、保护盖板刚度、OCA胶层、背板厚度、弯折半径有关。

第一，在对比分析不同堆叠方式对中性层弯折情况时，采用的是空白对照试验。将显示层和封装层作为空白对照的试验组，并以此为基础不断增加材料，最终获得了五组对照组，经过对照分析后发现，当在空白对照在基础上增加偏光片、触摸层后，中性层应变位置出现了会变化，呈现出了上移的变化特征；但当增加保护盖板后，中性层应变位置并未发生变化，不过，当增加背板后，中性层应变位置发生了大幅度的下移，且与原本应变位置基本相同。基于此，可以发现，不同堆叠结构会对中性层应变产生很大的影响。

第二，主要是通过调整保护盖板刚度参数的方式去观察保护盖板刚度对中性层应变产生的影响。在试验的过程中，将保护盖板的强度调整了5次，通过观察发现，保护盖板刚度的变化对显示层中性层的影响很小，是可以忽略的；但多OCA胶层的影响时相对较大的。OCA胶层的应变会随着保护盖板刚度的变化而变化，呈现出正相关的变化关系。通过比对发现，对临近胶层也产生了一定的影响。需要适当地降低保护盖板的刚度，从而优化柔性OLED屏幕的弯折应变。

第三，OCA胶层厚度的变化也会影响对应力应变产生影响。经过对比后发现，显示层中性层的应变应力受OCA胶层厚度影响不大，其影响可以忽略，但OCA胶层本身的应变应力受到了很大影响。随着OCA胶层厚度的不断增加，OCA胶层的应变应力是随着减小的。保护盖板的弯曲率受胶层厚度影响，会随着胶层的增加而增加，应力随着变大，在一定程度上抑制了胶层应变应力的减小。

第四，选择五个厚度不同的背板进行对比试验，经过对比后发现，随着背板厚度的增加，显示层中性层的应变位置会出现下降，因此，使用相对较厚的背板能够有利于降低柔性OLED屏幕在弯折时受到的拉应力，起到了保护作用。但却抑制着胶层的应变应力，因此，在选择OLED屏幕背板厚度时要综合考虑，谨慎选择。

第五，经过对比后发现，柔性OLED屏幕弯折半径的变化会对显示层中性层产生影响，不会对胶层产生影响。大体呈现出，当弯折半径增大时，显示层中性层的应变应力会有所降低，当胶层的应变应力变化是不明显的，得出的结论是，当加大弯折半径时，有利于改善柔性OLED屏幕整体结构的受力情况[2]。

3、试验结果

经过此次建模分析后发现，不同堆叠结构主要对显示层中性层的应变应力产生影响，是主要影响因素；保护盖板刚度的增加会对胶层应变产生影响，不会对中性层机构产生明显的影响；但当背板厚度增加后，中性层和胶层的应变都会受到影响；此外，当胶层厚度变化时并不会对中性层应变应力产生影响；弯折半径发生增长变化时，中性层应变是呈现出下移变化特征的。所以，在使用柔性OLED屏幕时可以通过降低保护盖板刚度、背板厚度以及增加胶层厚度的方式改善可折叠屏幕弯折时出现的胶层分离现象。

结束语：柔性OLED器件在未来的应用前景是相对广泛的，势必会朝着轻薄灵活的方向房展。在开发新工艺的过程中，要关注弯折应力的变化，确保结构设计和材料与弯折应力具备一定的匹配性，或是在研发工艺的过程中开发新材料取代现有制作材料，从而提高可折叠OLED屏幕性能，充分展现柔性OLED器件的优势。

参考文献：

[1]郑宏兵,汪洋,王宁,尹红军,龚增超,梁钊,曾木,郝显,韩强.基于COF区弯折的柔性屏金属层应力影响因素分析[J].液晶与显示,2021,36(8):1121-1127

[2]吴马佳奇,张驰,王伟高,杨连乔,张建华,魏斌.基于中性层技术提升柔性OLED弯曲可靠性研究进展[J].发光学报,2023,44(4):701-716