异形切割是什么,全面屏为什么要采用异形切割工艺
光电与显示 · 2020-05-18
全面屏手机一般来是指屏占比达到80%以上的手机,当下,手机最佳尺寸已经最大化,显示区域面积的增大,压缩了其他配件的布局空间。全面屏并不是横空出世的全新概念,而是窄边框这一设计理念达到极致的必然结果。
窄边框、高屏占比可以实现更好的显示效果,所以窄边框一直是手机外观创新的重点。但是此前的窄边框一直是在尽力缩窄左右边框,而避开缩窄上下边框。因为缩窄左右边框,仅仅只需改进手机面板的布线设计和点胶,而缩窄上下边框则难度较大,需要对整个手机的正面部件全部重新设计。而且,如果随着手机显示区域的增大,显示区域的直角与手机边缘的圆角距离也就越来越近,这就容易造成破损,因此,全面屏使用异形切割技术显得尤其重要。
全面屏的理想状态是显示区域覆盖整个前面板,但目前的技术水平还达不到这个要求,因为屏幕周边的听筒、传感器、摄像头暂时还没有一个更好的解决方案,特别是显示区域的指纹识别技术距离量产还有很长的路要走。而这些技术在一定程度上制约了全面屏的发展。在这些技术没有成熟之前,“异形”成了继续推进屏占比的最佳手段。
传统的手机屏幕显示比为16:9,呈长方形,四个角边框为直角,而机身上要放置前置摄像头,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%,屏幕边缘会将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,屏幕在掉落等外在因素时,将承受更大的冲击,容易导致碎屏,为减少碎屏的可能和预留元件空间,对屏幕异形切割变得也十分重要。
“异形切割”是根据不同需要对屏幕进行R角切割、U型开槽切割、C角切割等。其目的主要有两方面: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。另外一方面是需要在屏幕上方做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。
异形屏切割的核心在于对屏幕顶端进行开孔(或者开U型槽)。因为这需要在保证精度的同时需要突破良率的限制,更重要的是保证显示效果不受影响。为达到客户异形全面屏良好的观感和使用体验,必须先在以精工钻石铣刀在0.3mm玻璃上打磨弧角,然后用CNC精雕细琢,从而保证任何一块切割的良率与精度。同时异形全面屏和传统的像素设计也不同,每一颗像素都必须重新精密设计,异型屏幕弧形槽区域Gate 电极信号两端分别驱动,高度精密同步算法。
屏幕切割之后,需要将屏幕周边以钻石铣刀精细打磨,才能呈现出有别于四边形的外观。而屏幕打磨工艺无一处不是经验与技术的累积,需精准掌握铣刀压力、转速、进刀角度、刀型设计与打磨路径,才能让仅有0.3mm的屏幕在强力打磨下达到切断面平整不破片的效果。
OLED与LCD屏幕种类不同 切割难度也大有不同
OLED与LCD面板种类不同,其异形切割难度也大有不同。就苹果iPhone8即将采用的柔性OLED触控显示屏来说,不一定要采用玻璃基板材料,这样带来的异形切割的技术难度也相对较小。但对国产手机而言,由于拿不到柔性OLED产能,带有玻璃基板的LCD屏幕仍然是主流的选择,这将令异形切割的难度增大。
众所周知,LCD不能自发光,需要依靠背光源发光。把LCD的背景设为全黑,如果做工质量好,整个屏幕都是均匀的黑色,有些LCD由于外框封装的不严,边缘会比中间亮一点。
再者就是,液晶显示器的漏光问题,严格来说,液晶显示器的漏光问题无法避免,只不过程度的问题。低档显示器可能会比较明显,高档的就很少有明显的漏光。
当前的异形切割方案主要有刀轮切割,激光切割及CNC研磨。预计,由于国内手机厂商无法拿到OLED产能,因此首批全面屏仍采用LCD方案。而对于LCD屏幕的异形切割方案是刀轮切割和激光切割。
刀轮切割属于机械加工,不会出现高温带来的框边黄化与热点缺口等问题,但易破坏玻璃的应力特性,且工序复杂而良率还较低,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来切割材料,使材料很快被加热至汽化温度,蒸发形成孔洞,而且能接触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、切割速度快而且加工形状还不受限制等特点,当然相对而言成本也很高。因此,综合来看,激光切割技术有望成为异形切割领域的主流切割技术。
CNC全称CNC Cutting Machine,直译是数控等离子、火焰切割机,CNC起初常常被用于切割钻石,CNC工艺可以把钻石切出多个面,多棱角多切面会使得钻石在光的照射下折射出非常绚烂。后来,CNC工艺也被用于手机等数码产品的屏幕切割。随着全面屏的到来,对传统的CNC切割又提出了新的要求,全面屏CNC切割又称全面屏异形切割。这里,我们就来说说全面屏CNC异形切割工艺那些事。
切割工艺一般分为手工切割、半自动切割及数控切割机切割。手工切割虽然灵活方便,但是切割出来的屏幕质量差,尺寸参差不齐、费时费力、材料利用率低、需要后期再加工,产能低;CNC切割可以有效的提高效率、质量和产能。
全面屏主要是屏面的刘海、异形或独眼的设计,跟CNC(精雕机)相关的叫异形切割,根据不同需要对屏幕进行R角切割、U型开槽切割、C角切割等。其目的主要有两方面:
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;另一方面还需要对屏幕上方做U形切割,目的是给前置摄像头,距离传感器,受话器等电子元器件预留空间。
传统切割主要是沿直线切割,不能切割不规则形状或圆角矩形。全面屏边框较窄,手机面板和整机的布线空间受到很大压缩,这时需要使用异形切割来实现高密度布线。但是玻璃基板硬度较高,为防止应力造成边缘破损,边缘做异形切割时R角不能超过2度,且切割效率和良率都会降低。
CNC进行屏幕C、R角切割以进行边缘强化
全面屏为了达到超薄细腻的体验,就需要超窄边框设计,让显示屏的边缘更贴近手机机身。为了满足手机结构强度需求,对玻璃的边缘强化就有很高的要求。此时需要CNC来进行边缘精研工序,用来消除玻璃切割后残留的应力和细微裂纹,提升显示屏整体的抗压与抗跌落性能。
CNC异形切割中的U型开槽
要在智能手机上部做到无边框,就需要全面屏显示屏模组为上方前置摄像头、光感、听筒等电子元器件预留空间,此时需要对玻璃进行U型开槽,背光模组也进行U型设计。
全面屏加工对CNC精度、对焦、定力等要求高
相比传统的直角切割技术,异形切割由于技术工艺复杂,需要考虑效率、节拍、以及强度各方面的因素,CNC异形切割对加工设备的精度要求会更高。
如果CNC要带CCD,要求就高了,因为成本比较大,而且周期很长。全面屏的爆发将会对整个CNC的行业产生巨变。技术会高很多,出的片也不是一般的CNC切割就可以的,对CNC的精度、对焦、定力及自动化等方面都有很高要求。最终在切割完之后强度上会体现出来。
另外技术面会上升很大,加工工厂的要求也会高很多。这种CNC需求的增长,将进一步推升行业自动化水平,将推动产业升级。
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。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。
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
▲异形切割倒角(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
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。
异形切割技术方案解析
异形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。
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。