2019年的MWC世界通信大会,三星和华为都在可量产的折叠屏产品上给了我们一些惊喜。
其中三星在2019年2月21日,举行了S10发布会,而在这场发布会上三星Flod凭借“打破常规”的手机折叠屏设计,一举拿下了当时所有科技媒体的头版头条。2019年2月24日,在巴塞罗那MWC科技盛宴开始之前,随着华为在自家折叠屏手机Mate X上的跟进,手机创新的魔咒似乎正在被打破。
然而余欢未尽,4月22日,随着三星Fold的折叠屏手机因铰链和屏幕的设计问题,三星主动宣布Fold将推迟上市。
据五矩了解,三星Fold作为内折屏的手机代表,目前使用的折叠屏制造方案与华为MateX上的外折技术完全不同。而折叠屏的赛场上,包括三星和华为屏幕供应商京东方,以及所有实现柔性屏厂家其技术标准也都尚未统一。
“可折叠的柔性屏”作为未来影响我们手机和随身电子设备的重要技术,目前究竟处于那个阶段?实现折叠屏量产的技术关键在哪里?华为和三星的折叠屏技术方案有何差异?未来还要哪些品牌会入场折叠屏?
折叠屏的起点可以追溯到上世纪70年代,当时的施乐主动提出过开发柔性显示器的概念。并在1974年取得了技术突破,制造了一款名为Gyricon的柔性电子纸显示器。
但随着时代进步,Gyricon的柔性电子纸显示器却并没有在平板电脑和手机上得到应用,而是随着LCD和OLED屏幕的出现,在2005年就以关门的形式退出了历史舞台。
但基于可折叠屏幕在未来生活场景上的应用前景,近几十年来诸如LG、惠普和索尼等公司的探索也从未停止。
据了解,OLED屏幕是一种可以让像素点自发光的显示技术,诸如传统手机的OLED屏幕就是将像素点用蒸镀技术粘合在玻璃板上,并通过玻璃的透明性实现成像显示。
而可折叠屏幕的技术,从理论上来讲只需要将玻璃背板换成透明的可折叠材质,便能实现“屏幕的可折叠”特性。
基于三星在OLED产业的实力积累,三星曾在2014年就展出过一个折叠屏的成品设备。
只是,基于透明材质的稀缺性,目前尽管主流的折叠屏参与者已经从三星一家扩展为LG、京东方和维信诺四家企业。
但因为三星、京东方、LG和维信诺四个玩家在OLED屏幕上使用的成像工艺、电路排布和专利数量等方面的细微区别,而导致每个品牌都有自己的概念和独特的规格,尤其是屏幕厚度、弯曲半径以及折叠次数上的差异,让整个市场依然处于混沌时期。
其中,三星曾宣布Fold的屏幕可以经受20万次的折叠,而另一家厂商也随即宣布他们的屏幕能够经受30万次折叠,但因为这些折叠并非在一个共同环境下进行的试验,整个折叠屏行业也依然缺乏诸如通信领域3GPP这样的强力组织。
所以,目前的折叠屏市场尽管有着几十年积累、以及百亿市值的怪兽级企业存在,但无论从产能、标准化还是技术统一性而言,折叠屏市场依然处于早期起步阶段。
折叠屏的制造工艺虽然和传统OLED屏幕相同,也都用同一个名为“真空蒸镀机”的设备,但折叠屏与传统OLED屏幕的生产制造相比,还有材料、工艺和成本等难点:
首先是材料限制,折叠屏手机的制造需要一块超薄、坚固且可折叠的显示基板和外层盖板。
此外,受制于真空蒸镀机在生产OLED屏幕过程中的温度需求,用于可折叠显示基板的材料必须是具有高耐热性的膜状聚合物,而聚合物的塑料材质大多都并不具备“耐高温”的特性。
其中,以三星Fold为例。因为OLED显示器需要将有机材料薄膜定位在电极之间以帮助为它们供电,所以OLED优选的材料是氧化铟锡(ITO)。
然而,ITO的结晶性质使其难以弯曲。因此,当经受高频次弯曲时,其性能便会下降。而诸如在科技展上看到的折叠屏概念产产品,则是采用了氧化石墨烯,但受制于氧化石墨烯的在今天的价格因素,其实际商用价值也基本为零。
就目前的折叠屏玩家而言,折叠屏所用基板和盖板的材料细节一直都是商业上的绝对机密。所以,我们能知道的,也就只有它属于塑料材质这一点。
不过,根据五矩查到的最新信息显示,在三星Fold发布后,曾有分析报告指出,柔性显示幕目前主要是用聚酰亚胺(Polyimide,简称PI)代替玻璃来做基板。
但PI模技术作为一种新“塑料”的统称,目前高端的PI模市场,核心专利和产能仍由美国杜邦、钟渊化学(Kaneka)、韩国SKPI以及日本宇部兴产株式会社(UBE)等公司垄断。国内市场只有低端PI模生产能力,高端PI模依然需要进口。
其中,PI模作为一个出现许多年的“老技术”,能适用于三星和华为折叠屏手机上的材质,显然属于“高端PI模领域”的新事物。
值得注意的是,即便有了这种耐高温的折叠屏原料:为了让折叠屏设备的显示效果达到商用价值,整个显示器结构(显示器和触摸模块)必须具有小于1mm的厚度,并且还要容纳1.5mm的弯曲半径。
跟据IHS Markit出具的报告显示,由于可折叠显示器的薄结构和仍然不成熟的工艺的复杂性,可折叠显示器的当前产率平均低于30%,远远低于标准智能手机OLED显示器的60-70%。
而考虑到目前标准的7.3 QHD OLED显示器显示器售价50至35美元,加入良品率和工艺复杂性的考虑后,一块不包含盖板的同规格可折叠显示器售价,可能高达100-150美元。
如果将这一成本放到手机成品来考虑,基于运输加工和组装上的支出,单单一款屏幕的花费可能就已经占据了整个手机总成本的近三分之一。
在这次折叠屏产品质量之争的事故中,Fold作为三星的旗舰产品而让三星品牌备受争议。作为全球手机OLED屏幕市场的绝对霸主,三星在这次折叠屏手机与华为的初次较量上,真的输了吗?
事实上,根据三星持有的OLED专利数量,三星在进军折叠屏市场时一样可以对这些技术优势进行工艺制造上的平移。
其中三星基于OLED屏幕专利,三星目前在Fold上使用的是Youm On-Cell Touch AMOLED(Y-OCTA)可折叠触控解决方案。该方案允许三星直接在薄膜封装(TFE)上制作触摸传感器,简化了AMOLED显示器的堆叠结构,减小了厚度,并具有良好的折叠性能。
而其他折叠屏厂商,因为没有这一专利,所以他们在生产折叠屏产品时,往往需要比三星再多加一层金属网格(metal mesh)或银纳米线(silver nanowires)用于感知用户的触控操作。
虽然添加这一感知层后,屏幕对手指的感知会更灵敏,但增加这一层的成本,却也会因为额外的流水线机器及物料成本而导致屏幕成本更高。
因为对于屏幕生产这样的精工领域,添加任何流程,都会引起屏幕整体良品率的下降,更何况增加金属网格或银纳米线层后,也会引起屏幕厚度的增加。
由此,在屏幕的折叠角度上非三星的折叠屏也便需要多考虑一层工艺材料的极限上限。
而这种基于折叠屏技术细节上的差异,便有可能是三星Fold选择内折,而华为Mate X选择外折的原因所在。
因为据业内人士评论:三星向内内翻折的设计对屏幕的延展空间要求更高,而华为的向外翻折设计则需要将手机外部覆盖的塑料盖板做得更大。
华为的外折只需要解决折叠屏展开后塑料盖板如何收起的问题,而三星的内折则需要面对屏幕收起时不能出现折痕和展开时塑料盖板如何收起两个问题。
所以,在目前一众厂商纷纷曝光折叠屏手机设计方案时,更多的品牌都选择了技术更为简单的外折方案。
根据五矩对折叠屏的技术分析,我们发现目前的折叠屏技术体系依然十分残缺,不仅折叠屏的基板材料因为三星Fold的事件爆出“寿命”危机,且屏幕的色准感受和操作体验也无法与我们现有的OLED硬屏体系相抗衡。
在这样的一个基本市场环境下,折叠屏手机的发售更像是巨头间互秀肌肉的独角戏。
因为折叠屏与其他手机屏幕不同,目前的折叠屏尺寸只能由手机巨头进行专项定制,并且因为市场消费升级的原因,可能同一尺寸的折叠屏只能在一款手机上使用,而无法复制今天的“刘海”奇观。
而越早参与这场“定制”盛宴的手机企业,其所承担的技术风险和失控风险也就越大,因为早期市场不仅折叠屏的娱乐应用尚不完善,折叠屏的质量风险某种程度也是一种新生的未知数。
至少,目前来看有钱、有能力在2019年就参与这场竞争的厂商,只有三星和华为。而在明年,随着三星和华为在技术和市场的试水结束,国内前的手机厂商中联想、OPPO、vivo和小米可能会小范围跟进。
而跟进的意义,除了积累设计折叠屏手机的经验外,可能花上一点钱,给自己打个“高科技品牌”的广告也不错。
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