Подэкранные камеры: как и почему это изменит наш визуальный опыт в будущем

Дисплеи смартфонов и телевизоров стали невероятно четкими, яркими и контрастными за последние несколько лет, и большая заслуга в этом заключается в быстром улучшении технологии OLED. Эта технология отображения достигла уровня, когда на рынке представлены гибкие, складные и даже сворачиваемые OLED-дисплеи.

Но что дальше?

Чтобы говорить о будущем OLED, нам нужен был кто-то изнутри, эксперт, который активно участвует в разработке OLED-панелей. Это стал генеральный директор OTI Lumionics Майкла Хеландера. 

Майкл имеет докторскую степень. Кандидат технических наук от Университета Торонто. Он вместе со своим коллегой Чжибином Вангом стал соучредителем OTI Lumionics еще в 2011 году после того, как они сделали важное открытие, снизив энергопотребление OLED-экранов при одновременном увеличении их яркости. 

С тех пор OTI Lumionics полностью участвует в исследованиях и разработках OLED. Но их самая захватывающая разработка – это новый электрод ConducTorr™, который открывает новые возможности для OLED-панелей.

В интервью на прошлой неделе Майкл поделился своими невероятными знаниями о камерах с недостаточным дисплеем и OLED. Я так много узнал об OLED в интервью, что даже после удаления неважных деталей эта статья оказалась исключительно длинной. Итак, я решил разделить это интервью на две части.

Сегодняшняя статья будет посвящена камерам под дисплеем, принципам их работы, их будущему и проблемам, с которыми сталкиваются производители при массовом производстве. 

Вторая часть этого интервью будет опубликована позже на этой неделе и будет посвящена прозрачным OLED-телевизорам и их применению, а также некоторым идеям о складных OLED-панелях. 

Обратите внимание, что из-за характера интервью эта статья не будет в формате простых вопросов и ответов. Вместо этого она будет сосредоточена на определенных областях камеры под экраном, таких как ее разработка и приложения. Но будьте уверены, я изо всех сил старался сохранить тон Майкла и его объяснения. 

Я надеюсь, что это интервью окажется невероятно проницательным и даст вам полное представление о том, как работают подэкранные камеры и как они будут применяться в будущем.  

Какой вклад OTI Lumionics вносит в индустрию OLED?

Большинство из нас, вероятно, никогда не слышали о названии OTI Lumionics. Это потому, что она не производит OLED-дисплеи потребительского уровня, такие как LG Display или BOE. Вместо этого компания работает за кулисами и помогает производителям дисплеев изготавливать OLED-панели для смартфонов, телевизоров и т. д.

Когда его спросили о вкладе OTI в OLED-сцену, Майкл объяснил, что OTI Lumionics поставляла компаниям передовые материалы и химические вещества для производства высококачественных OLED-панелей в больших масштабах. Компания работает в сотрудничестве с другими поставщиками, такими как Universal Display Corporation, чтобы позволить производителям дисплеев производить панели с более высокой эффективностью, большей яркостью и более длительным сроком службы батареи. 

В компании есть специальная группа по обнаружению материалов, которая применяет современные модели высокопроизводительных вычислений (HPC) вместе с алгоритмами искусственного интеллекта машинного обучения для обнаружения и разработки готовых к производству современных материалов.

Их электрод ConducTorr™ для формирования рисунка катода OLED , который позволяет лучше отображать камеры под дисплеем, является продуктом этого отдела. 

Что представляет собой материал для формирования катода (CPM) Conductorr™ от OTI Lumionic?

Проще говоря, ConducTorr™ CPM позволяет производителям формировать отверстия между пикселями OLED для лучшего пропускания света для камер под ними. 

Чтобы лучше понять, как камеры под дисплеем работают на смартфонах и других устройствах, нам нужно сначала понять, как работают датчики камеры и почему размещение их под обычной панелью OLED делает практически невозможным воспроизведение изображений. 

Датчикам камеры нашего смартфона для съемки изображений необходим свет. Это означает, что каждый датчик камеры, включая камеры, скрытые под дисплеем, нуждается в доступе к свету для обработки и создания селфи хорошего качества. Но наши обычные OLED-панели непрозрачны, а это значит, что они не позволяют свету достигать датчика камеры, который находится под ним. 

Итак, для того, чтобы камера под дисплеем работала, вам нужно, чтобы дисплей или, по крайней мере, часть над датчиком камеры была относительно прозрачной и позволяла свету и другим сигналам (например, для распознавания лиц 3D) проходить. Это означает, что OLED-панели, используемые в телефонах с камерами под дисплеем, должны быть настроены для этой цели, что является непростой задачей, особенно когда вам приходится предлагать решения, которые можно масштабировать для производства миллионов таких панелей. 

Майкл объясняет: «Итак, если вы посмотрите на поперечное сечение OLED-дисплея, то увидите, что он состоит из множества разных слоев, как бы уложенных один поверх другого. А в самом верху дисплея на самом деле находится один из электродов, который используется для подачи электричества на дисплей, который преобразуется в свет для прямого попадания от каждого пикселя OLED. Итак, этот слой металла покрывает всю поверхность дисплея, и он очень тонкий. Это как толщина в нанометровом масштабе ».

Он добавляет: «Но поскольку это металл, он все еще блокирует пучок света, что снижает яркость. Если вы пытаетесь поместить туда камеру, это снижает прозрачность и может создать множество проблем. Проблема заключалась в производстве в очень больших масштабах способа изготовления этих дисплеев. Невозможно эффективно нанести рисунок на этот металлический слой, чтобы создать отверстия или сделать его тоньше в одних областях и толще в других ».

Это причина, по которой мы не видели камеры под дисплеем до 2020 года. Но теперь компаниям, наконец, удалось улучшить прозрачность OLED-панелей для этой цели. А благодаря новым решениям от таких компаний, как OTI Lumionics, повысить прозрачность части дисплея или всей OLED-панели больше не так сложно. 

Решение ConducTorr™ CPM от OTI Lumionic увеличивает прозрачность дисплея во время производственного процесса за счет создания отверстий между пикселями.

Майкл объясняет: «Итак, где мы вписываемся, это наши материалы для моделирования катодов ConducTorr (CPM). Вы можете думать об этом как о антипригарном покрытии для металла. Поэтому производители дисплеев размещают наш материал в областях, [которые] не хотят, чтобы металл образовывался, а затем выполняют остальную часть своего обычного производственного процесса. И они получат либо дыры в этом металлическом слое, либо некоторые участки можно сделать толще [или] тоньше. Это позволяет им выполнять очень высокую степень оптимизации, которую невозможно сделать в существующем производственном процессе ». 

Идея здесь состоит в том, чтобы использовать пространство между пикселями, отверстия рисунка в них и тем самым увеличить передачу света и сигналов. Это похоже на объяснение, данное Xiaomi о том, как была разработана собственная камера под дисплеем (но без отверстий). 

Однако Майкл добавляет, что на качество и долговечность OLED-панелей в значительной степени влияет метод, используемый для создания отверстий в этих пикселях. ZTE, Xiaomi и OTI Lumionics в основном полагаются на использование пространства между пикселями для увеличения светопропускания, но то, как они это достигают, может значительно повлиять на общее качество верхней панели OLED-дисплея. 

Майкл объяснил, что ни одна из технологий, используемых сейчас, будь то решение для камеры под экраном ZTE или даже решение Xiaomi, не может соответствовать ожиданиям реального мира. С другой стороны, он был уверен, что технология OTI ConducTorr ™ CPM позволит сделать камеры под дисплеем лучше и эффективнее. 

Чтобы лучше понять разницу в подходах разных производителей, давайте подробнее рассмотрим существующие решения от ZTE и Xiaomi. 

Решение ZTE для камеры под дисплеем 

Вместо того, чтобы создавать узор (или делать отверстия) в верхнем металлическом слое OLED-дисплея Axon 20 5G (о котором было объявлено ранее в этом месяце ), ZTE решила заменить верхнюю часть более прозрачным материалом. Таким образом, камера, расположенная в верхней части дисплея, получает больше света из-за большей прозрачности.

Однако при этом дисплей ZTE Axon 20 5G поверх камеры под дисплеем имеет более низкое разрешение (поэтому пиксели более разнесены, что означает больше места для прохождения света). Но чтобы гарантировать, что верхняя часть с более низким разрешением не сильно выделяется, ZTE нужно сделать пиксели в этой области ярче, чем остальная часть дисплея. Это потенциально может повлиять на надежность области отображения в верхней части камеры. В конце концов, все мы знаем, насколько OLED-светодиоды подвержены выгоранию.

Еще одна проблема с решением ZTE заключается в том, что качество цветопередачи дисплея не будет одинаковым. Поскольку часть над камерой имеет другой, более тонкий и более прозрачный материал, чем остальная часть дисплея, вы заметите небольшое изменение цветов.

Поэтому, чтобы обойти этот недостаток, Майкл сказал, что ZTE пришлось ограничить пользовательский интерфейс, чтобы он отображал только уведомления и неважный контент в области, где находится камера, чтобы он был менее заметен для пользователя. Но для разных пользовательских интерфейсов и операционных систем это программное решение никогда не будет устойчивым в долгосрочной перспективе.

Хотя мы еще не тестировали ZTE Axon 20 5G, эта разница в качестве была четко указана одним из обозревателей ( Pheonix Lab ) из Китая.

Решение Xiaomi для камеры под дисплеем

Xiaomi применила несколько иной подход к этой проблеме. Согласно общедоступной информации, Xiaomi решила сделать пиксели в области над камерой меньше (вместо уменьшения разрешения), чем остальная часть панели. Это создает больше пространства между пикселями, позволяя проходить большему количеству света. Похоже, решение чуть лучше, чем ZTE, но у него очень похожие недостатки.

Майкл объяснил: «Таким образом, [уменьшение размера пикселя] создает больше пространства между пикселями для прохождения света, но [Xiaomi] на самом деле не прорезала дыры. Так что качество изображения все еще ограничено, и проблема с уменьшением пикселя в том, что… вам нужно сделать их намного ярче, и тогда могут возникнуть потенциальные проблемы с выгоранием». Он добавляет, что в этой области также может быть видимый сдвиг цвета.

В одном практическом видео прототипа Xiaomi (через PCHome) мы не смогли найти видимой разницы в качестве дисплея в области (вверху слева) над камерой и остальной частью панели. Так что решение Xiaomi кажется лучше, чем ZTE. Тем не менее, телефон был прототипом, и практическое видео не фокусировалось на элементах пользовательского интерфейса в верхней части камеры или качестве селфи.

Майкл отмечает, что и Xiaomi, и ZTE, вероятно, придется в значительной степени полагаться на постобработку, чтобы селфи выглядели лучше. Xiaomi может также использовать приобретение технологий у Meitu 2018. Однако не все рынки предпочитают тщательно обработанные, украшенные селфи, поэтому Майкл считает, что в долгосрочной перспективе будет сложно использовать это решение. 

Чем отличается технология OTI Lumionic ConducTorr™ CPM?

По словам Майкла, для того, чтобы полностью изучить потенциал камер под дисплеем и даже прозрачных OLED-дисплеев, компаниям придется проделывать отверстия в своих OLED-дисплеях для достижения высокого уровня прозрачности. 

Но идея проделать дыры между пикселями звучит довольно сложно и рискованно. Поэтому мне пришлось спросить Майкла о долговечности решения OTI. У OLED есть свои недостатки, такие как битые/зависшие пиксели, выгорание и даже цветовые сдвиги. Поэтому всегда возникает вопрос, как проделанные отверстия в панели повлияют на ее долговечность в долгосрочной перспективе.

Но Майкл казался вполне уверенным в своих технологиях. Он объяснил: «С нашей техникой мы используем тот же процесс испарения, который [компании] используют, чтобы фактически сделать красно-зеленые-синие (RGB) пиксели на OLED-дисплее, но все это при низкой температуре. [Нет] повреждений дисплеев, и мы можем перейти к любому разрешению – вплоть до очень маленького размера пикселя, который был бы эквивалентен тысяче пикселей на дюйм, что примерно вдвое превышает разрешение обычного дисплея смартфона. И тогда, в этом случае, все наши данные и данные наших клиентов не показывают ухудшения качества отображения и никаких долгосрочных проблем с надежностью».

Его объяснение звучит довольно убедительно, но, конечно, без реального OLED-продукта, изготовленного с использованием решения ConducTorr™ CPM, нам придется подождать и увидеть разницу в качестве и надежности этих панелей.

Камеры под дисплеем сначала появятся в телефонах среднего класса 

Совершенствование технологии камеры под экраном займет некоторое время, и, следовательно, компании не решатся использовать ее в дорогих моделях. 

Майкл сказал, что в первых двух поколениях камер под дисплеем производителям придется чем-то жертвовать, чтобы заставить их работать. Это также подводит нас к еще одному важному событию 2021 года, касающемуся камер под дисплеем. В отличие от широко распространенного мнения, Майкл говорит, что встроенные камеры первого поколения, скорее всего, будут реализованы в смартфонах среднего класса. Так что если вы ожидали увидеть его на флагмане в первой половине 2021 года, вас ждет разочарование.  

Майкл объяснил: « Мы видели это в прошлом, когда Samsung и другие компании сначала использовали [экспериментальные технологии] в некоторых своих продуктах среднего уровня, чтобы увидеть, как рынок принимает их, прежде чем начать повсеместно».

«Скорее всего, для первых двух поколений нам придется чем-то пожертвовать. Либо дисплей [будет] немного хуже, либо камера будет немного хуже », – добавляет он. «Ранний продукт позволяет нам понять, что более важно для потребителя – спрятать камеру и сделать дисплей идеальным или сохранить качество камеры как можно лучше, и если дисплей не совсем идеален, это не имеет большого значения. , потому что это все равно лучше, чем метка ».

Так что первые несколько поколений будут методом проб и ошибок, пока производители не соберут достаточно отзывов потребителей, чтобы сделать приоритетными то, что более важно – качество камеры или качество отображения.

Первой в мире камерой под дисплеем оказался Axon 20 5G среднего класса за 320 долларов . Итак, ZTE задала тренд на то, что будет в 2021 году. Мы также слышали слухи о том, что новый телефон Xiaomi с встроенной камерой является устройством среднего класса. Поэтому ведущие производители вряд ли будут внедрять камеру под дисплеем в свои дорогие флагманы, где нет места для ошибок. 

Но это также говорит нам о том, что массовое производство камер под дисплеем не будет значительно дорогим.

Камеры под дисплеем не обязательно дороже, чем решение с выемкой или дырочкой

По словам Майкла, еще слишком рано говорить о точных ценах на OLED-панели, которые поддерживают камеры под экраном, но он уверен, что цены могут приблизиться к традиционным решениям с дырочками или выемками. 

«На самом деле никто не знает, какой будет окончательная доходность, и тогда доходность ** напрямую определяет цены на панели. Одна из многообещающих вещей, конечно, заключается в том, что ZTE помещает [свою панель камеры UD] в телефон очень низкого уровня. Это было около 300 долларов! »

(** Производственная мощность для производителя панелей – это количество хороших панелей дисплея в процентах от общего количества произведенных панелей дисплея.)

Майкл добавляет: «Мы ожидаем, что после того, как вы узнаете, что производство масштабируется, стоимость панели не должна сильно отличаться от сегодняшних перфорационных или перфорированных дисплеев. Потому что, даже если им нужно что-то добавить, чтобы сделать дисплей полупрозрачным, им не нужно вырезать отверстие или надрез, что может привести к некоторой потенциальной потере качества. Так что стоимость как бы компенсирует друг друга». 

Его объяснение дает нам представление о том, как камеры с недостаточным экраном могут стать мейнстримом в ближайшие несколько лет – возможно, столь же распространенным, как выемки или дырочки. Это делает вещи очень захватывающими, особенно из-за того, что будет дальше после того, как камеры UD станут мейнстримом.  

Решение камеры UD позволяет использовать более крупные датчики, несколько камер и лучшее позиционирование

Одержимость полноэкранным дисплеем, возможно, довела нас до того, что переместили камеры внизу, и в этом дизайне есть несколько преимуществ. 

В настоящее время мы ограничены размером выемки или дырокола на дисплее для датчика камеры. Представьте, что происходит, когда ваша камера может спрятаться за экраном в любом месте.

Когда я спросил Майкла о возможности добавления более крупного сенсора под камеру для получения лучших селфи, он с восторгом ответил: «Это действительно отличный вопрос, и я могу пойти еще дальше. На самом деле мы видели ряд клиентов, заинтересованных в том, чтобы потенциально сделать весь дисплей прозрачным ».

Итак, в ближайшее время мы смотрим на полностью прозрачные телефоны?

Как раз когда я собирался задать этот вопрос, он добавил, что экран по-прежнему будет выглядеть как обычная OLED-панель, но преимущество прозрачности всего дисплея позволяет производителям гибко размещать камеру и датчики под дисплеем. Большая прозрачная область позволит производителям добавить под нее датчик гораздо большего размера для селфи. 

Но это всего лишь одна возможность. 

Они также могут заранее добавить две или три камеры с несколькими ИК-датчиками или даже что-то вроде датчика Soli, не мешая полноэкранному визуальному восприятию на телефоне без отвлекающих факторов.

Но дело не только в количестве датчиков внутри, но и в их размещении. Майкл добавляет: «[Правильно] теперь я ограничен только [одной или двумя камерами] на верхней панели. И, может быть, с точки зрения внутреннего дизайна телефона это на самом деле не лучшее место. Если бы я мог переместить его в другое место, у меня было бы больше места для аккумулятора, или я мог бы сделать телефон тоньше или легче ».

Еще одним преимуществом гибкого размещения камеры спереди является угол обзора. Он говорит, что с камерами под дисплеем размещение камеры больше не ограничивается верхней лицевой панелью, будь то телефон или даже ноутбук. Это дает им возможность разместить его в любом месте дисплея, например, в центре OLED-панели, что, вероятно, обеспечит более захватывающие видеозвонки и работу с камерой.

Это особенно верно в случае больших устройств, таких как ноутбуки и телевизоры. Представьте, что вы можете спрятать камеру в центре их экранов – это позволит улучшить качество видеозвонков, особенно если кажется, что собеседник смотрит прямо на вас. В случае существующих решений, если человек по вызову смотрит на экран устройства, вы часто обнаруживаете, что камера фокусируется на его или ее лбу, что не создает впечатления от погружения. Это особенно верно в наше время, когда видеозвонки и видеоконференции становятся жизненно важной частью нашей личной, а также профессиональной жизни. 

Говоря о видеоконференцсвязи, Майкл говорит, что такие компании, как Microsoft, даже рассматривают возможность использования подэкранных камер внутри больших телевизоров, которые являются частью системы видеоконференцсвязи. Он добавляет: «Что, если телевизор прозрачный, а за ним стоит куча камер. И снова, это намного лучше с точки зрения качества видеозвонков и социального взаимодействия.”

Мой разговор с Майклом заставил меня понять, что камеры под экраном – определенно следующий шаг в эволюции смартфонов. Истинная цель тратить миллионы долларов и годы на исследования и разработки камер, скрытых под дисплеем, – это не просто предоставить пользователю полноэкранный режим. Но это сделано для того, чтобы производители могли гибко использовать решение с фронтальной камерой, открывая тем самым множество потенциальных новых приложений, которые раньше были невозможны. 

Подэкранные камеры первого поколения не будут идеальными. Тем не менее, благодаря инновационным технологиям, таким как ConducTorr™ CPM от OTI Lumionics, мы надеемся, что в ближайшие пару лет мы встретим телефоны, которые могут сравниться с сегодняшними флагманами как по качеству дисплея, так и по качеству камеры.

Недавно OTI получила стратегические инвестиции от LG Ventures (инвестиционное подразделение LG Group), чтобы помочь ускорить коммерческое внедрение своих материалов и расширить операции. Последняя версия ConducTorr ™ CPM от OTI готова к массовому производству и будет доставлена ​​клиентам смартфонов с дисплеями в четвертом квартале 2020 года. Ожидается, что первый набор телефонов с камерами под дисплеем, изготовленных с использованием этого материала, появится на рынках в 2021 году. 

В следующей статье, которая выйдет в эти выходные, вы узнаете больше о прозрачных органических светодиодах, их приложениях и складных устройствах.

Источник: Gizmochina