超能課堂(225):智能手機的屏幕,為什麼做著做著就多了一個缺口?

在跳票了一年又一年之後,蘋果終於在上週發佈了最新款的iPhone SE手機,搭載A13處理器、支持無線充電、支持IP67、雙揚聲器、iOS……算了,這些都是次要的,3299元的起售價讓不少父老鄉親直呼真香。而在父老鄉親們直呼真香的時候,雷蒂斯and磚頭們又指出了另一方面的一些缺陷啊,這都什麼年代了,大家都用劉海、挖孔設計的時候,蘋果還拿出來這種存了多少個年頭的設計。

超能課堂(225):智能手機的屏幕,為什麼做著做著就多了一個缺口?

確實,iPhone SE第二代產品在硬件上是值得大家的真香歡呼的,特別是對於那部分還在追求小尺寸手機的同學來說。你想一下,在2020年還能買到這麼小尺寸的性能高、做工好的手機,基本上就相當於做夢了。另一方面,這款iPhone 6ssss手機,粗壯的上下邊框,也是讓人夢迴2014年。一個設計用6年的手機公司,差不多就蘋果這一家了吧。

超能課堂(225):智能手機的屏幕,為什麼做著做著就多了一個缺口?

這是iPhone SE第二代,不是iPhone 8

從2014年-2020年,6年時間的沉澱,智能手機在正面屏幕上發生的變化已經相當相當大了。你試著拿著挖孔屏的魅族17讓2016年的黃章(或者李楠?)看看,他可能會停下手中正在打磨的工作……咳咳,扯遠了,我們今天主要是來回顧一下從iPhone 6到iPhone 6ssss這段時間裡智能手機正面屏幕的“額頭”發展歷史的。

2014年到2020年的智能手機“額頭”都經過了怎麼樣的整容手術?

開始的時候我們說到,iPhone 6ssss年代裡,大家都用劉海屏幕、挖孔屏幕等等異形屏幕了,而這背後的一個主要原因,就是手機在往全面屏的方向發展,就是大家都想把手機的正面都做成屏幕。在全面屏概念之前,廠商就已經開始對手機的邊框動了念頭,這其中殺出來的讓人印象深刻的品牌有樂視、努比亞以及魅族。在互聯網手機品牌的浪潮裡,半路殺出來的樂視憑藉著ID無邊框換來互聯網上一片吐槽,努比亞則是憑藉著自己在光學領域的造詣打造出視覺無邊框的產品,魅族則是把左右邊框做得非常極致。

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ID無邊框,來源看水印

手機廠商糾結著一點點摳手機邊框的空間,其實更多的都是在摳左右邊框,因為上邊框裡面隱藏著許多的元器件(揚聲器、前置攝像頭、環境光傳感器等等),下邊框有指紋識別傳感器,都是不好搜刮的兩個地方。就在這時候,夏普在2014年悄咪咪地祭出了全面屏的原型產品AQUOS Crystal,幾乎把上邊框、下邊框都幹掉了,留下了大大的下巴,而那些本來應該在“額頭”的地方,全部都長到了“下巴”上。這個也是後來驚豔了大家的小米MIX的原型。

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小米MIX

我們需要留意兩個時間點,夏普AQUOS Crystal的推出時間是2014年,小米MIX的推出時間是2016年。因為夏普手機面向的市場原因,直到小米MIX手機之前,國內的小夥伴對於夏普的那款手機的認知並不多。另外,小米為了達到全面屏的效果,還把聽筒給幹掉了,用上了屏幕發聲技術。而且,全面屏的概念也是隨著小米MIX的推出而發展起來的,這個概念還真的就是小米提出來的,當時的小米MIX把屏佔比做到了91.3%。這樣的額頭移植到下巴的全面屏,在小米MIX系列手機中傳承了三代。

在大家對於智能手機屏幕還保持著相當剋制的做法的時候,對於不可缺的前置攝像頭、環境光傳感器等元器件,廠商採用這種挪位置的做法,可以說相當驚豔了,能夠輕鬆做到90%以上的屏佔比。

另外,關於這個全面屏的概念啊,還有一段小插曲。有廠商在發佈自己的產品的時候,直接就把全面屏定義成18:9的屏幕了,大家都開始爭誰是“全面屏”的發明者了……由此可見,全面屏發展之後,還把智能手機的屏幕帶向了更長的方向發展。

在廠商苦於把全面屏宣傳成18:9屏幕的時候,由於把前置攝像頭放置在屏幕下方會帶來許多不便的地方,比如說大家就喜歡把小米MIX的人臉識別調侃成鼻孔識別……於是,安卓之父Andy Rubin創立的Essential在2017年5月份糾正了這樣一個方向錯誤的發展方向,開始在手機的屏幕上動手腳,推出了首款水滴屏設計的安卓智能手機,當時大家更喜歡管這款產品採用設計叫做美人尖。同年,夏普8月份發佈了同樣採用水滴屏設計的S2手機,蘋果發佈了劉海屏的iPhone X。所以,2017年就是智能手機屏幕被挖走一塊的元年。

超能課堂(225):智能手機的屏幕,為什麼做著做著就多了一個缺口?

大家都以為是iPhone教壞了安卓手機廠商,教他們做各種殘缺的屏幕。其實不然,因為在iPhone X之前,兩家不太被國內的大家所熟悉的手機廠商就推出了類似的設計,而iPhone X為了實現更多的功能把“劉海”留得更寬。iPhone X的劉海里集成了紅外攝像頭、泛光感應元件、距離感應器、環境光傳感器、揚聲器(聽筒)、麥克風、前置攝像頭以及點陣投影器等8個元器件,集成度非常高,所以iPhone的“劉海”面積相較於其他手機的可能會顯得更大。

在開了對屏幕動刀這個頭之後,手機廠商為了追求極致屏佔比,做出來的產品就相當奔放了,異形全面屏的發展速度也是快到不行。在水滴屏、劉海屏之後,三星隔年(2018年12月)就掏出了“挖孔屏”的Galaxy A8s,榮耀一星期之後尾隨。基本上,廠商為了追求極致屏佔比所做出來的異形屏主要就是以上三種了,水滴屏、劉海屏以及挖孔屏。

主流異形屏種類

劉海屏

劉海屏可以說是iPhone在跟上全面屏潮流之後催生的產物了。作為iPhone誕生十週年的作品,蘋果把這款產品區別於當年的iPhone 8系列,名字就叫做iPhone X。iPhone X採用了當時興起的全面屏設計,把上下邊框做到了和左右邊框一樣窄。這樣做的一個結果就是Touch ID所依賴的下邊框的面積不再能夠容納下指紋識別傳感器,並且上邊框也不再有足夠的面積容納下前置攝像頭等元器件。

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對於採用全面屏設計之後出現的各種問題,蘋果的解決方案也是相當簡單粗暴,既然不能容納下Touch ID所需要的指紋識別傳感器,那就直接幹掉,採用全新的3D人臉識別。這樣指紋識別和前置攝像頭兩個問題就變成了前置攝像頭一個問題了。然後,蘋果就從顯示屏的頂部摳出來一部分,作為容納前置攝像頭、環境光傳感器、聽筒等元器件的地方,Face ID的元器件的問題也一併解決。

相較於我們已經習慣的規則屏幕來說,“劉海”的出現可以說是相當影響視覺效果的了。於是,在對待手機屏幕的“劉海”的態度上,不同的廠商就有著不同的態度,蘋果的態度很強硬,應用不能刻意隱藏,而且還要正確利用“劉海”兩邊極其有限的面積。反觀安卓手機廠商上,似乎顯得人性化許多,在系統內就集成了隱藏劉海的選項,似乎是做了這樣的設計之後自己都嫌棄這樣的設計之醜。

水滴屏

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Essential Phone,凸起來的是模塊化配件,圖片來自cnet

相較於劉海屏,水滴屏的切割面積可以做到更小,因為手機廠商在“劉海”中包含的元器件並沒有像iPhone裡面的那麼多,所以他們乾脆就只保留前置攝像頭,把其他所需面積更小的元器件放到邊框中。更小的切割面積意味著更高的屏佔比,當然,也就帶來了更好的視覺效果。於是,在劉海屏之後,水滴屏成為安卓手機廠商的又一熱門設計方案。在水滴屏設計方案上,OPPO應該是一大代表。

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OPPO R17

雖然水滴屏的出現都是為了收容前置攝像頭,但是,不同廠商的處理方式是不同的。比如說OPPO,他們就會考慮到屏幕的最終視覺感受,於是就對“水滴”的邊緣進行更多的弧邊處理,帶來更加自然順暢的線條。而部分廠商就非常粗暴,直接壓縮“劉海”,左右邊平推到攝像頭附近,形成一個U口凹槽,這是最初的水滴屏的形狀。

挖孔屏

挖孔屏相較於劉海屏和水滴屏來說,可以說是異形屏的新血液了。這種類型的屏幕從去年開始興起,逐漸被更多的手機廠商看上然後應用到自己的產品當中。到了今年,從各家已經發布的驍龍865機型來看,挖孔屏成為了主流。不同的廠商對於挖孔的位置不盡相同,有的喜歡挖左上角,有的喜歡挖空間,也有的喜歡挖右上角。擺脫了和邊框的連接之後,前攝的位置就更加自由奔放了。

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在視覺效果上,如果說水滴屏是劉海屏的升級版本,那麼挖孔屏就應該是水滴屏的進化版本……了吧。挖孔屏就是直接在前置攝像頭需要的位置直接進行挖孔,來容納前置攝像頭。由於廠商對於前置攝像頭的應用不同,挖孔屏有單挖孔和雙挖孔。

對於單挖孔的產品來說,你可以理解為是水滴屏的升級版本,進一步提升屏佔比提升顯示面積。如果挖孔面積控制的非常小的話,這個挖孔對於實際的顯示效果影響就非常小了。而對於那些雙挖孔的產品來說,它們更像是當初“小劉海”的迭代版本,甚至於說這些雙挖孔的產品中。

在雙挖孔的屏幕上,雖然“挖孔”處看起來就像一個完整的藥丸,但是實際上,有些雙挖孔屏顯示這個藥丸視覺效果僅僅是廠商對屏幕顯示內容的一種處理效果,而兩顆攝像頭的挖孔其實是獨立的。這樣的處理效果有點類似於當初隱藏劉海。不過,對於挖孔屏的處理,也還是有比較多的手機廠商內置了隱藏挖孔的系統設置選項……

目前智能手機上的雙挖孔還沒有一左一右的,也沒有居中雙挖孔的。

還有一個不算異形變化的變化

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隨著全面屏概念的發展,廠商把手機的屏幕越做越大,至少從屏幕尺寸數字上來看是這樣的。但是實際上,手機的整體尺寸並沒有多大的變化。反映到實際手機產品中就是,之前小米發佈5.99英寸的小米MIX 2的時候,他們宣傳能夠帶來5.5英寸手機的手感。當時我們討論這個事情的時候,更多地往手機邊框被做得更窄的方向去想了。

但是,其實手機邊框的變化對於5.99英寸的手機做到5.5英寸的手感來說,貢獻其實不算大的。關鍵是手機屏幕長寬比的變化。小米MIX 2的長寬比已經做到了18:9,而不是原來的16:9。據一個簡單的例子來說明這個比值的意義,假如原來的手機屏幕寬度是9釐米,它對應的長度就是16釐米,後來又變成了18釐米。而我們所說的屏幕尺寸數值一般是指屏幕的對角線的長度。所以5.99英寸的小米MIX 2的屏幕在寬度上相比原來16:9的5.5英寸屏幕,並不會出現比較大的變化,做到握持手感差不多,也就不是一件什麼難事。

這個手機屏幕的長寬比的變化就說明了一件事情,那就是手機廠商在智能手機上用了更長的屏幕,並且屏幕的長度在這幾年來還一直在漲,索尼已經做到了21:9,大部分手機廠商的產品也都做到了19:9和20:9之間。所以,現在市面上的智能手機,相較於原來我們看習慣了的手機,會顯得特別長。

異形屏出現對於手機應用的影響

像劉海屏、水滴屏以及挖孔屏等異形屏幕應用之後,除了在視覺效果上帶來影響之外,還影響著應用的顯示效果。最明顯的應該就是視頻播放以及遊戲等實際應用場景了。即便是從2017年異形屏開始普遍應用以來,各大手機廠商以及各大應用、遊戲開發商,都沒能夠很好的解決異形屏帶來的顯示問題。

在iPhone X剛開始使用劉海屏幕的時候,屏幕變化主要有兩點,一個點就是劉海的出現,另一點就是變得更長(19.5:9)了。由於iOS的顯示機制和安卓的有所差別,iOS應用不能夠通過簡單的上下拉伸畫面來鋪滿屏幕,這時候,如果手機上的應用沒有適配iPhone X,那麼就會出現上下存在一大塊黑邊的情況,完美掩蓋劉海的同時也帶來個大下巴。而安卓的應用就可以簡單粗暴些,直接拽著應用的上下邊往屏幕兩邊拉伸鋪滿屏幕,手機廠商在這種“長屏”應用初期,還在系統內置了強制應用全屏運行的設置項。通過拉伸的方式讓未適配的應用鋪滿屏幕,理論上顯示內容在數量上和原來還是一樣的。

所以,只有當應用開發商適配了這種“長屏”特性之後,現在智能手機的大屏優勢就能夠很好的體現,上下能夠呈現更多的內容,合理利用屏幕顯示面積。

另一方面,異形屏的“劉海”、“水滴”以及挖孔實際上都是會造成顯示內容的缺失的,最明顯並且現在也都還沒解決的就是視頻播放以及遊戲兩個場景。比如說目前採用劉海屏設計的iPhone播放視頻的時候,“劉海”是直接“遮擋”視頻內容的,也就造成顯示不全的問題。而安卓手機方面,由於系統的開放性,各家的處理方式也不盡相同,有的會規避異形區域進行顯示,這樣就造成屏幕顯示區域利用率不夠;也有直接效仿蘋果的;另外第三方應用可能也會推出自己的解決方案。

而在遊戲方面,在早期上手過異形屏手機的小夥伴可能就會發現,“劉海”的位置有時候是需要放置操作按鈕的,遮擋之後意味著相關按鈕無法進行操作,往嚴重了說就是這個遊戲暫時玩不了了。不過,異形屏發展到現在,絕大部分遊戲都已經推出了相關適配方案。

目前,主流手機廠商方面也都各自推出過自己的適配方案,來幫助開發者適配自己的異形屏設備。除了視頻和遊戲之外,現在的應用對於異形屏的適配都已經相當成熟了。

異形屏的處理器工藝

雖然說手機的異形屏影響視覺效果以及影響使用,但是手機廠商還是需要花成本來完成屏幕的切割的,並且還帶來了良品率的問題。所以,其實廠商在提高手機屏佔比這件事情上,花費的成本還是比較高的。目前,應用在異形屏上的主流切割技術有刀輪切割、CNC研磨及激光切割。

其中機械刀輪切割異形屏的應用上,由於沒有高溫問題,也就不會導致框邊黃化與熱點缺口等問題出現。但是,這種技術同時也存在切割速度慢、精度低、存在較大毛邊損傷等問題。刀輪切割的崩邊在100μm以上,精度70μm,效率較快,粗糙度大於100μm,無法切割小尺寸異形,良率低,具有粉塵汙染。

CNC研磨相較於刀輪切割在精度上會相對較高,崩邊在40μm左右,精度30μm,粗糙度大於1μm,無法切割U形,良率高,具有粉塵汙染。但是,這種加工方法的效率比較慢。

激光切割可以切割任意尺寸以及形狀,崩邊小於10μm,精度30μm以下,粗糙度小於1μm,良率高,無粉塵汙染。

在加工上看上去激光切割是最優解,但是,這種加工方法存在一定熱影響,切割後產生的熱量會在切割線邊緣產生應力裂紋,使玻璃的強度降低。而在切割之後進行CNC研磨,沿切割玻璃的邊緣研磨一圈,將細小微裂紋磨掉,就可以提升玻璃強度,提高屏幕抗衝力和彎曲能力。因此,雖然激光切割方案作為主流方案,但目前採用較多的仍然是激光+CNC複合的方式。

幹掉異形屏的關鍵:屏下攝像頭

異形屏幕的使用應該只是全面屏手機發展過程中的一個過渡形態,就像是當初的後置或者和電源鍵結合的指紋識別傳感器。在全面屏形態智能手機發展起來之後,前置的指紋識別傳感器和前置攝像頭等元器件都是全面屏發展的阻礙,只是屏下指紋識別的技術和屏下攝像頭存在不同程度的技術難度以及技術要求,所以屏下指紋和屏下攝像頭兩項技術的實際商用時間並不一樣。現在屏下指紋識別技術已經在智能手機上得到了相當廣泛的應用,而屏下攝像頭技術可能還需要再等等。

目前在智能手機上應用的兩種主流的屏下指紋識別方案主要有超聲波屏下指紋識別以及光學屏下指紋識別,其中的光學屏下指紋識別本質上還是一種屏下光學成像技術。手指在支持光學屏下指紋識別的手機上進行識別的時候,屏幕會先發光,光線遇到進行識別的手指之後,會產生反射,反射之後的光線會經過屏幕像素之間的間隙到達屏下的傳感器,最後傳感器接收到圖像信息然後和已經錄入的信息進行對比。基本上這就是光學屏下指紋識別的一個簡單完整過程。

手機上的光學屏下指紋識別工作的時候,屏幕會首先在識別的位置發出來比屏幕正常使用是強上好多的光束,來“照亮”手指的指紋信息。這個過程就是解決光的問題,要有足夠的光照射到手指上,並且產生的反射的光足夠強的時候,反射光才能帶著指紋圖像信息到達屏幕下的傳感器。而屏下攝像頭要最終完成成像,難度就要比指紋識別難得多。比如說,通過屏幕發出的光來給拍攝物打光,然後產生比較強烈的反射光,就是一件很不現實的事情。

另一方面,目前影響屏下攝像頭成像的因素之一就是屏幕透光率。屏幕中的像素點、電路等都會大幅降低屏幕的光線透過率。為了保證屏幕的透光率,減少前攝區域的屏幕像素、電路排布是一個解決辦法,但是這樣處理之後就會導致屏幕顯示效果的問題。所以如何兼顧好屏幕透光率和屏幕顯示效果,是目前需要解決的一個大問題。

在屏下攝像頭落地商用之前,除了異形屏的解決方案之外,手機廠商還應用了物理結構來解決前置攝像頭等元器件的問題,比如說物理升降式結構以及復古的滑蓋結構,但是這些物理結構相較於異形屏的使用,相對來說還是少數。所以,異形屏仍然是全面屏發展歷史中重要的過渡形式。


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