三星发布第二代折叠屏手机，容易碎的屏幕怎么就能折叠了？

9月1日，三星举办了一场全球性的发布会，正式发布了其新一代的折叠屏手机——三星Z 5G。这一举动是对去年初发布的Fold进行的一次更新和升级。与此同时，全球知名的手机制造商华为也在去年推出了自己的折叠手机——Mate X。此外，历史悠久的手机品牌摩托罗拉也于去年推出了Razr折叠屏手机。

其他品牌同样不甘落后，竞相推出了各自的创新产品，其中小米在去年九月推出了搭载环绕屏设计的MIX手机；OPPO则已提交了相关专利申请，并且其高层管理人员也在微博上展示了自家的可折叠屏手机。

然而，并非上述提及的厂商生产了全球首部可折叠屏手机，真正首度推出并实现大规模生产的型号，是柔宇科技在2018年10月推出的柔派手机。

值得关注的是，在已公开的产品中，华为、三星以及柔宇的产品已经实现了量产并开始销售。然而，其他品牌的产品往往因为技术挑战或是品质不高而未能进入市场。即便是一些已经实现量产的产品，由于品质问题，其销售数量也相当有限。

在人们普遍的认知里，屏幕部分通常是易损的，而将屏幕进行折叠则几乎不可想象。那么，当前市场上那些折叠屏手机究竟是如何做到这一点的呢？

屏幕材质的选择：LCD还是OLED?

市场上常见的屏幕材料分为两大类：液晶显示技术（简称LCD）以及有机电激光显示技术（简称OLED）。

LCD的核心结构自下而上排列为：背光层、偏光片、一层玻璃、液晶层、滤色片、另一层玻璃以及偏光片。其运作机制相当直观：电流通过时，背光层会释放出光线，光线从底部向上依次穿透各层。在这个过程中，液晶层在电流的影响下持续调节背光层中红、绿、蓝三色光的混合比例，进而呈现出各种颜色。光线继续向上，在滤色片的作用下就显示出不同的画面。

实际上，LCD的构造并非如你所想那般简单，其完整的结构实际上由11个层次构成，具体可参照下方的图示：

LCD结构

OLED的构造由基板、阳极、传输层、有机发光层以及阴极等部分构成。相较于LCD，其发光机制要简单得多：电流通过时，正电荷从阳极释放，负电荷则从阴极释放，两者在发光层相遇，屏幕因此发出光芒。得益于有机材料的应用，OLED屏幕能够自行发光，不再需要背光层。简言之，一块OLED屏幕实际上是由无数个微小的“灯泡”所构成。

OLED结构

OLED显示屏所呈现的色泽全由其发光层的有机分子种类所决定，通过在屏幕表面涂覆不同的基层有机分子，便能够呈现出丰富的色彩。而光线的亮度或强度则受到所用发光材料特性以及所施加电流强度的双重影响。

简单来说，OLED的显示机制就像夜店的五彩斑斓的灯光球。当白色的光线照射到涂有不同的色彩的光泡表面后，便转化成了彩色光线，而那些涂层实际上是由有机分子构成的，它们的透光率与厚度、以及电流的强度共同决定了光线的明亮程度。

OLED的构造更为简约，因此其厚度也相对更小，通常OLED屏幕的厚度仅为1毫米，相比之下，LCD屏幕的厚度则达到了3毫米。LCD屏幕因为使用了双层玻璃，其硬度自然高于OLED，但这也意味着其抗冲击能力较弱，更容易损坏。在显像原理方面，LCD的发光过程相对复杂，需要借助背光层来实现，而OLED则只需接通电源即可自行发光。

除此之外，OLED屏幕在色彩饱和度、对比度方面均超越LCD，且能耗更低，这使得越来越多的生产商舍弃了LCD屏幕，转而广泛采用OLED材料制成的显示屏。

对比两种材质我们会发现，OLED更适合用作折叠屏。

柔性OLED，用料是关键

OLED屏幕分为刚性型和柔性型两大类。柔性OLED屏幕则根据弯曲程度的不同，细分为挠曲屏、折叠屏以及卷曲屏。其中，挠曲屏就是我们熟知的瀑布屏，其特点是在手机侧边屏幕向下弯曲，例如小米10、OPPO的Find x 2 pro以及华为的P30 pro都采用了挠曲屏设计。折叠屏技术已成为当前的主流，三星的Fold系列和华为的Mate X便是其中的佼佼者。相比之下，卷曲屏产品较为罕见，韩国品牌LG曾成功生产过可弯曲的电视，这算得上是市场上为数不多的量产型卷曲屏产品之一。

其实在几年之前，许多厂商就开始了柔性屏的探索。

2015年，三星推出了S6 edge，该机型的一大亮点是其独特的曲面边框设计。三星巧妙地将屏幕边缘向下弯曲，从而打造出一种近似无边框的视觉体验。值得一提的是，在S6 edge之前，三星已于2014年推出了Note Edge，但遗憾的是，这款手机仅右侧边框采用了曲面设计，且其弯曲程度并不及S6 edge。

受限于技术条件，挠曲屏无法实现完全的自由弯曲，然而，这一特性同样促使了制造商们对此展开深入的研究与开发。

为了实现屏幕的灵活折叠，需针对屏幕各个组件的材质进行深入研究，一旦这些部分均具备可折叠的特性，屏幕的折叠过程便会变得自然顺畅。

如前所述，OLED的构造主要由基板、阳极、传输层、有机发光层以及阴极等部分构成。

为确保电子传输速度（即电荷流动速度）的稳定，传输层普遍选用金属材料。同时，阴极部分也倾向于使用金属作为涂层。至于至关重要的有机发光层，通常会选择小分子发光材料，其中，一种名为8-羟基喹啉铝的类金属材料尤为常见。

金属材质便于弯曲，因此对于剩余的基板与阳极部分，我们应考虑选用何种材质？

在OLED技术中，阳极与阴极中必有一方需具备透明性，鉴于阴极已选用不透明的金属材料，这便对阳极的材料选择产生了限制。业界普遍选用氧化铟锡（），简称ITO。ITO是一种混合物，其显著特点是具备卓越的导电性能和良好的透光性。

然而，ITO的不足之处在于其易碎性，经历多次弯曲或较大程度的弯曲后，其触控性能可能会受到影响。目前，研究者们已经提出了一些替代品，其中，金属网格和银纳米线因其高量产性而备受关注。金属网格是将导电金属网格图案压制在塑料薄膜上，而银纳米线则是通过在塑料基板上涂抹银纳米线，并利用激光光刻技术将其雕刻成导电薄膜。

为确保卓越的显示质量，导电金属网格的线条宽度需严格控制在1微米以内，否则图像上可能出现波浪状的纹路。银纳米线的涂抹需均匀一致，若不如此，将产生显著的散射现象，进而导致在户外环境中，屏幕反射的光线过于强烈，极端情况下甚至会使用户难以辨认屏幕内容。

基板作为屏幕结构的根基，就好比是建筑的地基，所有其他部分都构筑于其上。在成功解决了上层结构材料的问题之后，接下来又该如何挑选基板的材料呢？

在传统的OLED结构中，基板通常采用的是玻璃材质。然而，玻璃面板的一个显著缺点是无法进行折叠。尽管有人建议使用塑料来替代玻璃，但塑料的透光性远不如玻璃，而且折叠后留下的痕迹较大，这影响了显示效果。目前，有三种主要的替代材料，分别是塑胶、金属箔和柔性玻璃。

聚酰亚胺是当前最流行的基板材质，但在此所指的并非一般性材料，而是特指聚酰亚胺这一种。这种材料的整体性能十分出色，其耐高温性能可达到400°C以上，且在长期使用中，温度范围可稳定在-200至300°C之间。在同等重量下，聚酰亚胺的价格是黄金的三倍之高。在目前已上市的折叠手机中，三星的Fold一代以及华为的Mate X都选用了这种材料。

柔性玻璃领域近两年也取得了一定的进步。知名的保护玻璃制造商康宁公司对可弯曲玻璃进行了长期研究，并在去年推出了可折叠显示屏玻璃产品。然而，由于技术尚未完全成熟，这款产品目前还未能达到商业应用的标准。

三星在柔性玻璃领域取得了重大进展，今年二月，该公司宣布成功实现了适用于折叠屏的超薄柔性玻璃（-Thin ，简称UTG）盖板的批量生产和商业应用。三星的制造方法颇具匠心，通过将特殊材料注入仅30微米厚的超薄玻璃中，使其具备了折叠和柔韧的特性。据法国技术检测机构必维国际检验集团测试，这款三星的柔性屏幕能够承受高达20万次的折叠。

三星已在最新发布的 Z 5G中采用了超薄柔性玻璃。

除了提及的几个关键构造之外，OLED屏幕的表面同样需要得到防护，通常使用的保护层是一种无色的聚酰亚胺（CPI）膜。这种CPI薄膜被誉为“黄金薄膜”，它具备耐极端温度、高强度的特性，并且对可见光波段的光线保持透明，因此在微电子、航空航天以及高速铁路等多个领域得到了广泛应用。

由此，折叠屏幕的几个材料问题都解决了。

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，工艺也很重要。

首要任务是确定折叠或弯曲的具体方法。针对挠曲屏，小米提出了一个相当不错的解决方案：将屏幕进行弯曲折叠处理，同时保留部分侧边的曲面。小米的Mix手机便是采用了这种设计，其优势在于屏幕依旧采用了玻璃材质，与三星和华为的折叠屏相比，其硬度得到了显著提升。

折叠屏幕在折叠区域的构造手法大致分为两种，其一为采用铰链式的机械构件设计，其二则是通过磁吸式结构，以及魔术贴、钩子与凹槽等类似装置的辅助配合。

折叠屏手机普遍使用铰链技术，以华为的Mate XS为例，其转轴设计采用了“柔性铰链”与“可伸缩机械滑块”相结合的双层结构。在屏幕折叠时，表面会承受拉伸，同时还需保持一定的弯曲度，因此，上部的柔性铰链选用了液态金属材质，目前国内市场上，仅有宜安科技能够提供这种材料。

华为“柔性铰链+可伸缩机械滑块”铰链

可伸缩的机械滑块旨在解决屏幕弯曲所引起的内部空间压迫问题。机身弯曲时，铰链处的两个滑块会逐渐向内收缩，直至完全嵌入机身之中。

其原理并不复杂，然而要打造出类似合页的这种结构却非易事，华为所采用的这种结构由一百多个零部件组成，涉及设计领域中的数学、物理、材料学等多个学科，对技术要求极高。

然而，一个有趣的现象是，不同品牌的铰链设计各有特点。比如，三星采用的是左右向内的折叠方式（其Z Flip型号则是上下向内折叠），而华为和柔宇则选择了左右向外的折叠方式，摩托罗拉则选择了上下向内的折叠设计。

铰链构造本质上属于机械装置，故而存在某些不足。其中，最显著的便是它使得手机变得更加厚实和沉重。在三星、华为、柔宇以及摩托罗拉推出的四款产品中，柔宇的Flex Pai折叠手机的厚度和重量最为突出，分别达到了17毫米和346克；而摩托罗拉Razr则相对均衡，其折叠厚度为14毫米，重量为205克。

其次，鉴于现有屏幕无法像纸张那样实现完全的折叠，因此铰链部位的折叠线无法与纸张的折痕保持一致，通常会出现较大的缝隙，尤其在屏幕向内折叠时这一现象更为突出，目前尚无法克服这一难题。

当前折叠屏手机尽管面临诸多挑战，但不可否认的是，这项技术正日渐走向成熟。三星推出的新一代产品相较于前代有了显著进步，不仅使用了新型的UTG材料，屏幕的整体质量也有所提高。华为的Mate X二代预计将在今年下半年与公众见面，我们对华为在左右外折设计上的创新充满期待。

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