终于来了,真正的全球首台量产可折叠屏手机1980美元!三星正式抢跑华为、苹果

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终于来了,真正的全球首台量产可折叠屏手机1980美元!三星正式抢跑华为、苹果
麻省理工科技评论 2019-02-21

2019-02-21

采用自家开发的 Infinity Flex Display 面板技术,4.6 英寸的手机打开之后就变成 7.3 英寸的平板,预计 4 月 26 日上市,但价格高达1980 美元起,比 iPhone XS Max 还要高出接近1000 美元
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采用自家开发的 Infinity Flex Display 面板技术,4.6 英寸的手机打开之后就变成 7.3 英寸的平板,预计 4 月 26 日上市,但价格高达1980 美元起,比 iPhone XS Max 还要高出接近1000 美元

终于来了!抢在世界移动通讯大会(MWC)开幕之前,三星刚刚正式发布可折叠屏幕手机 Galaxy Fold,采用自家开发的 Infinity Flex Display 面板技术,4.6 英寸的手机打开之后就变成 7.3 英寸的平板,预计 4 月 26 日上市,但价格高达1980 美元起,比 iPhone XS Max 还要高出接近1000 美元。接下来,就等待华为在 MWC 展示的可折叠手机会如何接招了。

     

图|Galaxy Fold(图片来源:Samsung)

     

图|折叠时,外屏幕为手机功能(图片来源:Samsung)

     

图|打开时,内屏幕为平板功能(图片来源:Samsung)

被柔宇的柔派抢下了全球第一支可折叠屏幕手机的封号后,三星为了对外展示其面板技术的实力,在去年底开发者大会(SDC)上,暧昧秀出可折叠屏幕原型手机,但只是让外界匆匆一瞥,没有透露太多产品的细节,加上机身厚度偏后,反而惹来许多负评,但此次发布的 Galaxy Fold 有明显的改进,采用隐藏式的铰链设计,好处是可减少机身厚度,同时外面看不出来有铰链,不影响产品设计的美感,不同于柔宇的柔派手机外部有一个很明显的铰链。据 DT 君了解,三星的铰链供应商为韩国 KH Vatec

     

图|Galaxy Fold 采取隐藏式的铰链设计,外观以金属机壳包覆,维持设计美感(图片来源:Samsung)

此外,Galaxy Fold 采取内折(infolding)设计,折叠时外屏幕支持手机功能,打开之后,内部的大屏幕则是平板功能。可折叠手机的折叠方式分有外折(outfolding)及内折,是各家业者宣传自家产品比对手厉害的话题之一,至于哪一个工艺比较厉害,行业存在不同意见,DT 君谘询行业人士时,有人认为,外折设计是屏幕显示在最外头,容易与外物接触,在耐刮、耐摩擦、耐冲击三大要点的要求比内折式高出许多,故外折的技术难度高;有另一派人认为,内折的曲率半径较小,生产难度较高

     

图:三星虽未透露 Galaxy Fold 的曲率半径,但折贴起来颇为平整(图片来源:Samsung)

另外,三星虽未透露 Galaxy Fold 的曲率半径,业界通常以“R 角”称之,来表达面板可弯曲的程度,不过从演示来看,对折弧度算是颇为服贴平整。

目前行业的共识是要量产的可折叠式手机至少得在 3.0 R 以下,长远的目标是达到 1.0R,就几乎可完全服贴对折,折叠曲率半径不仅是面板量产上的考虑重点,更是评估各面板厂技术水准高低的指标之一

在软件操作部分,Galaxy Fold 可同时运行 3 个应用程序,当用户在手机和平板电脑模式之间切换时,系统会自动调整这些应用程序,并宣布包括 WhatsApp、Microsoft Office 和 YouTube 等应用程序都针对新的显示模式进行优化,三星也与 Google 合作,确保 Android 9 Pie 完全支持可折叠显示。

     

图:Galaxy Fold 可同时运行3 个应用程序(图片来源:Samsung)

Galaxy Fold 相关供应链业者:

可折叠 OLED 面板:三星显示

PI 膜/CPI 膜:日本住友化学

铰链:韩国 KH Vatec

电池:三星 SDI

可折叠手机会是拯救行业的创新吗?短期不是


今年手机行业最热的话题莫过于可折叠屏幕手机,将传统使用玻璃基板的刚性 Rigid OLED 变成采用柔性基板的可折叠 OLED,掀起了一场以柔克刚的行业竞赛,前阵子柔宇跟小米互怼,华为也准备在 MWC 上展出,就连苹果日前也被爆出获准了可折叠屏幕手机的专利,采三折式设计。由于全球智能手机的成长已经停滞,怎么吸引消费者掏钱换机,一直是近几年手机业者的大烦恼,两年前行业一窝蜂投入 AI 芯片,试图让手机上多项功能增加一点“人工智能”的色彩,现在则换成了寄托在可折叠屏幕手机上。

比起现有其他厂家的可折叠式手机偏向“半成品式”或只是概念机,三星这款手机确实更符合“商业”的意义,一是从外观设计或软件流畅度来看,二是“出量”及“出货量”,去年,柔宇抢下了发表全球第一支可折叠屏幕手机的封号,但仅在中国限量开卖,可预期出货量会非常有限,目前也还没正式出货。想要真正能让可折叠屏幕走入全球消费市场,掀起新一波的换机大潮,进而带动整个供应链迈向成熟,还是得靠手机大厂像是三星、华为等这些业者。

     

图:柔宇的柔派手机(图片来源:柔宇)

不过,很可以肯定的是,但 2019 年绝对不会是这类产品爆发的一年,尽管三星、以及后续华为正式发表了产品,但价格肯定很高,Galaxy Fold 定价 1980 美元起跳,不要忘记当初 iPhone XS Max 推出时,售价 1099 美元起,就已经被外界批评得很惨,尽管可折叠式手机可一机两用,但现在要吸引消费者买单,并不容易,而且消费者多半不愿意当白老鼠,宁可等待产品更成熟、价格更低再买,因此,2019 年整个市场的出货量不大,据了解,三星预估出货量为 100 万台,华为预估出货量为 20 万台,以全球前二大手机厂一年出货量 3 亿台跟 2 亿台来看,实在是非常小的比例。

OLED 如何制成可折叠?


为了让读者更加了解可折叠面板技术及技术难度,DT 君多做说明,首先,OLED 面板分为两大类:刚性的硬式 Rigid OLED 以及柔性的 OLED,后者又依据弯曲程度的大小,分为三种:可挠曲(Flexible):像是 Samsung Galaxy S6 Edge 率先在手机上采用曲面屏幕、或是Apple Watch;可折叠(Foldable):比如柔宇推出的 FlexPai 柔派手机;可卷曲(Rollable):以 LG 的 Signature OLED TV R 电视最经典。

OLED 如何制成可折叠?面板结构有很大不同。

Rigid OLED 结构(由下而上):玻璃基板、薄膜电晶体(TFT)背板、OLED 发光层、触控面板、玻璃上盖板、圆偏光片(CPL,Circular Polarizer)、屏幕保护玻璃(Cover Glass)。

Foldable OLED结构(由下而上):塑胶基板(目前主流为PI膜)、软性TFT背板、OLED发光层、软性触控面板、软性上盖板、CPL、屏幕保护塑胶、Hard Coat(增强被镀材质硬度的薄膜)。

制程需要做什么改变?


由于 OLED 对水气及氧气非常敏感高水氧阻隔一直是制程的关键。刚性 OLED 作法是采取玻璃封装,以玻璃作为阻隔水、氧穿透的主要基板,上下层各有玻璃,侧边也有可熔融玻璃,再以 Frit Sealing 技术把侧边和上下两片玻璃封装在一起。

但玻璃封装方式无法满足可折叠 OLED 结构需求,取而代之的是软性封装(Flexible Encapsulation),包含阻水气、薄膜封装(TFE, Thin Film Encapsulation)技术

可折叠 OLED 作法:软性封装:受制于塑胶基板的耐温度及隔绝水氧的效果比玻璃差,必须在软性 TFT 基板(Flexible TFT Backplane)以及软性上盖板(Flexible Front Plate)增加阻水阻气隔绝层(Gas Barrier)。同时,在 OLED 发光层上也会采用薄膜封装技术来保护 OLED,或是采取跟软性上盖板搭配的边缘封装(Edge Sealing)技术。

另外,还有一种混和封装(Hybrid Encapsulation):融合 TFE 与阻挡膜(Barrier Film)技术,但因生产成本较高昂,阻挡膜厚度较厚,灵活度相对受限,因此面板厂多选择发展 TFE 封装技术

新材料及关键材料有哪些?


可折叠 OLED 比可挠曲 OLED 的要求更多,因此,新材料的使用需求随之而生,同时一些既有的关键材料也必须因应可折叠的特色进行改造。

一、PI 膜及 CPI 膜。柔性基板主要有三种材料:塑胶、金属箔(Metal Foil)、柔性玻璃。一般玻璃为刚性,无法弯折,但保护玻璃大厂康宁投入研发可弯曲玻璃 Willow Glass 数年,去年也对外展示其研发的可折叠显示屏玻璃,不过,目前在底层的基板部分,行业选择采用塑胶类基板,主流为聚酰亚胺(PI)基板,另外在上层的屏幕保护塑胶部分,可采用无色聚酰亚胺(CPI,Colorless Polyimide)膜,如三星的可折叠手机采用 PI 膜,供应商为日本的住友化学。

二、可弯折的触控面板:ITO 替代材料,金属网格及银纳米线受瞩目。铟锡氧化物(ITO,IndiumTin Oxide)具有良好的导电性与透光性,已用于大多数的触摸屏中,但 ITO 触控线路受固有的脆性影响,在数次弯曲或较大幅度弯折后,电阻率(resistivity)会急剧上升,致使触控功能失效,另外 ITO 在弯折时也容易断裂,因此需要 ITO 替代材料。

目前替代材料有几项技术:金属网格(Metal Mesh)、银纳米线(Silver Nanowires)、碳纳米管技术(Carbon Nanotube)、导电聚合物技术(PEDOT/PSS)等,其中目前具高量产性的为金属网格及银纳米线,行业也分为这两大阵营。据传三星的可折叠手机就是采用金属网格材料

三、光学透明粘合胶(OCA,OpticallyClear Adhesive)。OCA 为触控屏中用于多道贴合制程的重要材料,如两张 ITO 导电薄膜(ITO Film)的对贴、ITO Film 跟保护玻璃的贴合、将触控模组跟显示屏贴合变成触控显示模组等,目前业者需针对可折叠式面板的高耐弯曲需求推出相对应方案。

四、圆偏光片(CPL)。一般来说,硬式OLED 面板整体厚度 1~2 毫米(mm),可折叠 OLED 面板的厚度必须在 200 微米(μm)以内,为硬式面板的十分之一,但传统的 CPL 厚度约 150μm,对于OLED 柔性应用是一项阻碍,所以行业正积极研发薄型的 CPL,必须减肥约至 30μm 左右。

五、多轴精密铰链/轴承(Hinge)。可折叠屏幕手机在屏幕折叠处的设计大约有两种方式,一种是采取铰链的机构件设计,二是不使用铰链,而是利用磁吸式结构、以及类似魔术贴、钩和凹口等结构来配合,柔宇的柔派手机就是采用铰链式。铰链/轴承这类的机构件其实应用在很多的消费性电子产品,特别是笔记本(开阖屏幕)、桌上型显示屏或是电视(调整屏幕上下的角度),但用于可折叠屏幕手机的方案则完全不同于笔记本及显示屏,过去笔记本屏幕的开阖测试标准常规为 2~3 万次(依机种不同),可折叠屏幕手机至少得达到 20 万次,因此业者正在开发全新、高耐久度的结构。

量产不是开花结果,而是磨练的开始


三星显示(Samsung Display)投入可折叠屏幕技术至少 10 年,起初几年在实验室低调研究,到了 2011 年在美国物理联合会(AIP)出版的《应用物理学快报》(Applied Physics Letters)上发表一篇研究文章,展示由 2 块 AMOLED 面板组成的可折叠显示器原型,因为是原型手机,看起来有点粗糙,但是,屏幕对折起来时中间没有明显着折痕,且对折的曲率半径非常小,只有 1 毫米(mm),通过折叠次数 10 万次的测试后,屏幕中心(也就是折叠处)亮度仅约下降 6%,在当时来说可以说是一项大突破。等了数年之后,Galaxy Fold 才终于代表进入了量产时代。

但准备量产才正是挑战的开始。包括了必须克服材料折叠、挤压产生的应力(stress),以及塑胶基材比玻璃更容易产生静电,静电放电(ESD,Electro Static Discharge)损害电子组件,这些导致了可折叠 OLED 面板量产良率不够高,另外还有关键材料的供货稳定度、针对可折叠特色所开发的软件及 APP 的使用体验够不够好、数量够不够多,以及价格过高、外观不够轻薄等等,挑战实在太多了。

所以,产品发表之后,众家业者的磨练才真正开始

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