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折叠屏手机的这些量产难题,三星/华为搞定了吗?

时间:2019-02-27 作者:EDN China 阅读:
随着柔宇柔派FlexPai、三星 Galaxy Fold 和华为Mate X的发布,曾经被称为概念产品的折叠屏手机终于要走进消费者手中了。但在MWC 2019展会上却发现这三款手机仍被保护在“金钟罩”之内,只可远观不可亵玩。

随着柔宇柔派FlexPai、三星 Galaxy Fold 和华为Mate X的发布,曾经被称为概念产品的折叠屏手机终于要走进消费者手中了。

但在MWC 2019展会上却发现这三款手机仍被保护在“金钟罩”之内,只可远观不可亵玩。

这下就连杨元庆都称:“很多厂商做PPT产品 ,把手机放在玻璃罩里,这是担心客户去触摸?价格也高高在上,一台折叠机可以买好几个笔记本电脑了。”(杨元庆:目前的折叠屏手机大多是PPT产品

那么折叠屏手机真的是PPT产品吗?这些量产难题柔宇/三星/华为是否已经解决了呢?

柔性显示屏的概念早在1974 年就用诞生

在1974 年,施乐帕洛阿尔托研究中心的Gyricon电子纸,让柔性显示屏的概念自此诞生。这种可以像纸一样弯曲,又能直接显示图像的材料自提出后一直都很吸引人,只是由于技术成本等问题,在很长一段时间都不能从实验室走出。在功能机时代,NEC、京瓷、索尼等厂商推出了类似折叠屏幕的电子产品。这种折叠屏手机更像是翻盖手机的变种,利用超窄边框+铰链设计,简单地将两块硬屏叠加在一起,其实这并不算真正的柔性折叠屏幕。

到2012年,柔性屏取得突破性进展,让折叠屏再次提上行程。屏幕制造商 Plastic Logic 制造出号称“牢不可破”的柔性显示屏,其材料完全由塑料制成。在2013 年就立马展示了和英特尔共同打造出的柔性屏手机 MorePhone。

2013年,手机厂商索尼、三星几乎在同一时间对柔性屏幕投入相关技术研发。

2017 年,各个屏幕元器件公司就已开始展示折叠屏、柔性屏,2018年10月,柔宇发布全球第一款折叠屏手机柔派,2019年,三星、华为、OPPO等厂家的折叠屏手机也将现身。

时隔多年时间折叠屏手机终于有突破性的实体展示在大众面前。历经几番周折,从概念到真正出现,折叠屏手机为何那么难量产呢?

核心难点:屏幕弯曲可靠性和铰链技术

对于折叠屏手机,要求屏幕具有可塑性,屏幕和铰链是其量产的两大关键技术。屏幕材料变得更柔软更薄更轻,还要保持其功率和耐用度,甚至是显示出丰富色彩,如此复杂的要求对于量产来说并不容易。

从形态上看,当前已发布的三款手机分别为内折、外折。柔宇柔派FlexPai、华为 Mate X 采用的是外折,Galaxy Fold 则采用内折的方式。

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从左至右:柔宇柔派FlexPai外折、三星Galaxy Fold内折、华为 Mate X 外折

国盛证券分析师郑震湘说,外折式设计是屏幕显示在最外头,容易与外物接触,对于技术要求相对较强。内折的屏幕则是在里面,相比外折其屏幕更好保护,可能内折式进入量产阶段的时间会比较快。

柔性屏幕虽然可以弯曲和折叠,但如果频繁弯曲,就会出现如同金属纸张一样的疲劳问题。柔性屏幕如果多次弯曲加上长时间的使用,受到多次的压缩和拉伸应力后,屏幕中间可能会出现折痕损坏。此外,电路板、元器件在经受大量弯曲和非弯曲后,也可能导致折叠时受损或发生其他事故。

现有的玻璃面板无法满足其高频率要求,手机厂商主要是用CPI(透明PI膜)去替代现有玻璃盖板,CPI本身具有不错的可折叠性,但是PI材料无法满足硬度要求,需要在PI膜表面增加涂层来增强硬度。

据了解,为了确保 Fold 在折叠开合上的耐用性,三星表示手机经过了 20 万次的实际测试,可以在每天开合 100 次的情况下,五年不出问题。

半导体研究分析师杨健曾表示:柔性屏可以做到可折叠,但是制成模组后,要做到 20 万次的折叠而不出问题,显然并不容易,需要在原有的基础之上做一系列的改良和优化。

其中的原因在于,柔性 OLED 屏模组本身就很薄,但是仍包含了很多层的结构,要想实现出色的可折叠功能,就必须尽可能降低屏幕模组的厚度,增加各层结构的强度。这其中的关键在于偏光片、盖板、薄膜、OCA 胶等。

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屏幕器件分布设计图,图片来源:芯智讯

首先是偏光片。以三星的产品为例,其屏幕 Infinity Flex 显示屏中的偏光片的厚度相比于以往降低了 45%。而目前具备高端超薄偏光片生产能力的主要为日本日东电工(Nitto Denko)和住友化学(Sumitomo),产能有限。

其次是盖板。目前的手机屏幕盖板方案均采用玻璃材料,玻璃虽然可以做得很薄,也能实现一定的弯折度,但即便是可以实现可折叠,也很容易碎裂。所以可折叠屏的盖板就必须要采用高分子薄膜来实现。目前具备折叠屏 CPI 盖板生产能力的厂商主要为韩国科隆工业、日本住友化学以及韩国 SKC 三家材料大厂。

最后是高性能的 OCA 光学胶,这是实现可折叠屏的关键。对于折叠屏来说,其屏幕的折叠处需要承受 20 万次的折叠而不出现问题,这就要求 OCA 胶也必须能够承受 20 万次以上的弯折而功能不受影响,在弯折和摊开过程中还需具备一定的流动性,同时又要保持黏性不脱胶,因此技术难度相比于以往大幅提高。

除了屏幕本身,还有一项是屏幕与屏幕连接处的铰链技术。包括三星和华为在内的厂商,如今都在新产品中采用这项技术。

虽然笔记本电脑也采用了铰链技术连接主机和电脑屏幕,但可折叠手机的铰链使用率比笔记本电脑会高很多,甚至手机会采用三屏或者多屏幕,多层折叠,如何让铰链经久耐用也是一个极为关键的问题。

折叠屏与铰链的贴合角度问题也是一个大难点。据相关研究人员表示,折叠屏与铰链贴死、不贴死都有问题,不贴死就会一直摩擦,贴死了中性面就会跑掉。而且现有铰链加工良率非常低,成本较高。

此外,如何轻量化处理铰链问题也是难题之一。折叠后手机厚度会增加,如目前柔宇推出的折叠屏手机其折叠后的厚度达到15mm,重量为380克。

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华为自主设计的铰链示意图

电池续航、触控方案、软件兼容都是拦路虎!

折叠屏在拓展屏幕面积同时意味着需要更优良的电池容量。电池弯曲的技术并不常见。三星Galaxy Fold 发布前有消息称其折叠手机将会采用三星SDI开发的折叠式锂电池,V形弯曲电池容量如今的技术可以做到3000~6000mAh。

但事实上,GalaxyFold和MateX都采用了机身左右各一块电池的设计。GalaxyFold为4380mAh容量,支持快充、无线充电和反向无线充电。MateX电池容量为4500mAh,充电最大功率55W,但是没有提到无线充电。

目前的面板屏幕触控核心在于ITO,但是ITO的脆性不适用于柔性屏幕的应用。业内提出采用具有七项全能的纳米银线AgNWs来替代ITO做触控核心导电材料,但是纳米银线难做窄边框、蚀刻痕明显这些问题还需进一步改善。替代ITO的核心导电材料以纳米银导电膜为主。

硬件问题解决后,软件问题同时需要创新。屏幕通过折叠变化,系统交互就有很大的拓展空间。而且其分辨率也需要进行改进。

以三星和华为的折叠屏手机为例,通过折叠屏设备的两种变体效果:双屏设备和单屏设备,当折叠时,是一部手机,而当它展开时,就变成了一台平板。应用需要不断切换。

2017 年,苹果发布 iPhone X 之后使用了刘海屏的设计,随后许多手机公司也跟进使用这种屏幕。当时许多应用厂商因为适配性的问题而备受困扰。因此在软件兼容机交互应用的技术层面,应用适配手机其实并不复杂,但却相当繁琐。

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