窄邊框智能手機的設計

摘 要：最近幾年，智能手機的發展趨勢非常明顯，屏幕越來越大，邊框越來越窄，幾乎整個手機的正面都要被屏幕所覆蓋。甚至還有一些概念設計圖將手機設計成了三面都是屏幕，也就是所謂的無邊框設計。以目前的技術還不能完全做到無邊框設計，只能做到將邊框設計得盡量的窄。那么如何設計窄邊框手機呢？作為一名從業多年的手機設計者，希望將作者結的設計方法寫出來，給新設計者提供較為全面的設計理論。

關鍵詞：窄邊框；屏占比；INCELL；ONCELL

手機從九十年代末發展到今天，從最開始僅能作為通話工具，到現在智能化到與我們的生活密不可分。每年手機都會出現新的賣點。目前很多消費者在選擇手機的時候越來越最關注屏幕是否夠大、邊框是否夠窄，而大邊框小屏幕的手機似乎已經成為了“老土”設計的代名詞。隨時時間的推移，屏幕與機身正面占比的比例也就是屏占比正在逐年提高，以三星Galaxy Note 2與Note 3為例，雖然兩款產品為同一系列，但是屏占比已經從原來的68.4%提升到了74.6%，整個機身的邊框占比縮小了近6%。而谷歌Nexus系列產品也遵循此規律，從Nexus 4的66.8%提升到了Nexus 5的72%，邊框同樣縮小了5.2%。最近一段時間各大手機廠商在發布會上都不斷地強調屏占比，不斷地把窄邊框拿出來炫耀。事實上，早在iPhone6上市之前，網上鋪天蓋的諜照都在圍繞屏幕與邊框做話題，目前的技術雖不足以支撐量產出無邊框手機，但隨著顯示技術和工業設計水平的不斷提高，未來手機屏幕在整個機身上的比例還會繼續提高，從最初的二分之一到現在超過四分之三，手機的邊框和按鈕占比變得越來越小。2014年下半年開始，國內一些大手機廠商甚至號稱已經將屏占比做到83%。

目前無邊框面臨著誤操作、屏幕可靠性、合理結構設計等技術壁壘，而且也對傳統手機制造工藝提出了前所未有的挑戰。但這并不能阻止智能手機向一個嶄新的方向發展，更不能阻止智能科技對手機制造工藝的突破，無邊框設計將是未來手機行業的一大趨勢。介紹了這些，有必要解釋一下究竟什么是屏占比。手機的屏幕占據手機整體前面板的相對比值，就叫屏占比。計算公式：屏占比=屏幕面積/整機面積。按照公式，得出的數值越高，屏占比越大，而相對給人的視覺沖擊力就越強。

要設計出一款窄邊框手機，觸摸面板（簡稱CTP）、手機屏幕（簡稱LCD）的選擇就顯得至關重要。超薄超窄邊框手機的出現，促進了觸摸面板CTP和液晶面板LCD的技術革新。過去CTP和LCD是分開的。其中CTP有G+G、GFF、OGS等工藝，為了手機更薄，邊框更窄，就希望CTP和LCD能做在一起，于是就有In-Cell和On-Cell兩種技術。相比In-Cell，On-Cell多了一層觸控層，厚度會有一定的增加，G+G或GFF，或者OGS都終將被On-Cell取代，而On-Cell只是In-Cell的過渡，最終只有In-Cell生存下來。

要徹底了解In-Cell/On-Cell/OGS等等屏幕，就得先知道屏幕的基本結構組成，從上到下，屏幕的基本結構分為三層，保護玻璃，觸控層，顯示面板。保護玻璃，大廠商都采用康寧大猩猩玻璃；觸控層是由ITO觸控薄膜和ITO玻璃基板組成；顯示面板從上到下分別是上玻璃基板，液晶層，下玻璃基板。還需要指出的是：保護玻璃、觸控層與顯示面板之間，一般貼合技術會形成一層空氣，如果采用全貼合技術去除這層空氣，屏幕反光會大大減少，點亮屏幕時就顯得更為通透，熄屏時更加黑沉，沒有灰白的觀感。傳統的G+G、GFF屏幕，都是標準的保護玻璃+觸控層+顯示面板層的結構，不同之處在于觸控層。G+G屏幕的觸控層是由1層ITO玻璃基板+1層ITO觸控薄膜組成，GFF屏幕的觸控層則有2層ITO玻璃基板+2層ITO觸控薄膜。OGS屏幕、In Cell、On Cell屏幕，都是保護玻璃層+顯示面板層的結構，少了一層觸控層，所以更加輕薄。這也正是區分In Cell/On Cell屏幕和OGS屏幕的關鍵。In Cell/On Cell屏幕是將觸控層和顯示面板整合在了一起，OGS屏幕是將保護玻璃層和觸控層整合在了一起。追根究底，既然In Cell屏幕和On Cell屏幕都是將觸摸層和顯示面板整合在一起，那么該如何區分In Cell和On Cell？這跟ITO薄膜嵌入顯示面板的位置有關。On Cell，就是將ITO觸控薄膜放在了顯示面板的上玻璃基板之上，三星幾代Galaxy旗艦就是這么做的；至于In-Cell，則是將ITO觸控薄膜放在了顯示面板的上玻璃基板之下，一般是與液晶層融合在一起，代表機型是蘋果的iPhone 5。In-Cell、On-Cell、OGS因為不同的結構，屏幕的輕薄程度、顯示效果、制造成本、良品率都有所不同。下面是In-Cell、On-Cell、OGS的基本總結：（1）屏幕的通透程度和視覺效果方面，OGS是最好的，In-Cell和On-Cell則次之。（2）輕薄程度，In-Cell最輕最薄，這也是iPhone雖然使用了金屬機身，還能做到極致輕薄的原因之一。OGS則次之，On-Cell比前兩者稍差。（3）屏幕強度（抗沖擊、抗摔），On-Cell最好，OGS次之，In-Cell最差。In-Cell將觸控層與液晶層融合在一起，一旦觸摸屏出了問題，需要連同顯示面板一起更換。（4）觸控靈敏度方面，OGS比On-Cell/In-Cell屏幕都要好，但如果OGS技術不過關，超高的靈敏度反而很容易發生“跳屏”的現象，細微的灰塵、汗液、水汽都能引發觸控屏的“誤操作”。對多點觸控、手指、Stylus觸控筆的支持上，OGS也是好于In-Cell/On-Cell的。另外，由于In-Cell屏幕直接將觸控層和液晶層融合在一起，感測雜訊較大，需要有專門的觸控芯片進行過濾和校正處理。OGS屏幕對于觸控芯片的依賴則沒那么高。（5）技術要求，In-Cell/On-Cell都比OGS要復雜，生產控制上，難度也更高。（6）良品率方面，之前In-Cell屏幕的良品率較低，很大程度上影響了iPhone 5等產品的供貨，但隨著廠商不斷投入，技術正在走向成熟，In-Cell/On-Cell屏幕的良品率與OGS已經處于同一水平，大規模出貨不成問題。

目前行業里最窄邊框的INCELL屏，邊框能做到0.6。為了保證結構設計的可靠性，同時也順應潮流，機殼通常采用全金屬殼設計。由于市場對無邊框的需求，所以如何設計出一款極窄邊框的手機，就成了手機結構工程師在確定手機的總體方案時首先要考慮的問題。手機的屏占比要做大，就要盡量縮短手機顯示區以外的邊框。這就意味著手機長度要盡量短，寬度盡量窄。這就涉及到如何確定手機的長度和寬度。下面重點講述窄邊框手機的長度和寬度核算。

（1） 長度（L）核算

窄邊框手機的長度是由LCD決定的，L=2+A1+0.5+A2+A3

式中：2：指前后攝像頭（CAM）距離機殼外表面的距離；A1：前/后攝像頭的長度尺寸；0.5：CAM與LCD的間隙；A2：LCD長度；A3：天線凈空長度；窄邊框設計時，前殼通常選用金屬，金屬由塑料分隔成4段，下面的一段通常作為主天線的重要組成部分。

（2） 寬度（W）核算

窄邊框手機的寬度也是由LCD決定的，W=B1+2*（1.2+0.2）=B1+2.8

式中：B1：LCD寬度；在手機的寬度方向，LCD是對稱放置的。1.2：前殼壁厚；0.2：LCD跟前殼之間的間隙。

前面提到，目前ONCELL屏的最窄邊框為0.6，按照上面的核算方法可以知道表面的蓋板玻璃的最窄邊框可做到0.8，這是目前手機能做到的最窄邊框了。不過可以通過ID設計，將蓋板玻璃左右0.8的邊框設計成黑色，這樣在不點亮LCD的情況下，看上去就是無邊框的設計，即使點亮屏幕的時候，0.8的邊框看上去也是極窄的。

窄邊框設計也增加了結構設計以及手機裝配制造的難度。ONCELL屏是很薄的，所以結構設計中如何保護好LCD，以及LCD與機殼的裝配工藝也是設計中的重中之重。

作者簡介：金曉春，女，漢族，浙江省臨海市人，現供職于寧波波導軟件有限公司，外部職稱：工程師，內部職稱：高級研發工程師，學歷：碩士，研究方向：手機結構設計。