智能手機曲面屏幕的探討

游榮鑫

（汕頭超聲顯示器有限公司，汕頭 515041）

隨著手機材質(zhì)的發(fā)展，觸摸屏面板材料也發(fā)生了變化，從塑料發(fā)展到玻璃，目前廣泛采用的是鋁硅酸鹽玻璃。在眾多手機顯示面板材料中，曲面玻璃不僅造型美觀，同時帶有輕薄和防眩光等特點，已經(jīng)成為了手機行業(yè)的發(fā)展趨勢。

1 曲面玻璃的特點

曲面玻璃是中間以及邊緣都采用弧形設計的玻璃蓋板，屬于熱加工范疇。在觸摸屏方面，曲面玻璃的應用逐漸成熟，使得智能手機屏幕的外觀造型效果及顯示效果得到提升，有了更出色的觸控手感，大幅度提高了滑動屏幕的手感，并且在強光環(huán)境下，曲面玻璃能夠降低反光，增強辨識，因此得到了消費者的喜愛。

2 曲面玻璃的種類

現(xiàn)階段，手機觸摸屏使用的材質(zhì)主要有三種，即塑料、藍寶石和玻璃。塑料屬于低檔材料，價格便宜，抗沖擊，但不耐磨損，光學效果較差。藍寶石則是高檔材料，價格十分昂貴，但是折射率、光澤度等各方面優(yōu)勢突出，具有較強抗磨損性能，但是難以利用熱彎工藝實現(xiàn)曲面狀態(tài)的加工。因此，在曲面屏制作上，玻璃為首選材質(zhì)，光學性能介于其他兩種材料之間，性價比較高，可以采用熱彎工藝進行曲面加工。

普通觸摸屏手機采用的多為硬度較高玻璃，如Gorilla玻璃能夠抵抗4.0N力的刻劃，使用裁紙刀、螺絲刀等堅硬物品進行刮劃，在7min以內(nèi)基本不會出現(xiàn)明顯磨損[1]。但是如果從口袋或手中跌落，有時依然會產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋或破裂。采用曲面玻璃進行手機觸摸屏生產(chǎn)，意味著手機跌落時玻璃著地的幾率更大，對玻璃的耐磨性、抗沖擊和抗劃等性能將提出更高的要求。從玻璃韌性角度來看，主要會受到玻璃結(jié)構(gòu)聚合程度的影響。在三維空間中，通過減少玻璃原子結(jié)構(gòu)的聚合，能夠形成各向?qū)印㈡溄Y(jié)構(gòu)，增強玻璃剪切形變和斷裂韌性。但在實際操作中，降低玻璃結(jié)構(gòu)聚合程度將導致玻璃的硬度和強度受到影響，因此需尋求一個平衡點，使玻璃綜合力學性能得到提高。

3 曲面玻璃的制作

曲面玻璃加工的重點工序有CNC、熱彎、掃光、鋼化、印刷。

觸摸屏手機作為精細電子產(chǎn)品，屏幕所用到的曲面玻璃需要做好形狀和尺寸控制，所以采用激光或水刀進行CNC，并采用超聲波進行清洗和磨邊，確保玻璃上的掃光劑能夠得到徹底清除，避免給玻璃質(zhì)量帶來影響。

熱加工通常以一次成型的平板玻璃為原料，將玻璃放置在曲面模具上，利用加熱爐進行加熱，最終玻璃軟化后通過自身的重力，使其邊緣與曲面模具逐漸貼合并彎曲成特定的形狀。玻璃熱彎后的外形尺寸公差±0.1mm，高度尺寸公差±0.1mm，翹曲度＜0.2mm，隨著熱彎設備以及曲面模具精度的提升，玻璃熱彎后的相關尺寸精度也會提高。

現(xiàn)階段，曲面玻璃制造主要采用高硼硅酸鹽和鋁硅酸鹽玻璃，均為硬脆材料，厚度在0.4mm左右，加工難度較高。而曲面玻璃邊緣有弧彎，在掃光時，需要采用柔性拋光工藝，成品率較低。在實際加工時，需要采用柔性拋光墊和CeO2掃光液實現(xiàn)化學機械掃光，不會因為單純進行機械拋光導致玻璃表面受到損傷，也不會因單純化學拋光導致材料加工效率低。采用“軟磨硬”原理，曲面玻璃掃光是利用較軟材料進行化學掃光。在加工過程中，玻璃會與掃光液中的CeO2發(fā)生微量化學反應，同時得到機械切削，促使玻璃表層被磨去的同時，在新玻璃上繼續(xù)掃光。掃光粉高速旋轉(zhuǎn)將促使液流動能的產(chǎn)生，使得玻璃表面晶體結(jié)合能被破壞，因此可以達到較強的去除效果。在掃光墊與玻璃表面，受掃光液粘性的影響，將導致掃光粒在速度差的作用下撞擊玻璃表面，實現(xiàn)表面機械去除。該種掃光加工方法，能夠降低曲面玻璃加工成本和提高生產(chǎn)效率，滿足批量生產(chǎn)需求。但在加工精度上，無法實現(xiàn)超精密掃光。在曲面玻璃形狀日漸復雜的情況下，全自動復雜曲面玻璃掃光技術(shù)未來將得到研發(fā)。

目前，在觸摸屏手機曲面玻璃制作上，主要采用微結(jié)構(gòu)增韌方法，能夠使玻璃對裂紋的容忍性得到提高。在玻璃表面實現(xiàn)離子交換后，會形成一定壓應力層，對裂紋尖端張應力進行集中抵消。玻璃表面離子交換效果由成分決定，曲面玻璃主要成分是鋁硅酸鹽，但是氧化鋁的含量較高，會達到23%左右，待加入4%～12%的氧化磷和2%～3%的氧化鋰后，玻璃強度和韌性將得到提高。除了成分設計，手機用曲面玻璃需要對離子交換方法進行合理選擇，目前主要采用兩步法，能夠使玻璃最大應力處于距離表面10～30μm范圍內(nèi)，使微裂紋向內(nèi)的擴展得到阻擋，因此能使玻璃抗沖擊強度得到提高。

在絲印方面，全自動絲印機的絲印精度可做到±0.1mm以下，單層油墨厚度一般是6um左右，IR、Icon此類透光油墨的透過率可控制在10%±5%（550nm）。

4 結(jié)束語

從智能手機用曲面玻璃發(fā)展情況來看，目前曲面玻璃基本屬于3D范疇，相較于2D的手機平面擁有完美曲線和圓潤手感，有助于手機實現(xiàn)新潮流線型的設計，廣受消費者喜愛，伴隨著曲面玻璃制作工藝的發(fā)展，手機用曲面玻璃將會取得進一步發(fā)展。