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

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(jī);OPPO已經(jīng)申請(qǐng)了相關(guān)專利，其高管在微博也展示了自家的折疊屏手機(jī)。

但是，全球第一款折疊屏手機(jī)并非來(lái)自上述手機(jī)廠商，首款發(fā)布并量產(chǎn)的機(jī)型其實(shí)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(guò)低而無(wú)法進(jìn)入市場(chǎng)。即使是量產(chǎn)的產(chǎn)品，因?yàn)榱计仿侍停N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(lái)更是難以想象，那么市面上現(xiàn)在的折疊屏手機(jī)是如何實(shí)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(jī)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(jiǎn)單：通電后，背光層發(fā)出亮光，光線自下而上層層穿越，到達(dá)液晶層。同時(shí)，液晶體在電流的作用下不斷調(diào)整背光層光源的紅綠藍(lán)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(shí)，LCD的結(jié)構(gòu)并沒(méi)有上述的那樣簡(jiǎn)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(yáng)極、傳輸層、有機(jī)發(fā)光層和陰極。與LCD相比，其發(fā)光原理也簡(jiǎn)單的多：通電后，正電荷從陽(yáng)極出發(fā)，負(fù)電荷從陰極出發(fā)，正負(fù)電荷在發(fā)光層匯合，屏幕就能發(fā)光。由于采用了有機(jī)材料，OLED屏幕可以自發(fā)光，無(wú)需背光層。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，一塊OLED屏幕，就是由百千萬(wàn)個(gè)“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(jī)分子的類型，通過(guò)在屏幕上涂抹基層有機(jī)分子，不同的色彩就可顯示出來(lái)。光的亮度或強(qiáng)度取決于發(fā)光材料的性能以及施加電流的大小。

通俗來(lái)說(shuō)，OLED的顯色原理就好比舞廳的彩色光球。白色的燈光經(jīng)過(guò)被涂抹成不同顏色的燈泡表面后就成了彩光，涂層相當(dāng)于有機(jī)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(jiǎn)，因此也就更薄，OLED屏幕的厚度一般在1毫米，而LCD屏則達(dá)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(guò)程更為復(fù)雜，必須要通過(guò)背光層進(jìn)行，而OLED只要通電就能發(fā)光。

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

對(duì)比兩種材質(zhì)我們會(huì)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(jī)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(dāng)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(jiàn)，韓國(guó)廠商LG曾推出過(guò)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(shí)在幾年之前，許多廠商就開(kāi)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(yíng)造出了無(wú)邊框的視覺(jué)效果。在此之前，三星曾于2014年發(fā)布了Note Edge，不過(guò)遺憾的是，這款手機(jī)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(yáng)極、傳輸層、有機(jī)發(fā)光層、和陰極。

為了保證電子的流動(dòng)速率（也就是電荷的流動(dòng)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(jī)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(yáng)極應(yīng)該采用什么材料呢？

在OLED中，陽(yáng)極和陰極必須有一個(gè)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(yáng)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(diǎn)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(huì)有嚴(yán)重的漫反射，會(huì)導(dǎo)致在室外場(chǎng)景光線照射的情況下，屏幕反射光強(qiáng)烈，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)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(wèn)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(wú)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(guò)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(guò)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(dá)400°C以上 ，長(zhǎng)期使用溫度范圍-200～300°C。同等重量的聚酰亞胺的價(jià)格是黃金的三倍。就目前已經(jīng)發(fā)布的折疊手機(jī)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(hù)玻璃大廠康寧對(duì)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(guò)由于技術(shù)尚不成熟，無(wú)法達(dá)到商用的程度。

對(duì)柔性玻璃的突破來(lái)自三星，今年2月，三星宣布首次實(shí)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(guó)技術(shù)公司必維國(guó)際檢驗(yàn)集團(tuán)的測(cè)試，三星的此款柔性屏幕可折疊20萬(wàn)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(shuō)的幾個(gè)主要結(jié)構(gòu)外，OLED屏幕表層也需要保護(hù)，這層保護(hù)膜一般采用無(wú)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(qiáng)度和對(duì)可見(jiàn)光波段光線透明等特點(diǎn)，廣泛運(yùn)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(gè)材料問(wèn)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(duì)于撓曲屏，小米給出了不錯(cuò)的方案：將屏幕彎曲對(duì)折，保留一定的側(cè)邊曲面。小米的Mix Alpha就是這種設(shè)計(jì)，其好處在于屏幕仍然使用了玻璃材質(zhì)，相對(duì)于三星的華為的折疊屏來(lái)說(shuō)，其硬度得到了很好的保證。

可折疊屏幕在折疊處的設(shè)計(jì)大約有兩種方式，一種是采取鉸鏈的機(jī)構(gòu)件設(shè)計(jì)，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(lái)配合。

鉸鏈?zhǔn)悄壳罢郫B屏手機(jī)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(jī)械滑塊”的雙層設(shè)計(jì)。由于屏幕折疊后表面會(huì)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(guó)內(nèi)只有宜安科技供應(yīng)。

華為“柔性鉸鏈+可伸縮機(jī)械滑塊”鉸鏈

可伸縮機(jī)械滑塊是用來(lái)應(yīng)對(duì)屏幕彎曲時(shí)對(duì)內(nèi)部空間造成的擠壓。當(dāng)機(jī)身對(duì)折時(shí)，鉸鏈下方的兩個(gè)滑塊會(huì)緩緩縮進(jìn)機(jī)身內(nèi)，最終完全隱藏在機(jī)身內(nèi)部。

原理很簡(jiǎn)單，但要制造出這個(gè)合頁(yè)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(gè)零件，設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)、物理學(xué)、材料學(xué)等多門學(xué)科，要求極高。

不過(guò)有意思的是，各家廠商的鉸鏈細(xì)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(jì)本身是一種機(jī)械機(jī)構(gòu)，因此有一定缺陷。首先便是增加了手機(jī)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(dá)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(wú)法向紙張一樣完全折疊，所以鉸鏈折疊處無(wú)法做到向紙的折痕那樣近乎一條直線，一般都會(huì)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(wèn)題目前無(wú)法避免。

目前的折疊屏手機(jī)雖然還存在很多問(wèn)題，但是不得不承認(rèn)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(jí)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(jì)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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