隨著手機屏幕的逐漸增大，喬布斯認(rèn)為的“黃金尺寸”早已被突破。作為智能手機的交互中心，我們一方面希望它足夠便捷，可以隨身攜帶，雙手輕松觸控；另一方面，我們在播放視頻、瀏覽網(wǎng)頁或是辦公時，恨不得將它變成一塊液晶顯示屏。這看似矛盾的需求，催生了比曲面全面屏更激進的手機屏幕形態(tài)—可折疊屏幕。
柔性屏≠翻蓋手機
在許多人看來，折疊屏手機和傳統(tǒng)的翻蓋手機相似，但它們完全是兩個概念的產(chǎn)品。翻蓋手機是兩塊屏幕的翻折，折疊屏手機則是一塊屏幕的彎折。當(dāng)然，兩者之間也有一個共通點—鉸鏈。在翻蓋手機上，鉸鏈除了內(nèi)藏連接屏幕與主板的排線外，只需要考慮開合的手感。諾基亞N76的段落式轉(zhuǎn)軸，摩托羅拉利落的“一彈就開”設(shè)計，都給我們留下了深刻印象。
而在折疊屏手機上，鉸鏈設(shè)計更加復(fù)雜，電池、主板、攝像頭等元器件也需要隨之進行重新設(shè)計和布局。時至今日，正式發(fā)售的折疊屏手機可用一只手?jǐn)?shù)過來，但它的研發(fā)進程比大多數(shù)人想象得更久。早在2012年，三星就已經(jīng)多次曝光折疊屏手機設(shè)計專利，并于2013年展示了原型機。而在華為Mate X上，為了讓手機合起來時不會在中間留個縫隙，工程師研究了整整3年才設(shè)計出鷹翼式鉸鏈。
折疊屏是比曲面屏更激進的屏幕形態(tài)，在曲面OLED的基礎(chǔ)上，可折疊屏幕進一步將原本剛性的保護玻璃變成了可彎折的柔性材料。柔性O(shè)LED和剛性O(shè)LED主要的區(qū)別在于基板和封裝上。剛性O(shè)LED主要使用玻璃作為基板和封裝材料，而柔性O(shè)LED的基板和封裝材料則采用了柔性材料。為了達到大曲率甚至可折疊的效果，柔性屏幕的蓋板通常采用高分子薄膜實現(xiàn)。
除了柔韌性，這層薄膜需要做到低厚度、高硬度、耐高溫及高透光等特性。低厚度、高硬度和高透光特性相對好理解，厚度大了，折起來也不方便，容易出現(xiàn)褶子；為了保證出色的顯示效果，當(dāng)然也需要高透光率。加工過程中，高分子薄膜可能會采用熱噴涂、熱蒸鍍工藝，耐高溫是必備的特性。三星的柔性O(shè)LED屏幕就采用了CPI（Colorless Polyimide）薄膜方案，中文名叫做無色聚酰亞胺。這種材料具有耐高溫（大于400℃），低熱膨脹系數(shù)的特性。在市場中，柔性面板技術(shù)上三星一家獨大，緊隨其后的是京東方和LG。除此之外，多家顯示面板企業(yè)均具備柔性O(shè)LED技術(shù)儲備或量產(chǎn)能力。
▲透明的聚酰亞胺像紙一樣柔軟，能在低溫和高溫下形成薄膜，而不會改變物理性質(zhì)。
▲柔性O(shè)LED屏幕使用多層柔性塑料薄膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)OLED中的玻璃層，在不被破壞的情況下實現(xiàn)彎曲。
折疊屏手機的另一個難題在于鉸鏈，又稱MIM轉(zhuǎn)軸。其中的齒輪結(jié)構(gòu)保證折疊的可靠性，并且提供相應(yīng)的阻尼，保證可折疊手機可在不同翻折角度下實現(xiàn)閱讀和操作。鉸鏈的耐用性也是很大的問題，隨著每次開合的磨損，達到一定次數(shù)后，鉸鏈性能同樣會出現(xiàn)下降。鉸鏈設(shè)計不僅關(guān)乎屏幕的使用壽命，還決定了柔性屏手機的形態(tài)。根據(jù)翻折的方向，柔性屏手機的折疊方式分為外折型、內(nèi)折型、上下翻折型和環(huán)繞型。
▲三星曾在2017年向世界知識產(chǎn)權(quán)組織申請了一項帶有柔性顯示器的電子設(shè)備專利，從草圖中可以看出鉸鏈對折疊屏手機的重要性。
和翻蓋手機固定不變的轉(zhuǎn)軸不同，折疊屏手機的鉸鏈需要考慮得更多。當(dāng)柔性屏幕、鉸鏈及支撐外殼兩個平面疊在一起彎折，由于兩個平面的彎曲半徑不一樣，導(dǎo)致疊在外面的平面會“變長”。折疊屏手機無論在展開狀態(tài)還是折疊狀態(tài)下都需要保持平整，這就要求鉸鏈能夠根據(jù)折疊的角度變化而自動伸縮。
外折型
代表機型：華為Mate X、柔派FlexPai
在眾多折疊屏手機中，華為Mate X的知名度可以說相當(dāng)高。它采取四層結(jié)構(gòu)設(shè)計，最上面一層是高分子材料的屏幕保護層，第二層是可彎曲的柔性屏幕，第三層是軟膠支撐片，最下面一層是MIM轉(zhuǎn)軸。作為精密的傳動部件，轉(zhuǎn)軸是華為Mate X最核心的部分。
▲外折型折疊屏手機無需為柔性屏幕預(yù)留彎曲空間，相對內(nèi)折型而言可以做得更薄一些
在屏幕展開時，轉(zhuǎn)軸是平整的；而當(dāng)屏幕折疊起來時，轉(zhuǎn)軸內(nèi)部的100多個精密元器件開始了復(fù)雜的協(xié)同運動：鏈條沿著導(dǎo)軌運動，拉動其他元器件，整體的長度拉長，徐徐變形，形成半圓。再次展開屏幕時，轉(zhuǎn)軸又從半圓縮短、變形，成為平面。從官方演示的運動結(jié)構(gòu)圖也可以看出，其結(jié)構(gòu)包括多層鏈條，在開合過程中，支撐屏幕的鏈條會在不同區(qū)域間無縫切換，以此匹配屏幕的彎折。
▲華為Mate X內(nèi)部鉸鏈?zhǔn)志?，通過螺絲固定，更大的機身尺寸可以容納下兩塊電池。
而在柔派FlexPai上，柔宇選擇了和微軟Surface Book相仿的鉸鏈設(shè)計—閉合狀態(tài)下呈現(xiàn)明顯的彎折弧形角度，以此確保屏幕折疊的耐久度。從機身背部可見，內(nèi)側(cè)折疊區(qū)域占據(jù)整機約1/5的面積，包裹了瓦楞式硅膠材質(zhì)，內(nèi)藏的鉸鏈條大致為并排組合的五段機械結(jié)構(gòu)。相對簡單的鉸鏈確保了FlexPai與專業(yè)手機廠商產(chǎn)品同一時期出貨，但不夠精密的設(shè)計在折疊狀態(tài)下形成了較大的半徑，從側(cè)面看去中間的空隙足夠插入一根筷子。
▲為降低設(shè)計和生產(chǎn)難度，柔派FlexPai折疊后依然存在水滴狀空隙。
總的來說，當(dāng)外折型手機折疊起來時，屏幕在外，半徑較大；鉸鏈及支撐層在內(nèi)，半徑相對較小。這類產(chǎn)品對柔性屏幕沒有太高要求，即便像華為Mate X這樣“無縫”折疊的機型，其屏幕依然保留足夠的彎折半徑。同時，由于無需再為屏幕預(yù)留額外的彎折空間，折疊狀態(tài)下的機身厚度不會明顯增加。但缺點同樣存在，外折的屏幕缺乏保護，不僅容易產(chǎn)生劃痕，受壓、跌落時也更容易損壞。
內(nèi)折型
代表機型：三星Galaxy Fold及W20 5G
基于自身的屏幕技術(shù)積累，三星從2012年就開始研發(fā)折疊屏手機，并于2018年的三星開發(fā)者大會上展出三星GALAXY Fold。通過拆解可見，GALAXY Fold在轉(zhuǎn)軸位置，自上而下分布了三個鉸鏈，通過多個互鎖齒輪及其他零件，實現(xiàn)了鉸鏈順滑且具有段位感的開合。由于選擇了內(nèi)折結(jié)構(gòu)，整體更依賴于屏幕本身的韌性，這也就是早期Galaxy Fold被曝出故障的一個主要原因—屏幕表層出廠就貼了一張聚酰亞胺薄膜，一旦撕毀，折疊屏就很可能會報廢，并且屏幕折疊處會有顯眼的折痕。同時，較為粗獷的鉸鏈結(jié)構(gòu)，也讓初代Galaxy Fold在使用一段時間后出現(xiàn)了進灰、松動等問題。
▲三星Galaxy Fold在工廠接受壓力測試，不斷重復(fù)折疊、展開的過程。
重新改良的Galaxy Fold和W20 5G在鉸鏈頂部、底部增加了防塵帽，改進了機身防塵能力，并且在屏幕背部增加金屬加厚層，同時將屏幕表層保護膜延伸到邊框內(nèi)部。在對鉸鏈的測試中，三星W20 5G所采用的“T型”結(jié)構(gòu)鉸鏈能夠承受住200000+次的折疊和展開測試。就算每天對它進行100次開合操作，也能正常使用5年之久。
▲發(fā)布會上，三星著重展示了Galaxy Fold內(nèi)部的“T型”結(jié)構(gòu)鉸鏈。
作為內(nèi)折型手機，三星Galaxy Fold和W20 5G在折疊狀態(tài)下，屏幕在內(nèi)，僅有較小的彎折半徑，對屏幕的要求更高。所以在屏幕材質(zhì)的選擇上，三星不僅采用高分子聚合材料氟化聚酰亞胺來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的玻璃材質(zhì)，還將關(guān)鍵性的材料氧化銦錫升級為成本昂貴的石墨烯，使屏幕具備更出色的延展性和導(dǎo)電性。
▲從iFixit的拆解中可以看到，T型鉸鏈隱藏在轉(zhuǎn)軸處，與屏幕背部的金屬支撐板相連。
同時，脆弱的柔性屏幕不會長時間顯露在外，可以有效避免日常使用時對屏幕的磨損或不小心手滑摔落時受到磕損。不過柔性屏幕畢竟不是紙張，在對折后很難恢復(fù)完全平整，所以內(nèi)折型手機通常無法做到完全貼合，中間會留下縫隙，機身厚度增加自然也更明顯一些。
▲折疊屏手機通常售價昂貴，在現(xiàn)階段難以普及。
上下翻折型
Moto Razr 2019、三星Galaxy Z Flip
和前面的橫向內(nèi)折、外折設(shè)計不同，Moto Razr 2019采用了上下翻折的設(shè)計，類似于聯(lián)想用于Yoga筆記本的鉸鏈設(shè)計，方案是在屏幕兩側(cè)容納鉸鏈以便在手機折疊時為彎曲的屏幕留出空間。為了防止折疊狀態(tài)下出現(xiàn)較大的間隙，Moto在屏幕下方加入了橫穿手機的鋼板。閉合時這塊鋼板會滑出為屏幕的淚滴式折疊方案留出空間。打開手機后，鋼板會向上推靠在屏幕上來幫助其完美推平，并起到支撐和加固的作用。屏幕的邊緣上還裝有一個獨特的彈簧凸輪系統(tǒng)，該系統(tǒng)起到將屏幕完全拉平的作用。凸輪由硬化鋼制成，表面涂有專用的鉆石涂層以提高耐用性，當(dāng)手機折疊、展開時可以看到凸輪在移動。
▲Moto Razr 2019的鉸鏈結(jié)構(gòu)示意圖
▲Moto Razr 2019內(nèi)部設(shè)有復(fù)雜的彈簧凸輪結(jié)構(gòu)，既可以對柔性屏幕提供支撐，又起到收緊拉平的作用。
無獨有偶，不久之前三星也推出了相似設(shè)計的Galaxy Z Flip。Galaxy Z Flip的屏幕保護層改用了超薄柔性玻璃。這是三星旗下推出的第三款折疊屏手機產(chǎn)品，卻是第一款使用玻璃覆蓋在折疊顯示面板上的折疊屏產(chǎn)品，這應(yīng)該是新款手機改進最大的地方了。它采用雙凸輪結(jié)構(gòu)隱藏式鉸鏈，在鉸鏈邊緣加入由微高切割技術(shù)制成的尼龍纖維作為防塵閥門，每次開合手機都能將灰塵隔絕在外。此外，Galaxy Z Flip的轉(zhuǎn)軸也更為靈活，可以根據(jù)需要固定角度，如90°垂直擺放，方便自拍、視頻通話等場景使用。
▲從Galaxy Z Flip的拆解圖來看，新鉸鏈新增了防塵纖維層，有效防止灰塵進入對鉸鏈精密結(jié)構(gòu)造成磨損。
可以看到，上下翻折型的折疊屏手機走復(fù)古路線，Moto Razr 2019無疑是重現(xiàn)當(dāng)年的刀鋒傳奇，而三星Galaxy Z Flip則傳承了Cleo的化妝盒造型。這類折疊屏手機沒有讓屏幕尺寸變得更大，而是通過對折讓機身變得更加小巧，更適合用戶單手操控，同時也無需顧慮前后攝像頭的布局。
寫在最后
在《少數(shù)派》等科幻電影中，我們對未來手機的幻想是由折疊屏或投影屏構(gòu)成的手機，不僅擁有緊湊的外觀，還能提供超大的“視界”，已經(jīng)發(fā)布的折疊屏手機無疑將未來的概念變成了現(xiàn)實。但根據(jù)眾多用戶的反饋來看，折疊屏手機依然存在著一些問題，柔性屏幕的可靠性和鉸鏈的使用壽命存在很大的優(yōu)化空間。此外，高昂的售價依然是阻礙折疊屏手機走向普及的最大障礙，即便是目前售價相對便宜的柔派FlexPai和三星Galaxy Z Flip，也需要花費近萬元?？蛇h(yuǎn)觀而不可褻玩的折疊屏手機，仍需要等待屏幕、鉸鏈技術(shù)的逐漸迭代,以及上游供應(yīng)鏈的成本下降，才能被市場所接受。
來源：微型計算機
