目前,折疊屏的形態主要分為外翻、內翻、卷軸。無論采用何種折疊方案,屏下鉸鏈設計是繞不開的難題。鉸鏈的作用是需要確保折疊屏幕在開合狀態下保持屏幕平整性。由於柔性屏幕的不可拉伸性,當前市面上的折疊電腦或手機的普通轉軸都無法使用。為了解決該技術難點,並保持良好的體驗形態,壹種新的連接方式——柔性轉軸出現了。
如何開發柔性轉軸?
柔性轉軸以形態進行分類,有以下幾種:內折轉軸、外折轉軸、全段彎折、復合彎折、卷軸式等。
和普通轉軸不同,柔性轉軸可以實現柔性彎曲,在直板和彎曲時保障屏幕的柔軟順滑,確保屏幕的平整性,更適合折疊屏設備。
由於每壹款柔性設備都非常獨特,對應轉軸的研發也需要有針對的進行。基於彎折型態(內折/外折/全段彎折等)和關鍵參數,相應屏幕的特性參數(厚度/疊構/中性面/彎折半徑/彎折曲線等)進行轉軸結構的設計以及動態仿真。轉軸的動作原理設計與動態分析,決定了轉軸的成功與失敗。原理正確,設計的過程可以進行修正調整達成目標。
? 柔性轉軸開發 的 關鍵參數
由於折疊設計的復雜性,柔性轉軸的開發也存在很大難度。柔性轉軸研發的關鍵參數包括了彎曲半徑、開合形式、轉動扭力、中性面、邊框寬度、柔性轉軸的壽命、柔性轉軸的平面度、轉動噪音等等。詳細的要求如下:
彎曲半徑
對內折轉軸來講,產品厚度在壹定的情況下,屏幕的彎曲半徑對轉軸空間有較大的影響,彎曲半徑越大,轉軸的空間越小。對外折轉軸來講,產品的堆疊厚度壹般能滿足要求。
開合形式
半自動打開,自動打開,任意角度。
轉動扭力
依照產品的不同對扭力的需求也差異很大,分為定扭力軸/無扭力軸/角度變化扭力軸/半自動開合扭力軸等;筆記本產品壹般使用定扭力軸,扭力依據整機尺寸重量設定合適的扭力值,太大的扭力會縮短零件壽命;太小的扭力,不能支撐產品的使用。
中性層
在屏幕模塊彎曲過程中,無應力或長度不變的層。在這層中,材料沒有受拉應力與壓應力,壽命最佳。轉軸設計的轉動過程就需與屏幕中性層保持壹致。
如圖,中間虛線就是中性層的位置。中性層的位置按屏幕模塊的實際材料分析決定。
邊框寬度
屏幕邊緣到產品輪廓的距離,越窄的邊框寬度,屏占比越大(屏占比:屏幕面積與整機面積的比例。計算公式:屏占比=正面屏幕面積/整機面積)。
柔性轉軸的壽命
手機大約10萬次,筆記本電腦壹般3-5萬次。
柔性轉軸的平整度
柔性轉軸的平整度要求<0.2mm。作為業界前沿的折疊屏產品開發商,聯想的折疊屏產品平整性是業界最好的,其轉軸平整度可以做到+-0.1mm。
轉動噪音
柔性轉軸的轉動噪音要求<55分貝,優良的轉軸噪音在50分貝以內。
基於這些關鍵參數,聯想已經先後做過內折轉軸(包括中大型尺寸)、外折轉軸,和全段彎折等不同嘗試,以適應不同的產品。針對2019年上市的Motorola RAZR折疊屏手機,聯想就先後做過五種方案,20多個版本的轉軸設計,最終才敲定了當前上市版本。
柔性轉軸 在折疊屏手機中的應用
如上述所說,轉軸在折疊屏產品的開發中至關重要,可以說直接決定了折疊屏產品的成敗。以聯想發布的摩托羅拉折疊手機RAZA為例,這款手機采用了垂直折疊的翻蓋式方案。為了實現無縫閉合,屏幕采用了水滴形彎折形狀。為了防止出現較大的間隙,摩托羅拉在屏幕下方加入了橫穿手機的鋼板。當razr閉合時這塊鋼板會滑出為顯示器的水滴形折疊方案留出空間。而打開手機後鋼板會向上推靠在屏幕上來幫助其完美推平起到支撐和加固顯示屏的作用。
顯示器的邊緣上還裝有壹個獨特的彈簧凸輪系統,該系統起到將屏幕完全拉平的作用。凸輪由硬化鋼制成,表面塗有專門的鉆石塗層以提高耐用性。這些凸輪更類似於手表上的齒輪,當手機折疊/展開時可以看到凸輪在移動。這樣精密的設計很好地滿足了razr水滴形屏幕的要求,呈現出完美的效果。
柔性轉軸 在折疊屏電腦中的應用
相比折疊屏手機,折疊屏電腦不僅是屏幕變大,轉軸開發的難度也進壹步增大。要做到PC的寬度,手機的厚度,難度在於左右難於同步,可能會產生扭曲,單零件強度弱,加工難度更大,這系列問題極大地影響了折疊屏平整度,產品良率降低。
2020年,通過研發人員的不懈努力,終於迎來了可以量產的折疊屏電腦:聯想發布的全球首款折疊屏筆記本電腦ThinkPad X1 Flod 。這款產品的轉軸采用了“Durable Muitl-Link Hinge Design”(雙重多連桿鉸鏈設計),毫不吝惜精密的機械結構,用復雜結構保護折疊關鍵位置。該折疊屏由5層屏幕堆疊而成,配合獨特設計的折疊轉軸鉸鏈設計,通過了30000次以上開合的耐久度測試,扭力衰減不超過10%。
目前,聯想研究院正在嘗試將水滴型折疊屏應用在PC上,相應的轉軸設計也會進壹步改進和革新,期待全新的產品上線。
結語
如今,隨著材料科技的發展、制造水平的提高、工藝的改善、轉軸與屏幕價格的下降,經過多個產品的叠代,未來的柔性轉軸產品將會從壹個細分的領域逐漸占據消費類電子產品的半壁江山。在可預見的時間裏,盡可能提升產品本身的耐用性以及易用性,都是廠商們需要重點去解決的問題。下壹個轉折點何時會出現,讓我們拭目以待。