再见，洞和刘海！屏幕下相机的“秘密战争”
下半年以来，中兴Axon30 5G、小米MIX 4、三星Galaxy Z Fold 3等具有屏下拍照功能的智能手机陆续发布，OPPO、vivo的新品也纷至沓来。苹果和华为之前也布局过相关专利...屏下相机进入爆发前夜。
如果说苹果的iPhoneX提出了全面屏的概念，三星A8s开启了穿孔屏时代，那么真正让全面屏回归本质的屏下拍照技术创新浪潮，则完全是由国产厂商引领的。全球首款屏下拍照技术方案和首款量产的屏下拍照手机都出自中国。
依靠协同创新和研发，国内面板厂商和手机厂商在屏下摄像方面站在了C位，在技术和市场上也占据了先发优势。作为屏下摄像技术的主要创新贡献者，屏厂在其中起到了关键作用。从发布的产品性能来看，甚至可以说中国的屏幕技术第一次引领了全球的创新方向和进程。
离屏拍照技术的应用和市场前景如何？有哪些技术难点？国内厂商如何突围？对产业链有什么影响？围绕这些话题，王记伟走访了相关人士，探讨了屏下摄像技术创新突破的背后。
市场呼唤全面屏
为了追求屏幕的完整性，从早期的屏下指纹到窄边框，从齐刘海到打孔、水滴，手机厂商纷纷杀出“黑边”和“下巴”，前置摄像头却成了唯一的“羁绊”。
一些厂商试图通过滑盖和机械升降来解决问题，但也带来了机身笨重、容易出故障等问题。
消费者对全面屏的渴望是迫切的。中兴手机发布的消费者调研报告显示，三分之二的受访者希望拥有全面屏手机，市场对全面屏手机的接受度较高。
手机厂商的追求，或者说消费者的希望，其实就是“全面屏”能够真正回归到它的本质和真正的定义，那就是完整的屏幕。
这一夙愿在去年中兴发布全球首款屏下拍照手机Axon 20时得以实现。由此，“真全面屏”时代正式开启。
在一位手机行业分析师看来，屏下拍照技术被看好。一方面是市场需求存在痛点，之前的方案一定程度上破坏了屏幕的完整性。
另一方面，手机硬件的配置越来越雷同，屏幕上的创新再次成为手机厂商竞争的焦点，比如高像素、高刷新率，而屏下拍照技术的出现成为手机厂商进一步塑造差异化和营销的主要卖点。
“屏下拍照技术成熟后，手机厂商在屏幕上的竞争将进入一个新的阶段，尤其是现在手机厂商普遍围绕智能手机构建生态系统。在移动PC、大屏、智能穿戴等领域，屏幕发挥的作用会越来越重要。”该人士表示。
今年被视为智能手机屏下摄像元年。下半年以来，中兴、小米、三星相继发布了屏下拍照手机，OPPO、vivo的相关产品也即将发布。手机厂商之间的屏下相机大战逐渐升温。
根据行业研究机构CINNO Research的分析，随着屏下拍照方案的不断完善和迭代，它将与打孔方案一起成为未来市场的两大主流技术。CINNO预测，到2023年，带屏下摄像头的智能手机出货量在5%左右，也就是3000-4000万的市场空间。
“相比之前从刘海、水滴屏、穿孔屏推出到占据50%左右市场的1-2年的时间段，屏下相机解决方案仍然受制于技术复杂度、成本等问题。随着解决方案的进一步成熟，成本会下降，未来手机厂商切换全面屏的速度可能会加快。”上述手机行业人士表示。
瞬间的挑战
从2019开始，OPPO、vivo、小米等厂商都展示了屏下拍照技术。直到去年9月，中兴发布全球首款量产屏下拍照手机Axon 20，才标志着屏下拍照技术的真正落地。
之所以之前一直没有有效解决屏下拍照技术，主要是因为它无法有效解决智能手机上最明显的“显示-透光(成像)”矛盾。
为了提高显示质量，像素的增加会降低透光率，影响前置摄像头的成像质量。如果增加透光率，前置摄像头的区域会出现“纱窗”，影响屏幕的一致性，无法完全隐藏前置摄像头。
因此，几平方毫米的前置摄像头面积成为了技术研发的堡垒。
图注:OPPO在2065 438+09 MWC展示了屏下拍照技术——透视全景屏。从2019开始，OPPO已经多次推出屏下相机试玩，目标是100%全面屏。
图注:近日，OPPO举办的未来影像技术大会上展示的屏下拍照技术。
这个被称为“子屏幕”的区域不同于传统的屏幕。相比穿孔屏85%-90%以上的透过率，子屏区域的光学透过率目前只有20%。
CINNO Research首席分析师周华表示，屏幕外摄像技术面临三大挑战:
首先，有机发光二极管像素驱动需要大量的TFT器件和金属走线，这些器件的尺寸和数量决定了前置摄像头区域的屏幕透光率。
第二，有机发光二极管结构复杂，有十几层，每层的透光率不是100%。多层叠加对透光率有一定影响，特别是目前柔性PI基板仍然是黄色材料，对成像影响很大。
第三，因为屏幕上的子像素之间的间隙很小，所以光线被分成网格。同时，光分的越多，线状光波衍射成光带的现象越明显，最终会影响预成像效果，尤其是人像边缘的模糊。所以像素的存在导致了光线不可避免的衍射问题。
以上只是两块不同材质的屏幕所带来的问题，而且由于这两块不同的屏幕在设计、结构、驱动方式上都不一样，考虑到模块堆叠的空间需求和成本控制，需要使用一个驱动IC来实现不同结构、电压、电流下主辅屏幕的颜色、亮度、频率等性能的一致性。
“不让人感觉到这块子屏的存在，很难达到一致的显示效果。就像你有两个不同的乐器，比如一个萨克斯和一个钢琴，然后人家让它听起来一样，那么这个调试就很困难。”维信诺屏下摄像技术总工程师楼俊辉说。
艰难的创新之路
用中兴通讯显示规划总工程师王缉思的话说，“屏下拍照技术的研发是一个极其残酷的过程。”
这种“虐心”指的是在“显示-透光”中不断选择问题的平衡解决方案。
比如在减少像素数增加透光率的方案中，屏幕下方的前置摄像头区域PPI会降低，需要增加这个位置的功率才能达到和其他位置一样的视觉亮度，所以这种技术对子像素的材质有一定的要求；维持像素数量的方案，通过减少每个像素的面积来增加透光率，但是屏下区域的像素变小，功率增加，也对材料寿命提出了一定的挑战。
以上两种方案不仅容易造成烧屏导致使用寿命降低的问题，而且也不能有效地解决光线衍射的问题。
所以目前解决像素问题的主流方案是在TFT器件和走线技术上，通过一组TFT驱动四组像素，不减少发光层，增强透光率，在满足非精细画质要求时可以达到一致的显示效果，在满足精细画质要求时会有轻微的现实差异。
另一方面，为了解决前置摄像头区域显示材质的透光问题，我们主要是在保证亮度和色彩与主屏一致的前提下，改变显示材质(换成透明度高的材质)，比如透明阳极，不加偏光片，引入透明PI，更换的材质需要可量产。
以上主要属于面板厂商解决问题的范畴。
这方面的工作主要由手机厂商来做。即通过前置摄像头的硬件选择和自研算法的结合，达到接近普通手机的拍照水平。
所以可以看出，屏下相机的愿景是好的，但是涉及到很多技术创新，属于系统工程。它需要面板和手机厂商大量的协同研发，经过多次迭代才能克服这一技术壁垒。在解决了技术问题之后，量产、良率、成本成了需要攻克的“下理想城”。
在目前发布和展示的几款采用屏下拍照技术的手机中，中兴Axon 20和中兴Axon 30的推出继续保持先发优势，依托的是维信诺提供的屏下拍照解决方案，这也是全球最早实现量产的解决方案。
图注:小米2019发布“隐屏”技术。
图注:2020年小米的屏下拍照效果。
图注:8月10日，采用屏下拍照方案的小米MiX 4发布。
小米的MIX 4采用了华星光电的方案，但小米董事长兼CEO雷军在发布会上公开表示，由于3D柔性屏幕采用了离屏技术，屏幕良品率低，成本高。根据王记伟的说法，MIX 4线下的商店计划在9月提货。
OPPO的屏下相机解决方案是与BOE合作，但尚未有商业产品问世。
哪个屏幕技术更强？
目前，在众多屏下摄像头技术解决方案中，中兴和维信诺合作采用的方案，被业界视为较为成熟的主流方案。
该方案最重要的专利技术是在前置摄像头区域(子屏)采用了“一拖多”的阵列设计，即“1子像素驱动电路同时驱动其他相同颜色的子像素”，可以简化透明区域的布线设计，大幅提高透过率，使屏下摄像头技术的量产成为可能。据了解，该技术是“屏下摄像”最关键的底层专利技术，也是现有技术条件下突破量产的必由之路。
“与业内其他厂商推出的‘一拖一’方案相比，‘一拖多’阵列设计突破了现有的驱动器架构，需要创意。之所以选择它，是为了追求显示效果和量产之间的最优平衡。”楼俊辉强调。
作为屏下相机量产的主要推动者，维信诺在幕后一直鲜为人知，直到最近维信诺才首次走上舞台，揭秘其屏下相机技术的核心。
除了首创“一驱多阵列”的设计，据楼俊辉介绍，维信诺的屏下相机技术还首创了包括像素驱动电路边缘设置、蛇形电极走线方案等核心发明，简化了子屏内布线，抑制了衍射现象，提高了相机的摄影清晰度。
CINNO Research首席分析师周华表示，目前最成熟的屏下技术方案应该是维信诺和中兴现在合作的屏下技术，包括小米使用的类似技术，周华认为这种技术应该成为未来屏下摄像的主流技术。
自2006年以来，维信诺一直在进行包括PMOLED和HUD在内的透明显示器的研究。从2017开始，维信诺开始探索屏下摄像头的技术。按照目前的屏下摄像头方案，经历了2018的PMOLED+AMOLED方案，2019的semi-AMOLED+AMOLED方案，2019的透明屏显示色块方案，2019的透明屏小阳极方案。
图注:维信诺在2021世界显示产业大会上展示的新一代量产屏下摄像头解决方案InV see Pro。
由于在有机发光二极管和透明显示领域的多年积累，维信诺在屏下摄像技术方面拥有最多的专利授权量和最早的专利申请量。
这也是维信诺能够在去年成功推出全球首个面向屏下技术的量产商用解决方案InV see，并在今年推出升级解决方案InV see Pro，实现副屏分辨率和透过率的快速迭代和性能提升，继续引领屏下相机技术发展的原因。据王记伟介绍，维信诺的方案是目前迭代最快、量产经验最丰富、良品率最高、综合成本最具竞争力的屏下技术方案。
产业链谁会受益？
有业内人士表示，虽然目前的屏下拍照方案已经有一定的成熟度，但仍有优化的空间。
例如，在提高透明度方面，王缉思表示，中兴的下一个目标是在保证400PPI像素的前提下，将透光率从目前的20%提高到30%左右。
“虽然只有10%的提升，但是不容易。需要配合相机选择，选择更好的拍摄算法，进一步增强透明度，抑制衍射。”王缉思说。
此外，屏下相机还将集成更多的屏下感应技术，如屏下3D人脸识别、屏下环境光感应等。，会让未来手机的集成度更高。
同时，离屏技术工艺依然复杂，成本高。据王缉思介绍，中兴使用的屏下相机屏成本比打孔屏高50%以上，未来需要通过规模普及进一步降低成本。
作为基础平台技术，屏下摄像头技术是应用的方向，无论是硬屏AMOLED屏下摄像头、柔性AMOLED屏下摄像头、高端柔性屏下摄像头、中型屏下摄像头等等，都可以应用在笔记本电脑、智能手表、智能手环等产品上。
“对于上述应用场景，维信诺可以提供完整的解决方案，并具备针对客户需求的完整定制开发能力。”娄俊辉说。
作为一项创新技术，屏下拍照技术会给行业带来哪些影响？
楼俊辉说，有四个机会:
一、材料:由于屏下相机技术涉及的材料与正常屏幕有很大不同，所以在新材料上有机会。例如，透明粘合材料有机会取代传统的透明度差的材料。
二、芯片:由于离屏技术采用主屏和副屏，两块屏幕的驱动要一致，显示效果也要一致，这对芯片提出了更高的要求。虽然是挑战，但对芯片厂商来说是机遇。
第三是摄像头:原装摄像头适合盲孔或者通孔。现在因为需要适应透明屏幕，所以需要新的摄像头来适应。
第四，算法厂商:现在业内有大量带屏下摄像头的算法厂商。
商业化进程比计划提前了2年。
相比之前全面的屏内技术创新主要由苹果、三星等国外厂商主导，而屏下拍照技术的变革主要由中国推动。中兴、小米、OPPO成为最早量产并公布屏下技术的三家厂商，而在他们的背后，依靠的是维信诺、华星光电、BOE的解决方案。
如前所述，离屏拍照涉及到很多技术，比如屏幕材料、有机发光二极管器件、阵列设计、驱动算法等等，属于系统性创新。
尤其是对于屏幕厂商来说，这样的创新是极其困难的。在客户和材料设备厂商都不知道真正的“屏下相机”会是什么样的情况下，面板厂商需要自己设计产品形态，制定标准，设计研发，采购材料，测试，难度大，风险大。
“当时我们做这项技术的时候，世界上没有样品，当然也没有产品，所以我们没有任何参考。我们所谓的解决方案都是我们自己的想法，然后我们自己尝试。当时真的有人质疑能不能做到。和国外专家交流，面对客户和产业链，都被质疑，觉得显示和透光的矛盾无法解决。直到我们给他们看演示...如果不这样做，屏下技术的商用进程至少要1-2年以后。”娄俊辉坦言。
从这个意义上说，屏下拍照技术是国内面板厂商技术创新实力的体现。
在纪威咨询显示行业首席分析师李看来，国内面板和手机厂商在屏下拍照技术上的创新，对行业具有方向性的指导意义。
“一方面起到了培育供应链、引导客户的作用。供应链有了明确的优化产品性能的方向，客户也可以把更多的精力和资源集中在适合终端厂商努力的方向上。另一方面，产品成功量产上市后，对其技术的研究可以帮助行业少走很多弯路，减少试错成本。时间和资金投入可以集中在已经被验证的方案上，可以加速屏下技术的推广和普及。”李对说道。
(校对/萨米语)