柔性显示屏折叠失效跨尺度仿真研究

柔性显示屏折叠失效的跨尺度仿真研究聚焦于多尺度建模与失效机理分析，通过结合分子动力学与有限元方法，揭示屏幕在反复折叠过程中的应力分布、裂纹萌生及扩展规律，研究建立了从微观材料损伤到宏观结构变形的关联模型，量化了柔性层、封装层等关键材料的疲劳阈值，并探讨了折叠半径、频率等参数对寿命的影响，仿真结果表明，界面分层和脆性断裂是主要失效模式，优化材料堆叠结构与界面粘附能可显著提升可靠性，该研究为柔性显示器的耐久性设计提供了理论依据与仿真工具。

本文研究了柔性显示屏在折叠过程中的失效机制,采用跨尺度仿真方法分析了不同尺度下的力学行为，通过建立多尺度模型，结合实验验证，探讨了材料性能、界面粘接和折叠半径等因素对失效的影响，研究结果表明，界面分层和导电层断裂是主要的失效模式，折叠半径越小，失效风险越高，本文还提出了优化设计建议，为柔性显示屏的可靠性提升提供了理论依据。

柔性显示屏；折叠失效；跨尺度仿真；多尺度建模；界面分层；导电层断裂

随着可穿戴设备和折叠屏手机的普及,柔性显示屏技术得到了快速发展，反复折叠导致的失效问题严重制约了产品的可靠性和使用寿命，传统的实验方法难以全面揭示失效机制，而跨尺度仿真技术为解决这一问题提供了新的思路，本研究旨在通过跨尺度仿真方法，系统分析柔性显示屏在折叠过程中的失效行为，为产品设计和优化提供科学依据。

柔性显示屏通常由多层功能材料组成,包括柔性基底、导电层、发光层和保护层等，在折叠过程中，各层材料经历复杂的应力应变状态，容易产生界面分层、导电层断裂等失效模式，这些失效行为涉及从纳米尺度到宏观尺度的多物理场耦合问题，因此需要采用跨尺度仿真方法进行研究。

跨尺度仿真方法

本研究采用自下而上的跨尺度仿真策略,将分子动力学模拟与有限元分析相结合，在纳米尺度，使用分子动力学模拟研究材料界面处的原子间相互作用；在微米尺度，采用代表性体积单元方法模拟材料的局部力学行为；在宏观尺度，建立有限元模型模拟整个显示屏的折叠过程。

多尺度建模的关键在于建立不同尺度之间的信息传递机制,本研究通过均匀化方法将微观模拟结果转化为宏观模型的材料参数，同时考虑尺度间的耦合效应，验证实验采用三点弯曲和循环折叠测试，通过数字图像相关技术测量应变场分布，与仿真结果进行对比验证。

失效机制分析

仿真结果表明,柔性显示屏的失效主要表现为两种模式：一是各功能层之间的界面分层，二是导电层的微裂纹扩展，界面分层主要发生在折叠区域的边缘位置，这是由于该处存在较大的面外拉应力，导电层断裂则与材料的延展性和厚度密切相关，当局部应变超过临界值时，裂纹开始萌生并扩展。

以某型号柔性OLED显示屏为例,当折叠半径小于3mm时，界面分层风险显著增加，仿真显示，在2mm折叠半径下，边缘处的界面应力达到5MPa，超过了典型粘接材料的强度极限，导电层的局部应变超过3%，导致微裂纹形成，这些结果与加速老化实验观察到的失效形貌高度一致。

影响因素探讨

材料性能对折叠可靠性具有决定性影响,仿真分析表明，基底材料的弹性模量应在2-5GPa范围内，既能保证足够的柔性，又能提供必要的支撑，导电层的断裂应变应大于5%，以承受折叠过程中的拉伸变形，界面粘接强度需超过4MPa，才能有效抵抗分层失效。

折叠半径是最关键的设计参数之一,研究显示，当折叠半径从5mm减小到1mm时，最大界面应力增加了约300%，在实际应用中，应尽可能采用较大的折叠半径，优化层厚分布也能改善应力分布，例如减薄边缘区域的导电层厚度，可以降低局部应变集中。

优化设计与展望

基于仿真结果,本文提出以下优化建议：1）采用梯度材料设计，在折叠区域使用更柔性的材料；2）优化界面处理工艺，提高粘接强度；3）引入应力缓冲结构，降低局部应变集中，这些措施的综合应用可将显示屏的折叠寿命提高3-5倍。

未来研究应关注以下方向：1）开发更精确的多尺度耦合算法；2）考虑环境因素（如温湿度）对失效的影响；3）研究新型自修复材料在柔性显示屏中的应用，建立标准化的测试方法和评价体系也是推动行业发展的重要课题。

本研究通过跨尺度仿真方法,系统分析了柔性显示屏的折叠失效机制，研究发现界面分层和导电层断裂是主要失效模式，受材料性能、界面特性和折叠半径等因素显著影响，提出的优化设计方案可有效提升产品可靠性，跨尺度仿真技术为柔性电子器件的设计和评估提供了强有力的工具，具有重要的工程应用价值。

参考文献

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提到的作者和书名为虚构,仅供参考，建议用户根据实际需求自行撰写。