技術貼 | LCD極限挑戰!全面屏邊框到底可以做多窄?

2021-01-20 CINNO

要說今年手機圈最熱門的話題是什麼，必然非全面屏莫屬。事實上全面屏的概念並非今年才提出，早在2年前夏普在日本就推出過一款Crystal的類全面屏手機，只是品牌影響力的關係並沒有在手機圈內引起關注。

後來小米在2016年10月推出了首款以全面屏為黑科技賣點的手機小米Mix, 驚豔的外觀以及小米公司製造話題的能力，瞬間將全面屏這個詞推升到了手機界熱搜榜的頭名。雷軍更是直言全面屏手機手機是未來10年的方向，今年會有全面屏手機大戰。這之後，三星S8的推出似乎驗證了雷軍的預測，曲面屏+全面屏的設計概念一掃去年Note7的頹勢，各機構紛紛調升三星銷量預測，在去年眾媒體口中像比薩塔般即將傾倒三星大廈瞬間被扶正。

作為地球上唯一可以和三星手機正面硬恁的蘋果當然不會讓三星獨美於世，於是有意無意間新一代iPhone8的渲染圖琵琶半遮面般的來到公眾眼前。夢幻般的全面屏設計一下子引來無數驚嘆，當然也夾雜著些許男士摸著荷包的嘆息聲。至此，全面屏概念已經徹底引爆手機圈，雷軍先生在得意自己預測的準確性之外可能也會偷偷心疼一下小米Mix的銷量。

Samsung S8

CINNO Research, 當然不會缺席這場盛宴。在Computex臺北光電展期間，CINNO以《合作發展 • 共贏未來》為主題舉辦了首場臺灣論壇，論壇上CINNO CEO陳麗雅便以《全面屏時代開啟 智慧手機市場發展展望》為題做了精彩報告(論壇資料下載請點擊文末閱讀原文）。這裡就借報告靚圖一用來開啟我們全面屏的討論。

以專業的角度，來解構全面屏實現的可能性和製造過程中的難點

全面屏的技術要點有五個方向，分別是①Slim Border ②COF ③18:9AA ④C/R/L Angle ⑤U cut.。其實從本質上來講就是三個方面，18:9 AA區顯示規範，四邊窄邊框和異形結構。本文主要講述的是窄邊框方面的解決方案，異形結構將在下文再詳細解說。

18:9的顯示比較16:9更能貼合手機的尺寸，可以在同樣大小的手機模具內放下更大尺寸的屏幕，顯著提升屏佔比。這樣的設計變更理論上對面板設計不會有任何挑戰，反而是手機作業系統和各APP軟體需要配合新的長寬比做重新優化設計以取得更佳的使用體驗，避免出現黑邊。

面板窄邊框的概念已經持續了很多年，要解釋窄邊框的問題首先我們要先簡單了解一下顯示面板的驅動原理。

從上圖我們可以看到，我們的顯示面板是由RGB三色像素矩陣排列而來，並由橫向的Gate線和縱向的Source線(data線)串聯起來。Gate線功能相當於開關一樣，打開即代表該行像素開始充電顯示，Source信號則決定了該像素顯示的亮度，通常會分為256個灰階。這樣Gate線按順序逐行掃描，像素逐行點亮並利用人眼視覺滯留效應最終形成我們看到的圖案。

早期的面板有兩個信號輸入端，即Gate端子部和Source端子部，通常端子部的寬度都比較寬，一般在5mm左右，面板為了設計對稱，因此當時並沒有窄邊框的觀念。

Gate驅動信號如上圖顯示，只有簡單的開和關兩種狀態，因此隨著TFT設計的改進，功能比較單一的Gate IC被整合到TFT線路上，單獨的Gate IC被取消，Gate端子部也就不存在了，這就是GIA(Gate in Array)技術。下圖即為一個簡易的GIA等效電路圖和實體圖。

GIA技術解決了Gate IC的問題，這樣面板就只剩下了底部的Source端子部，其餘三邊就有了設計窄邊框的可能。

那麼Source IC能否做同樣的設計呢。答案是暫時不行，我們來看Source驅動信號如下圖，通常被分為256種狀態對應我們顯示需要的256灰階，相對Gate驅動信號要複雜的多，因此暫時沒有辦法集成到TFT線路中去。

這裡再補充說明一下256灰階的意義。所謂灰階，是將最亮(純白)與最暗(純黑)之間的亮度變化，區分為若干份, 以便於進行信號輸入相對應的屏幕亮度管控。目前顯示領域主要採用的是256灰階，下圖可以清晰的顯示各灰階下我們得到的顯示圖像質量。

現在我們來看手機的三邊邊框有什麼，從AA區向外，決定邊框寬度的就剩下我們的GIA線路和粘合TFT/CF玻璃的框膠。

框膠在生產過程中是一種軟性固態膠，被塗布在玻璃上，需要照射紫外光後才能被固化。在a-Si製程中，GIA線路中部分半導體器件尺寸會在100um左右，這樣的大小會影響到框膠的固化，因此框膠塗布需要避開這些區域，只能往外移，考慮到生產安全性，通常需要避開100um以上的距離。

另外手機面板定型生產前一般都會通過摔落實驗以確定面板強度足夠承受用戶不小心將手機掉到地上的衝擊。這就對框膠的黏著強度提出了要求。以目前框膠材料的特性來看，至少要做到350um以上的寬度才是安全的。考慮到現在框膠塗布精度的限制，一般會有+/-150um左右的波動，因此500um是比較具有量產性的框膠設計寬度。

最後就是手機玻璃邊緣的切割精度，這個目前能力通常在50到100um左右。

這樣，我們的邊框寬度就出來了，它是GIA半導體器件大小+安全避讓距離+框膠寬度+切割精度，大致在700到800um左右。

當然，對於LTPS製程來講，由於它的電子遷移率是a-Si的100倍以上，因此GIA線路中的半導體器件可以控制在10um大小以內，這就對框膠固化沒有任何影響了，這樣我們就可以減掉100um的寬度。如果再加上對框膠塗布精度和切割精度的挑戰，最終LTPS面板邊框寬度做到600um甚至挑戰500um都是可以被實現的。在近幾年各大光電展中，天馬JDI等先進面板廠商均展出過邊框600um的產品。

解決了三邊的問題，下面當然要開始對端子部開刀了。同樣的，我們來看一下端子部有什麼。

如圖所示，端子部除了框膠的寬度以外，還有額外的三個東西，Source IC, 連接Source和IC的斜配線以及FPC Bonding區。目前這三者的寬度均大概在1.5mm左右，加上框膠的0.5mm，端子部邊框一般在5mm左右，實在是太…寬…了。下面我們來談談該如何解決。

上文提到目前還沒有辦法像GIA技術一樣把Source IC整合到TFT線路中去。但窮則思變變則思通，沒辦法取消怎麼辦，工程師們就想了一個辦法，拿不掉我就把你移走，從玻璃上移到FPC上。由於FPC是可以彎折的，這樣就可以把它折到玻璃背面，就不會影響面板寬度了，這就是COF技術。

相比IC在玻璃上的COG技術，COF技術可以縮小邊框1.5mm左右的寬度。

Source線必須一根根連接到我們的IC上以便輸入不同的Source信號。目前旗艦機的解析度必定是FHD起跳，甚至有些會達到QHD的程度。以FHD為例，他的解析度是1920*1080, 也就是有1080列Pixel, 考慮每個Pixel又分RGB三個Sub Pixel, 所以總計有3240根斜配線要被設計到狹窄的空間內，如下圖所示，絕對是密集恐懼症慎入。


通常a-Si由於電子遷移率低造成充電效率較低，必須同時給所有像素充電。但是LTPS充電效率遠高於a-Si, 利用其快速充電能力，可以將3個Sub Pixel合併一組用一根配線連接到IC上，通過類似簡易GIA線路逐個打開給Sub Pixel充電，這樣我們就只需要原來1/3數量的配線即可

必要時候，我們也可以將2根線路重疊設計，中間用絕緣層隔絕開來，同樣可以節省布線空間

通過提高Array製程中曝光精度和蝕刻精度，以及改用電阻率更優的銅線取代鋁線，可以減小配線線寬以節省空間。

這樣最終斜配線區域應該可以貢獻出0.5mm出來。

最後再搭配FPC Bonding精度的提升貢獻0.5mm, 端子部的最終寬度大概在2mm左右。更進一步的縮減則需要通過更加穩定的製程控制和更具突破的設計來實現了。

‍

總結

通過GIA, COF等技術的應用，以及製程能力的提升，目前面板窄邊框的極限能力一般在三邊0.5-0.6mm, 下邊2mm左右，再配合各手機品牌商外觀設計上的創意(如2.5D Cover Lens的應用), 已經完全可以製造出一款具有視覺衝擊的全面屏手機。



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