智东西(公众号:zhidxcom)
文 | 轩窗

“无全面屏不智能手机”,可以称得上是智能手机行业2018年的“年终总结”。而即便是距离2018年结束仅有一个月的时间,手机产业的“全面屏”大战,却有愈演愈烈之势。

脑袋开花的全面屏,被逼疯的手机公司

就在昨天,荣耀举办了一场没有手机产品的技术发布会,会上透露了即将发布的荣耀V20的诸多看点。其中之一,则是全面屏的新解决方案——屏下摄像头技术(官方称媚眼全视屏)。

有意思的是,被荣耀这么一抢,原本定档今天发布的三星Galaxy A8s也宣布提前一天发布。要知道三星Galaxy A8s最大的亮点就是采用了“挖孔屏”(官方称黑瞳全视屏),三星在这场发布会上还打出了“强势回归,无所畏惧”的口号,试图凭借这款挖孔屏产品力挽狂澜。

三星和荣耀此次在“全面屏”领域的贴身肉搏,也为明年智能手机行业的全面屏大战预演了一波小高潮。

回顾全面屏的演化史你会发现,自2017年掀起的全面屏之风。进入2018年全面屏全面席卷了整个智能手机行业,众手机厂商已经被“全面屏”方案逼疯。今年,各种全面屏的另类方案层出不穷,甚至有玩家从历史的“垃圾堆”里掏出了滑盖手机的设计。

智东西在梳理了两年来全面屏的演进史、深入挖掘产业链信息后发现,表面上是这些手机手机厂商疯狂全面屏,而其背后实际上关乎着整个智能手机产业链的技术升级和供应链把控,更有着在3D结构光、屏下指纹等新兴技术领域的深层次的技术博弈。

一、全面屏的演进史

通常意义上,全面屏手机是指正面屏幕占比达到 80%以上的手机,相比普通手机,具备更窄的顶部和尾部区域,边框也更窄。而全面屏之所以能够在两年内持续席卷智能手机行业,则得益于通过在有限的机身尺寸下获得更大的面积,给用户带来两个体验上的优势:强烈的视觉效果和极佳的大屏操作体验。

尽管,“全面屏”的提法是用小米在2016年发布第一代MIX时推出的,但全面屏手机最早的形态出现则是出自于夏普手机。

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早在2014年夏普就曾发布过极窄边框设计的一款智能手机AQUOS Crystal,将受话器取消而配备了骨传导方案,实现了手机正面开孔的最少化。不过,这款手机在当时没有引起较大的反响,但却为日后全面屏的演进奠定了基础。

2016年10月小米在发布Note2时,同步推出了全面屏概念手机小米MIX,将智能手机的上下边框进行了收窄,使屏占比达91.3%。

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不过,小米MIX为了追求更窄的上边框,在设计上做了极具差异化的设计——将前置摄像头放置到了MIX的右下角。雷军在发布会上说,如果觉得这么自拍不习惯,可以将手机倒过来拍,而这也成为了小米MIX被诟病的一个槽点。

小米MIX的发布也并未引起整个智能手机行业的集体冲动,而全面屏真正成为整个智能手机行业发展趋势,则是从三星在2017年3月发布 S8/S8+之后。三星S8/S8+采用18.5:9的屏幕比例,将左右窄边框收窄到1.82mm,上下也做成窄边框,屏占比达了84.2%。

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自此,智能手机行业正式在2017年刮起了全面屏之风,整个智能手机市场被这种超窄边框,屏幕比例为18:9的设计所占领。华为、小米、OPPO、vivo、一加、锤子、海信、TCL、360等众多国内手机厂商纷纷进行跟随,谷歌、HTC、夏普、LG、索尼等手机厂商纷纷在这场全面屏大战中,先后沦陷。

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然而,随着去年9月,苹果在十周年发布会上推出了十周年新旗舰iPhone X后,全面屏的竞争也正式被带入到“刘海屏”竞争时代。进入2018年“刘海屏”的各种翻版,比如水滴屏、珍珠屏、美人尖屏等层出不穷。

二、被全面屏逼疯了的手机厂商

各种刘海屏大行其道,使用户对刘海屏的审美疲劳日益严重,对新的全面屏方案的呼声日益高涨。在此情形之下,智能手机厂商也在绞尽脑汁,苦苦思索。

进入2018年下半年,几乎被逼疯了的智能手机厂商终于传来了好消息,全面屏的另类解决方案终于有了!此前在技术领域鲜有发生的OPPO和vivo这一次极具创新精神,采用创新式的升降结构,为业内带来了新的思路。

在OPPO和vivo这一波攻势下,小米等手机厂商坐不住了,甚至挖出了早年滑盖手机的方案。

1、刘海屏变种层出不穷

今年上半年,刘海屏的各种变种方案,也被成为是异性全面屏,一度成为智能手机厂商争夺的焦点。

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▲图中依次为:美人尖屏的夏普AQUOS S2、珍珠屏的华为Mate 20、水滴屏的OPPO R17

然而,异性全面屏的第一次出现,实际比苹果iPhone X还要早一些。2017年8月,夏普推出美人尖屏设计的AQUOS S2,比iPhone X的刘海屏面世还早了一个月。

今年5月,锤子科技的坚果R1也采用了美人尖屏的设计。而自坚果R1后,美人尖屏在一段时间内没有进展。在这一期间,像vivo NEX和OPPO Find X等新的全面屏方案出现了。

尽管升降结构的全面屏解决方案受到了好评,但出于成本考虑厂商们不得不重新回到美人尖等异形刘海设计思路上,比如努比亚Z18无边水滴屏、荣耀10的“小萌脸”、OPPO R17和vivo  X23的水滴屏、华为Mate 20的珍珠屏。

在全面屏大战中,异性刘海屏相比于机械结构更有着成本优势,而各家为了做差异化的“刘海”也只能在外观设计上做些文章。

不过,进入2018年下半年,全面屏的另类解决方案出现了,而率先迈出这一步的是蓝绿兄弟中的vivo。

2、vivo NEX——前置摄像头升降式结构

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今年6月,vivo推出了vivo NEX,采用升降式结构将前置摄像头进行了隐藏,整个机身的正面无刘海,也没有开孔,屏占比达到了91.24%。

3、OPPO Find X——双轨潜望结构

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就在vivo NEX发布的两周后,OPPO时隔四年重启Find系列推出了Find X,以“双轨潜望结构”将前置摄像头模块进行隐藏,屏占比达到了93.8%。

不过,“双轨潜望结构”采用的机械结构的设计,整个设计的成本也是目前机械结构类智能手机中最高的。OPPO和vivo的全面屏方案推出后,尽管创新性的设计受到了业内好评,但仍被质疑机械结构的耐用性,以及升降模块缝隙积灰等问题。

随着OPPO和vivo推出了全面屏新的解决方案,华为小米和努比亚也随后在如何提高屏占比上绞尽脑汁,小米和华为荣耀甚至搬出了早年流行的滑盖手机方案。

4、小米MIX 3——滑盖全面屏

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10月25日,小米在故宫推出了MIX系列的第三款手机 MIX3,采用滑盖全面屏,屏占比达到93.4%。两年前的同一天,小米推出了第一代MIX,也就是上文说到的第一次提出“全面屏”概念的那款产品。

为了解决滑盖手机机身较厚的问题,小米MIX 3采用AMOLED屏幕,这种屏幕比OLED薄0.2mm,使得MIX 3的整机厚度为8.3mm。

此外,雷军在发布会上表示,滑盖手机还有一个好处,就是可以随手滑动充当“减压神器”。

然而,并不是只有小米一家想到了滑盖式的设计,日前华为荣耀推出的Magic 2也同样才有了滑盖式的设计,并且用户可以对滑动这一动作自定义指令,比如启动人工智能生命体YOYO。

5、华为劫胡三星屏上挖空方案

出人意料的是,临近2018年的尾声,全面屏的又一新解决方案也正式露面了。

正如本文开头所述,三星和荣耀“不约而同”在同一天举办了发布会。三星称其“挖孔屏”为黑瞳全视屏,孔径6mm;荣耀则截胡三星率先公布了荣耀V20的媚眼全视屏方案,采用4.5mm孔径的屏下摄像头方案。不过,两者的方案却有着本质的区别。

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据荣耀所说,荣耀的媚眼全视屏系屏下摄像头技术,采用的是“盲孔”技术。“盲孔”的意思是只在LCD屏幕最下层的背光板上挖孔。而背光板破坏之后,液晶面板区域是无法显示的。因此,外部光线可以通过屏幕玻璃和液晶面板两层结构,最终到达摄像头。

而三星采用的则是“通孔”,在打穿LCD屏幕背光板的同时也打穿了液晶显示面板,并将摄像头直接安放在屏幕玻璃之下。因此,采用“通孔”方案的摄像头和普通前置摄像头无异。不过,这种技术良品率比较低,成本也更高。

除三星和荣耀外,将在12月17日发布的华为nova 4也将采用新的全面屏方案。不过,华为方面目前没有透露是否和荣耀V20的方案类似。

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在11月8日的三星开发者大会上,三星就曾展示了4种全面屏方案,分别是:Infinity-U、Infinity-V、Infinity-O、New Infinity。此前,有传闻称将于2019年初亮相的三星Galaxy S10旗舰系列将采用这一技术,而昨天三星发布的A8s采用的就是Infinity-O这种方案。

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今年11月,外媒也曾曝光LG在韩国申请了一项新的专利,从专利的注释内容与设计图纸解说来看,是为了全面屏无边框手机设计的,能够实现屏幕下摄像头的技术,与三星的Infinity-O全面屏方案有异曲同工之妙,只不过屏上的开孔是椭圆形的设计。

虽然是临近年尾,但全面屏大战可以说已经开启了新的篇章。由此可以预测,明年全面屏大战的战火仍将继续,1月份的消费电子展CES和2月份的MWC都将成为全面屏大战的战场。

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同时,随着柔性显示技术发展,折叠屏手机也将在明年正式进入市场,智东西此前曾发文深入挖掘折叠屏背后的产业链条(全面屏后最大手机技术革命!折叠屏背后的产业大战)。

目前LG、三星、华为等都已经公开表示明年将会推出折叠屏产品,而国内柔性技术企业柔宇科技在今年的10月31日抢先三星发布了可折叠屏手机的柔派FlexPai。相信折叠屏技术也将给全面屏提供新的解决方案。

GfK手机行业研究专家宗清楷认为,明年智能手机产业还会出现新的全面屏解决方案,前置摄像头有可能会被针孔摄像头代替,目前三星、苹果等大厂已经开始了专利布局。但他也说到100%屏占比不会成为未来智能手机产品的趋势,智能手机作为消费品需要设计与市场相互妥协,屏幕如果过大,或者取代了边框,产品抗摔性将非常差。

三、全面屏技术到底难在哪?

全面屏并不是横空出世的全新概念,而是窄边框这一设计理念达到极致的必然结果。窄边框、高屏占比可以实现更好的显示效果,所以窄边框一直是手机外观创新的重点。

然而,实现全面屏并不是换一块更大的显示面板那么简单。对于屏厂来说,更换不同屏幕比例以及异性屏幕的切割都需要对生产线进行重新排线和调整。而如果追求更极致的全面屏,那么屏幕封装工艺也是一个技术难点,也就是小米等手机厂商常常被诟病的“大下巴”问题。

此外,在屏幕之下,全面屏方案还需要前置听筒、摄像头、指纹识别等模块进行全新方案设计,这对最终整合整体方案的智能手机厂商来说,是一项重大挑战。

1、屏幕切割工艺的挑战

首先,全面屏需要更大的屏幕,在2017年18:9的屏幕比例成为了业内潮流。而对于屏厂来说,直接切割出18:9的屏幕并非那么容易。

在此之前,智能手机大部分采用16:9的屏幕比例,而要切换到18:9或者其他比例的全面屏,则会浪费更多的显示屏玻璃基板,玻璃原厂需要重新排产线并进行工艺优化。

而进入2018年,异性全面屏之风刮起,异形屏切割问题也成为了屏厂的一大挑战。

具体来说,手机四角采用的圆角设计,前置摄像头、听筒等一些列元器件占据屏幕的位置,这些都会涉及到异形切割的问题。而异形切割会加大玻璃切割的难度,造成良率不佳,从而制造的成本也会上涨。

2、封装技术的挑战

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显示驱动芯片是显示屏成像系统的核心部分,对于这块芯片的封装,业内主要有三种方案: COF(将驱动芯片绑定在柔性电路板上,Chip on Film)、 COG(将芯片直接绑定在玻璃面板上,Chip on Glass)和COP(在 COG的基础上将玻璃面板进行弯折,Chip on Plastic)。

在18:9全面屏时代之前,基本上所有的手机都采用的是较为清薄的COG封装。但由于LCD的玻璃材质无法被折叠和卷曲,只能将与之相连接的排线延伸至手机下巴里,导致手机下巴比较大。

COF 封装技术则可以实现窄边框,原因是其将芯片绑在柔性电路板上,减少了玻璃面板的使用。但相比于COG,COF对柔性电路板的要求增加,会将增加手机的成本。同时 COF封装的温度较高,而柔性电路板膨胀系数较大,易受热变形,所以对芯片打线工艺也提出了更高的要求。

即便采用COF技术,仍然需要留一块地方留给软性电路板,仍无法做到真正的100%全面屏。如果把COF封装没能折回去的驱动元件通过翻卷方式再折回屏幕下方,就可以做到真正意义上的全面屏,这种封装方式就是COP。COP封装工艺可以彻底去掉智能手机的下巴。但因为需要折叠屏幕机身也会变厚一些。

目前,苹果iPhone X和OPPO Find X都采用了COP封装工艺,将被人诟病的下巴成功去掉了,不过据说苹果的COP封装工艺来自于三星。此前,锤子科技CEO罗永浩曾说过,COP封装工艺对手机厂商来说并不难,重点则在于成本太高,而国内手机产品的品牌溢价远远达不到苹果的程度,也就不会选择这一方案。

3、方案整合上的挑战

上面两点说到的都是屏幕和屏幕封装问题,除此之外,在全面屏屏幕的背后,对手机的显示模组制造、电子零部件、精加工设备等结构设计提出新的编排要求。其中,包括将涉及摄像头、听筒、天线设计、软件UI、指纹识别、工艺设计、光距离传感器等方面,可以说是牵一发而动全身。

由于屏幕占去了手机相当大的空间,手机内部的设计需要更紧凑,这对智能手机厂商来说是一个极大挑战。

比如,在全面屏出现之前,智能手机使用的是传统听筒设计,而在全面屏时代,由于要避免在屏幕上开孔,业内也出现了一些新的解决方案,比如骨传导、压电陶瓷听筒等,小米MIX2就采用了骨传导方案。不过,这些新的解决方案的成本相对较高。内置的骨传导器件通过屏幕震动颅骨来传导声音。

BCI通讯研究副总经理孙琦认为,屏厂仍是全面屏的解决方案关键环节,一旦上游屏幕的技术方案成熟,下游的手机厂商都会进行跟进。而最终在全面屏领域达到产业共识,则取决于消费者的接受程度,其中使用简便、整体性能好和价格合理是三个市场考验的维度。

四、全面屏背后的产业链相关技术

在全面屏之风下,超大的屏幕也在推动整个智能手机产业链的技术革新。3D结构光、屏下指纹等新兴技术,也随着全面屏的时代落地到智能手机产业内。

继苹果之后,在2018年,华为、OPPO、vivo、小米等头部手机厂商都将3D结构光和屏下指纹等技术引入到智能手机产品中。

1、3D结构光技术

3D结构光技术有着精度高、功耗低、全天候、环境适应性好等优点,适合进行人脸识别、支付,以及拍照美颜等。不过,由于摄像原理的原因,3D结构光目前仅限应用于前置摄像头。

3D结构光的基础原理是,发射衍射光斑到物体上,由传感器接收形变的光斑,并根据形变量来判断物体的深度信息。由于投射器发射的衍射光斑在一定距离外能量密度会降低,仅0.2m-1.2m,所以不适用于远距离的深度信息采集,这也就是需要长距离信息的后置摄像头与3D结构光无缘的原因。

自iPhone X搭载这项技术后,今年3D结构光技术在智能手机头部玩家中也全面铺开,OPPO的Find X、小米8和华为Mate 20都先后搭载了3D结构光技术。

2、屏下指纹识别技术

指纹识别作为最先成熟的生物特征识别技术,近两年在智能手机产品上广泛使用。在全面屏之前,业内的指纹识别方案也从后置指纹识别升级与正面的HOME键集成在一起的识别方案。

在全面屏设计思路的冲击下,手机前置指纹识别方案不得不被舍弃。

于是,业内出现了两种方案,一是重拾后置指纹识别方案,如小米MIX2和三星S8;另一个则是采用屏下指纹技术,其好处是不需要在屏幕上进行开孔。

除了屏幕内指纹识别之外,也有厂商在探索手机侧边框指纹识别、按键指纹识别等新的解决方案,前不久苹果就获得了一项电源键指纹识别专利。

目前,高通的超声波指纹识可以作为屏下指纹的新方案,超声波指纹识别理论上也能够做到屏幕内指纹识别,但问题在于,其目前的有效信号强度似乎还难以穿透显示模组以及盖板玻璃的厚度。

五、揭秘全面屏幕后玩家们组合打法

上文说到全面屏引发了整个智能手机产业的技术变革,而这场变革以智能手机厂商为核心,辐射整个智能手机产业链。智东西通过对产业链的研究发现,在这场全面屏大战背后,手机厂商有三种不同的打法;

第一种是智能手机厂商自己“全包圆”,自己研发自己用。今年,华为推出的Mate 20系列,搭载了3D结构光技术,而Mate 20上的3D结构光就是华为自研的算法。

第二种是通过产业链合作的方式。2017年,苹果率先在iPhone X上搭载3D结构光技术,也引领了这股3D结构光落地智能手机行业的潮流。苹果的3D结构光技术则是来自于其收购的一家产业链企业PrimeSense。2013年苹果砸了3亿多美元所收购了3D结构光技术公司PrimeSense。

第三种则是进行产业链方案整合。如OPPO的3D结构光技术算法运用于国内奥比中光的方案,可应用于安全支付、三维重建、AR、游戏等众多场景。

奥比中光成立于2013年,是一家集研发、生产、销售为一体的3D传感技术企业,研发了结构光、双目等技术方案。此外,奥比中光还是AI芯片领域的一个重要玩家,四年时间研发了3款专用ASIC芯片。

小米8上的3D结构光则是采用了Mantis Vision的技术。Mantis Vision是一家以色列企业,成立于2005年,拥有多项3D及计算机视觉领域全球领先的创新技术。2018年Mantis Vision正式进入中国市场,由中国A股上市公司联美控股与以色列方面共同投资成立合资企业“螳螂慧视科技有限公司”。

而在屏幕方面,有消息称苹果与三星正在进行紧密的合作。也有传言称三星不惜砸下重金承包了日本佳能旗下制造OLED屏设备的公司Canon Tokki(该公司垄断了全世界的OLED屏制造设备)三年的订单,拉大与其他屏厂的时间优势。

结语:全面屏大战正在影响产业格局

从2017年以来,全面屏就成为智能手机行业竞争的焦点之一。走过了2017年屏幕比例18:9,上下边框逐渐收窄的阶段。在苹果iPhone X带来的刘海屏趋势下,智能手机行业在2018年的上半年迎来了异形全面屏方案全面开花的阶段。

而在2018年的下半年,国内智能手机厂商的全面屏大战迎来了新的解决,厂商们不再拘泥于或是等待苹果、三星等头部企业引领行业趋势,而是更积极主动,大开脑洞探寻全面屏新解决方案。

在OPPO和vivo率先推出了机械式升降结构解决方案后,国内的智能手机厂商也深受激发和触动,小米和华为荣耀甚至启用了早年的滑盖手机设计方式。

表面上看,全面屏大战考验的是智能手机厂商对手机内部结构重新设计的能力,而其背后更有着整个智能手机产业链技术迭代升级、全产业链创新、供应链成本把控等更深层次的博弈。

然而,全面屏的大战还在继续。日前,LG和三星的屏下拍摄的技术专利获得审批。业内人士预测,屏下拍摄的全面屏解决方案将被提上日程。与此同时,全面屏大战也将进入一个新的节点。