折疊屏手機的屏幕材質選LCD還是OLED?

9月1日，三星召開全球發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品，小米于去年9月發布了MIX Alpha環繞屏手機;OPPO已經申請了相關專利，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，首款發布并量產的機型其實是柔宇科技在2018年10月發布的FlexPai柔派。

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

在傳統的印象中，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，那么市面上現在的折疊屏手機是如何實現的呢？

屏幕材質的選擇：LCD還是OLED？

市面上主流的屏幕材質有兩種：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。這一結構的工作原理也很簡單：通電后，背光層發出亮光，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。光線繼續向上，在濾色片的作用下就顯示出不同的畫面。

其實，LCD的結構并沒有上述的那樣簡單，完整的結構共有11層。

LCD結構

OLED的結構包括基板、陽極、傳輸層、有機發光層和陰極。與LCD相比，其發光原理也簡單的多：通電后，正電荷從陽極出發，負電荷從陰極出發，正負電荷在發光層匯合，屏幕就能發光。由于采用了有機材料，OLED屏幕可以自發光，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結構

OLED屏幕顯示的色彩完全取決于發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結構更為精簡，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的發光過程更為復雜，必須要通過背光層進行，而OLED只要通電就能發光。

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

對比兩種材質我們會發現，OLED更適合用作折疊屏。

柔性OLED，用料是關鍵

OLED屏幕又分成剛性和柔性兩類。柔性OLED又根據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熟知的瀑布屏，在手機側邊屏幕向下彎曲，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，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曾推出過量產可彎曲電視，這也是為數不多的量產卷曲屏產品。

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年發布了S6 edge，這款產品的創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年發布了Note Edge，不過遺憾的是，這款手機只有右側邊框是曲面，其彎曲程度亦不如S6 edge。

由于技術限制，撓曲屏不能做到自由折疊，但這款產品也激發了廠商的探索。

要使屏幕自由折疊，就必須從屏幕各結構的材料下手，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的結構包括基板、陽極、傳輸層、有機發光層、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。陰極也多采用金屬涂層。而最重要的有機發光層一般多用小分子發光材料，其中一種叫做8-羥基喹啉鋁的類金屬物質常用。

金屬類材料易于折疊，那么剩下的基板和陽極應該采用什么材料呢？

在OLED中，陽極和陰極必須有一個是透明的，由于陰極已經采用了不透明的金屬材質，因此陽極的材料就有一定限制。業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秀的導電性和透光度。

但是，ITO的缺點在于其脆性，在數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，其中具有高度量產性的是金屬網格及銀納米線。前者是在塑膠薄膜上壓制導電金屬網格圖案，后者是將銀納米線涂抹在塑膠基板上，并用激光光刻技術刻畫成導電薄膜。

要保證優秀的顯示效果，導電金屬網格的線寬必須限制在1微米以下，否則容易在圖像上出現波紋。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。

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

傳統的OLED結構中，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。就目前已經發布的折疊手機中，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展。保護玻璃大廠康寧對可彎曲玻璃Willow Glass的研究已經持續數年，去年也公布了其可折疊顯示屏玻璃，不過由于技術尚不成熟，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，三星宣布首次實現了用于折疊屏的超薄柔性玻璃（Ultra Thin Glass，UTG）蓋板的量產和商用。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。根據法國技術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構外，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，保留一定的側邊曲面。小米的Mix Alpha就是這種設計，其好處在于屏幕仍然使用了玻璃材質，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計大約有兩種方式，一種是采取鉸鏈的機構件設計，二是利用磁吸式結構及類似魔術貼、鉤和凹口等結構來配合。

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，其轉軸部分采用的是“柔性鉸鏈+可伸縮機械滑塊”的雙層設計。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金屬，目前國內只有宜安科技供應。

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對屏幕彎曲時對內部空間造成的擠壓。當機身對折時，鉸鏈下方的兩個滑塊會緩緩縮進機身內，最終完全隱藏在機身內部。

原理很簡單，但要制造出這個合頁一樣的結構卻并不容易，華為的這一結構包含了一百多個零件，設計數學、物理學、材料學等多門學科，要求極高。

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

鉸鏈的設計本身是一種機械機構，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，這在內折的屏幕中表現的尤為明顯，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正在變得越發成熟。三星發布的Fold2相比一代升級較大，不僅采用了新的UTG材料，屏幕素質也有所提升。華為的Mate X二代預計也將在今年下半年發布，我們也期待華為在左右外折方案上的創新。
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