让手机屏变“弯”有多难

2021-04-01铁甲巍龙

科学Fans 2021年3期

铁甲巍龙

如图所示，折叠屏手机的屏幕可以实现一定角度（目前一般最大为180°）的翻转与折叠。这种手机的屏幕平时从中间被折叠在一起，用户可以根据使用情况将屏幕在180°范围内进行弯折，形成两块独立的屏幕。而在进行某些操作（如看视频）时，可以将折叠屏完全展开并合成为一块。

要实现手机屏幕的折叠这个功能看似简单，但是它要解决的核心问题，其实是如何保证手机屏幕在反复弯曲形变的情况下还能正常使用。为了解决这个问题，相关技术人员可是绞尽了脑汁，这其中涉及了大量材料学上的新科技。

显示层：有机发光二极体

触控智能手机的屏幕是由功能不同的若干层部件叠加起来的。而单从显示部件来说，目前市面上主流屏幕技术有液晶显示（Lequid Crystal Dispaly，简称LCD）与有机发光二极（Oganic Light Emitting Diodes，简称OLED）两大类。而OLED正是屏幕可折叠功能得以实现的关键。

LCD 与OLED 区别示意图

OLED与LCD相比，最大的区别就是OLED屏上的二极管阵列，只要接通电源就能自动发光。而LCD中的液晶本身不能发光，所以当它应用在手机屏幕上时，还必须加上一层可以发光的背光层，只有当背光层的光透过液晶层之后，才会出现显示效果。

不要小看这点小小的区别，因为这点区别不但使得OLED屏幕可以更加轻薄——毕竟它比起LCD减少了一层背光层，而且使得它具备了弯曲的可能性。因为OLED实际上可以看作许多二极管灯泡组成的发光阵列，弯曲折叠并不会改变它的性质。相反，在LCD屏中，无论是液晶层还是背光层都会因为形变而受到损害。

尽管OLED早就应用于手机屏幕中了，但是多年来一直没有商业化的折叠屏出现。这是因为除了显示层之外，手机屏幕还存在其他阻碍手机屏幕可折叠的瓶颈，包括基板、电子元件及传导電路、封装等。而这些瓶颈的解决方法，目前都已经有相应的技术支撑。

基板：柔性塑料材料

手机屏基板是承载手机屏幕所有部件的基础层，传统的手机屏幕一般用刚性玻璃作为基板材质，玻璃是不可折叠的。而可以将它取而代之的，则是轻薄、透明、柔性和拉伸性好、绝缘耐腐蚀的柔性塑料材料。目前业界较为主流的材料是一种名叫聚酰亚胺（Polyimide，简称PI）的高分子化合材料，由它形成的基板薄膜不仅可以折叠，而且耐得了高温和低温，抗得了化学腐蚀，还有良好电气特性，是优秀的可折叠手机屏基板材料。

电子元件及传导电路：石墨烯

智能手机的手机屏要实现复杂的触控以及显示功能，依靠的是透明的各种电子元件，以及连接它们的传导电路。传统手机一般以硅作为电子元件材质，金属材料作为传导电路，这些材质同样存在因为脆性而不能反复折叠形变的问题。而石墨烯是可以替代它们的完美材料。这种碳的同素异形体是人类目前已知的最薄、强度最高的纳米材料。除此之外，石墨烯还有以下优点：

·透光率高达97.7%，近乎全透明。

·其电子迁移率在常温下超过了硅晶体，同时还具有超低的电阻率，导电性能优秀。

·韧性强，耐折叠、弯曲等形变效果。

综合它的这些特性，石墨烯可以说是为折叠屏量身定制的电子元件材料。

封装：薄膜封装

为了防止手机显示屏被外界氧气以及水蒸气氧化与腐蚀，在显示屏最表面还要覆盖上一层保护层，这个技术叫封装。传统手机是用玻璃封装在顶层，但是刚性的玻璃封装同样不适合柔性折叠屏。目前的主要解决方案之一叫薄膜封装（Thin-Film Encapsulation，简称TFE）。顾名思义，这是用轻薄、透光性好且耐腐蚀的塑性薄膜作为手机屏的保护膜。