Bản lề điện thoại gập hoạt động ra sao, vì sao màn hình có nếp gấp?

Màn hình điện thoại gập uốn được vì nó là tấm OLED dẻo rất mỏng, phủ lớp bảo vệ bằng nhựa trong suốt hoặc kính siêu mỏng. Bản lề có nhiệm vụ giữ cho tấm màn hình đó luôn cong theo một đường đủ rộng, không bị bẻ thành góc nhọn. Nếp gấp xuất hiện vì các lớp vật liệu ở vùng uốn bị kéo và nén lặp đi lặp lại, nên khi mở ra không còn phẳng tuyệt đối. Chuyện này được chú ý hơn khi Apple ra iPhone Duo, chiếc iPhone gập đầu tiên.

Theo Wikipedia, điện thoại gập dùng OLED dẻo trên nền nhựa thay cho tấm kính cứng như trên điện thoại thường. Samsung Display cho biết Galaxy Fold năm 2019 dùng màng nhựa polyimide trong suốt (CPI), còn Galaxy Z Flip năm 2020 là máy gập đầu tiên dùng kính siêu mỏng UTG dày khoảng 30 µm, so với khoảng 0,5 mm của kính phủ màn hình cứng. Hãng giải thích lớp càng mỏng thì ứng suất ở chỗ gập càng nhỏ, giống tờ giấy mỏng dễ gập hơn.

Uốn càng gắt, vật liệu càng chịu ứng suất

Khi một tấm nhiều lớp gập vào trong, mặt trong bị nén còn mặt ngoài bị kéo giãn; Samsung Display gọi chung hai lực này là ứng suất gập. Ở giữa là mặt trung hòa, không giãn cũng không nén. Lớp càng xa mặt trung hòa và bán kính uốn càng nhỏ thì càng bị kéo hoặc nén mạnh. Theo 3M, hãng làm keo dán quang học (OCA) cho màn hình gập, lớp keo mềm giữa các lớp giúp tạo nhiều mặt trung hòa riêng và giữ các lớp mạch điện ở gần đó để không bị hỏng.

Bán kính uốn ghi bằng ký hiệu R, tính theo milimét. Năm 2020, Samsung Display công bố tấm OLED 1.4R dùng trên Galaxy Z Fold2, nghĩa là màn hình uốn quanh bán kính khoảng 1,4 mm, và giải thích R càng nhỏ thì máy gập càng khít. Đổi lại, R nhỏ làm ứng suất gập tăng, nên hãng phải tối ưu vật liệu và cách lắp ráp các lớp.

Sơ đồ tự vẽ: bản lề chữ U để lại khe hở, bản lề giọt nước cuộn vùng gập vào trong để hai nửa khép phẳng; phía dưới là ứng suất uốn và nếp gấp

Bản lề chữ U và bản lề giọt nước

Galaxy Fold năm 2019 dùng hệ nhiều bánh răng ăn khớp giấu trong vỏ, theo Samsung. Galaxy Z Flip có cơ cấu cam kép dạng gờ để máy đứng yên ở nhiều góc mở, kèm lớp sợi quét ngăn bụi lọt vào khe. Galaxy Z Fold6 dừng được ở các góc từ 75 đến 115 độ.

Hình dạng màn hình khi gập mới quyết định máy khép khít hay không. Theo blog kỹ thuật của Dassault Systèmes SIMULIA, các thiết kế đầu tiên gập màn hình theo hình chữ U với hai nửa song song, để lại khe hở đáng kể và làm máy dày hơn. Giải pháp là dạng giọt nước: phần gập cuộn vào một khoang trong bản lề, còn hai nửa màn hình áp sát nhau. Năm 2023, Samsung đưa Flex Hinge lên Galaxy Z Fold5 với bốn trục dẫn động và cấu trúc ray kép; hãng cho biết hai nửa khép đều, không còn khe hở.

Galaxy Z Fold5 (2023), đời Fold đầu tiên dùng Flex Hinge dạng giọt nước của Samsung

Một nghiên cứu trong kỷ yếu hội nghị SID mô tả nếp gấp là biến dạng dẻo của bề mặt: các màng polymer bị uốn vượt mức còn đàn hồi được nên một phần biến dạng không hồi lại. Số lần gập và thời gian để gập càng nhiều thì nếp càng sâu. Theo SIMULIA, máy gập qua đêm rồi mở ra có thể còn một rãnh lõm, phẳng dần sau 20 phút tới hơn một giờ tùy loại keo dán OCA.

Galaxy Fold 5G đời đầu mở phẳng, vẫn thấy đường nếp gấp chạy dọc giữa màn hình

Cách giảm nếp chủ yếu là giữ bán kính uốn lớn hơn và đỡ màn hình phẳng khi mở. Samsung nói thiết kế giọt nước làm nếp nông hơn, dù trang hỗ trợ của hãng lưu ý nếp trên Z Fold5 có thể trông rộng hơn đời trước một chút. Galaxy Z Fold7 năm 2025 dùng Armor FlexHinge nhiều ray để phân tán ứng suất, lớp UTG dày hơn 50% và tấm titan đỡ dưới màn hình, giúp nếp gấp khó thấy hơn.

Các hãng công bố độ bền bằng số lần gập trong phòng thử nghiệm ở nhiệt độ phòng, không tính rơi hay bụi cát:

Samsung đánh giá bản lề Galaxy Fold và Galaxy Z Flip chịu được 200.000 lần gập. Samsung Display quy đổi 200.000 lần gập đã được Bureau Veritas xác nhận thành hơn năm năm nếu gập 100 lần mỗi ngày. Với tấm màn hình 8 inch của Galaxy Z Fold7, Bureau Veritas cho biết đã xác nhận 500.000 lần gập trong 13 ngày ở 25 độ C, tương đương khoảng mười năm sử dụng trung bình.

Apple nói gì về bản lề iPhone Duo

Trang Newsroom của Apple chỉ cho biết iPhone Duo có bản lề được chế tạo chính xác, cho cảm giác mượt mỗi lần gập mở, và khi mở là chiếc iPhone mỏng nhất từ trước tới nay, màn hình trong 7,58 inch. Apple không công bố kiểu bản lề, bán kính uốn, vật liệu lớp phủ hay số lần gập thử nghiệm, nên chưa thể nói máy dùng thiết kế giọt nước hay cách nào để giảm nếp. Với các máy gập hiện nay, nếp gấp vẫn là giới hạn vật lý chung mà các hãng chỉ làm nông và khó thấy hơn.

Nguồn: Apple Newsroom: iPhone Duo , Samsung Display: UTG , Samsung Display: Colorless Polyimide , Samsung Display: tấm OLED gập 1.4R , Samsung Display: Flex OLED , Samsung Newsroom: Galaxy Fold , Samsung Newsroom: Hideaway Hinge cam kép , Samsung Newsroom: từ 17,1 mm tới 8,9 mm , Samsung Newsroom: Galaxy Z Fold7 , Samsung Hàn Quốc: Flex Hinge , Bureau Veritas: 500.000 lần gập , 3M: keo OCA cho màn hình gập , Dassault Systèmes SIMULIA , SID Symposium Digest , Wikipedia: Foldable smartphone