仿真APP助力OLED柔性屏幕高效设计
一、背景介绍
当前，折叠屏手机已成为流行趋势。国内各大手机厂商都相继推出了自己的折叠屏产品，如华为的Mate X系列、OPPO的Find N系列等。手机能够折叠依赖于可弯折的OLED柔性屏幕。柔性OLED屏幕的叠层和材料数量较多，不同的叠层厚度和材料组合会导致不同的弯折应力分布，进而影响屏幕的使用性能。采用传统的设计分析流程，需要在屏幕结构定型之前对叠层进行反复的尺寸调整和试验，以获得满足产品使用的结构形式，费时费力。而采用多物理仿真平台Simdroid无代码化封装的仿真APP，可以快速对柔性屏幕不同叠层厚度与材料参数进行对比分析，极大提高了设计效率，并大大降低了设计人员的技术要求门槛。
图1 市场热门折叠屏手机（来自网络）
二、仿真APP解决方案
柔性屏幕折叠性能与叠层结构关系密切，一般的OLED屏幕叠层包含PET、UTG玻璃、POL偏光片、PANEL层等，各层由OCA光学胶粘接成一个整体。屏幕弯折方式大多为内弯，如Find N系列；华为部分型号为外弯，屏幕朝外。
本案例以某型号内弯结构柔性OLED屏幕为例，介绍柔性屏幕弯折力学分析的建模过程和APP制作方法，并基于仿真APP完成屏幕的结构设计。
图2 OLED柔性屏幕叠层结构
1、仿真流程搭建
1) 参数化建模：模型为左右对称模型，柔性OLED屏幕通过泡棉与刚性中框连接，长宽分别取100*5mm，厚度为各叠层厚度之和，将关键的叠层厚度尺寸进行参数化。
图3 柔性屏幕参数化建模
2) 材料参数设定：OCA光学胶具有超弹性和粘弹性，是一种不可压缩材料，采用Mooney Rivlin超弹性本构模拟，其它材料皆采用线弹性材料本构模拟。定义屏幕各叠层和运动器件的材料属性。
图 4 材料参数设定
3) 网格划分：所有部件皆采用一阶六面体网格划分，各叠层厚度方向一般划分1-2层网格，面内方向弯折曲率大的位置网格密度可加大，其他位置网格密度可适量降低，以提高计算精度同时减少计算时间。
图5 网格划分
4) 约束与载荷施加：泡棉一侧与刚性中框粘接，另一侧与屏幕接触；左侧中框为支撑架，固定不动，右侧中框沿给定轨迹曲线运动加载。
图6 约束与载荷施加
5) 连接与接触：定义支撑泡棉与屏幕之间的接触与绑定关系，并定义运动器件为刚体。
图7 连接与接触定义
6) 求解设置：创建通用静力分析步。
图8 求解设置
7) 计算结果查看：弯折后的屏幕呈“水滴”形状，对称模型镜像后完整形状如左下图。右下图是华为Mate X2的屏幕实物弯折效果。
图9 柔性屏幕弯折仿真与实物效果对比
查看最大主应力和最大主应变云图。
图10 最大主应力与最大主应变分布云图
2、仿真APP封装
基于Simdroid平台提供的仿真APP开发环境，通过选择和鼠标拖拽的方式搭建屏幕弯折分析APP界面，将屏幕弯折的分析过程进行封装，开发具有尺寸设计、分析求解、结果查看完整过程的一体化仿真APP，如下图所示。
图11 OLED柔性屏幕弯折仿真APP界面
用户可以修改各叠层厚度及材料参数，一键计算，快速得到不同设计方案的屏幕应力、应变。APP界面左侧为叠层示意图，几何参数修改面板，叠层材料参数修改面板，最下方为生成几何、生成网格和一键计算的按钮。界面右侧为模型展示区，可查看几何、网格模型及结果的最大主应力、最大主应变云图。
3、基于仿真APP的叠层结构设计
1）基于屏幕弯折仿真APP，计算不同厚度与材料选型下的屏幕应力分布情况，并调整参数优化结构设计。初步设置一组尺寸参数，从计算结果可以看出，屏幕弯折过程UTG层最大应力达到1668MPa，超过材料强度，会造成屏幕在弯折过程中的破坏，判断设计不合理，需要进行调整。
图12 屏幕结构初步设计
2）修改叠层参数，如减小UTG厚度，选用模量更低的OCA胶等，重新提交进行计算。UTG层最大应力为964MPa，应力水平降低了42%。通过计算可以获得各叠层的应力和应变，结合相关的实验数据，可对屏幕破坏风险进行判断，也可对不同叠层或材料组合设计的应力风险进行横向对比，提高设计效率。
图13 经过参数优化后的计算结果
三、屏幕弯折仿真APP应用
柔性屏幕在电子消费行业应用日趋广泛，如面板厂商、手机厂商、电脑厂商、电视厂商等，不同产品的柔性屏幕在结构设计时都可建立对应的仿真APP，将分析过程进行封装，实现产品性能的快速分析，优化产品设计。
有了仿真APP的协助，工程师不再需要进行繁琐及重复的建模与分析操作，也不需要过多关注分析原理和计算过程，就可以完成力学性能符合要求的产品结构设计。同时，本需要专业仿真工程师才能胜任的分析计算工作，可以部分交由设计工程师处理，减少设计部门和分析部门之间的迭代次数，缩短产品研发周期，降低研发成本。访问Simapps在线使用仿真APP快速完成柔性屏幕叠层设计，辅助产品研发。
四、仿真APP赋能每一个工业品
相较于传统CAE仿真软件，基于Simdroid开发的仿真APP更加灵活易用，用户可以零门槛低成本、跨平台跨终端随时随地访问云平台进行仿真分析工作，提升产品研发效率。
同时，Simapps平台也支持企业产商将仿真APP的在线计算界面内嵌到官方网站产品宣传页，或将仿真APP的二维码植入到产品介绍手册，为需求端用户展示产品的科学设计方式及产品性能，提供使用场景的仿真分析。仿真APP赋能每一个工业品，助力企业提升产品竞争力。更多仿真APP赋能场景及应用，可联系在线客服。
五、关于Simdroid
Simdroid（中文名“伏图”）是云道智造自主研发的通用多物理场仿真PaaS平台，具备自主可控的隐式结构、显式动力学、流体、热、低频电磁、高频电磁、多体动力学等通用求解器，支持多物理场耦合仿真。在统一友好的环境中为仿真工作者提供前处理、求解分析和后处理工具。同时，作为仿真PaaS平台，其内置的APP开发器支持用户以无代码化的方式便捷封装参数化仿真模型及仿真流程，将仿真知识、专家经验转化为可复用的仿真APP。访问Simapps申请使用Simdroid平台开发（定制）属于您自己的仿真APP。
