【工艺知识】全面屏异形切割方案的加工要点及方案解析

手机结构设计联盟 2020-11-22 10:00:48


传统的16:9的手机屏幕呈长方形,四边均是直角,由于要在机身上放置前置摄像头,距离传感器,受话器等元件,所以屏幕和上下机身边缘均有一定距离。而18:9的全面屏手机的屏占比一般都会大于80%,屏幕边缘会非常贴近手机机身,如果继续沿用此前的直角方案,会无处放置相关模组和元件,同时,屏幕接近机身会让屏幕在跌落时承受更多的冲击,进而导致碎屏,因此对屏幕的异形切割十分必要。

 异形切割需要注意的地方很多,一方面要在屏幕四角做C角或者R角切割,同时通过加缓冲泡棉等进行边缘补强,以防止碎屏。以另外一方面需要在屏幕上方做U形切割,为前置摄像头,距离传感器,受话器等元件预留空间。


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 全面屏异形切割方案的加工要点分析

传统直角切割屏幕要留出适当的边距保证边框强度,导致屏幕边距过大而无法保证更高的屏占比,因此做成全面屏时,需要涉及大量异形切割,主要包括边缘R角/C角切割、上方U型开槽切割、屏中圆形开孔切割。


全面屏时代屏幕采用直角容易破损


形切割倒角(R角/C角)形状

采用R角、C角等异形切割,可以一定程度上提升面板强度,屏幕边缘采用R角/C角切割,主要有两个原因:

1)手机背光和整机都有引出线,当边框做窄之后,布线就需要重新设计,而在面板下角进行异形切割,R角/C角和直角相比,更加方便布线。

2)屏幕越靠近手机的边框屏占比越高,绝大多数的手机的四角都是采用的R角,而不是直角,所以对靠近手机边框的屏幕有收弧要求。18:9产品屏角玻璃离整机底部更近影响ID收弧,这也就要求面板需要切角才能满足需求。

全面屏面板需要切角满足收弧要求

 而幕上方采用U型开槽切割、屏中采用圆形开孔切割,主要是为了放置Rec槽和前置摄像头孔,实现“屏内摄像头”,让上边框消失,将手机正面全部做成AA区,实现极致的视觉效果。

上方U型开槽切割和屏中开孔切割  

下表为手机几种不同异性切割对比情况:

手机屏幕几种不同的异形切割对比





手机型号

屏占比

显示屏材料

切割方式

指纹模组位置

小米Mix

91%

LCD

L角

背板

三星S8/S8+

83%

OLED

R角

背板

IPhone8

预计90%+

OLED

R角+U型槽

预测为屏下

 

前置摄像头的异形切割

同样为了保持全面屏的视觉效果,前置摄像头的异形切割也有三种方案:置于边框、异形切割开孔和隐藏式。 

置于边框可以分为放置在上边框和下边框,前者以三星S8为代表,其上边框较窄,对摄像头封装体积要求比较高。后者以小米MIX为代表,将前置摄像头放置于右下方,并且不影响拍摄质量。

三星S8(左) 前置摄像头于上方,小米MIX在右下方 

异形切割开孔则是用OLED的自发光特性,在屏幕上方切割出一小部分空间用于前置摄像头,实现“屏内摄像头”,而不影响全面屏的总体效果。该技术要求摄像头模组lens小型化,减小开孔区域,而cmos芯片置于屏幕下方,不影响显示效果。

隐藏式就是把摄像头隐藏在面板的下面。该方案只能应用于OLED面板,因为OLED是自发光且可以实现对单个像素点的控制,在需要拍照时可以控制摄像头区域的像素点不发光而呈现透明状态,从而实现拍照功能。

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 异性切割技术方案解析

异性切割是全面屏方案实现不能绕过去的一个工艺环节。在柔性OLED面板中,异形切割的难度较小,是未来趋势,不过由于国内手机厂商无法拿到OLED产能,因此首批全面屏仍多采用LCD方案,但在LCD面板中,受到玻璃基板的影响,异形切割对面板的良率影响将会有所体现,相应将驱动激光设备需求增加。

目前异形切割方案可分为刀轮切割和激光切割两种。

刀轮切割:属于机械加工,没有高温问题,不会导致框边黄化与热点缺口,但成品较粗糙,容易改变玻璃本身的应力特性,且工序复杂且良率较低,相对于激光切割来说出片率较低,不适用于精细的玻璃、蓝宝石等材料的加工。

激光切割:利用高功率密度激光束照射被切割材料,使材料很快被加热至汽化温度,蒸发形成孔洞,同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质,随着光束对材料的移动,形成切缝。具有切割尺寸精度高、切口无毛刺、切缝不变形、切割速度快且不受加工形状限制等特点,有望在全面屏异形切割领域获得大规模应用,但是相比较而言则会有成本高的不足。

表:几种异形切割方式的优缺点和成本对比


目前,首批国产全面屏量产机型仍然以旗舰机为主,旗舰机相对而言具备一定的品牌溢价能力,出于品牌维护的考虑,尽管采用激光设备进行的投入较多,但切割效果的显著差异使得激光切割仍然是主流选择。 

在激光设备的选择上,根据激光发射脉冲宽度时间又可划分为纳秒(10的负9次方秒)、皮秒(10的负12次方秒)和飞秒(10的负15次方秒)激光设备。

皮秒脉冲能减少裂缝的产生,切割质量远远超过普通的铣削加工。激光光束多次扫过被加工材料来实现切割。切割的速度、边缘质量和边缘的角度可以由加工策略来决定,且从目前应用来看,皮秒激光加工的单位时间产量很高,以在指纹识别领域应用为例,蓝宝石盖板产能超过1000片/小时,陶瓷盖板产能超过1500片/小时,玻璃盖板产能超过1200片/小时。从精细程度和加工速度来看,皮秒激光切割技术更适合用于激光异形切割领域。          

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