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最完美的全面屏
“全面屏”概念诞生于2017年,在当年主要特指采用了18:9或更瘦长显示比例屏幕的手机,随着消费者愈加重视起“屏占比”这个参数,“满眼全是屏”便成为了“全面屏”的衍化方向。
于是,我们便看到包括刘海屏、水滴屏、挖孔屏、弹出式摄像头、翻转式摄像头、滑盖全面屏、双面屏等诸多形态的手机(图1)。可惜,它们都不够完美,要么屏幕被相机开孔破坏了完整性,要么就是复杂的物理结构影响可靠性,提升了成本和重量。因此,整个行业都将“真·全面屏”的希望寄托在了全新的“屏下摄像头”技术身上。
简单来说,“屏下摄像头”和当前的“屏幕指纹识别”技术很像,前置摄像头的区域平时不影响画面显示和操作,当前置摄像头被相机等APP激活时,摄像头区域内的屏幕会瞬间变透明,从而让光线透过屏幕进入CMOS传感器从而完成取景成像(图2)。
来自两块屏幕的拼接
从屏下摄像头概念的出现到实际量产,经历了多次优化和迭代,各大手机厂商采用的方案在细节层面也有着不少差异。不过,这种技术从本质上来看,都是由两种OLED屏幕“拼接”而成。
它们都会在前置摄像头对应的表面覆盖一层“透明屏”(又称副屏),和正常显示区域的屏幕相比,“透明屏”所处的OLED面板上下覆盖着特别定制的透明阴/阳极材料,这种材料有着更高的透光率(图3)。在不使用攝像头时,这一小块“透明屏”还能正常显示屏幕内容,和整个OLED屏幕浑然一体,从而避免了在屏幕上开孔透光。
不可忽视的先天缺陷
“透明屏”只是看似透明,其透光率肯定不如真正的透明玻璃,拍照时必然存在偏色和模糊的问题。另一方面,为了提升透光率,“透明屏”内OLED屏幕面板的像素大小和排列也会发生变化,在正常显示时存在色彩失真、分辨率降低等缺陷,在显示浅色画面时尤为明显,业内通常会将这个问题称为“纱帘现象”(图4)。
那么,已经上市和即将上市的屏下摄像头手机,是否已经解决了上述问题?
手机厂商间的突围之路
首先需要说明的是,无论哪个手机品牌,其自身都不具备独立研发屏下摄像头技术的实力,要么直接购买产业链(主要以屏幕面板生产企业为主)的现成方案,要么携手产业链相关企业进行联合调校和优化。
中兴Axon 20
去年上市的中兴A xon 20采用的是来自维信诺旗下的“I nVsee”屏下摄像解决方案,引入了透明度更高的新有机膜和无机膜材料,并在副屏区域用透明导电层最大限度地代替非透明金属材料。叠加业内首创的驱动电路和像素结构设计,规避了像素驱动电路对摄像头的干扰,抑制了透明区显示走线和像素对前置摄像头的影响。
需要注意的是,A xon 20还对“透明屏”区域的OLED面板像素排列进行了改良——每个RGB像素仅保留1个子像素发光(图5),这样做虽然可以显著提升透光性,但却会造成“透明屏”区域的PPI(像素密度)下降,因此A xon 20在白色或浅色背景下的纱帘效应还是比较明显的。
中兴Axon 30
A xon 30是中兴的第二代屏下摄像头手机,它采用了维信诺在2021年6月最新发布的“InV seePro”屏下解决方案,全球首创“一驱多阵列设计”,即1个子像素驱动电路同时驱动其他同色子像素,不仅提高了屏下区域的像素密度(图6),还通过扩大透光通道,使显示效果和屏幕透过率更好。
回到Axon 30身上,该产品在InV see Pro方案的加持下“透明屏”部分的像素密度达到了400PPI,多驱ACE(Array circuit enhanced)电路排布效率提升50%,使屏幕两个区域过渡更自然。中兴还为这款产品配备了独立UDC Pro屏显芯片,通过智能像素增强及智能显示优化让屏幕显示更加精准、同步。同时,A xon 30引入了更透明的材料,配备更大感光量的四合一2.24um等效大像素摄像头,结合灵透算法2.0智能去雾化、抗炫光干扰功能(图7),在减轻纱帘现象的同时进一步提升了自拍效果。
小米MIX4
小米MIX4采用了来自华星光电的屏下摄像解决方案,小米官方将其成为“CUP全面屏”(CameraUnder Panel)。该方案的特色是在前置摄像头所在的透明副屏区域改用华星光电创新的微钻排列显示技术,通过减小像素面积,在提高透光率的同时像素密度依旧达到了400PPI,从而确保显示的一致性,避免纱帘现象(图8)。
此外,小米MIX4还在主屏和副屏之间增加了过渡区,辅以自研DDIC调校算法与色彩调教,让显示过渡更自然。值得一提的是,MIX4还将连接像素与驱动电路的导线改为ITO透明氧化铟锡材料,同时将原为直线的透明引线改为波浪线(图9),以此控制透明引线的衍射,结合1.6μm融合大像素的前置摄像头和相机A PP层面的点扩散矫正算法、多帧去噪算法、多帧动态范围扩展算法、锐化算法、自动白平衡等算法进一步提升自拍美颜效果。
三星Galaxy Z Fold 3
Galaxy Z Fold 3是三星旗下首款屏下摄像头手机,理论上应该是采用自家的屏下摄像解决方案。可惜,从Galaxy ZFold 3透明屏幕区域的放大图片来看,其屏幕像素排列为一种“低密度大像素”的方式(图10),PPI甚至比中兴A xon 20还要低,因此这款产品的纱帘效应更为明显(图11),而且搭配的前置摄像头像素只有400万,自拍体验也不理想。好在,作为折叠屏手机,Galaxy Z Fold 3使用主摄也能进行自拍,屏下摄像头并非刚需。
OPPO手机
OPPO携手BOE(京东方),在8月19日发布了柔性OLED FDC(Full Display with Camera)屏下摄像头方案,主打1个像素电路驱动1个OLED像素单元设计(“一驱一”技术),使每一个像素可以被单独控制,“透明副屏”和“主屏”可同时达到真正的400PPI高像素密度。结合创新化的屏幕像素排列、透明走线技术、显示精度与全屏一致、亮度与色准精准控制,让屏下前摄区域与整块屏幕的显示效果最大程度保持同步,并且还通过电路和算法优化,将屏幕使用寿命提升了50%。
此外,OPPO还通过数万张照片持续训练AI去衍射算法模型,有效控制光源中的衍射问题,并且通过去雾、HDR、AWB等一系列算法大幅提升了屏下摄像头的成像质量,最终效果进一步接近传统前摄(图12)。需要注意的是,OPPO尚未正式量产屏下摄像头手机,京东方柔性OLED FDC的实际效果还有待验证。
尚不完美的全面屏方案
總的来说,除了三星Galaxy Z Fold 3,今年新上市的中兴A xon 30和小米MIX4(包括未上市的OPPO)较之去年量产的第一代屏下摄像头手机A xon 20有了明显的改善,独立驱动芯片、透明电路排布、一驱多阵列、一驱一等技术功不可没。
上述三个品牌透明副屏的像素密度虽然都达到了400PPI,但如果放大来看,它们较之主屏区域的像素排列还是有所区别,主要表现就是像素点更小(图13),再怎么优化也难以让主屏和副屏显示相同品质的画面,在某些角度和光线的照耀下依旧会出现纱帘现象。同理,其透光性也依旧受到影响,自拍效果只能无限接近但很难超越传统的(覆盖透明玻璃的)挖孔屏。
正如小米集团卢伟冰所说的那样,现阶段屏下摄像头手机主打的是100%的全面显示,可以带来更震撼和沉浸的视觉体验。但如果你对美颜自拍的要求很高,现阶段还是传统挖孔屏手机更适合你(图14)。