联想刀锋折叠手机研发揭秘:2015年的概念就领先行业

9月10日,联想旗下摩托罗拉刀锋5G折叠屏幕手机在中国正式发布,在去年全球首款无缝隙内折叠屏幕手机Razr的基础上全面升级,再次突破折叠屏幕手机的发展与体验。

刀锋5G是一台全球独家设计的折叠屏幕手机,最独特、同时也是最核心的技术之一,就是集合了联想研究院与摩托罗拉移动领先设计与技术的“星轨”转轴技术。而“星轨”转轴技术的背后,蕴藏联想持续多年对柔性技术的研发成果。

联想可折叠技术的发展,是联想研究院和moto携手并进,精诚协作的结晶。联想是业界最早进行柔性技术研究的公司之一,早在2015年4月,作为联想集团内部专注于未来技术研发的联想研究院,就已经开始启动柔性技术的前瞻研究。一年以后的2016年,在联想年度盛会“联想创新科技大会2016”上,业界第一个真正可弯可折的柔性设备原型 CPlus和Folio正式亮相,联想研究院取得初步成果,展示获得了强烈反响。

这之后,联想集团将柔性显示技术投入产品化进程。2019年,全球首款折叠屏翻盖手机摩托罗拉刀锋2019惊艳问世。紧接着在2020年国际消费电子展(CES 2020)上,联想发布了“重新定义折叠屏”的ThinkPad X1 Fold折叠屏幕笔记本计算机。

柔性技术的关键:屏幕与转轴的“双人舞”

从柔性技术原型,到产品化的折叠手机与笔记本电脑,融合了联想在柔性技术领域中持续耕耘取得的独特经验,研发过程本身也取得了许多业界领先的技术成果和突破。

在屏幕方面,实际上柔性设备原型CPlus、Folio和摩托罗拉刀锋手机是不同的技术路线。CPlus 是一款类似手环的穿戴式设备,其屏幕弯折半径较大,屏幕采用了较成熟的POLED材质,只是将POLED的玻璃盖板替换为柔性盖板,即可满足CPlus的弯折需求。

Folio则有所不同,由于当时业界开发的柔性屏幕主要是针对内折应用,如果应用于外折,屏幕的触控传感器容易因为受到拉应力而失效。为了实现外折,联想研究院对显示结构进行了调整,将中性层的位置从显示层上移至触控层。根据应力仿真结果,确定可以通过减薄偏光片厚度的方式来实现中性层位置的上移,故此方案成为Folio原型设备的最终方案。

CPlus与Folio是外折设备,在最关键的屏幕折叠角半径尺寸上,CPlus的屏幕弯折半径是15mm,Folio弯折半径5mm。但这条技术路有一个瓶颈:柔性屏幕的折叠角度再小,也无法像纸张一样折成锐角,如此一来内折设备就没办法做到无缝隙的折叠,无法规避外折设备屏幕容易划伤的缺点。

柔性设备技术原型:CPlus

柔性设备技术原型:Folio

除了屏幕技术,转轴也是柔性设备的另外一项关键技术。

Folio第一代(2016)与第二代(2017)针对多瓣结构,轨道结构,同步结构,扭力结构,动态补正结构采用了不同的设计。Folio第二代转轴在表面平整度以及弯折寿命方面都获得了明显提升,转轴弯折寿命达到十万次,已能满足产品化指标。

与Folio同时开发的CPlus是另一种形式的外折设计,相对Folio只在中段进行弯折, CPlus作为手机/手表的二合一装置, 需要全段外折的设计以满足配戴的需求。CPlus转轴设计包括三大关键技术:偏心转轴, 变轴距阻尼微控制锁紧结构, 以及柔性骨架。

不同于CPlus和Folio的外折转轴设计,产品化的刀锋可折叠手机采用了内折转轴设计。内折设计根据屏幕弯折型态分二大类: U形/水滴形。U形设计对屏幕要求较低, 转轴结构也较简单,但整机的造型在闭合时会空出很大的空间,整机闭合厚度多出弯折直径,不利于ID与携带性。水滴形则能满足ID与携带性需求,但对轴的设计和屏幕模块的特性都有较大的挑战。因此联想从2017年开启了基于水滴形屏幕的转轴内折设计, 并成功运用于刀锋可折叠手机上。

水滴形折叠屏屏幕弯折形状

Folio第二代转轴

全段弯折CPlus转轴

与此同时,联想研究院在柔性屏幕的工业化测试流程上也做了开创性的工作。一块柔性屏幕看上去很薄,实际上是有覆盖层、触控层、显示层、光学层等等众多结构粘合在一起的。在柔性屏幕折叠、打开的过程中,结构层之间会产生相对滑动,对屏幕的寿命会构成影响。

联想研究院与产业链进行了合作,设计出了独家的屏幕测试工具与流程,最终验证出了合格的零部件生产模式,并在武汉生产基地测试中心部署了测试系统。这项开创性柔性液晶屏幕工业化测试流程,结合自动化与人工智能等工具,最终完成了刀锋手机的精密设计与组装制造。

在最终的产品刀锋手机上,联想最终完美解决了内折屏幕无缝隙折叠的难题。刀锋手机在折叠时,柔性显示屏可以按照星轨曲线进行折叠,解决了屏幕完全对折时折痕无法消除,转角过大折叠时又无法平整的两难问题。刀锋5G手机不仅可以优雅地零缝隙完全对折,完全展开时屏幕下方的独家弹性金属结构将显示屏拉紧,保持平整,同时消除了影响观感的屏幕折痕。星轨转轴寿命更是达到20万次以上,使用寿命将不是折叠手机的阿喀琉斯之踵。

柔性设备未来展望

柔性屏技术是业界聚焦的热点之一。它打破了传统屏幕固定形态的束缚,实现了自由折叠、卷曲,创造了全新的人与物的交互体验,实现了“机身更小、屏幕更大”的用户体验。随着柔性技术的发展,新的使用场景、新的体验可能将不断涌现。比如,卷曲设备、融入环境中的新兴柔性设备,在未来,有可能会深刻改变人们的生活和生产方式。

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