屏下摄像新战事:三家手机商方案“撞脸”,三星再秀 OLED“黑科技”

2021/8/17 18:56:05 来源:智东西 作者:云鹏 责编:懒猫

到底什么才是一块完美的手机屏幕?

对于这个问题,每家厂商都曾尝试给出不同的答案。但有意思的是,每到一个时间节点,大家就会共同追逐某种特性或技术。

比如曾经的全面屏、高刷新率,今天的屏下摄像。

▲ 小米 MIX4

屏下摄像技术从某种角度来说更像是全面屏技术的一种延续,让全面屏变得更加“完美”,没有打孔、没有水滴、刘海。

7 月 27 日,中兴第二代屏下摄像手机中兴 A30 发布;8 月 10 日,小米首款屏下摄像手机小米 MIX4 发布;8 月 11 日,三星 Galaxy Z Fold3 同样采用了屏下摄像技术,但“纱窗”效应明显引起了不少人吐槽。

▲ 从左至右依次为:小米、OPPO、中兴、三星

全球手机销量排名前二的厂商都已经量产了屏下摄像手机,而且还用在了主力旗舰机上,是不是说明,屏下摄像技术已经初步成熟?

从 2019 年各种展会上厂商们大秀屏下摄像黑科技的“1.0”到去年中兴首次量产屏下摄像技术的“2.0”,再到今天小米、三星接连量产落地,屏下摄像之战,正迈入“3.0 时代”,从“一枝独秀”变为“三国杀”。

中国经营报报道称,有分析机构预测,2025 年屏下摄像手机将会占据全球智能手机出货量的 45%,屏下摄像将成为主流手机屏幕形态。

从屏下摄像技术初露锋芒到如今规模落地,在每个技术关键节点,智东西都做了深入解读(《OPPO 小米互掐,三星黄雀在后!一文看透屏下摄像头暗战》、《小米中兴大战屏下摄像,苹果三星坐等被吊打?》)。

此次屏下摄像手机密集发布背后,实现屏下摄像到底需要哪些关键技术,国内屏幕产业链又有哪些技术突破,从而“吊打”三星?都是值得深入探求的问题。

01.小米、中兴、OPPO 三家方案“撞脸”,搞定屏下摄像分几步?

从 2019 年到 2020 年上半年,小米、OPPO、vivo 三家在屏下摄像技术上争得火热,结果去年 9 月,中兴 A20 发布“截胡”,其成为了全球首款量产的屏下摄像手机。

不过中兴 A20 作为第一代产品,屏下区域显示效果还不尽人意,分辨率较低,有一定的“纱窗感”。

▲ 中兴 A20 屏下区域浅色背景特写

当时关于屏下摄像技术的讨论有一个很显著的特点,就是各家都处于探索阶段,给出的方案也不尽相同,不过核心的问题只有一个:如何在提升透光率的前提下兼顾显示效果?

今年,不论是中兴、小米、OPPO 都再次交卷,而三星也首次给出了自己的解决方案,可以很明显的看出,除了三星,国内三家厂商都采用了极为相似的思路。

甚至看了他们的方案后,我一度有种“撞脸”的感觉。

▲ 显微镜下几种方案的屏下区域与正常区域像素对比

他们的屏下技术突破都集中在屏幕像素排布、屏幕驱动芯片、屏幕电路排布和拍照软件算法这四个方面,并且技术思路也基本一致。

拍照需要光,越多越好,所以屏下摄像的主题就是“提升屏幕透光率”,让藏在屏幕下面的那颗相机传感器可以接收到更多光线。

在像素排布方面,由于屏幕上一个个像素都是不透光的,所以在屏下摄像技术发展早期,厂商们的思路主要是减少屏幕像素数量,从而增加透光率。

但这样做的弊端显而易见,阻挡光线的像素少了,但负责显示的像素也少了,显示效果就大打折扣。

所以今年厂商们普遍采用的方案都是在保持原有像素数量的基础上,减小每一个子像素的大小。也就是说,让像素之间的“空隙”增大,从而透过更多光线。

非常“巧合”的是,中兴、小米和 OPPO 都宣称自家方案的屏下区域像素密度达到了 400PPI,可以达到跟非屏下区域几乎相同的显示效果。

▲ 中兴

▲ 小米

▲ OPPO

在这里,厂商们几乎都提到了“物理像素密度不变”这个点,简单来说,就是屏幕分辨率不降低。

但实际上,虽然数量没变,但大小却变小了,更小像素的显示效果必然是与标准像素的显示效果有差距的。

就像 10 个 50W 的灯泡和 10 个 5W 的灯泡做对比,虽然都是 10 个灯泡,但亮度一定是有差异的。

▲ 小米屏下摄像区域像素与屏幕其他区域像素对比示意图

如何解决这个问题呢?这也就带出了三家厂商方案的另一个相同点,他们都为屏下区域的屏幕专门配置了一颗独立驱动芯片。

通过专门的驱动芯片来驱动这些特殊的“小像素”,让他们达到跟周围标准像素更接近的显示效果。

也就是说,中兴、小米、OPPO 方案下的屏下摄像手机,其实都搭载了“两块屏幕”,一块常规、一块屏下,而两块屏幕分别搭配一颗驱动芯片。

▲ 中兴

▲ 小米

除了像素排布和独立驱动芯片,中兴、小米和 OPPO 也都对屏下区域的电路排布进行了优化。

点亮每一个像素都需要通电,也就需要电路与像素连通。而电路是不透光的,所以三家厂商的思路无非有二:让电路排布更简洁或者采用更透明的电路材料。

小米和 OPPO 同时应用了这两种方式,中兴则是侧重于让电路排布更加简洁。

▲ 小米透明引线设计

▲ 中兴屏下区域电路设计

值得一提的是,小米、OPPO 和中兴三家方案有些区别的一点是屏幕材料的选择。中兴明确提到了他们的屏幕中,有 7 层采用了“高透材料”,其中 3 层采用了特殊工艺。

小米和 OPPO 几乎只在电路方面提到了透明材料的使用,但其他屏幕材料并没有过多提及有新的改变。

其实初期厂商们曾经尝试过采用透光率更高的各类 OLED 屏幕材料,但“更透明”的 OLED 屏幕材料,其显示效果终究不如标准 OLED 材料来的好。

这也是最终厂商们普遍选择“宁可减小单个像素大小,也不愿在像素本身的材料上做过多改变”的主要原因之一。

当然,除了上面这些硬件、材料、结构设计方面的突破,软件算法也是屏下摄像技术实现的关键一环。

物理设计上的突破提升了进光量,而软件算法要做的,就是解决后半段工程:在这个进光量基础上,如何让照片更好看。

▲ 中兴

▲ 小米

▲ OPPO

为此,各家厂商都推出了自己的算法,而这些算法都有一个明显的共同点,就是“画质增强”。因为光线不够,初期成像信息不足,所以需要算法来进行“补充”。

算法负责让芯片得到那些他“没有看到”的光线信息。

比如色彩的准确性、图像的细节纹理表现都需要算法协同才能实现良好的效果。

屏下摄像要面对“鱼和熊掌不可兼得”的问题,显示效果和拍照效果需要权衡取舍。

总体来看,小米、中兴和 OPPO 的屏下摄像方案都更加侧重于保证显示效果。也就是力求避免屏下区域“看着别扭”、“突兀”、“难看”这样的效果出现。

让消费者有“无感”的体验。

而拍照效果方面,目前来说主要是通过后期算法进行打磨优化,减少进光量少、屏幕结构衍射等因素带来的影响。

可以说,当下国内的屏下摄像方案,已经做到了较强的可用性。

02.三星再秀 OLED“黑科技”

相比之下,三星这次的屏下摄像方案侧重点与国内厂商有所不同。

三星上周刚刚发布的新折叠屏旗舰 Galaxy Z Fold3,其内屏右上侧放置了一枚屏下摄像头。

从实际观感上来说,其“纱窗感”是十分明显的。尤其是在浅色背景下,屏下摄像头的位置“暴露无遗”。

从屏下摄像技术来说,三星 Galaxy Z Fold3 的发布有些“生不逢时”,前面中兴、小米和 OPPO 刚刚展示完方案,恰好这三家的方案更侧重于显示效果。

这就让不少消费者看完三星屏下摄像方案后纷纷开始吐槽,表示三星这次着实被国内厂商“吊打”了一把。

要说三星在手机屏幕领域受气?这可能还真是不多见的一次。

当然,根据目前曝光的三星 Galaxy Z Fold3 屏幕像素排列方案来看,三星采用的是一种“低密度大像素”的方案。

▲ 三星屏下摄像头像素排布方案

屏下区域的红、蓝、绿子像素通过特殊的排列组合方式被“打包”成一颗“巨型像素”,而每个巨型像素之间的间隔非常大,从而提升屏幕透光率。

目前这种方案单从显示效果来看是要明显落后于国内三家厂商的,而其在功耗、寿命等方面是否“更优”,暂时还没有看到官方相关披露。

知名数码博主冰宇宙曾透露,三星的屏下摄像方案透光率可以达到 40%,而小米第三代屏下摄像方案的透光率则为 15% 左右。

相比之下,显然三星方案具有实现更好自拍效果的进光量基础。但事实证明,三星 Galaxy Z Fold3 的自拍效果甚至还要略逊于中兴、小米等厂商的屏下摄像手机。

不过,三星这次仅采用了一枚 400 万像素前置镜头,后续如果搭配更好的传感器并进一步优化算法,应该还有较大提升空间。

退一步说,三星 Galaxy Z Fold3 作为一款折叠屏手机,可以通过后置镜头和副屏的配合实现更高素质的自拍,内屏自拍的重要性好像也显得不那么重要了。

就在昨天,三星公布了自己最新的 OLED 屏幕技术,名为“Eco² OLED”,据称功耗可以降低 25%。并且该技术已经用于三星 Galaxy Z Fold3 内屏。

▲ 图片来自三星官方

在这项技术中,三星通过一种新的面板层压结构阻挡了外部光线反射,并用这种层压结构替代了 OLED 屏幕中的核心材料偏光片,让屏幕透光率提高了 33%。

可以看到,在屏幕核心技术领域,作为全球 OLED 市场毋庸置疑的霸主三星,其研发能力依然不容小觑,一些前沿材料的突破仍然要看三星。

看到差距,也要肯定成绩。不论如何,在屏下之战 3.0 的这场“揭幕战”中,单从屏下区域的“隐藏效果”来说,国产屏企着实给三星屏“上了一课”。

03.新机为何“扎堆落地”,屏下摄像真的“成熟”了吗?

在中兴、小米、三星屏下摄像旗舰机密集轰炸八月手机市场背后,为什么厂商们这次在时间选择上这么“默契”,或者说扎堆发布?是我非常关注的一个问题。

手机产品中某个新特性的出现,往往跟上游产业链中的技术进步是密切相关的。

比如手机存储性能的大幅提升就是因为 LPDDR5 内存和 UFS 3.1 闪存硬件的量产落地,而手机长焦拍照性能的大幅提升则是因为潜望式长焦镜头模组技术的广泛应用。

在屏幕领域,这一点体现的也尤为明显,比如屏幕材质的升级让屏幕实现更高的峰值亮度和更好的色彩表现。

在手机终端厂商们的 PPT 中,我们也可以看到,此次屏下摄像技术的落地,与屏幕企业的技术突破也密不可分。

屏下摄像技术,主要牵涉到的部件就是屏幕,虽然终端厂商都宣称是“联合研发”,但有业内人士告诉智东西,其实屏幕厂商参与的部分还是要多于终端手机厂商的。

毕竟屏下摄像的重点还是在于屏。

根据业内曝光信息来看,目前中兴 A30 系列屏下摄像手机采用的是维信诺的屏幕方案,小米 MIX4 采用的是 TCL 华星光电的方案,而 OPPO 展示的屏下摄像技术采用的是京东方的解决方案。

在与某位国内屏幕龙头企业人士交流后我得知,在这一波屏下摄像头落地潮背后,屏幕制造和软件算法技术的改善和突破是主要的驱动因素。

前文提到了很多屏下摄像方案的优化技术点,比如小像素、独立驱动芯片、透明电路排布,而这些技术实际上都需要在屏幕厂商的产线上真正“做出来”,才能实现最终的量产。

这背后需要生产设备、生产工艺的配合,也需要大量研发上的不断试错、调教。

而在关键的软件算法调教方面,终端厂商也是无法独立完成的,需要跟屏幕厂商甚至镜头厂商联合调教,同时每一个设计的细节调整会造成怎样的实际影响,都需要屏幕厂商和终端厂商的紧密协同配合。

目前,国内屏幕产业的主流玩家,包括京东方、TCL 华星光电、维信诺、深天马、和辉光电等,都早已开展了屏下摄像技术的相关研究。

其实从 2018 年开始,国内屏幕玩家就已经开始推进屏下摄像技术的研究,在 2019 年、2020 年的各类重要屏幕展会上也多有国内屏下摄像方案亮相,经过三年多积累,今年终于开始集中量产落地。

其中京东方、TCL 华星光电和维信诺在 AMOLED 屏幕领域走的更快一些。而深天马则将重点放在了 LCD 屏下摄像技术上,并且已经在一些行业展会上展示过了自己的 LCD 屏下摄像解决方案。

有天马相关人士告诉智东西,他们现在将主要精力放在了 LCD 屏下摄像上,目标是 2500 元左右的整机市场。

不论是 AMOLED 屏幕还是 LCD 屏幕,我们都能看到,屏下摄像技术毫无疑问已经成为了屏幕领域的关键趋势技术之一。

04.自拍效果有待提升,屏下摄像技术才刚刚“上道”

屏下摄像技术从走入大众视野至今不过两年多时间,手机发布数量也仅有四款。尽管当下屏下摄像技术讨论的热度颇高,几款国内屏下摄像手机的初期市场反馈也不错,但不可否认,屏下摄像技术仍然处于发展初期阶段。

在初步解决了“纱窗”问题、“自拍模糊”等问题后,屏下摄像技术也算是刚刚“上道”了。

不过从小米 MIX4、中兴 A30 和三星 Galaxy Z Fold3 的实际自拍样张中我们也可以明显看出,目前屏下摄像技术在优化前置拍照效果方面仍然有较大提升空间。

▲ 左:小米 11 Ultra,右:小米 MIX4(屏下摄像自拍)

很典型的,屏下前置自拍目前还无法处理一些背景中的“高光”物体,比如电灯或者亮度较高的光源,会有明显的光斑,也就是光线衍射造成的影响。

另外,人物的皮肤细节、物体表面的细节纹理对于屏下摄像技术来说仍然是比较大的挑战。

可能正如雷军在发布会上说的那样,“如果你真的追求极致自拍,我还是建议你选择打孔屏手机。”连雷军都这么说了,也可见这个问题有多么凸显。

TCL 相关人士告诉智东西,屏下摄像技术目前提升空间很大,仍然称不上“成熟”。

在屏下摄像技术发布后,我也了解身边一些普通消费者对于屏下摄像技术的看法。在有些人看来,手机之所以搭载了前置摄像头,其核心属性就是自拍,就是要拍出好照片,或者快捷的完成前置人脸解锁。

而屏下摄像技术,不但让自拍的效果变差了,还让人脸解锁变得不灵敏了,有些得不偿失。

也有一位资深数码爱好者告诉我,他认为屏下摄像技术就是厂商们在前沿技术领域的一种探索,追求“完美”屏幕显示的一次尝试,虽然目前来看还不够完美,但的确是一种有价值的探索。

▲ 小米 MIX4 包装盒内卡片

05.结语:屏下摄像远不是终点

屏下摄像技术经过两年多发展,从概念到首发,再到多家主流厂商量产,已经步入了 3.0 时代,屏下摄像手机已经在显示效果和拍照效果上初步找到了一个平衡点,并具备了较好的可用性。

从屏下摄像技术的发展中我们也能看到,国内厂商在屏幕领域新技术的推动、应用方面,甚至已经走在了传统屏幕巨头三星、LG 的前面,国内终端厂商的采纳也会进一步推动技术的迭代进步,形成良性循环。

手机屏幕作为当下人机交互的核心入口,其形态的探索从未停止,折叠屏、屏下摄像接连落地。更大的屏幕、更完整的屏幕、更好的显示效果永远是市场追逐的方向,屏下摄像是一次大胆的尝试,但一定还会有更惊艳的屏幕技术在等着我们。

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关键词:手机屏下摄像

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