4.4 屏幕封装工艺演进:从 COG 到 COP 的极限折叠

把手机屏幕点亮,看一眼它的四条边框。较早的手机屏幕底部常有一条明显的黑边,俗称“下巴”;如今不少旗舰机的四边已经接近等宽,下边框窄到几乎看不出来。很多人以为这是设计师把边框“画”窄了,实际情况是屏幕底部的一块电路被搬了位置。下巴变窄,靠的是封装工艺的变化。

4.4.1 下巴里藏着什么

先要弄清一个问题:屏幕为什么一定需要边框?

一块显示屏由数百万个像素组成,每个像素何时亮、亮多少,都由一颗专门的芯片来指挥,这颗芯片叫显示驱动芯片(Display Driver IC,简称 DDIC)。它从主板接收画面数据,再通过密密麻麻的细线,把电压信号分配到屏幕的每一行、每一列。

驱动芯片本身不发光,也不能直接压在像素上,只能放在发光区域之外。屏幕的线路还要从发光区一路引出来,汇集到芯片引脚,再接到通往主板的排线上。芯片、扇出走线和排线接口加在一起,要占用一条实实在在的面积。这条面积放在屏幕正面,就形成了下巴。

所以“消灭下巴”并不是把芯片做没,芯片照样存在,工程师要解决的是把它放到哪里。围绕这个问题,屏幕封装大致经历了三代路线。

4.4.2 第一代:COG——芯片钉在玻璃边上

COG(Chip on Glass,玻璃基板封装),意思是把驱动芯片直接贴装在显示屏的玻璃基板上。早期的 LCD(液晶显示屏)普遍采用这种方式。

这种做法的好处是工艺成熟、结构直接,芯片和屏幕线路在同一块玻璃上连接,路径短,可靠性也有保障。代价同样明显:玻璃不能弯折。芯片既然贴在玻璃上,就只能平铺在屏幕正面的边缘,和发光区并排。

可以把它想成一张贴在墙上的海报,海报下边钉着一条硬木条,木条上挂着全部接线。木条无法折到墙后面,只能露在外面。COG 屏幕底部那条数毫米宽的下巴就是这样来的,它装的就是驱动芯片和它的走线。

4.4.3 第二代:COF——把芯片挪到软排线上

既然问题出在玻璃不能弯,那就让芯片离开玻璃。COF(Chip on Film,薄膜覆晶封装)把驱动芯片贴在一段柔软的薄膜排线上,而不是贴在玻璃基板上。

玻璃基板的边缘只保留很窄的一段用于接线,薄膜排线从这里伸出,带着芯片向屏幕背面微微折过去。芯片于是从正面挪到了背面,下巴相应变窄。

继续用海报来比:原来钉在下边的硬木条,换成了一条软布带,布带上缝着接线盒,可以把它塞到海报后面。不过布带和海报之间仍需一段硬的连接区,屏幕玻璃本身依然不能弯,这段边缘仍然要露在正面。COF 让下巴变窄了,但没法消除。它在成本和效果之间较为均衡,因此多见于中端机型。

4.4.4 第三代:COP——让屏幕自己弯过去

要再进一步,就必须让屏幕基板本身可以弯折。这需要 OLED(有机发光二极管显示屏)。

OLED 的每个像素自己发光,不需要 LCD 那样的背光模组,所以显示层可以做在柔性材料上。旗舰机常用的柔性 OLED,基底不再是玻璃,而是一层叫聚酰亚胺(Polyimide,简称 PI)的耐高温塑料薄膜。这种材料又薄又韧,可以弯曲。

COP(Chip on Plastic / Chip on Pi,柔性塑料基板封装)利用了这一点:把整块显示屏最底部的 PI 塑料基板连同上面的线路,向屏幕背面弯卷整整 180 度,形成一个极小半径的折角。驱动芯片直接安放在折过去的这段基板上,正好藏在屏幕发光区的正后方。

这次不再需要额外的布带,海报的下边缘本身就是软的,被直接折到了墙后,接线盒贴在海报背面。从正面看,发光区几乎一直延伸到机身边缘,下边框可以收窄到约 1.5 毫米。

4.4.5 三代路线对照

封装方式英文全称芯片位置屏幕类型下边框表现常见定位
COGChip on Glass屏幕正面玻璃边缘早期 LCD数毫米宽的明显下巴早期机型
COFChip on Film软薄膜排线上,微折到背面LCD / OLED明显收窄,仍有边缘中端机型
COPChip on PlasticPI 基板 180 度弯卷至发光区背后柔性 OLED可收窄至约 1.5 毫米旗舰机型

从表里可以看出,三代路线始终在回答同一个问题:哪一部分材料能弯,芯片就能跟着它绕到背后去。COG 中没有能弯的部分;COF 让排线能弯;COP 让屏幕基板本身能弯。

4.4.6 极限折叠的代价

180 度弯卷看起来简单,实际是一道难度很高的工序。

  • 线路要经得起弯曲:PI 基板上的金属走线被折成很小的弯角,外侧受拉,内侧受压,材料和走线设计都要防止开裂。
  • 良率与成本:弯折工序增加了出错的机会,柔性 OLED 本身也比 LCD 昂贵,这是 COP 多出现在旗舰机上的原因。
  • 背面空间被占用:芯片藏到屏幕后方,就要占用机身内部的一部分厚度和面积,需要和主板、电池、排线一起重新规划。
  • 维修难度上升:屏幕、弯折区和驱动芯片连成一体,一旦损坏,通常只能整块更换。

这和本章前面几节讲的情况一致:手机内部的空间不会多出来。屏幕正面省下的那条下巴,转移到了机身内部,变成对材料、工艺和堆叠方式的更高要求。

4.4.7 小结

窄边框的根源不在外观设计,而在驱动芯片的安放位置。COG 把芯片留在正面,COF 把它挂到软排线上折向背后,COP 则让屏幕基板自己弯过去,把芯片藏到发光区正后方。下次比较两部手机的下巴时,可以想一想:它的屏幕底部,是否有一段塑料被折到了背面。

屏幕把信号送进来的问题解决了,金属机身又带来另一个难题:金属会屏蔽电磁波,天线信号要怎么穿出去?下一节就讲纳米注塑与天线馈电。