折叠屏设备成败的关键:除了屏幕,转轴设计无疑难度大!
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发布时间：2023-01-02 10:10
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时间：2023-10-09 12:37
目前，折叠屏的形态主要分为外翻、内翻、卷轴。无论采用何种折叠方案，屏下铰链设计是绕不开的难题。铰链的作用是需要确保折叠屏幕在开合状态下保持屏幕平整性。由于柔性屏幕的不可拉伸性，当前市面上的折叠电脑或手机的普通转轴都无法使用。为了解决该技术难点，并保持良好的体验形态，一种新的连接方式——柔性转轴出现了。
如何开发柔性转轴？
柔性转轴以形态进行分类，有以下几种：内折转轴、外折转轴、全段弯折、复合弯折、卷轴式等。
和普通转轴不同，柔性转轴可以实现柔性弯曲，在直板和弯曲时保障屏幕的柔软顺滑，确保屏幕的平整性,更适合折叠屏设备。
由于每一款柔性设备都非常独特，对应转轴的研发也需要有针对的进行。基于弯折型态（内折/外折/全段弯折等）和关键参数，相应屏幕的特性参数（厚度/叠构/中性面/弯折半径/弯折曲线等）进行转轴结构的设计以及动态仿真。转轴的动作原理设计与动态分析，决定了转轴的成功与失败。原理正确，设计的过程可以进行修正调整达成目标。
柔性转轴开发 的 关键参数
由于折叠设计的复杂性，柔性转轴的开发也存在很大难度。柔性转轴研发的关键参数包括了弯曲半径、开合形式、转动扭力、中性面、边框宽度、柔性转轴的寿命、柔性转轴的平面度、转动噪音等等。详细的要求如下：
弯曲半径
对内折转轴来讲，产品厚度在一定的情况下，屏幕的弯曲半径对转轴空间有较大的影响，弯曲半径越大，转轴的空间越小。对外折转轴来讲，产品的堆叠厚度一般能满足要求。
开合形式
半自动打开，自动打开，任意角度。
转动扭力
依照产品的不同对扭力的需求也差异很大，分为定扭力轴/无扭力轴/角度变化扭力轴/半自动开合扭力轴等；笔记本产品一般使用定扭力轴，扭力依据整机尺寸重量设定合适的扭力值，太大的扭力会缩短零件寿命；太小的扭力，不能支撑产品的使用。
中性层
在屏幕模块弯曲过程中，无应力或长度不变的层。在这层中，材料没有受拉应力与压应力，寿命最佳。转轴设计的转动过程就需与屏幕中性层保持一致。
如图，中间虚线就是中性层的位置。中性层的位置按屏幕模块的实际材料分析决定。
边框宽度
屏幕边缘到产品轮廓的距离，越窄的边框宽度，屏占比越大（屏占比：屏幕面积与整机面积的比例。计算公式：屏占比=正面屏幕面积/整机面积）。
柔性转轴的寿命
手机大约10万次，笔记本电脑一般3-5万次。
柔性转轴的平整度
柔性转轴的平整度要求<0.2mm。作为业界前沿的折叠屏产品开发商，联想的折叠屏产品平整性是业界最好的，其转轴平整度可以做到+-0.1mm。
转动噪音
柔性转轴的转动噪音要求<55分贝，优良的转轴噪音在50分贝以内。
基于这些关键参数，联想已经先后做过内折转轴（包括中大型尺寸）、外折转轴，和全段弯折等不同尝试，以适应不同的产品。针对2019年上市的Motorola RAZR折叠屏手机，联想就先后做过五种方案，20多个版本的转轴设计，最终才敲定了当前上市版本。
柔性转轴 在折叠屏手机中的应用
如上述所说，转轴在折叠屏产品的开发中至关重要，可以说直接决定了折叠屏产品的成败。以联想发布的摩托罗拉折叠手机RAZA为例，这款手机采用了垂直折叠的翻盖式方案。为了实现无缝闭合，屏幕采用了水滴形弯折形状。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水滴形折叠方案留出空间。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，表面涂有专门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。这样精密的设计很好地满足了razr水滴形屏幕的要求，呈现出完美的效果。
柔性转轴 在折叠屏电脑中的应用
相比折叠屏手机，折叠屏电脑不仅是屏幕变大，转轴开发的难度也进一步增大。要做到PC的宽度，手机的厚度，难度在于左右难于同步，可能会产生扭曲，单零件强度弱，加工难度更大，这系列问题极大地影响了折叠屏平整度，产品良率降低。
2020年，通过研发人员的不懈努力，终于迎来了可以量产的折叠屏电脑：联想发布的全球首款折叠屏笔记本电脑ThinkPad X1 Flod 。这款产品的转轴采用了“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，扭力衰减不超过10%。
目前，联想研究院正在尝试将水滴型折叠屏应用在PC上，相应的转轴设计也会进一步改进和革新，期待全新的产品上线。
结语
如今，随着材料科技的发展、制造水平的提高、工艺的改善、转轴与屏幕价格的下降，经过多个产品的迭代，未来的柔性转轴产品将会从一个细分的领域逐渐占据消费类电子产品的半壁江山。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。下一个转折点何时会出现，让我们拭目以待。
