随着柔性显示技术的发展,柔性屏越来越多地应用于终端设备中,为保持可折叠终端柔性屏屏幕的平整度和刚度,通常在屏下设置屏下支撑结构件,以确保屏幕可实现弯折又具有足够的支撑力。

△ 可折叠屏幕模组叠层结构  图源晟鼎官网

考虑到折叠屏的可弯折性,早期的屏幕支撑板并不是一整块,而是在弯折区分开成两块且之间留有一定间隙,导致间隙部分的屏幕得不到有效支撑而出现折痕。后续,为了解决这一问题,通常会在柔性支撑板中部加工一部分弯折区,弯折区通过化学蚀刻或激光加工出贯穿孔,可有效释放应力的同时减轻支撑板的重量,从而降低整机的重量。

△ 早期三星Galaxy Fold 屏幕后的不锈钢金属支撑板 图源ifixit


综上所述,可折叠设备屏幕支撑板要在尽可能薄的情况,有足够的强度、刚性以及可弯折性能,且材料需要无磁性,避免造成屏幕触控功能故障,这对材料的性能有着极高的要求目前,屏幕支撑板常用材质主要有不锈钢、钛合金以及碳纤维复合材料。


1. 不锈钢 


不锈钢因其优异的机械性能和成本效益而广泛应用于多种工业领域。在可折叠设备中,柔性屏钢可以实现折叠20万次不变形、不断裂,且平整如初,为屏幕提供良好的支撑。

不锈钢支撑板虽然结构简单,但是材料的加工却并不容易。用于屏幕支撑板的不锈钢非常薄(三星用的20μm),从厚厚的钢板变成薄如蝉翼的钢箔,需要经过反复轧制,产品要做到薄且均匀、平整、无划痕,工艺控制难度大,核心制造技术长期掌握在日本、德国等发达国家手中,相关供应商主要有日本的日立金属、新日铁以及德国的Zapp。近年来,国内企业奋起直追,山西太钢集团、青拓科技等企业先后铸造出薄至0.015毫米的手撕钢,不仅突破了国外技术垄断,还创造了新的世界纪录。

采用不锈钢屏幕支撑板的机型不少,除了早期的三星Galaxy Z 系列、华为Mate X、OPPO Find N外,今年发布的小折叠屏手机荣耀 Magic V Flip也采用不锈钢材质支撑板。

△ 荣耀 Magic V Flip屏幕支撑件采用钢箔材质

但是由于不锈钢重量重,不利于可折叠终端整体减重,后期大折叠手机出于轻量化的考虑,屏幕支撑板材料转为更为轻质的碳纤维材料。

2. 碳纤维复合材料


碳纤维是含碳量超过95%的一类纤维的统称,具有非常高的比模量、比强度。它的重量比铝轻、强度比钢高,弹性模量、拉伸模量都非常高,还有耐高温、耐腐蚀等优越特性。
△ 碳纤维与其他材料比强度、比模量对比

碳纤维通常作为增强体,与树脂、金属、陶瓷等基体复合成复合材料使用。碳纤维增强复合材料具有低密度、高模量、高强度、耐高温、高耐冲击性、耐疲劳性、阻燃性等优异特性,对于解决当前折叠屏手机面临的折叠后的厚度以及铰链的耐用度、折痕等市场普遍关注的问题拥有天然优势。

当前市场上就有不少折叠屏手机就使用碳纤维等轻质材料作为屏幕支架,以减轻重量并提供额外的强度和耐用性,如华为Mate XT、华为Mate X5、OPPO Find N3、小米 MIX Fold 4、vivo X Fold3 Pro、三星Galaxy Z Fold6等。

△ 小米 MIX Fold 4的100%碳纤维屏幕衬板

3. 钛合金


除了不锈钢、碳纤维材料外,钛合金也是可折叠屏幕支撑板的常用材料。钛合金是指多种用钛与其他金属制成的合金金属,强度高、耐蚀性好、耐热性高。钛合金的密度一般在4.51g/cm³左右,仅为钢的60%,一些高强度钛合金超过了许多合金结构刚的强度,因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料,可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。

△ 几种金属材料的性能比较

钛合金用于可折叠屏幕支撑板,综合了不锈钢的强度和碳纤维的轻量化优势,但加工难度大、成本更高。

目前,采用钛合金支撑板的折叠屏手机有小米 MIX Flip、荣耀Magic Vs、三星GalaxyZ Fold7等。

图 荣耀Magic Vs 钛合金支撑板

4. 玻璃


除了上述已量产应用的材质外,2024年12月,三星供应商Econy 宣布,已开发出采用玻璃材质的可折叠屏幕支撑板。

图 Econy 开发的可折叠支撑板


据悉,与现有的可折叠手机背板材料相比,玻璃具有轻量化、低成本和供需稳定等优势。

相对于CFRP碳纤维,玻璃可以克服该材料价格昂贵且对热敏感而容易变形的问题。据悉,CFRP制作得越薄,就越容易出现气泡、微裂纹等缺陷,导致制造工艺复杂、成品率低。玻璃是一种对温度变化稳定的材料,具有易于加工成薄层且材料易于供应的优点。另外,由于重量轻,因此具有使可折叠智能手机变得更轻的效果。

为确保量产玻璃屏幕支撑板的生产能力,以便将其应用于可折叠智能手机中,Econy 2023年6月在越南建厂并完成筹备工作。该公司预计玻璃屏幕支撑板最早 2026 年应用于可折叠智能手机。

据韩媒KIPOST报道,苹果预计于明年发布的首款可折叠智能手机将采用两层超薄玻璃 (UTG)。除了作为显示屏盖板外,还将在显示屏底部附加一层 UTG,以最大程度地减少折叠痕迹。


除了单一材质外,可折叠屏幕支撑板还可采用多种材质组合的形式,实现减重与耐用性的均衡。


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作者 li, hailan