9月1日，三星召開全球發(fā)布會正式推出旗下全新一代折疊屏手機——三星Galaxy Z Fold2 5G，這也是對去年年初發(fā)布的Galaxy Fold更新升級。同樣作為世界級手機廠商的華為在去年也推出了折疊手機Mate X。老牌手機廠商摩托羅拉去年也推出了Razr折疊屏手機。

其他廠商也不甘示弱，紛紛推出或曝光了自家的產(chǎn)品，小米于去年9月發(fā)布了MIX Alpha環(huán)繞屏手機;OPPO已經(jīng)申請了相關(guān)專利，其高管在微博也展示了自家的折疊屏手機。

但是，全球第一款折疊屏手機并非來自上述手機廠商，首款發(fā)布并量產(chǎn)的機型其實是柔宇科技在2018年10月發(fā)布的FlexPai柔派。

值得注意的是，在已曝光的產(chǎn)品中，僅有華為、三星和柔宇的產(chǎn)品量產(chǎn)并發(fā)售。其他廠商的產(chǎn)品多因技術(shù)難題或者良品率過低而無法進入市場。即使是量產(chǎn)的產(chǎn)品，因為良品率太低，銷售的數(shù)量也很有限。

在傳統(tǒng)的印象中，屏幕往往是最容易受損的部分，將屏幕折疊起來更是難以想象，那么市面上現(xiàn)在的折疊屏手機是如何實現(xiàn)的呢？

屏幕材質(zhì)的選擇：LCD還是OLED？

市面上主流的屏幕材質(zhì)有兩種：液晶顯示屏（Liquid Crystal Display，LCD）和有機電激光顯示（Organic Light-Emitting Diode，OLED）。

LCD的主要組成部分從下到上依次為背光層、偏光片、玻璃片、液晶層、濾色片、玻璃片和偏光片。這一結(jié)構(gòu)的工作原理也很簡單：通電后，背光層發(fā)出亮光，光線自下而上層層穿越，到達液晶層。同時，液晶體在電流的作用下不斷調(diào)整背光層光源的紅綠藍配比從而顯示不同的顏色。光線繼續(xù)向上，在濾色片的作用下就顯示出不同的畫面。

其實，LCD的結(jié)構(gòu)并沒有上述的那樣簡單，完整的結(jié)構(gòu)共有11層。

LCD結(jié)構(gòu)

OLED的結(jié)構(gòu)包括基板、陽極、傳輸層、有機發(fā)光層和陰極。與LCD相比，其發(fā)光原理也簡單的多：通電后，正電荷從陽極出發(fā)，負電荷從陰極出發(fā)，正負電荷在發(fā)光層匯合，屏幕就能發(fā)光。由于采用了有機材料，OLED屏幕可以自發(fā)光，無需背光層。簡單來說，一塊OLED屏幕，就是由百千萬個“小燈泡”組成。

OLED結(jié)構(gòu)

OLED屏幕顯示的色彩完全取決于發(fā)光層有機分子的類型，通過在屏幕上涂抹基層有機分子，不同的色彩就可顯示出來。光的亮度或強度取決于發(fā)光材料的性能以及施加電流的大小。

通俗來說，OLED的顯色原理就好比舞廳的彩色光球。白色的燈光經(jīng)過被涂抹成不同顏色的燈泡表面后就成了彩光，涂層相當于有機分子，其透光度和厚度、電流的大小則決定了燈光的亮度。

OLED結(jié)構(gòu)更為精簡，因此也就更薄，OLED屏幕的厚度一般在1毫米，而LCD屏則達到了3毫米。LCD由于采用了雙層玻璃板，其硬度比OLED高，抗擊打的能力更弱，很容易破碎。從顯像原理上看，LCD的發(fā)光過程更為復(fù)雜，必須要通過背光層進行，而OLED只要通電就能發(fā)光。

此外，OLED的色彩飽和度、對比度高和功耗均優(yōu)于LCD，因此，越來越多的廠商放棄了后者，大量使用OLED材質(zhì)屏幕。

對比兩種材質(zhì)我們會發(fā)現(xiàn)，OLED更適合用作折疊屏。

柔性O(shè)LED，用料是關(guān)鍵

OLED屏幕又分成剛性和柔性兩類。柔性O(shè)LED又根據(jù)彎曲的程度分為撓曲屏、折疊屏和卷曲屏。撓曲屏就是大家已經(jīng)熟知的瀑布屏，在手機側(cè)邊屏幕向下彎曲，比如小米10，OPPO的Find x 2 pro和華為的P30 pro都是撓曲屏。折疊屏是當下很主流的技術(shù)，三星的Fold系列和華為的Mate X就是典型。卷曲屏目前較少見，韓國廠商LG曾推出過量產(chǎn)可彎曲電視，這也是為數(shù)不多的量產(chǎn)卷曲屏產(chǎn)品。

其實在幾年之前，許多廠商就開始了柔性屏的探索。

三星在2015年發(fā)布了S6 edge，這款產(chǎn)品的創(chuàng)新之處就在于其曲面邊框。三星將邊框的屏幕向下彎曲，營造出了無邊框的視覺效果。在此之前，三星曾于2014年發(fā)布了Note Edge，不過遺憾的是，這款手機只有右側(cè)邊框是曲面，其彎曲程度亦不如S6 edge。

由于技術(shù)限制，撓曲屏不能做到自由折疊，但這款產(chǎn)品也激發(fā)了廠商的探索。

要使屏幕自由折疊，就必須從屏幕各結(jié)構(gòu)的材料下手，只要各部分可以折疊，那么屏幕折疊也就順利成章。

上面提到，OLED的結(jié)構(gòu)包括基板、陽極、傳輸層、有機發(fā)光層、和陰極。

為了保證電子的流動速率（也就是電荷的流動速率），傳輸層多采用金屬類材質(zhì)。陰極也多采用金屬涂層。而最重要的有機發(fā)光層一般多用小分子發(fā)光材料，其中一種叫做8-羥基喹啉鋁的類金屬物質(zhì)常用。

金屬類材料易于折疊，那么剩下的基板和陽極應(yīng)該采用什么材料呢？

在OLED中，陽極和陰極必須有一個是透明的，由于陰極已經(jīng)采用了不透明的金屬材質(zhì)，因此陽極的材料就有一定限制。業(yè)界一般采用氧化銦錫（Indium tin oxide，ITO）。ITO是一種混合物，主要的特性是具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性和透光度。

但是，ITO的缺點在于其脆性，在數(shù)次彎曲或較大幅度彎折后，觸控功能就可能失效。目前，人們提出了一些替代材料，其中具有高度量產(chǎn)性的是金屬網(wǎng)格及銀納米線。前者是在塑膠薄膜上壓制導(dǎo)電金屬網(wǎng)格圖案，后者是將銀納米線涂抹在塑膠基板上，并用激光光刻技術(shù)刻畫成導(dǎo)電薄膜。

要保證優(yōu)秀的顯示效果，導(dǎo)電金屬網(wǎng)格的線寬必須限制在1微米以下，否則容易在圖像上出現(xiàn)波紋。銀納米線的涂抹也必須均勻，不然就會有嚴重的漫反射，會導(dǎo)致在室外場景光線照射的情況下，屏幕反射光強烈，嚴重的時候會使得用戶看不清屏幕。

基板是屏幕結(jié)構(gòu)中的底層部分，類似于房屋的地基，其他結(jié)構(gòu)都建立在其之上。在解決了上層結(jié)構(gòu)材料問題后，基板的材料又如何選擇呢？

傳統(tǒng)的OLED結(jié)構(gòu)中，基板一般都是玻璃。但是玻璃面板無法折疊，雖然有人提出可以用塑料替代，但是塑料的透光性不及前者，且其折疊的痕跡過大，顯示效果并不完美。目前主要的三種可代替材料有塑膠、金屬箔、柔性玻璃。

塑膠是目前最主流的基板材料，不過這里的塑膠并不是普通的材料，而是叫做聚酰亞胺（Polyimide），該材料的綜合性能佳，其耐高溫達400°C以上 ，長期使用溫度范圍-200～300°C。同等重量的聚酰亞胺的價格是黃金的三倍。就目前已經(jīng)發(fā)布的折疊手機中，三星Fold一代和華為Mate X均采用了該材料。

柔性玻璃近兩年也有所發(fā)展。保護玻璃大廠康寧對可彎曲玻璃Willow Glass的研究已經(jīng)持續(xù)數(shù)年，去年也公布了其可折疊顯示屏玻璃，不過由于技術(shù)尚不成熟，無法達到商用的程度。

對柔性玻璃的突破來自三星，今年2月，三星宣布首次實現(xiàn)了用于折疊屏的超薄柔性玻璃（Ultra Thin Glass，UTG）蓋板的量產(chǎn)和商用。三星的做法比較取巧，將特殊材料注入厚度為30微米的超薄玻璃中，賦予其可折疊和柔韌性的特性。根據(jù)法國技術(shù)公司必維國際檢驗集團的測試，三星的此款柔性屏幕可折疊20萬次。

三星已在新發(fā)布的Galaxy Z Fold2 5G中采用了超薄柔性玻璃。

除了上述所說的幾個主要結(jié)構(gòu)外，OLED屏幕表層也需要保護，這層保護膜一般采用無色聚醯亞胺（CPI，Colorless Polyimide）膜。CPI薄膜被稱作“黃金薄膜”，具有耐高低溫、高強度和對可見光波段光線透明等特點，廣泛運用于微電子、航空航天、高速鐵路等領(lǐng)域。

由此，折疊屏幕的幾個材料問題都解決了。

最后一公里的路并不好走

屏幕的材料就好比建材，要建造出完美的房屋，工藝也很重要。

首先需要解決的就是折疊或者彎曲的方式。對于撓曲屏，小米給出了不錯的方案：將屏幕彎曲對折，保留一定的側(cè)邊曲面。小米的Mix Alpha就是這種設(shè)計，其好處在于屏幕仍然使用了玻璃材質(zhì)，相對于三星的華為的折疊屏來說，其硬度得到了很好的保證。

可折疊屏幕在折疊處的設(shè)計大約有兩種方式，一種是采取鉸鏈的機構(gòu)件設(shè)計，二是利用磁吸式結(jié)構(gòu)及類似魔術(shù)貼、鉤和凹口等結(jié)構(gòu)來配合。

鉸鏈是目前折疊屏手機普遍采用的做法，以華為的mate xs為例，其轉(zhuǎn)軸部分采用的是“柔性鉸鏈+可伸縮機械滑塊”的雙層設(shè)計。由于屏幕折疊后表面會拉伸，且必須保證一定的彎曲率，上部的柔性鉸鏈采用液態(tài)金屬，目前國內(nèi)只有宜安科技供應(yīng)。

華為“柔性鉸鏈+可伸縮機械滑塊”鉸鏈

可伸縮機械滑塊是用來應(yīng)對屏幕彎曲時對內(nèi)部空間造成的擠壓。當機身對折時，鉸鏈下方的兩個滑塊會緩緩縮進機身內(nèi)，最終完全隱藏在機身內(nèi)部。

原理很簡單，但要制造出這個合頁一樣的結(jié)構(gòu)卻并不容易，華為的這一結(jié)構(gòu)包含了一百多個零件，設(shè)計數(shù)學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)等多門學(xué)科，要求極高。

不過有意思的是，各家廠商的鉸鏈細節(jié)卻有差異。三星的折疊方向是左右內(nèi)折（三星的Z Flip為上下內(nèi)折），華為和柔宇是左右外折，摩托羅拉則是上下內(nèi)折。

鉸鏈的設(shè)計本身是一種機械機構(gòu)，因此有一定缺陷。首先便是增加了手機的厚度和重量。在三星、華為、柔宇和摩托羅拉的四款產(chǎn)品中，厚重的是柔宇的Flex Pai，折疊厚度和重量分別達到了17毫米和346克，摩托羅拉Razr均衡，折疊厚度14毫米，重量205克。

其次，由于目前的屏幕無法向紙張一樣完全折疊，所以鉸鏈折疊處無法做到向紙的折痕那樣近乎一條直線，一般都會存在較大的空隙，這在內(nèi)折的屏幕中表現(xiàn)的尤為明顯，這一問題目前無法避免。

目前的折疊屏手機雖然還存在很多問題，但是不得不承認這一技術(shù)正在變得越發(fā)成熟。三星發(fā)布的Fold2相比一代升級較大，不僅采用了新的UTG材料，屏幕素質(zhì)也有所提升。華為的Mate X二代預(yù)計也將在今年下半年發(fā)布，我們也期待華為在左右外折方案上的創(chuàng)新。
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