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深度分析:屏下摄像头手机是“面子工程”吗?

2021-09-07 21:26:26


当时,苹果公司刚刚发布刘海屏手机iPhone X,带来了人脸识别的同时又取消了“下巴”;2020年11月,OPPO副总裁、中国大陆事业部总裁沈义人预测,2021年屏下摄像头大概率依然不会在旗舰机上“大规模量产销售”,技术距离成熟还是需要不少


截至2021年9月7日,市面上已经出现了4款屏下摄像头手机,其中有三款集中在今年下半年上市,另外还有一些计划在今年下半年发布的机型,由此大家预判屏下摄像头手机开始步入批量商用阶段。但屏下摄像头技术真的成熟了吗?2021年屏下摄像头手机是否会爆红?本文主要针对屏下摄像头技术做了简要分析,并在内文中盘点了已经商用的屏下摄像头方案。

深度分析:屏下摄像头手机是“面子工程”吗?

屏下摄像头技术开始批量商用

早在5-6年前,全面屏手机的概念就已经被大家所熟知,当时迫于屏下摄像头技术尚不能商用,为实现更高的屏占比,厂家有尝试侧滑屏、下滑屏、升降摄像头方案。这类方案虽提升了屏占比,但也增加了手机的厚度、重量和能耗,无法更好地满足消费者的极致要求。

2017年10月,努比亚智能手机总经理倪飞预测,未来两到三年内一定会有能完美兼顾镜头100%全面屏方案的出现。当时,苹果公司刚刚发布刘海屏手机iPhone X,带来了人脸识别的同时又取消了“下巴”;

2020年11月,OPPO副总裁、中国大陆事业部总裁沈义人预测,2021年屏下摄像头大概率依然不会在旗舰机上“大规模量产销售”,技术距离成熟还是需要不少时间;

2020年12月,小米集团副总裁、中国区总裁、红米Redmi品牌总经理卢伟冰表示,在不牺牲空间的情况下,要达到真正全面屏效果,还面临很多技术上的困难;

2021年8月,荣耀CEO赵明公开表态称,屏下摄像头透光率是前置相机的巨大挑战和障碍,在一些逆光的情况下很多影像效果“不可接受”……

继苹果iPhone X之后,各类刘海屏、水滴屏、挖孔屏、滑盖屏、升降摄像头在安卓系手机中一度爆红,配合侧面指纹识别、背面指纹识别、屏下指纹识别等方案大大提升了手机屏占比。此背景下,中兴在2020年9月推出了业界首款屏下摄像头量产机型Axon 20 5G。

如果说2020年是屏下摄像头技术商用的元年,那么2021年则是该技术开始爆发的年份。2021年下半年,中兴推出了新一代Axon 30 5G,小米、三星分别推出了MIX4、Galaxy Z Fold 3,OPPO、vivo屏下摄像头手机也将在年内推出,多款新品的发布似乎预示着该技术进入了产业爆发阶段。

屏下摄像头技术大规模商用,需解决透光率、全屏显示一致、屏幕寿命等痛点,市面上的各个方案商是如何解决这些问题的?(下文仅针对屏下摄像头技术来分析,不针对智能手机的其他功能。)

不同的屏下摄像头方案

屏下摄像头技术至少需满足两个条件:第一,亮屏时前摄上方屏幕(副屏)与周边屏幕(主屏)不存在差异;第二,使用前摄时可清晰拍摄照片。

屏幕像素密度越大,其PPI就越高,显示的效果也越好。但像素密度过大,会导致透光率低,影响下方摄像头的拍摄效果。所以厂家的像素排列、驱动电路优化、材料选择、摄像头器件选型等,都围绕“加大进光量”来展开。简单地说,屏下摄像头的技术难点在于——如何巧妙地平衡显示效果和拍照效果。

深度分析:屏下摄像头手机是“面子工程”吗?

图1 屏下摄像头手机发布信息

当前,市面上共计上市了4款屏下摄像头手机,分别采用了来自维信诺、华星光电、三星的方案。其中,中兴Axon 20 5G是去年发布的机型,到现在已经积累了一批消费者。中兴Axon 20 5G采用的是维信诺InV see TM 屏下解决方案。在该机型的使用反馈中,消费者表示在亮屏状态下有明显的“纱窗效应”。

对此,维信诺屏下摄像技术总工楼均辉解释说,在屏下摄像头方案中,前摄上方的副屏和周边区域的主屏是两块屏幕,它们在设计、结构和驱动方式上都存在差异,但主副屏不能采用两套驱动,不然会太复杂、成本太高,而一起驱动两块屏的技术难度非常大。

OLED的像素结构可简单表述为:由一个阳极、一个阴极、一个中间发光层组成。阳极占据了副屏的大部分区域,具备透明、反射率高的特点,但其透过率非常低。如果要让整块副屏透明,必须要解决阳极的透明度问题。

深度分析:屏下摄像头手机是“面子工程”吗?

图2 不同屏下摄像头方案

去年推出的InV see TM 屏下解决方案采用了像素衰减模式,去掉了部分阳极或像素,以此来增加光线透过率、提升透明度,再通过提升剩余像素的亮度,来维持与主屏一致的显示效果。不过,该方案的缺点也显而易见——减少像素数量会降低分辨率,副屏区域存在较明显的颗粒感。

2021年,维信诺推出了InV see TM Pro屏下解决方案。新方案不减少像素数量,而是缩小了像素面积,使副屏区域的像素高达400PPI。为进一步提升透光率,副屏区使用了透明材质的驱动线路,分布在前摄区域周围,并缩减了走线宽度,尽量降低衍射。目前,该方案应用在中兴Axon X30 5G手机上。为了保持显示的一致性,Axon X30 5G的主副屏采用了两套独立算法,基于UDC Pro独立驱动IC提升主副屏视效。

除了维信诺的屏下摄像头方案之外,华星光电、三星屏下摄像头方案也已经商用。与维信诺新一代屏下摄像头方案的思路类似,华星光电借助微钻排列、透明引线以及改良电路设计来实现屏下摄像头的应用,其副屏的像素也高达400 PPI。通过减小副屏像素点的大小,提升了该区域的亮度,保证了摄像头透光率,还确保了主副屏显示一致。小米MIX4采用的是华星光电屏下摄像头方案,该手机在电路布局设计上也有巧思,将其TFT线路移出副屏区域,在主副屏之间增加了过度,配合DDIC调教算法和色彩调教策略,让光线顺利穿过像素间隙,来统一主副屏区域的视觉效果。

即将发布的OPPO屏下摄像头新机,采用京东方新一代的柔性OLED FDC屏下摄像头技术。据8月中旬的“OPPO未来影像技术发布会”资料显示,京东方柔性OLED FDC屏下摄像头方案采用了1个像素电路驱动1个OLED像素单元设计,其种每一个像素可以被单独控制,让主副屏区域分辨率都达到400PPI。OPPO屏下摄像头新机中的显示算法补偿,将全屏的色度差和亮度差控制在2%以内,让屏下区域和周边显示屏更一致。

三星Under-Display Camera屏幕的官方信息还较少,三星显示的UPC技术通过提高面板透光率的“Eco OLED”和优化像素孔径技术来实现,与以往的面板相比,Eco OLED透光率提升了33%以上。

还有哪些问题需要解决?

2021年7月下旬,中兴通讯终端事业部总裁倪飞在媒体群访时表示,目前屏下技术有两个方向——一个是硬屏的方向,一个柔屏的方向。柔屏方向存在拍照发黄以及进光量不足等问题,中兴通讯现在主要做硬屏方向。

《国际电子商情》记者也发现,除了中兴Axon 20 5G/Axon 30 5G使用硬屏之外,小米MIX4、三星Galaxy Z Fold3以及即将发布的OPPO屏下摄像头新机都采用柔屏。柔屏是当前国产高端旗舰机型的标配,它自身轻薄、柔软的特点可满足不同形状终端的应用。值得注意的是,当像素变小之后,副屏要维持和主屏一样的亮度需更高的能量,这样会造成副屏像素老化的速度更快。再加上,柔性屏本身就存在像素老化问题,因此理论上屏下摄像头上方的副屏部分的老化速度会更快。

楼均辉解释说,如今柔性AMOLED面板使用PI(聚酰亚胺浆料, Polyimide Varnish)做基板,该材料的透光率相对较低,且经过高温工艺之后会发黄,不利于摄像头的成像效果。业内一直都有针对透明PI的研发,需要相关的材料商改进材料特性、面板厂调整工艺制程来适应新材料,产业的成熟还需要花费一定的时间。

即便如此,小米、三星、OPPO的屏下摄像头新机均采用了柔屏。据了解,OPPO通过单像素电路和算法调优对屏下区域进行补偿,使整个屏幕的使用寿命提升了50%。相信随着国内显示屏企业,比如维信诺、华星光电、京东方等厂家的进一步研发和投入,更加成熟的屏下摄像头技术会尽快商用。

小结:未来几年内会涌入更多厂商

站在消费者的角度客观来说,屏下摄像头技术还处于探索阶段,一些技术痛点仍待进一步解决。现在的屏下摄像头手机,也并非任何时候都有完美表现,比如在高亮环境下仍有“纱窗效应”;即使用了补偿算法,前摄成像效果也缺乏一些细节,对手机有超高要求的用户可能会在意这些问题。

从某种意义上来说,今年新推出的几款新机,是各品牌在屏下摄像头技术上的试水。虽然已经有一批厂商开始商用,但距离产业真正爆发还需要一些时间。预计接下来,随着该技术进一步成熟,将有更多厂商涌入屏下摄像头赛道。另外,华为、vivo等手机厂商也有计划推出自己的屏下摄像头手机,不过官方尚未公布具体的进度和细节,所以也不清楚这些厂商将采用哪家供应商的方案。未来几年内,国内屏下摄像头市场将更红火,同时也期待下一代屏下摄像头技术的升级。