华为 | Mate X的折叠屏设计大揭密!

CINNO 2019-03-09 20:30

可以肯定,当哈利·波特在霍格沃茨魔法学校中看到《预言家日报》时,绝对不会想到这独属于魔法世界的神奇法术,有一天会被麻瓜窃取。

《预言家日报》是哈利·波特魔法世界的一份神奇报纸,它能在柔软的纸张上呈现动态的影像,能折叠又会动。

而当手机行业终于行进到5G大门之前时,也同样无人想到,扣开5G大门门扉的,是华为Mate X。

正如1G时代兴起的MOTO大哥大,2G时代崛起的诺基亚,3G时代诞生的iPhone,华为Mate X无疑成为2019年这个5G商用元年的第一个里程碑式产品,其众多创新将被写进手机产业帝国的历史。

华为Mate X厚度只有5.4mm,折叠起来也仅仅11mm,拥有真正的全面屏和最窄的边框,折叠起来6.6英寸19.5:9的比例,是目前最符合用户使用习惯的折叠屏手机。

华为Mate X不仅可以支持完整的5G(NSA网络和SA网络),还支持双卡,为用户随时接入通信网络做了最好的兼容性设计。

华为Mate X搭载最快最安全的55W超级快充……

从上面这些关键规格来看,可以看出华为Mate X完全是按照大规模发货准备的。华为手机产品线总裁何刚在产品发布后的记者会上曾明确表示,华为Mate X每个月争取出货10万台。

今天我们放下5G、快充、拍照等,只谈谈华为Mate X的折叠设计,看看里面的“魔法”。

01
鹰翼式折叠,转轴铰链的100个密码

一根筷子折叠了就断了

一根钢筋折叠了就歪了

一个屏幕折叠了,一种结果是这样

(开个玩笑)

还有一种是这样

在讨论转轴前,我们要先来看看折叠和长度的关系。

举个例子:一本书,其纸张长度都是一致的,因此,书口也就能保持平整。

书籍在弯折前,书口长度短而平

假如我们将这本书弯折,我们会发现,书口部分变形了。

书籍在弯折后,书口长度拉长、变斜

弯折后,书籍中部形成了一个半圆,原本短而平的书口变得长而斜。

变形的原因在于,弯折处形成了一个圆,从圆心往外,圆周越来越长,而一本书的纸张长度都是一样的,这就导致书口拉伸变形。

如果要让书口的形状不变,那么,纸张的长度就必须改变:要么是圆周内侧纸张缩短,要么是外侧纸张变长。这是折叠屏要解决的第一个问题。

这里其实有初中数学老师教的公式,当两个平面叠在一起弯折,由于两个平面的弯曲半径不一样,导致叠在下面的平面会“变长”。这就是上面我们看到的书本折叠后的书口。

折叠状态下内外层容易产生长度差

第二个问题就是,类似书本的弯折过程,屏幕的折叠会遇到变形的难题。

华为Mate X不管在展开态还是折叠态下,都可以保持平整,其秘密就在于:

华为Mate X独家专利设计的转轴,在手机折叠与展开的过程中,能够自主根据折叠的角度,自动伸缩,从而保证整部手机的平整状态;

并且转轴巧妙地将内部的100多个与散热、走线相关的精密元器件包含其中,协同运动。

这个打破物理常识的细节,背后是长达3年的艰苦攻关。

早在2015年,华为工程师便开始寻访业内对于转轴的解决方案,但是,在智能手机普及之后,转轴在手机上的应用几乎为零,业内对转轴的研究趋于停滞。

2016年,项目组启动了第二次研究工作。为了攻克折叠屏手机的转轴设计方案,项目组集中了中国、欧洲、日本等在精密器件制作上富有经验的顶尖专家,联合攻关。

在经过无数次摸索后,折叠方案逐渐成熟并固化下来。

在这个方案中,折叠屏被分为4层:

最上层,是屏幕的保护层

传统手机的最外层是玻璃,不可弯折。为了实现弯折,华为 Mate X采用了一种高分子材料作为保护层,在保持可弯折特性的前提下,为屏幕提供保护作用。

第二层,是可弯折柔性屏幕

第三层,是一层软胶支撑片

它的作用像是屏幕的“席梦思”,是屏幕和底层转轴的过渡层,连接两者。软胶支撑片实际上是一种硅胶材料,如果要和屏幕连接起来,可以用一种底涂剂黏贴起来——但是,这种底涂剂对环境保护并不友好。

因此,华为工程师们只能另辟蹊径,采用了高分子材料和软胶相嵌合的方案,从而规避了底涂剂的使用。

第四层,就是关键的转轴

由于屏幕的长度是不变的,那么,转轴就必须自动调整长度,进行伸缩。在屏幕展开时,转轴也是平的,而当屏幕折叠起来时,转轴内部的100多个精密元器件开始了复杂的协同运动:

链条沿着导轨运动,拉动其他元器件,整体的长度拉长,徐徐变形,形成半圆。在屏幕展开时,转轴又从半圆缩短、变形,成为平面。

02
仿生飞鱼鳍,散热像翅膀飞翔一样

散热,是隐藏在折叠屏里的又一“魔法”。

华为Mate X屏幕大了约一倍;5G网络的散热要求比4G提升了1.5倍;对于5.4mm的厚度来说,其散热工作量必然不容小觑;而折叠屏手机的芯片、摄像头等关键元器件发热量集中,不做好屏幕的均匀散热,也会影响手机的正常使用。

对此,华为工程师也提前进行了充分的考虑和验证,并抓住关键的三步解决了折叠屏手机的散热问题:

  • 采用仿生飞鱼鳍设计让散热材料跟着屏幕的折叠而折叠;

  • 采用液冷方式对芯片散热;

  • 采用航天领域微胶囊相变散热技术对摄像头组件散热。

1

让散热材料跟着屏幕的折叠而折叠,且需要跟随手机在不同切面上实现长度变化,才能将集中在一侧的热量牵引到另一侧去,实现手机整体散热的左右平衡。

华为工程师在业界寻找对比了各种导热率好的金属材料和非金属材料,这些材料要么弯折多次后导热性能发生大幅度衰减,要么不能随着整机伸缩。在一次一次的尝试中,华为工程师最终在大自然找到了灵感:

飞鱼的鱼鳍

飞鱼在水下潜游时,鱼鳍像扇子一样收起;而当飞鱼的鱼鳍展开时,鱼鳍如同一双巨大的翅膀,是飞鱼在海面上长距离跳跃的关键器官。

飞鱼在水中时,鱼鳍收起,游速极快

飞鱼可以展开巨大的鱼鳍,在空中飞翔

散热材料能否像飞鱼鳍一样,可以收起和舒展?

华为工程师寻找到一种具有延展性的石墨材料,可以满足“舒展”的要求,而且在海量测试后,导热性能仍然没有衰减。

其次,就是“收缩”了。华为工程师再一次在飞鱼上找到了答案,经过一次一次改良,使得石墨材料具有了一种收缩力,这样一来,石墨就成了可以延展、又可以收缩的弹性材料。

在折叠状态下,转轴处的石墨收缩,像潜游的飞鱼鳍一般收起。在展开状态下,石墨就随之延展开去,像飞鱼鳍一般展翅高飞。

有了“仿生飞鱼鳍”的散热设计,折叠屏手机的热量就可以达成左右两侧的平衡。

2

而在芯片的散热上,靠的是一根液冷管子。这就是散热的第二种方式,液冷散热。

工程师在麒麟980芯片的外紧贴一根液冷管子,液冷管子纵贯手机上下,管里流淌着用于散热的液体。

参考图

芯片等元器件发热时,管中的液体吸收热量并汽化,气体顺着管子扩散到冷的一端,遇冷凝结为液体。在管内的毛细芯的牵引下,液体又回到了管子的另一端,并再次吸热汽化,循环往复。

3

上下左右都平衡了还是不够,对于摄像头等局域发热大户,必须有第三种措施,能实现局部散热。

这次,华为工程师从NASA宇航员的手套获得了灵感:航天领域微胶囊相变散热技术。

宇航员在外太空活动,所处温度环境多为极寒、极热,为保持宇航员体温恒定,科学家们在航空服、太空设备中加入相变材料。相变材料受热或受冷时改变形态,比如固态受热变成液态,从而将热量或冷能量吸收走。

华为Mate X在摄像头周围封装了超过800万颗优秀的相变材料,用于吸收摄像头工作时产生的热量,等手机温度正常时,再将热量慢慢释放到外部,从而维持手机温度正常。

有了工程师们大开脑洞的新魔法,Mate X折叠屏幕散热问题迎刃而解。

03
“魔法窗口”体验效率革命

Mate X带给消费者的第三个“魔法”,则是新奇的体验。

华为Mate X在体验上结合用户习惯,无论在大屏、分屏交互操作,还是拍摄、自拍上,都开创了许多魔法般的惊艳玩法。

超大屏幕的沉浸式移动办公和娱乐体验。

Mate X展开状态下,是一块8寸大小8:7.1比例的大屏幕,宽度大约是目前手机的两倍。更大的屏幕意味着更好的视觉体验,人们“生产力”和沉浸感得到大幅提升,就连游戏也比别人看得更多、更清楚。

魔法般的全新双屏交互体验。

Mate X当做两个屏幕使用时,其魔法窗口将带来非常酷的操作体验。

一个屏幕刷微博、微信朋友圈等应用,另外一个屏幕直接呈现打开的子页面,如某一条点开的微博、某一个点开的朋友圈。这样省去了很多点开、返回的操作。

点击左屏商品清单

对应的商品详情页就在右屏打开了

双倍多任务交互效率。

除了同一个程序双画面,Mate X还可以应用双开,多个任务之间无缝交互,大大提升操作效率。

比如一个屏幕放着专业的拍摄、游戏攻略,另一个屏幕对着攻略一步一步学习。

又比如发邮件要添加照片视频,直接把另一块屏幕里图库中的照片视频拖入。

最好的自拍相机。

没错,华为手机强大的徕卡后置摄像头,现在同时又是前置自拍相机!只需要把手机折起来,翻过来即可。

打破拍摄魔咒的“拍女朋友”神器。

女网友们说,“世界上有两种东西不可直视,一种是太阳,另一种是男朋友镜头里的自己。”甚至“看完男朋友拍的照片,我感觉一个人也挺好”。

这暴露的不止是直男们的“不懂拍摄”,还有摄影界的一个长期魔咒——被拍摄者永远不知道自己在镜头里将被拍成什么样。

华为Mate X带来创新的折叠状态拍照,相当于额外给被拍摄者增加了一个视角,让拍摄者和被拍摄者都可以即时看到镜头里的影像,从而每一拍都做到最满意的效果。

可以说,Mate X充满未来感、科技感的设计,将人们遐想中的折叠屏体验,首次真实地呈现了出来。

而随着5G的到来,超强的连接,云电脑、云游戏、AR等创新应用的兴起,Mate X这一创新折叠形态,又会有哪些更多的魔法新体验呢?

在巨变来临之时,人们往往毫不知晓。只有风起云涌之后,尘埃落定之时,面对面目全非的境况,人们才会恍然大悟,才会知晓此前那些变动的深远意义。

华为Mate X,折叠屏手机的里程碑,也是那些变动之一。这个变动,只是大时代变革下科技创新的冰山一角,在水下还有更多的未知等待科学家探索。

幸好,有一点是已知的:

实干的科技公司、辛勤的工程师、无畏的探索者,在巨变将来而未来的时刻,像伏尔加河上的苦难纤夫一般,拉紧了手中的纤绳。


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