今日の最先端の折りたたみ式デバイス、例えばSamsungのGalaxy Z Foldシリーズは、わずか30〜50マイクロメートル（$\mu$m）の厚さのUltra-Thin Glass（UTG）パネルを使用しています。これは人間の髪の毛（$\approx$ 70 $\mu$m）よりも薄いです。これにより、折りたたんだときにヒンジ機構内で画面が文字通り自分自身に曲がり戻るという、約1.4mmの最小曲げ半径（R）を達成できます。巻き取り式コンセプトはさらに進んでいます。LGが棚上げした巻き取り式TVのプロトタイプは、鉛筆サイズの円柱に巻き付けられるR=3mmに曲がると報じられています。
「曲げやすさ」が本当に意味するもの
人々が「折りたたみ式スクリーンはどれほど薄く曲がるのか」と尋ねるとき、彼らはしばしば物理的な厚さと曲げ半径という2つのことを混同しています。
SamsungのGalaxy Z Fold 5のスクリーンを例にとると、その厚さは約50マイクロメートル（$\mu$m）です。これは0.05ミリメートル、または人間の髪の毛（$\approx$ 100$\mu$m）の半分の幅です。しかし、それが安全に処理できる曲げ半径、つまり最もきついカーブは約1.4mmです。
曲げ半径が厚さ単独よりも重要である理由
1. 厚さ $\ne$ 曲げ限界
超薄型レイヤー（例: 30$\mu$mのポリマーフィルム）を持つことはできますが、破れることなく圧縮または伸縮できなければ、折りたたみに役立ちません。曲げ半径は、機能的な限界を測定します:
例: Sharpの巻き取り式OLEDプロトタイプは、現在の折りたたみ式デバイスよりも薄いレイヤー（$\approx$25$\mu$m）を使用していますが、より大きな最小R=3mmの半径が必要です。したがって、物理的に薄いにもかかわらず、SamsungのR=1.4mmの折りたたみ式デバイスよりも鋭く曲がりません。
2. 曲げ半径の仕組み
画面を円柱に巻き付けることを想像してください。損傷なく抱きしめることができる最小の円柱の直径が、そのR値を定義します:
- Galaxy Z Foldシリーズ: R=1.4mm（本のように平らに折りたためる）。
- Motorola Razr (2023): R$\approx$2-3mm（緩い「ティアドロップ」ヒンジ設計）。
- 巻き取り式TV/携帯電話: R=3mm–10mm（壁紙のように緩やかに湾曲する）。
Rが小さいほど、曲がりがきつくなります。
3. ストレス要因
きつい曲げは物理的なストレスを生み出します。R=1mmで曲がる画面は、両方の画面が同じ厚さであっても、R=1.5mmと比較して$\approx$50%高い圧縮/伸縮力を経験します。これが、SamsungのUTGスクリーンが、ストレスを1.4mmの折り目に均等に分散させるための特殊なヒンジを使用している理由です。
鍵:
単なる「薄さ」ではなく、曲げ半径（R）の仕様を探してください。現在:
- R=1.4mm–3mm = 折りたたみ式携帯電話（180°閉じた状態）。
- R=3mm–10mm = 巻き取り式（緩やかに湾曲）。
薄い素材は小さいR値を可能にしますが、エンジニアリングと素材が真の限界を決定します。
折りたたみ式スクリーンの内部
折りたたみ式スクリーンは単一のガラス板ではなく、曲がるように設計された超薄型レイヤーのサンドイッチです。SamsungのGalaxy Z Fold 5を例にとると、そのディスプレイスタックは合計で$\approx$180–200$\mu$mの厚さ（0.18–0.2mm）です。最上層はUltra-Thin Glass (UTG)で30$\mu$m、その下に衝撃吸収性ポリマーが裏打ちされています。その下には、硬質なガラスバックプレーンに代わるポリイミド（PI）プラスチック基板（25–50$\mu$m）上のOLEDピクセルレイヤー（わずか10–15$\mu$m）があります。接着剤、タッチセンサー、偏光板が隙間を埋めます。この組み合わせにより、スタック全体が1.4mmの曲げ半径で200,000回以上の折りたたみに耐えることができます。
レイヤーの内訳
最上層: 保護 vs 柔軟性
- Ultra-Thin Glass (UTG): Samsungの選択肢で30$\mu$m（人間の髪の毛の1/3の厚さ）。傷に耐えるように化学的に強化されています（例: プラスチックの2Hに対する硬度$\approx$6H鉛筆テスト）が、繰り返しの折りたたみの後にマイクロクラックが発生する可能性があります。
- プラスチックの代替品 (CPI): MotorolaはClear Polyimide (CPI)を50$\mu$mで使用しています。軽量で、初期はより柔軟性がありますが（ラボではR=1mmまでの曲げ半径）、永久的な「折り目へこみ」がより速く発生し、傷つきやすいです。
OLEDレイヤー: ピクセルが存在する場所
OLEDアレイは、硬質なガラスの代わりにプラスチック基板（PI/PETフィルム、厚さ25–50$\mu$m）に蒸着印刷されます。これらの有機材料は通電されると発光しますが、もろいです:
- 青色のサブピクセルが最も速く劣化します — メーカーは特大の青色ダイオード（赤/緑よりも20%大きい）で補償します。
- カプセル化層（薄膜バリア、5–10$\mu$m）は、酸素/水の侵入から保護します。
バックボーン: 基板と接着剤
プラスチック基板（PI/PET）は縁の下の力持ちです:
- 柔軟な背骨のように機能することで、画面全体を曲げることができます。
- 高度なバージョン（例: DuPont™ Kapton® polyimide）は、製造中に最大400°Cの温度に反りなく耐えることができます。
- Optically Clear Adhesives (OCA)は、$\gt$90%の光透過率を可能にしながら、層を結合します。ここでの泡や剥離は永久的な欠陥を引き起こします。
ストレス管理: レイヤーが重要な理由
- ニュートラルプレーン設計: メーカーは、曲げのピボットポイントをより硬いOLEDレイヤーを通るように調整し、より柔らかいレイヤーを圧縮/伸縮させます。これにより、ピクセルのせん断リスクが軽減されます。
- ヒンジの対称性: 内側に折りたたむ画面（Galaxy Foldなど）はレイヤーを圧縮します。外側に折りたたむ画面（Huawei Mate Xなど）はそれらを伸縮させます — これにより、異なる摩耗パターンが生じます。
鍵: それは単なる「薄いプラスチック」ではなく、エンジニアリングされたレイヤーの調和です。
UTGは耐擦傷性を追加しますが、$\approx$30$\mu$mの厚さを追加します。プラスチック基板は柔軟性を可能にしますが、頑丈なエンジニアリングを要求します。その結果: 毎日180°折りたためるが、それでも1,000〜1,500 nitsの明るさを出力する画面です。
今日のテクノロジーの実際の曲げ限界
現在、R=1.4mmは量産されている折りたたみ式デバイスにとって最もきつい実用的な曲げです。これはSamsungのGalaxy Z Fold 5およびFlip 5によって例示されています。これらは0.1mm未満の深さの折り目で平らに折りたたまれますが、LGのプロトタイプのような巻き取り式デバイスはR=3mm（6mm鉛筆のカーブに一致）を目標としています。XiaomiのMix Fold 2はわずかに緩いR=1.6mmに位置し、TCLの実験的なDragonhingeはR=1.0mmまで押し込みますが、ストレステストではわずか50,000回の折りたたみ後にひびが入ります。
現在のスクリーンはどのように測定されるか
折りたたみ式デバイス: 1.4mmの壁を設計する
Samsungの現在の優位性は、わずか30$\mu$mの厚さのUTGレイヤーと、8.3mm幅のニュートラルプレーン全体に折りたたみストレスを分散するヒンジとの組み合わせに依存しています。200,000回のラボテストの後、これらは$\gt$82%の輝度均一性を保持します — 目に見えるデッドゾーンを避けるために重要です。MotorolaのRazr (2023)のような競合他社は、折り目を減らすために幅の広いR$\approx$2.5mmの「ティアドロップ」ヒンジを使用していますが、ポケットへの収納性を犠牲にしています。
巻き取り式デバイス: より大きな画面、より緩やかなカーブ
LGの未発表の巻き取り式OLED TVは、最小R=3mmを必要としました — 鉛筆よりも太いロッド（直径6mm）の周りに緩やかに湾曲します。よりきつい曲げは急速な層の分離を引き起こしました: R=2mmでは1,000回の巻き取り以内に剥離が発生しました。TCLは、スライドするだけで、ライブで曲がらない事前に湾曲したOLEDパネル（固定R=10mm）でこれを回避しています。
進歩 $\ne$ 誇大広告: 現実のチェック
マーケティングは「ゼロギャップ」の折りたたみを宣伝していますが、サードパーティの分解では妥協が明らかになっています:
- Oppo Find N2のヒンジは、ストレスをR=1.7mm以上に分散させ、初期の折りたたみ式デバイスよりも明らかに浅いです。
- 折り目の近くのピクセル故障率は、R=1.0mmではR=1.4mmと比較して3〜5倍に跳ね上がります — プロトタイプが$\approx$50,000サイクルで故障する理由を説明しています。
世代間の飛躍: データ主導の進歩
| 世代 | 曲げ半径（R） | 故障までの折りたたみ回数 | 解決された重大な欠陥 |
|---|---|---|---|
| Galaxy Fold (2019) | 2.5mm | $\approx$40,000 | スクリーンの剥離 |
| Galaxy Z Fold 3 (2021) | 1.8mm | 100,000+ | UTGのマイクロクラック |
| Galaxy Z Fold 5 (2023) | 1.4mm | 200,000+ | 折り目の深さ（0.1mm$\to$<0.1mm） |
近未来: 1.0mmの壁を破る
TCLのDragonhingeプロトタイプは、マイクロクラックに耐えるためにグラフェンをドープした接着剤を使用してR=1.0mmを目標としています。それでも、ラボデータでは、ピクセルの焼き付きが20,000回の折りたたみを超えて急増することが示されています — Samsungの200K標準よりもはるかに低いです。Corningの次世代UTG（20$\mu$mの厚さと予測）は、2025年までにR=1.2mmを目指していますが、材料科学者は警告しています: R=1.0mm未満では、OLEDの伸縮限界が避けられない物理的な障壁になる可能性があります。
Rかmmか？曲げ半径の測定
「曲げ半径」（R）は、スクリーンの柔軟性を測定するためのゴールドスタンダードであり、mm単位の厚さではありません。次のように考えてください: R=1.4mm（SamsungのFold 5）は、スクリーンが直径2.8mmのロッドの周りの包装紙のようにきつく湾曲することを意味します（直径 = 2R）。仕様書に「R=3mmで折りたたむ」とある場合、スクリーンはひび割れなく6mmの円柱を安全に抱きしめることができます。ラボテストでは、限界を検証するために1.0mm、1.4mm、3.0mmの直径のような精密マンドレル（ロッド）を使用します。R値が小さいほど、曲がりがきつくなります。
なぜ曲げ半径（R）がミリメートルよりも重要なのか
物理的な厚さ（Samsungの30$\mu$m UTGなど）は曲げ限界を予測しません。例:
- 30$\mu$mのポリマー層は単独でR=1.0mmに耐えるかもしれません。
- 同じレイヤーが完全なディスプレイスタック（接着剤、センサー付き）に含まれている場合、ストレスの集中によりR=1.5mmで故障します。
現実世界での測定: マンドレルテスト
メーカーは、キャリブレーションされた金属棒（マンドレル）の上にスクリーンを固定し、180°曲げ、故障するまでのサイクル数を数えます:
| マンドレルの直径 | 等価R値 | 実世界の例 |
|---|---|---|
| 2.0mmロッド | R=1.0mm | TCLプロトタイプ（50Kサイクルで故障） |
| 2.8mmロッド | R=1.4mm | Galaxy Z Fold 5（200Kサイクルに合格） |
| 6.0mmロッド | R=3.0mm | LG巻き取り式TVプロトタイプ |
ストレスの計算: Rが小さいほど、テストはより困難になる
Rが1.5mmから1.0mmに縮小すると、曲げストレスは約2倍になります:
- R=1.5mm: 内層の圧縮力 $\approx$20 MPa
- R=1.0mm: 力が$\approx$38 MPaに急増（ピクセル焼き付きリスクが3倍に跳ね上がる）
折り目の深さ = Rの代理
携帯電話を折りたたむ: その中央のへこみが真のR値を明らかにします。
- Galaxy Z Flip 5: 折り目の深さ $\approx$0.07–0.10mm（間接的にR$\approx$1.4mmを確認）
- 初代Fold (2019): 折り目の深さ $\gt$0.3mm（緩いR=2.5mmに一致）
誇張された主張を見抜く
スタートアップが「R=0.5mmで折りたたみ可能」と自慢している場合、細かい活字をチェックしてください。多くの場合:
- 1つのレイヤーのみをテストした（完全なディスプレイスタックではない）
- 完璧なラボ条件を使用した（温度変化、ほこりなし）
- 材料疲労を無視した（単一の曲げ vs 100Kサイクル）
重要な洞察:
R値が王様です。それは理論上の限界ではなく、実世界の曲げ性能を定量化します。スクリーンを比較するときは、R値を要求してください。Rが記載されていない場合は、仕様を懐疑的に扱ってください。
限界を押し上げることが耐久性を危険にさらす理由
Samsungのスクリーンを最小R=1.4mmで折りたたむと、UTGレイヤーは設計限界に近い$\approx$18 MPaの圧縮に耐えます。ここで、その曲げをR=1.0mm（TCLのプロトタイプなど）に縮小すると、ストレスは$\approx$30 MPaに急増します。この40%の急増は、マイクロクラックが4倍速く発生することを意味し、寿命を200,000回以上の折りたたみから50,000回未満に短縮します。材料疲労は線形ではありません: R=1.4mmで100日の折りたたみに耐えるスクリーンは、R=1.0mmではわずか20日しか持続しない可能性があります。
故障の物理学
応力集中: なぜ小さいR = 大きな問題なのか
曲げ半径は、レイヤーがどれほど鋭く伸縮するかを決定します。スクリーンの内側の表面は圧縮でしわになり、外側の表面はぴんと張られます。R=1.4mmで:
- 内層は$\approx$0.3%圧縮されます
- 外層は$\approx$0.5%伸縮します
半径をR=0.7mmに半減すると、ひずみは1.2%の伸縮に跳ね上がります — OLED材料の弾性限界を超えています。伸縮したポリマーチェーンが切れると、ひび割れがより速く伝播します。
疲労: 1,000回の折りたたみによる死
すべての折りたたみは、蓄積する微細な損傷を与えます:
- フェーズ 1 (0–50Kの折りたたみ): UTGは目に見えない微細な亀裂（平均2–5$\mu$mの深さ）を発生させます。
- フェーズ 2 (50–100Kの折りたたみ): 亀裂が10–20$\mu$mに深くなり、光を散乱させます $\to$ 目に見える「折り目のかすみ」。
- フェーズ 3 (150K+の折りたたみ): 接着剤が弱くなり、空気/水分が侵入します $\to$ ピクセルの焼き付き。
加速テスト: Samsungのラボマシンは、携帯電話を1秒間に1サイクルで24時間年中無休で折りたたみ、わずか55時間で200Kの折りたたみに達します。
材料固有の弱点
- Ultra-Thin Glass (UTG): マイクロ欠陥からの亀裂伝播によって故障します。Corningのデータによると、30$\mu$mのUTGシートはR=3mmで$\approx$500,000回の曲げの後にひびが入ります $\to$ しかし、R=1.0mmではわずか20,000回です。
- Polymer OLED (POLED): 塑性変形に苦しみます。25$\mu$mのポリイミド基板は、R=1.4mmで100K回の折りたたみの後に永久的な「記憶曲げ」を発生させます $\to$ 目に見えるへこみにつながります。
- メタル配線: 折り目近くの微細な配線は、$\gt$0.6%の伸縮で破断します — R$\lt$1.2mmでのハードリミットです。
環境的悪化要因
ラボテストで見逃されるもの:
- 低温 (-10°C): ポリマーは脆くなります。室温での曲げと比較して亀裂リスクが3倍になります。
- ほこり/砂粒: 5–10$\mu$m幅の砂粒はヒンジ内で研磨剤となり、折りたたみの間にレイヤーを削ります。
- 指の圧力: 使用中に折り目近くを押すと、+5 MPaのストレスが加わります — 疲労したスクリーンを故障に追い込むのに十分です。
200Kサイクルの幻想
Samsungの耐久性の主張は、以下を前提としています:
✅ 穏やかなヒンジ動作（ゆっくり、低摩擦）
✅ 側面からの圧力なし
✅ 25°Cの周囲温度
実際のユーザーは、以下から3〜5倍高いストレスを経験します:
- 携帯電話を勢いよく閉じる（衝撃力の増加）
- ポケットに入れて持ち運ぶ（折りたたんだ状態での曲げ）
- 日光の下での使用（温度の上昇 $\to$ ポリマーが柔らかくなる）
R=1.4mmが今日のスイートスポットである理由: それは、薄さと材料物理学とのバランスをとっています — 単なるマーケティング目標ではありません。これを超えると？リスクが膨らむにつれて、利益は縮小します。
曲げ技術の将来の展望
今日のR=1.4mmの折りたたみ式デバイスを超えて、ラボは抜本的な材料交換を使用してR=1.0mmを追求しています。Corningの次世代UTGは20$\mu$mの厚さ（30$\mu$mから減少）を目指し、2025年までにR=1.2mmを目標としていますが、Samsungの研究開発はレーザーアブレーションを使用して接着剤層を0.8倍薄くしています。巻き取り式デバイスはよりスマートになっています: LGの特許は、曲げた後に「パチッと戻る」形状記憶合金メッシュ上のOLEDを示しており、疲労を40%軽減します。しかし、物理学は容易に曲がりません — R=0.8mm未満に押し下げると、新しい材料なしでは避けられない物理的な限界である、永久的なOLED層の伸縮（$\gt$1.2%）のリスクがあります。
すべてを薄く: サブミクロン戦争
エンジニアはすべてのレイヤーで厚さを攻撃します:
- UTG 2.0: Corningの20$\mu$mガラス（2025年を目標）は、きつい半径での脆さを減らすことで曲げやすさを向上させます。初期のプロトタイプはR=1.2mmで100Kサイクルに耐えます。
- ナノ接着剤: Shin-Etsuの1.5$\mu$m光学接着剤は、従来の10$\mu$m OCAを置き換えます — 剥離に抵抗しながらスタックをスリム化します。
- OLED-on-PI Lite: レーザーで薄くされた12$\mu$mのポリイミド基板（今日の標準: 25$\mu$m）は、全スタック高を$\approx$140$\mu$mに削減します — 巻き取り式デバイスにとって重要です。
耐久性のブレークスルー
目に見えない損傷を修復する
- 自己修復ポリマー: LGのラボは、マイクロクラック（$\lt$30$\mu$m幅）にモノマー流体を「にじみ出させる」ポリウレタン層をテストしています。これにより、40°C（例: ポケットの中の携帯電話）で損傷を封印します。24時間後に90%の強度を回復します。
- 分散型ヒンジ: Xiaomiの2023年の特許は、ヒンジ内にマイクロギアアレイを使用しています — 曲げストレスを2ではなく12の接触点に分散させます。R=1.0mmでピーク圧縮を28%削減します。
アーキテクチャのシフト
折りたたみを超えて: 巻き取り、スライス、スライド
- 巻き取り式 2.0: BOEの10mm-Rスクロールフォンは、マンドレルの代わりにセラミックスプールにスクリーンを格納します — 巻き戻し後のライブでの曲げはほぼゼロです。
- スクリーンのセグメント化: TCLの「Fragmented OLED」プロトタイプは、ディスプレイを伸縮性のある配線で接続された0.5mm幅のストリップにスライスします。各ストリップは最小限に曲がります（R=5mm）が、スクリーン全体はR=1.5mmに折りたたまれます。
物理学 vs 野心
R=1.0mmの壁 — そしてその先
現在の物理学は、R=0.8mmがOLEDの絶対的な下限であることを示唆しています:
- 電極の破断: メタル配線は1.2%の伸びを超えると切断されます — グラフェン配線（まだラボのみ）なしではR$\lt$0.8mmで避けられません。
- カプセル化の故障: 防湿バリアは、R=0.7mm未満で$\gt$0.4%の圧縮でひびが入ります。
ラボは回避策を模索しています:
- マイクロヒンジディスプレイ: Panasonicのコンセプトは、柔軟な布地上の10,000個のマイクロパネルを使用しています。各硬質タイルは個別に回転し、ピクセルにストレスをかけずにR=0.5mmで曲がります。
- 流体OLED: 京都大学の「Oleo-Phosphor」は、発光粒子をシリコーン油に懸濁させます。概念実証はR=0.3mmに曲がりますが、150 nitsしか発光しません — 消費者向けには非実用的です。
現実のチェック: 量産市場のスクリーンは、2026年より前にR=1.0mmを破ることはありません。それまでは、適応型ヒンジと自己修復層がギャップを埋めるでしょう。
