全面解析可折叠设备之屏幕叠构与转轴

全面解析可折叠设备之屏幕叠构与转轴

日期:2021-7-6

AMOLED折叠屏商用已经两年多了,但是目前最需要解决的还是折痕问题,如何实现闭合无缝无折痕,一直是折叠产品的追寻目标。

实际上,折叠屏幕可以跟纸一样实现折叠,但是他也跟纸一样,如果把它折叠到 100% 的折叠状态,就不可能再变回一张平整的纸;而如果把纸的折叠半径放宽一点,就是在折叠的位置不要完全折死,留有一定的弯曲半径,这样不论你折叠多少次,它都还可以复原成原本平直的状态。

正是因为大家都了解这一点,目前屏幕厂家在追寻更小的半径,但是要控制屏幕在这追寻最小半径的折叠状态下,展开不会有折痕这个就是需要非常精密的机械设计来控制屏幕在频繁合上展开时依然能保持平整性。

这种精密的机械设计在手机、笔记本电脑上,类似的转轴结构则被称之为「铰链」,而这种类似功能的结构,在衣柜和房门上叫做「合页」;虽然叫法不同,但显而易见的是,它们都能让与之相连的物体实现转动打开的形态改变。

1982 年,IBM 设计了一款名为 PC Convertible 的手提式电脑。在这款重达 14 公斤的设备上,你已经能看到现在我们常见的翻转屏幕和开合后才能看到的键盘,而它们的连接处就采用了简单的转轴设计。

而在 1985 年,东芝还推出一款名为 T1100 的笔记本电脑,同样也为后续的笔记本转轴设计带来的深远的意义。

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直到 1992 年,第一台 ThinkPad 面世,它的体积实现了最大程度的缩减,不再有屏幕后面的笨重外壳,转轴也随着变长以便更好地固定屏幕,类似的设计也间接影响了其它商用笔记本。

即使到了今天,笔记本电脑朝着更轻更薄的方向发展,但你在市面上看到的绝大部分设备外观,依旧在沿用这种传统的转轴开合结构。

剩下还可以改变的,就只有尺寸、厚度以及与各类元器件相关的配置了,但不易被人察觉的细节变化还是在继续,铰链便是其中一点,它不仅决定了屏幕的开合角度,也影响着笔记本电脑和手机的发展。

按发展历程来说,笔记本电脑无疑是要早于智能手机的。所以,我们经常会在移动端看到一些笔记本电脑的形态缩影,不管是最早的翻盖手机,还是现在的双屏手机,都是很典型的例子。

为了解决屏幕的折叠问题,这类手机也采用了与传统笔记本电脑十分相似的铰链结构,区别只是在于将实体键盘的那部分换成了手机常用的触控屏幕。

不过,正如前文所说,用户对于笔记本电脑使用场景的转变,也间接驱动了笔记本形态的重新设计。如果想要实现更大角度的开合,甚至是二合一的可拆卸形态,转轴结构也必须要做出革新。

这里不得不提及联想 YOGA ,自从 2011 年英特尔提出主打轻薄的超极本概念后,联想在笔记本、平板电脑、二合一等产品形态上做了不少改进和革新,而诞生于 2013 年的 Yoga 更是从最开始就实现了 360 度开合的折叠形态。

事实上,在联想内部,YOGA 系列产品被称为是「十年磨一剑」,这是因为联想的首款双轴笔记本是从 2003 年开始的,至 2013 年正好 10 年。

尤其在 PC 产业创新受阻的环境下,YOGA 也成了当时市场上最具品牌辨识度的笔记本产品系列。

图片它的创新在于中间采用的表带式铰链,据说灵感来自发展史悠久的腕表工艺,共由超过 800 个零件所组成,可以确保数万次的翻转寿命。

加上六段式的互锁齿轮结构,这种表带式铰链也能以足够的阻力来实现任意角度的翻转。

借助这条铰链,YOGA 笔记本可以轻松地旋转成多种模式,包括笔记本电脑、平板、站立和帐篷模式。等于说只要用户愿意,就能在任何一个角度将 YOGA 笔记本固定住。

这也是联想首次在笔记本电脑中引入「多形态多场景」的概念,不再将 PC 局限于传统的桌面办公设备。

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到了最新一代的 YOGA 7 Pro,联想的工程师们已经可以将铰链隐藏在转轴外壳之内,让产品外观看起来更为简洁,而三段式的阻尼设计则可以避免转动时的松动感。

值得一提的是,工程师甚至还在这根转轴内部放入了外放的扬声器,等于说笔记本在任何角度下都可以确保发声方向正对着用户,实现最佳的影音效果。

在联想的表链式设计后,微软的 Surface Book 也在转轴领域采取了类似的改进。据悉,微软的设计团队最初就是想做一款类似「书」的笔记本,同时还希望能融合平板与笔记本这两种形态,所以屏幕也要设计成可分离的。

但这么做的难点在于,如果屏幕要作为平板独立运行,就不得不将芯片、硬盘等部分核心元件放在屏幕那侧,而非传统的键盘面,这显然会影响笔记本的重心,转轴也必须要进行重新设计。

为了解决这个问题,微软采用了一种卷轴式的铰链结构,虽然较大的弧度令 Surface Book 无法完全闭合,但它通过延展出的铝合金来改变底座的受力点,支撑起变重的屏幕,确保了整台笔记本的平衡性。

再后来,就是全球首款折叠屏笔记本电脑ThinkPad X1 Fold,该产品的折叠转轴采用了”Durable Muitl-Link Hinge Design”(双重多连杆铰链设计),毫不吝惜精密的机械结构,用复杂结构保护折叠关键位置。

该折叠屏由5层屏幕堆叠而成,配合独特设计的折叠转轴铰链设计,通过了30000次以上开合的耐久度测试。

近年来,折叠手机的出现,让这个转轴技术进一步升级。

既然是折叠屏手机,自然少不了在使用过程中经历反复的折叠,正因如此,铰链作为折叠屏产品的核心技术,成为了影响这一体验的关键。其不仅要辅助柔性屏对折,同时还要兼顾柔性屏弯折时的稳定性与耐用性。

作为内折叠方案的前辈,三星折叠屏手机则已经采用了自研的第二代铰链技术,即隐形铰链。而目前被大众所熟知的三星Galaxy Z Fold2 5G、Galaxy Z Flip 5G等2020年推出的折叠屏产品,均已采用这一技术。其不同于华为Mate X2,该隐形铰链采用凸轮制动结构,包含60多个元件,能与机身紧密贴合、无缝嵌入手机,不会对产品的厚度、重量造成影响。

三星Galaxy Z Fold2 5G可实现多角度旋停

三星隐形铰链除了耐用性更高外,还拥有多角度旋停这一大优势功能。通过这一技术,可让用户在使用三星Galaxy Z Fold2 5G时,利用自由展开至特定角度的特性,将手机以不同的开合角度旋停并放置在桌面上使用,轻松解放双手。

与三星完全不同的是,而摩托罗拉折叠手机RAZR采取的方案是在屏幕两侧容纳铰链以便在手机折叠时为完美的折叠曲线留出空间。整体类似于Motorola母公司Lenovo用于其Yoga笔记本电脑的铰链设计。

与Moto Razr相比,三星 Galaxy Fold的折叠方式更像是一本书,不过折叠处还保留有较大的空间。在屏幕的打开方式上,Moto Razr 2019采用了垂直折叠的翻盖式方案,而Galaxy Fold则采用了水平对折的平板式方案。

为了防止出现较大的间隙,摩托罗拉在屏幕下方加入了横穿手机的钢板。当Razr闭合时这块钢板会滑出为显示器的泪滴式折叠方案留出空间。而打开手机后钢板会向上推靠在屏幕上来帮助其完美推平并起到支撑和加固显示屏的作用。

显示器的边缘上还装有一个独特的弹簧凸轮系统,该系统起到将屏幕完全拉平的作用。凸轮由硬化钢制成,表面涂有专用的钻石涂层以提高耐用性。这些凸轮更类似于手表上的齿轮,当手机折叠/展开时可以看到凸轮在移动。

所以,综上而言,作为折叠产品,在可预见的时间里,尽可能提升产品本身的耐用性以及易用性,都是厂商们需要重点去解决的问题,而铰链设计注定是折叠屏之外的又一关键环节。

 

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