La Limite de Finesse de Pliage des Écrans LED Pliables

Les pliables de pointe d’aujourd’hui, comme la série Galaxy Z Fold de Samsung, utilisent des panneaux de verre ultra-mince (UTG) mesurant seulement $30$ à $50\text{ micromètres}\ (\mu\text{m})$ d’épaisseur – plus minces qu’un cheveu humain ($\approx 70\ \mu\text{m}$). Cela leur permet d’atteindre un rayon de courbure minimum (R) d’environ $1.4\text{mm}$ lorsqu’ils sont repliés. Cette courbe serrée signifie que l’écran se plie littéralement sur lui-même à l’intérieur du mécanisme de la charnière. Les concepts enroulables vont plus loin : le prototype de télévision enroulable mis de côté de LG se serait plié à un $\text{R}=3\text{mm}$, s’enroulant autour d’un cylindre de la taille d’un crayon.

Ce que signifie réellement la « flexibilité »

Lorsque les gens demandent « jusqu’à quel point un écran pliable peut-il être mince« , ils mélangent souvent deux choses : l’épaisseur physique et le rayon de courbure.

Prenez l’écran Galaxy Z Fold $5$ de Samsung : il mesure environ $50\text{ micromètres}\ (\mu\text{m})$ d’épaisseur – soit $0.05\text{ millimètres}$, ou la moitié de la largeur d’un cheveu humain ($\approx 100\ \mu\text{m}$). Mais son rayon de courbure – la courbe la plus serrée qu’il gère en toute sécurité – est d’environ $1.4\text{mm}$.

Pourquoi le rayon de courbure l’emporte sur l’épaisseur seule

$1$. Épaisseur $\neq$ Limite de courbure

Vous pourriez avoir une couche ultra-mince (par exemple, un film polymère de $30\ \mu\text{m}$), mais si elle ne peut pas se comprimer ou s’étirer sans se déchirer, elle est inutile pour le pliage. Le rayon de courbure mesure la limite fonctionnelle :

Exemple : Le prototype OLED enroulable de Sharp utilise des couches plus minces que les pliables actuels ($\approx 25\ \mu\text{m}$) mais nécessite un rayon $\text{R}=3\text{mm}$ minimum plus grand – il se plie donc moins nettement que les pliables à $\text{R}\ 1.4\text{mm}$ de Samsung bien qu’il soit physiquement plus mince.

$2$. Comment fonctionne le rayon de courbure

Imaginez envelopper votre écran autour d’un cylindre. Le plus petit diamètre de cylindre qu’il peut épouser sans dommage définit sa valeur R :

 
• Série Galaxy Z Fold : $\text{R}=1.4\text{mm}$ (se plie à plat comme un livre).

 

• Motorola Razr ($2023$) : $\text{R}\approx 2-3\text{mm}$ (conception de charnière « en goutte d’eau » plus lâche).

 

• Téléviseurs/téléphones enroulables : $\text{R}=3\text{mm}–10\text{mm}$ (se courbe doucement comme du papier peint).
  Un R plus petit $=$ courbure plus serrée.

$3$. Le facteur de stress

Les courbures serrées créent un stress physique. Un écran se pliant à $\text{R}=1\text{mm}$ subit $\approx 50\%$ de forces de compression/étirement plus élevées par rapport à $\text{R}=1.5\text{mm}$ – même si les deux écrans ont la même épaisseur. C’est pourquoi les écrans UTG de Samsung utilisent une charnière spécialisée pour répartir uniformément le stress sur le pli de $1.4\text{mm}$.

Clé :

Recherchez la spécification du rayon de courbure (R), pas seulement la « minceur ». Actuellement :

 
• $\text{R}=1.4\text{mm}–3\text{mm}$ $=$ Téléphones pliables (fermés à $180^\circ$).

 

• $\text{R}=3\text{mm}–10\text{mm}$ $=$ Enroulables (courbés doucement).
  Des matériaux plus minces permettent des valeurs $\text{R}$ plus petites, mais l’ingénierie et les matériaux déterminent la limite réelle.

Ce qu’il y a à l’intérieur d’un écran pliable

Un écran pliable n’est pas une seule dalle de verre – c’est un sandwich de couches ultra-minces conçues pour fléchir. Prenez le Galaxy Z Fold $5$ de Samsung : sa pile d’affichage totalise $\approx 180–200\ \mu\text{m}$ d’épaisseur ($0.18–0.2\text{mm}$). La couche supérieure est en verre ultra-mince (UTG) à $30\ \mu\text{m}$, soutenue par un polymère absorbant les chocs. En dessous se trouve la couche de pixels OLED (seulement $10–15\ \mu\text{m}$) sur un substrat plastique de polyimide (PI) ($25–50\ \mu\text{m}$), remplaçant les fonds de panier en verre rigide. Les adhésifs, les capteurs tactiles et les polariseurs remplissent les espaces. Cette combinaison permet à la pile entière de survivre à $200,000+$ plis à un rayon de courbure de $1.4\text{mm}$.

Analyse des couches

La couche supérieure : Protection vs Flexibilité

 
• Verre ultra-mince (UTG) : Le choix de Samsung à $30\ \mu\text{m}$ ($1/3$ de l’épaisseur d’un cheveu humain). Renforcé chimiquement pour résister aux rayures (par exemple, dureté $\sim 6\text{H}$ test au crayon vs $2\text{H}$ du plastique), mais des microfissures peuvent se former après un pliage répété.

 

• Alternatives plastiques (CPI) : Motorola utilise du Polyimide Clair (CPI) à $50\ \mu\text{m}$. Plus léger et initialement plus flexible (rayon de courbure aussi bas que $\text{R}=1\text{mm}$ en laboratoire), mais développe des « bosses de pli » permanentes plus rapidement et se raye facilement.

La couche OLED : Là où vivent les pixels

Les réseaux OLED sont imprimés par vapeur sur des substrats plastiques (films PI/PET, $25–50\ \mu\text{m}$ d’épaisseur) au lieu de verre rigide. Ces matériaux organiques émettent de la lumière lorsqu’ils sont électrifiés mais sont fragiles :

 
• Les sous-pixels bleus se dégradent le plus rapidement – les fabricants compensent avec des diodes bleues extra-larges ($20\%$ plus grandes que les rouges/verts).

 

• Les couches d’encapsulation (barrières à film mince, $5–10\ \mu\text{m}$) protègent contre l’entrée d’oxygène/d’eau.

La colonne vertébrale : Substrat $\&$ Adhésifs

Le substrat plastique (PI/PET) est le héros méconnu :

 
• Permet à l’écran entier de se plier en agissant comme une colonne vertébrale flexible.

 

• Les versions avancées (par exemple, DuPont™ Kapton® polyimide) gèrent des températures jusqu’à $400^\circ\text{C}$ pendant la fabrication sans se déformer.

 

• Les adhésifs optiquement clairs (OCA) lient les couches ensemble tout en permettant une transmission de lumière $>90\%$. Toute bulle ou délaminage ici provoque des défauts permanents.

Gestion du stress : Pourquoi les couches sont importantes

 
• Conception du plan neutre : Les fabricants alignent le point de pivot de la courbure pour qu’il traverse la couche OLED plus rigide, plaçant les couches plus douces en compression/étirement. Réduit le risque de cisaillement des pixels.

 

• Symétrie de la charnière : Les écrans se pliant vers l’intérieur (comme le Galaxy Fold) compriment les couches ; les pliables vers l’extérieur (comme le Huawei Mate X) les étirent – conduisant à différents modèles d’usure.

Clé : Ce n’est pas seulement du « plastique mince » – c’est une harmonie de couches conçue.
L’UTG ajoute une résistance aux rayures mais ajoute $\sim 30\ \mu\text{m}$ d’épaisseur ; les substrats plastiques permettent la flexibilité mais exigent une ingénierie robuste. Le résultat : des écrans qui se plient à $180^\circ$ quotidiennement tout en produisant $1,000–1,500\text{ nits}$ de luminosité.

Limites réelles de courbure de la technologie actuelle

À l’heure actuelle, $\text{R}=1.4\text{mm}$ est la courbure pratique la plus serrée pour les pliables produits en série—illustrée par le Galaxy Z Fold $5$ et le Flip $5$ de Samsung. Ceux-ci se plient à plat avec un pli inférieur à $0.1\text{mm}$ de profondeur, tandis que les enroulables comme le prototype de LG ciblent $\text{R}=3\text{mm}$ (correspondant à la courbe d’un crayon de $6\text{mm}$). Le Mix Fold $2$ de Xiaomi est légèrement plus lâche à $\text{R}=1.6\text{mm}$, et l’expérimental Dragonhinge de TCL pousse à $\text{R}=1.0\text{mm}$ mais se fissure après seulement $50,000$ plis lors des tests de stress.

Comment les écrans actuels se mesurent

Pliables : Ingénierie du mur de $1.4\text{mm}$

La domination actuelle de Samsung repose sur des couches UTG de seulement $30\ \mu\text{m}$ d’épaisseur, associées à des charnières répartissant le stress de pliage sur un plan neutre de $8.3\text{mm}$ de large. Après $200,000$ tests en laboratoire, ceux-ci conservent une uniformité de luminosité $>\text{82\%}$—critique pour éviter les zones mortes visibles. Des concurrents comme le Razr ($2023$) de Motorola utilisent des charnières « en goutte d’eau » $\text{R}\approx 2.5\text{mm}$ plus larges pour réduire le plissement mais sacrifient le côté poche.

Enroulables : Écran plus grand, courbes plus douces

Le téléviseur OLED enroulable non sorti de LG nécessitait un minimum de $\text{R}=3\text{mm}$—se courbant doucement autour d’une tige plus épaisse qu’un crayon (diamètre $6\text{mm}$). Des courbures plus serrées provoquaient une séparation rapide des couches : le délaminage se produisait en $1,000$ rouleaux à $\text{R}=2\text{mm}$. TCL contourne cela avec des panneaux OLED pré-courbés ($\text{R}=10\text{mm}$ fixe) qui glissent, au lieu de fléchir en direct.

Progrès $\neq$ Hype : Vérifications de la réalité

Alors que le marketing vante des plis « sans espace », les démontages par des tiers révèlent des compromis :

 
• La charnière de l’Oppo Find N2 répartit le stress sur $\text{R}=1.7\text{mm}$, visiblement moins profonde que les premiers pliables.

 

• Les taux de défaillance des pixels près du pli sautent de $3–5\times$ à $\text{R}=1.0\text{mm}$ vs $\text{R}=1.4\text{mm}$—expliquant pourquoi les prototypes échouent à $\sim 50,000$ cycles.

Sauts générationnels : Gains basés sur les données

Proche avenir : Franchir la barrière de $1.0\text{mm}$

Le prototype Dragonhinge de TCL cible $\text{R}=1.0\text{mm}$ en utilisant des adhésifs dopés au graphène pour résister aux microfissures. Néanmoins, les données de laboratoire montrent que l’épuisement des pixels monte en flèche au-delà de $20,000$ plis—bien en deçà de la norme $200\text{K}$ de Samsung. L’UTG de prochaine génération de Corning (épaisseur projetée de $20\ \mu\text{m}$) vise $\text{R}=1.2\text{mm}$ d’ici $2025$, mais les scientifiques des matériaux mettent en garde : en dessous de $\text{R}=1.0\text{mm}$, les limites d’étirement OLED pourraient devenir des barrières physiques inévitables.

R ou mm? Mesure du rayon de courbure

Le « rayon de courbure » ($\text{R}$) est l’étalon-or pour mesurer la flexibilité de l’écran—pas l’épaisseur en $\text{mm}$. Pensez-y de cette façon : $\text{R}=1.4\text{mm}$ (Fold $5$ de Samsung) signifie que l’écran se courbe aussi serré que du papier d’emballage autour d’une tige de $2.8\text{mm}$ de diamètre (puisque diamètre $= 2\text{R}$). Si une fiche technique indique « se plie à $\text{R}=3\text{mm}$« , l’écran peut épouser en toute sécurité un cylindre de $6\text{mm}$ sans se fissurer. Les tests en laboratoire utilisent des mandrins de précision (tiges) comme les diamètres de $1.0\text{mm}$, $1.4\text{mm}$, $3.0\text{mm}$ pour valider les limites. Une valeur R plus petite $=$ courbure plus serrée.

Pourquoi le rayon de courbure ($\text{R}$) est plus important que les millimètres

L’épaisseur physique (comme l’UTG de $30\ \mu\text{m}$ de Samsung) ne prédit pas les limites de courbure. Exemple :

 
• Une couche de polymère de $30\ \mu\text{m}$ pourrait tolérer $\text{R}=1.0\text{mm}$ isolément.

 

• La même couche dans une pile d’affichage complète (avec adhésifs, capteurs) échoue à $\text{R}=1.5\text{mm}$ en raison de l’accumulation de stress.

Mesure dans le monde réel : Le test du mandrin

Les fabricants fixent les écrans sur des tiges métalliques calibrées (mandrins), les plient à $180^\circ$ et comptent les cycles jusqu’à la défaillance :

Calcul du stress : Plus R est petit, plus le test est difficile

Le stress de courbure double approximativement lorsque $\text{R}$ diminue de $1.5\text{mm}$ à $1.0\text{mm}$ :

 
• $\text{R}=1.5\text{mm}$ : Force de compression $\sim 20\text{ MPa}$ sur les couches internes

 

• $\text{R}=1.0\text{mm}$ : La force monte en flèche à $\sim 38\text{ MPa}$ (le risque d’épuisement des pixels saute $3\times$)

Profondeur du pli $=$ Un indicateur de $\text{R}$

Pliez un téléphone : cette dépression centrale révèle sa véritable valeur R.

 
• Galaxy Z Flip $5$ : Profondeur du pli $\approx 0.07–0.10\text{mm}$ (confirme indirectement $\text{R}\approx 1.4\text{mm}$)

 

• Fold de première génération ($2019$) : Profondeur du pli $>0.3\text{mm}$ (correspond à son $\text{R}=2.5\text{mm}$ plus lâche)

Repérer les affirmations exagérées

Si une startup se vante de pouvoir plier à $\text{R}=0.5\text{mm}$, vérifiez les petits caractères. Souvent :

 
• Une seule couche a été testée (pas la pile d’affichage complète)

 

• Des conditions de laboratoire parfaites ont été utilisées (pas de fluctuations de température, pas de poussière)

 

• La fatigue des matériaux a été ignorée (un seul pli vs $100\text{K}$ cycles)

Idée clé :

La valeur $\text{R}$ est reine. Elle quantifie les performances de courbure du monde réel—pas les limites théoriques. Lorsque vous comparez des écrans, exigez la valeur $\text{R}$. Aucune valeur $\text{R}$ répertoriée ? Traitez les spécifications avec scepticisme.

Pourquoi pousser les limites risque la durabilité

Pliez un écran Samsung à son minimum $\text{R}=1.4\text{mm}$, et la couche UTG subit $\sim 18\text{ MPa}$ de compression, proche de sa limite de conception. Maintenant, réduisez cette courbure à $\text{R}=1.0\text{mm}$ (comme le prototype de TCL), et le stress monte en flèche à $\approx 30\text{ MPa}$. Ce pic de $40\%$ signifie que les microfissures émergent $4\times$ plus rapidement, réduisant la durée de vie de $200,000+$ plis à moins de $50,000$. La fatigue des matériaux n’est pas linéaire : un écran survivant $100$ plis quotidiens à $\text{R}=1.4\text{mm}$ pourrait ne durer que $20$ jours à $\text{R}=1.0\text{mm}$.

La physique de la défaillance

Concentration du stress : Pourquoi un petit $\text{R} =$ de gros problèmes

Le rayon de courbure dicte la netteté avec laquelle les couches s’étirent/se compriment. La surface de l’écran intérieure se froisse sous la compression ; la face extérieure s’étire. À $\text{R}=1.4\text{mm}$ :

 
• Les couches intérieures se compriment d’$\approx 0.3\%$

 

• Les couches extérieures s’étirent d’$\approx 0.5\%$
  Réduisez le rayon de moitié à $\text{R}=0.7\text{mm}$, et la contrainte passe à $1.2\%$ d’étirement—au-delà de la limite élastique des matériaux OLED. Les fissures se propagent plus rapidement lorsque les chaînes de polymères étirées se cassent.

Fatigue : Mort par $1,000$ plis

Chaque pli inflige des dommages microscopiques qui s’accumulent :

 
1. Phase 1 ($0–50\text{K}$ plis) : L’UTG développe des microfissures invisibles (en moyenne $2–5\ \mu\text{m}$ de profondeur).

 

2. Phase 2 ($50–100\text{K}$ plis) : Les fissures s’approfondissent à $10–20\ \mu\text{m}$, diffusant la lumière $\to$ « voile de pli » visible.

 

3. Phase 3 ($150\text{K}+$ plis) : Les adhésifs s’affaiblissent, laissant l’air/l’humidité envahir $\to$ épuisement des pixels.
   Test accéléré : Les machines de laboratoire de Samsung plient les téléphones $24/7$ à $1\text{ cycle/seconde}$, atteignant $200\text{K}$ plis en seulement $55\text{ heures}$.

Points faibles spécifiques aux matériaux

 
• Verre ultra-mince (UTG) : Échoue via la propagation des fissures à partir de micro-défauts. Les données de Corning montrent qu’une feuille UTG de $30\ \mu\text{m}$ se fissure après $\approx 500,000$ plis à $\text{R}=3\text{mm}$ $\to$ mais seulement $20,000$ à $\text{R}=1.0\text{mm}$.

 

• OLED polymère (POLED) : Subit une déformation plastique. Un substrat de polyimide de $25\ \mu\text{m}$ développe des « courbures de mémoire » permanentes après $100\text{K}$ plis à $\text{R}=1.4\text{mm}$ $\to$ conduisant à des bosses visibles.

 

• Traces métalliques : Le microcâblage près des plis se fracture à $>0.6\%$ d’étirement – une limite stricte à $\text{R}<1.2\text{mm}$.

Facteurs aggravants environnementaux

Ce que les tests en laboratoire manquent :

 
• Températures froides ($-10^\circ\text{C}$) : Les polymères deviennent cassants. Le risque de fissure triple par rapport aux plis à température ambiante.

 

• Poussière/Gravier : Les grains de sable de $5–10\ \mu\text{m}$ de large deviennent des abrasifs dans les charnières, broyant les couches pendant les plis.

 

• Pression du doigt : Appuyer près du pli pendant l’utilisation ajoute $+5\text{ MPa}$ de stress – assez pour faire basculer les écrans fatigués vers la défaillance.

L’illusion des $200\text{K}$ cycles

L’affirmation de durabilité de Samsung suppose :

✅ Mouvement de charnière doux (lent, faible friction)

✅ Aucune pression latérale

✅ $25^\circ\text{C}$ de température ambiante

Les utilisateurs réels subissent $3–5\times$ plus de stress à cause de :

 
• Fermer les téléphones rapidement ($\uparrow$ force d’impact)

 

• Transporter dans les poches (plier en étant plié)

 

• Utiliser à la lumière du soleil ($\uparrow$ température $\to$ polymères plus doux)

Pourquoi $\text{R}=1.4\text{mm}$ est le point idéal d’aujourd’hui : Il équilibre la minceur avec la physique des matériaux—pas seulement les objectifs marketing. Au-delà de cela ? Les gains diminuent à mesure que les risques augmentent.

Où se dirige la technologie de courbure

Au-delà des pliables d’aujourd’hui à $\text{R}=1.4\text{mm}$, les laboratoires poursuivent $\text{R}=1.0\text{mm}$ en utilisant des remplacements radicaux de matériaux. L’UTG de prochaine génération de Corning vise $20\ \mu\text{m}$ d’épaisseur (en baisse par rapport à $30\ \mu\text{m}$) et cible $\text{R}=1.2\text{mm}$ d’ici $2025$, tandis que la $\text{R}\&\text{D}$ de Samsung utilise l’ablation laser pour amincir les couches adhésives de $0.8\text{x}$. Les enroulables deviennent plus intelligents : le brevet de LG montre des OLED sur une maille en alliage à mémoire de forme qui « se remet en place » après la courbure, réduisant la fatigue de $40\%$. Mais la physique ne se pliera pas facilement – pousser en dessous de $\text{R}=0.8\text{mm}$ risque l’étirement permanent de la couche OLED ($>1.2\%$), une limite stricte sans nouveaux matériaux.

Tout plus mince : Guerre sub-micronique

Les ingénieurs attaquent l’épaisseur à chaque couche :

 
• UTG $2.0$ : Le verre de $20\ \mu\text{m}$ de Corning (ciblant $2025$) améliore la flexibilité en réduisant la fragilité aux rayons serrés. Les premiers prototypes gèrent $\text{R}=1.2\text{mm}$ pour $100\text{K}$ cycles.

 

• Nano-adhésifs : La colle optique de $1.5\ \mu\text{m}$ de Shin-Etsu remplace les OCA de $10\ \mu\text{m}$ hérités – amincissant les piles tout en résistant au délaminage.

 

• OLED-sur-PI Lite : Les substrats de polyimide de $12\ \mu\text{m}$ amincis au laser (norme actuelle : $25\ \mu\text{m}$) réduisent la hauteur totale de la pile à $\approx 140\ \mu\text{m}$ – critique pour les enroulables.

Percées de durabilité

Guérir les dommages invisibles

 
• Polymères auto-réparateurs : Les laboratoires de LG testent des couches de polyuréthane qui « saignent » du fluide monomère dans les microfissures ($<30\ \mu\text{m}$ de large), scellant les dommages à $40^\circ\text{C}$ (par exemple, téléphone dans la poche). Restaure $90\%$ de la résistance après $24\text{ heures}$.

 

• Charnières réparties : Le brevet de Xiaomi ($2023$) utilise des micro-réseaux d’engrenages à l’intérieur des charnières – répartissant le stress de courbure sur $12\text{ points de contact}$ au lieu de $2$. Réduit la compression maximale de $28\%$ à $\text{R}=1.0\text{mm}$.

Changements architecturaux

Au-delà du pliage : Rouler, trancher, glisser

 
• Enroulables $2.0$ : Le téléphone à défilement $\text{R}=10\text{mm}$ de BOE stocke les écrans sur des bobines en céramique au lieu de mandrins – courbure quasi nulle après le déroulement.

 

• Écrans à segments : Le prototype « OLED fragmenté » de TCL tranche les écrans en bandes de $0.5\text{mm}$ de large jointes par un câblage étirable. Chaque bande se plie au minimum ($\text{R}=5\text{mm}$) tandis que l’écran entier se plie à $\text{R}=1.5\text{mm}$.

Physique vs Ambition

Le mur $\text{R}=1.0\text{mm}$ – et au-delà

La physique actuelle suggère que $\text{R}=0.8\text{mm}$ est le plancher absolu pour les OLED :

 
• Fracture des électrodes : Les traces métalliques se cassent au-delà de $1.2\%$ d’allongement – inévitable à $\text{R}<0.8\text{mm}$ sans câblage en graphène (toujours en laboratoire).

 

• Défaillances d’encapsulation : Les barrières d’humidité se fissurent sous $>0.4\%$ de compression en dessous de $\text{R}=0.7\text{mm}$.

Les laboratoires explorent des solutions de contournement :

 
• Affichages à micro-charnières : Le concept de Panasonic utilise $10,000\text{ micro-panneaux}$ sur un tissu flexible. Chaque carreau rigide tourne individuellement – se pliant à $\text{R}=0.5\text{mm}$ sans stresser les pixels.

 

• OLED fluides : L' »Oleo-Phosphore » de l’Université de Kyoto suspend des particules émettrices dans de l’huile de silicone. Le concept de preuve de se plie à $\text{R}=0.3\text{mm}$ mais n’émet que $150\text{ nits}$ – peu pratique pour une utilisation grand public.

Vérification de la réalité : Les écrans du marché de masse ne franchiront pas $\text{R}=1.0\text{mm}$ avant $2026$. D’ici là, les charnières adaptatives et les couches auto-réparatrices combleront l’écart.