窄边框智能手机的设计
时间：2020-12-25 20:08:35 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：最近几年，智能手机的发展趋势非常明显，屏幕越来越大，边框越来越窄，几乎整个手机的正面都要被屏幕所覆盖。甚至还有一些概念设计图将手机设计成了三面都是屏幕，也就是所谓的无边框设计。以目前的技术还不能完全做到无边框设计，只能做到将边框设计得尽量的窄。那么如何设计窄边框手机呢？作为一名从业多年的手机设计者，希望将作者结的设计方法写出来，给新设计者提供较为全面的设计理论。
关键词：窄边框；屏占比；INCELL；ONCELL
手机从九十年代末发展到今天，从最开始仅能作为通话工具，到现在智能化到与我们的生活密不可分。每年手机都会出现新的卖点。目前很多消费者在选择手机的时候越来越最关注屏幕是否够大、边框是否够窄，而大边框小屏幕的手机似乎已经成为了“老土”设计的代名词。随时时间的推移，屏幕与机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与Note 3为例，虽然两款产品为同一系列，但是屏占比已经从原来的68.4%提升到了74.6%，整个机身的边框占比缩小了近6%。而谷歌Nexus系列产品也遵循此规律，从Nexus 4的66.8%提升到了Nexus 5的72%，边框同样缩小了5.2%。最近一段时间各大手机厂商在发布会上都不断地强调屏占比，不断地把窄边框拿出来炫耀。事实上，早在iPhone6上市之前，网上铺天盖的谍照都在围绕屏幕与边框做话题，目前的技术虽不足以支撑量产出无边框手机，但随着显示技术和工业设计水平的不断提高，未来手机屏幕在整个机身上的比例还会继续提高，从最初的二分之一到现在超过四分之三，手机的边框和按钮占比变得越来越小。2014年下半年开始，国内一些大手机厂商甚至号称已经将屏占比做到83%。
目前无边框面临着误操作、屏幕可靠性、合理结构设计等技术壁垒，而且也对传统手机制造工艺提出了前所未有的挑战。但这并不能阻止智能手机向一个崭新的方向发展，更不能阻止智能科技对手机制造工艺的突破，无边框设计将是未来手机行业的一大趋势。介绍了这些，有必要解释一下究竟什么是屏占比。手机的屏幕占据手机整体前面板的相对比值，就叫屏占比。计算公式：屏占比=屏幕面积/整机面积。按照公式，得出的数值越高，屏占比越大，而相对给人的视觉冲击力就越强。
要设计出一款窄边框手机，触摸面板（简称CTP）、手机屏幕（简称LCD）的选择就显得至关重要。超薄超窄边框手机的出现，促进了触摸面板CTP和液晶面板LCD的技术革新。过去CTP和LCD是分开的。其中CTP有G+G、GFF、OGS等工艺，为了手机更薄，边框更窄，就希望CTP和LCD能做在一起，于是就有In-Cell和On-Cell两种技术。相比In-Cell，On-Cell多了一层触控层，厚度会有一定的增加，G+G或GFF，或者OGS都终将被On-Cell取代，而On-Cell只是In-Cell的过渡，最终只有In-Cell生存下来。
要彻底了解In-Cell/On-Cell/OGS等等屏幕，就得先知道屏幕的基本结构组成，从上到下，屏幕的基本结构分为三层，保护玻璃，触控层，显示面板。保护玻璃，大厂商都采用康宁大猩猩玻璃；触控层是由ITO触控薄膜和ITO玻璃基板组成；显示面板从上到下分别是上玻璃基板，液晶层，下玻璃基板。还需要指出的是：保护玻璃、触控层与显示面板之间，一般贴合技术会形成一层空气，如果采用全贴合技术去除这层空气，屏幕反光会大大减少，点亮屏幕时就显得更为通透，熄屏时更加黑沉，没有灰白的观感。传统的G+G、GFF屏幕，都是标准的保护玻璃+触控层+显示面板层的结构，不同之处在于触控层。G+G屏幕的触控层是由1层ITO玻璃基板+1层ITO触控薄膜组成，GFF屏幕的触控层则有2层ITO玻璃基板+2层ITO触控薄膜。OGS屏幕、In Cell、On Cell屏幕，都是保护玻璃层+显示面板层的结构，少了一层触控层，所以更加轻薄。这也正是区分In Cell/On Cell屏幕和OGS屏幕的关键。In Cell/On Cell屏幕是将触控层和显示面板整合在了一起，OGS屏幕是将保护玻璃层和触控层整合在了一起。追根究底，既然In Cell屏幕和On Cell屏幕都是将触摸层和显示面板整合在一起，那么该如何区分In Cell和On Cell？这跟ITO薄膜嵌入显示面板的位置有关。On Cell，就是将ITO触控薄膜放在了显示面板的上玻璃基板之上，三星几代Galaxy旗舰就是这么做的；至于In-Cell，则是将ITO触控薄膜放在了显示面板的上玻璃基板之下，一般是与液晶层融合在一起，代表机型是苹果的iPhone 5。In-Cell、On-Cell、OGS因为不同的结构，屏幕的轻薄程度、显示效果、制造成本、良品率都有所不同。下面是In-Cell、On-Cell、OGS的基本总结：（1）屏幕的通透程度和视觉效果方面，OGS是最好的，In-Cell和On-Cell则次之。（2）轻薄程度，In-Cell最轻最薄，这也是iPhone虽然使用了金属机身，还能做到极致轻薄的原因之一。OGS则次之，On-Cell比前两者稍差。（3）屏幕强度（抗冲击、抗摔），On-Cell最好，OGS次之，In-Cell最差。In-Cell将触控层与液晶层融合在一起，一旦触摸屏出了问题，需要连同显示面板一起更换。（4）触控灵敏度方面，OGS比On-Cell/In-Cell屏幕都要好，但如果OGS技术不过关，超高的灵敏度反而很容易发生“跳屏”的现象，细微的灰尘、汗液、水汽都能引发触控屏的“误操作”。对多点触控、手指、Stylus触控笔的支持上，OGS也是好于In-Cell/On-Cell的。另外，由于In-Cell屏幕直接将触控层和液晶层融合在一起，感测杂讯较大，需要有专门的触控芯片进行过滤和校正处理。OGS屏幕对于触控芯片的依赖则没那么高。（5）技术要求，In-Cell/On-Cell都比OGS要复杂，生产控制上，难度也更高。（6）良品率方面，之前In-Cell屏幕的良品率较低，很大程度上影响了iPhone 5等产品的供货，但随着厂商不断投入，技术正在走向成熟，In-Cell/On-Cell屏幕的良品率与OGS已经处于同一水平，大规模出货不成问题。
目前行业里最窄边框的INCELL屏，边框能做到0.6。为了保证结构设计的可靠性，同时也顺应潮流，机壳通常采用全金属壳设计。由于市场对无边框的需求，所以如何设计出一款极窄边框的手机，就成了手机结构工程师在确定手机的总体方案时首先要考虑的问题。手机的屏占比要做大，就要尽量缩短手机显示区以外的边框。这就意味着手机长度要尽量短，宽度尽量窄。这就涉及到如何确定手机的长度和宽度。下面重点讲述窄边框手机的长度和宽度核算。
（1） 长度（L）核算
窄边框手机的长度是由LCD决定的，L=2+A1+0.5+A2+A3
式中：2：指前后摄像头（CAM）距离机壳外表面的距离；A1：前/后摄像头的长度尺寸；0.5：CAM与LCD的间隙；A2：LCD长度；A3：天线净空长度；窄边框设计时，前壳通常选用金属，金属由塑料分隔成4段，下面的一段通常作为主天线的重要组成部分。
（2） 宽度（W）核算
窄边框手机的宽度也是由LCD决定的，W=B1+2*（1.2+0.2）=B1+2.8
式中：B1：LCD宽度；在手机的宽度方向，LCD是对称放置的。1.2：前壳壁厚；0.2：LCD跟前壳之间的间隙。
前面提到，目前ONCELL屏的最窄边框为0.6，按照上面的核算方法可以知道表面的盖板玻璃的最窄边框可做到0.8，这是目前手机能做到的最窄边框了。不过可以通过ID设计，将盖板玻璃左右0.8的边框设计成黑色，这样在不点亮LCD的情况下，看上去就是无边框的设计，即使点亮屏幕的时候，0.8的边框看上去也是极窄的。
窄边框设计也增加了结构设计以及手机装配制造的难度。ONCELL屏是很薄的，所以结构设计中如何保护好LCD，以及LCD与机壳的装配工艺也是设计中的重中之重。
作者简介：金晓春，女，汉族，浙江省临海市人，现供职于宁波波导软件有限公司，外部职称：工程师，内部职称：高级研发工程师，学历：硕士，研究方向：手机结构设计。
