2021年螢幕下鏡頭手機會爆紅嗎?

作者 : 李晉,國際電子商情(ESMC)

螢幕下鏡頭技術真的成熟了嗎?本文盤點已經商用的螢幕下鏡頭方案,並對螢幕下鏡頭技術進行分析...

螢幕下鏡頭技術開始批量商用

早在5~6年前,全螢幕手機的概念就已經被大家所熟知,當時迫於螢幕下鏡頭技術尚不能商用,為實現更高的螢幕佔比,廠商嘗試側滑螢幕、下滑螢幕、升降鏡頭方案。這類方案雖提升了螢幕佔比,但也增加了手機的厚度、重量和能耗,無法更好地滿足消費者的極致要求。

2017年10月,中興通訊終端事業部總裁暨努比亞智慧型手機總經理倪飛預測,未來2~3年內一定會有能完美兼顧鏡頭100%全螢幕方案的出現。當時,蘋果(Apple)剛剛發佈瀏海螢幕手機iPhone X,帶來了人臉辨識的同時又取消了「下巴」。

2020年11月,OPPO副總裁、中國大陸事業部總裁沈義人預測,2021年螢幕下鏡頭大概率依然不會在旗艦機上「大規模量產銷售」,技術距離成熟還是需要不少時間。2020年12月,小米集團副總裁、中國區總裁、紅米Redmi品牌總經理盧偉冰表示,在不犧牲空間的情況下,要達到真正全螢幕效果,還面臨很多技術上的困難。

2021年8月,榮耀CEO趙明公開表態稱,螢幕下鏡頭透光率是前置相機的巨大挑戰和障礙,在一些逆光的情況下很多影像效果「不可接受」……

繼蘋果iPhone X之後,各類瀏海螢幕、水滴螢幕、挖孔螢幕、滑蓋螢幕、升降鏡頭在Android手機中一度爆紅,配合側面指紋辨識、背面指紋辨識、螢幕下指紋辨識等方案大大提升了手機螢幕佔比。此背景下,中興在2020年9月推出了業界首款螢幕下鏡頭量產機型Axon 20 5G。

如果說2020年是螢幕下鏡頭技術商用的元年,那麼2021年則是該技術開始爆發的一年。2021年下半年,中興推出了新一代Axon 30 5G,小米、三星分別推出了MIX4、Galaxy Z Fold 3,OPPO、vivo螢幕下鏡頭手機也將在年內推出,多款新品的發佈似乎預示著該技術進入了產業爆發階段。

螢幕下鏡頭技術大規模商用,需解決透光率、全螢幕顯示一致、螢幕壽命等痛點,市面上的各個方案商如何解決這些問題?(以下僅針對螢幕下鏡頭技術來分析,不針對智慧型手機的其他功能。)

不同的螢幕下鏡頭方案

螢幕下鏡頭技術至少需滿足兩個條件:第一,亮螢幕時前鏡頭上方螢幕(副螢幕)與周邊螢幕(主螢幕)不存在差異;第二,使用前鏡頭時可清晰拍攝照片。

螢幕畫素密度越大,其PPI就越高,顯示的效果也越好。但畫素密度過大,會導致透光率低,影響下方鏡頭的拍攝效果。所以廠商的畫素排列、驅動電路最佳化、材料選擇、鏡頭元件選型等,都圍繞「加大進光量」來展開。簡單地說,螢幕下鏡頭的技術難點在於——如何巧妙地平衡顯示效果和拍照效果。

 

圖1:手機品牌廠螢幕下鏡頭手機發佈資訊。

(來源:各企業官網與發佈會,國際電子商情製表)

 

當前,市面上共計上市了4款螢幕下鏡頭手機,分別採用了來自維信諾、華星光電、三星的方案。其中,中興Axon 20 5G是去年發佈的機型,到現在已經積累了一批消費者。中興Axon 20 5G採用的是維信諾InV see螢幕下解決方案。在該機型的使用回饋中,消費者表示在亮螢幕狀態下有明顯的「紗窗效應」。

對此,維信諾螢幕下攝像技術總工樓均輝解釋說,在螢幕下鏡頭方案中,前鏡頭上方的副螢幕和周邊區域的主螢幕是兩個螢幕,它們在設計、結構和驅動方式上都存在差異;但主副螢幕不能採用兩套驅動,不然會太複雜、成本太高,而一起驅動兩塊螢幕的技術難度非常大。

OLED的畫素結構可簡單表述為:由一個陽極、一個陰極、一個中間發光層組成。陽極佔據了副螢幕的大部分區域,具備透明、反射率高的特點,但其透過率非常低。如果要讓整個副螢幕透明,必須要解決陽極的透明度問題。

 

圖2:不同螢幕下鏡頭方案。

(來源:各企業官網與發佈會,國際電子商情製表)

 

去年推出的InV see螢幕下解決方案採用了畫素衰減模式,去掉了部分陽極或畫素,以此來增加光線透過率、提升透明度,再透過提升剩餘畫素的亮度,來維持與主螢幕一致的顯示效果。不過,該方案的缺點也顯而易見——減少畫素數量會降低解析度,副螢幕區域存在較明顯的顆粒感。

2021年,維信諾推出了InV see Pro螢幕下解決方案。新方案不減少畫素數量,而是縮小了畫素面積,使副螢幕區域的畫素高達400PPI。為進一步提升透光率,副螢幕區使用了透明材質的驅動線路,分佈在前鏡頭區域周圍,並縮減了走線寬度,儘量降低衍射。目前,該方案應用在中興Axon X30 5G手機上。為了保持顯示的一致性,Axon X30 5G的主副螢幕採用了兩套獨立演算法,基於UDC Pro獨立驅動IC提升主副螢幕視覺效果。

除了維信諾的螢幕下鏡頭方案之外,華星光電、三星螢幕下鏡頭方案也已經商用。與維信諾新一代螢幕下鏡頭方案的思路類似,華星光電借助微鑽排列、透明引線,以及改良電路設計來實現螢幕下鏡頭的應用,其副螢幕的畫素也高達400 PPI。透過減少副螢幕畫素點的大小,提升了該區域的亮度,保證了鏡頭透光率,還確保了主副螢幕顯示一致。小米MIX4採用的是華星光電螢幕下鏡頭方案,該手機在電路佈局設計上也有巧思,將其TFT線路移出副螢幕區域,在主副螢幕之間增加了過度,配合DDIC調教演算法和色彩調教策略,讓光線順利穿過畫素間隙,來統一主副螢幕區域的視覺效果。

OPPO即將發佈的螢幕下鏡頭新機,採用京東方新一代的軟性OLED FDC螢幕下鏡頭技術。據8月中旬的「OPPO未來影像技術發佈會」資料顯示,京東方軟性OLED FDC螢幕下鏡頭方案採用了1個畫素電路驅動1個OLED畫素單元設計,其種每一個畫素可以被單獨控制,讓主副螢幕區域解析度都達到400PPI。OPPO螢幕下鏡頭新機中的顯示演算法補償,將全螢幕的色度差和亮度差控制在2%以內,讓螢幕下區域和周邊顯示幕更一致。

三星Under-Display Camera螢幕的官方資訊仍較少,該技術透過提高面板透光率的「Eco OLED」和最佳化畫素孔徑技術來實現,與以往的面板相比,Eco OLED透光率提升了33%以上。

還有哪些問題需要解決?

2021年7月下旬,倪飛在媒體群訪時表示,目前螢幕下技術有兩個方向——一個是硬性螢幕,一個軟性螢幕。軟性螢幕方向存在拍照發黃,以及進光量不足等問題,因此中興通訊現在主要做硬性螢幕。

除了中興Axon 20 5G/Axon 30 5G使用硬螢幕之外,小米MIX4、三星Galaxy Z Fold3,以及即將發佈的OPPO螢幕下鏡頭新機都採用軟性螢幕。軟性螢幕是當前中國國產高階旗艦機型的標配,它自身輕薄、柔軟的特點可滿足不同形狀終端的應用。值得注意的是,當畫素變小之後,副螢幕要維持和主螢幕一樣的亮度需更高的能量,這樣會造成副螢幕畫素老化的速度更快。再加上,軟性螢幕本身就存在畫素老化問題,因此理論上螢幕下鏡頭上方的副螢幕部分的老化速度會更快。

樓均輝解釋,如今軟性AMOLED面板使用聚醯亞胺(Polyimide Varnish,PI)漿料做基板,該材料的透光率相對較低,且經過高溫製程之後會發黃,不利於鏡頭的成像效果。業內一直都有針對透明PI的研發,需要相關的材料商改進材料特性、面板廠調整製程來適應新材料,產業的成熟還需要花費一定的時間。

即便如此,小米、三星、OPPO的螢幕下鏡頭新機均採用了軟性螢幕。據瞭解,OPPO透過單畫素電路和演算法對螢幕下區域進行補償,使整個螢幕的使用壽命提升了50%。相信隨著中國顯示器企業,比如維信諾、華星光電、京東方等廠家的進一步研發和投入,更加成熟的螢幕下鏡頭技術會儘快商用。

小結:未來幾年內會湧入更多廠商

站在消費者的角度客觀來說,螢幕下鏡頭技術還處於探索階段,一些技術痛點仍待進一步解決。現在的螢幕下鏡頭手機,也並非任何時候都有完美表現,比如在高亮環境下仍有「紗窗效應」;即使用了補償演算法,前鏡頭成像效果也缺乏一些細節,對手機有超高要求的用戶可能會在意這些問題。

從某種意義上來說,今年新推出的幾款新機,是各品牌在螢幕下鏡頭技術上試水溫。雖然已經有一批廠商開始商用,但距離產業真正爆發還需要一些時間。預計接下來,隨著該技術進一步成熟,將有更多廠商湧入螢幕下鏡頭賽道。另外,華為、vivo等手機廠商也有計劃推出自己的螢幕下鏡頭手機,不過官方尚未公佈具體的進度和細節,所以也不清楚這些廠商將採用哪家供應商的方案。未來幾年內,中國螢幕下鏡頭市場將更紅火,同時也期待下一代螢幕下鏡頭技術的升級。

本文原刊登於ESMC網站

 

 

 

 

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