Hvordan under-display-kameraer vil ændre vores skærme for altid

I årtier har vi levet med en ubekvem teknologisk sandhed: Kameraer og andre sensorer kan ikke optage samme plads som vores skærme. Det er derfor, i stigende grad, smartphones stole på det frygtede "hak" som en måde at maksimere skærm-til-krop-forhold og samtidig bevare det frontvendte kamera og andre sensorer.

Nogle telefonproducenter, fra Oppo til OnePlus, omgå dette problem ved at bruge motoriserede pop-up kameraer, mens andre har tyet til udstansning af huller i displays for at give kameraet sit eget kighul. Det er også derfor selv nyeste high-end bærbare computere har stadig markante rammer omkring deres skærme. Det webcam har brug for et hjem, og det lader til, at ingen er villige til at leve med et hak eller hul på en computer.

Men det viser sig, at kameraer og skærme ikke er helt så inkompatible, som de ser ud til. Takket være forbedringer i fremstillingsteknikker er disse to modstandere ved at afslutte deres langvarige territoriale strid. Dette er ikke en vidtgående forudsigelse; det sker lige nu.

Ved udgangen af ​​2021 vil vi se de første smartphones med usynlige, under-display-kameraer (UDC). Laptops, tabletter, og TV vil følge.

Hvordan vil dette blive opnået, og hvordan vil det ændre den måde, vi bruger disse enheder på?

Her er et indblik i fremtiden for vores skjulte kamera.

Hvorfor skjule kameraet?

At klage over et telefonhak, et hul eller en stor skærmramme er selve definitionen af ​​et førsteverdensproblem. Og at dømme ud fra Apples fantastiske salgstal, ingen af ​​disse bivirkninger af fremadvendte kameraer er dealbreakers for købere.

Men bortset fra æstetik er der tre store fordele ved at skjule kameraer bag skærme.

For det første giver det dig mulighed for at lave telefoner, der har ægte kant-til-kant-skærme. Videoer og billeder ser bedre ud, og app-udviklere kan bruge hver kvadratmillimeter til deres design - alt imens de holder telefonens krop så lille som muligt.

For det andet, fra et design- og produktionssynspunkt, hvis kameraer og sensorer kan placeres hvor som helst, med færre begrænsninger på deres størrelse og synlighed, omtegner det kortet for telefondesign. Større batterier, tyndere telefoner, flere sensorer og meget bedre kameraer er alle potentielle fordele.

Men den tredje, og uden tvivl største, fordel er evnen til at stille kameraet på linje med vores blik.

Kameraer placeret i rammer eller indhak skaber det nu alt for velkendte, akavede blik nedad, der sker under videoopkald. "Det meste af tiden ser I faktisk ikke på hinanden, når I taler over videochat," Michael Helander, CEO hos Toronto-baseret OTI Lumionics fortalte Digital Trends. "Den nuværende placering af videokonferencekameraer i alle disse enheder er virkelig suboptimal."

Helander har nok tænkt mere over dette problem end de fleste. Hans firma skaber specialmaterialer, der muliggør det, der engang var umuligt - hvilket gør skærme gennemsigtige nok til, at du kan placere et kamera bag dem.

Når først et kamera sidder bag skærmen, vil det endelig få vores videointeraktioner til at se ud og føles som ægte, personlige interaktioner - en game changer, der ikke kunne komme på et bedre tidspunkt i vores COVID-begrænsede verden.

Hvordan gør man en skærm gennemsigtig?

Skærmteknologi er domineret af to slags skærme. De mest almindelige er flydende krystalskærme (LCD), som inkluderer LED-tv og QLED-tv. Den anden, økologisk lysemitterende diode (OLED), dominerer smartphones og tablets og vokser i brug i bærbare computere og endda stationære skærme

LCD'er er faktisk gennemsigtige, når de ikke er i brug - det er derfor, du ser en grå baggrund på en lommeregnerskærm, hvor de sorte ciffersegmenter ikke er aktive. Men at drage fordel af denne gennemsigtighed til at tage et billede udgør store tekniske forhindringer, især når du medregner behovet for baggrundslys.

Den aktive del af en OLED-skærm er på den anden side papirtynd. Dens forskellige lag måles i nanometer, hvilket gør den til den perfekte kandidat til gennemsigtighed. Dens nanometertynde toplag af metal er allerede gennemskinnelig for synligt lys, men det infrarøde lys er totalt blokeret.

Så spørgsmålet bliver, hvordan kan du øge OLEDs gennemsigtighed uden at beskadige skærmen med udskæringer?

En løsning begunstiget af Xiaomi og Oppo i deres UDC-prototyper er at stole på en OLED-pixels iboende gennemsigtighed. Når en OLED-pixel ikke bliver brugt til at udsende lys, slipper den lys ind. Så du kan placere et kamera bag en OLED-skærm, og det vil være i stand til at samle nok lys til at tage billeder. Men der er en hage: Du skal stadig placere kameraet øverst eller nederst på skærmen, for når kameraet er aktivt, skal OLED-pixelerne over det slukkes, hvilket skaber et midlertidigt sort område på skærmen. Den tilgang er en løsning på problemet med hak og huller, men det løser ikke problemet med blik nedad.

En anden måde at opnå gennemsigtighed på er ved at skabe små fysiske huller, der passer mellem en skærms pixels, men det er utroligt svært i sig selv.

Den første kommercielt tilgængelige telefon med et kamera under displayet — den ZTE Axon 20 5G — bruger denne teknik, men den lider også af et mindre end ideelt kompromis. Moderne smartphones har utroligt tætpakkede pixels. Det iPhone 12 Pro har en skærm på 460ppi (pixels per tomme), hvilket betyder, at der er mere end 200.000 pixels i en kvadrattomme. Sonys Xperia XZ Premium havde en kæmpestor 807ppi-skærm (mere end 650.000 pixels pr. kvadrattomme).

At slå huller mellem disse pixels, selv med en laser, er så vanskeligt, at ZTE var nødt til at fjerne nogle pixels fra området over kameraet for at købe noget ekstra plads. Resultatet er en mærkbart lavere opløsning firkant på skærmen.

Hvad der også er bemærkelsesværdigt (på grund af størrelsen af ​​hullerne) er selve kameraet, som bliver synligt i nogle vinkler.

En del af skærmen med lavere opløsning generer dig muligvis ikke, når den er tæt på toppen, i et område, der mest bruges til uvæsentlige oplysninger. Men få mennesker ville acceptere en så åbenlys reduktion af opløsning i midten af ​​deres telefons skærm, hvilket er det, vi ville have brug for for at modvirke problemet med blik nedad.

Se og bliv set

Men der er en tredje mulighed. Hvad hvis du i stedet for at stole på gennemsigtige pixels eller huller i skærmen efter montering kunne skabe millioner af bittesmå huller i hvert lag af en OLED-skærm under fremstillingen?

Gennem en proces kendt som mønstre, har eksisterende fremstillingsteknikker bragt os fristende tæt på dette scenarie.

"Vi ved, hvordan man gør det i TFT [tynd-film transistor] laget," sagde Helander. "Vi ved, hvordan man gør det i den nederste elektrode. Vi ved, hvordan man gør det i det lag, der udgør alle de forskellige pixels." Men det øverste metallag, også kendt som katoden, er ikke skabt som disse andre lag, og det udgør en unik konstruktion udfordring.

Selvsamlede huller

Den øverste metalkatode er ikke en metalplade i konventionel forstand. I stedet for at binde en separat metalplade til toppen af ​​skærmen, fordampes metalmolekyler og får lov til at kondensere over hele overfladen, en proces kendt som dampaflejring.

Problemet er, at når først det metallag er blevet aflejret, er der ingen måde at mønstre det på. Det bringer os til OTI Lumionics' hemmelige sauce.

"Teknologien, som vi har udviklet, er en måde at mønstre millioner af små huller i det lag under fremstillingsprocessen gennem det, der kaldes selvsamling," sagde Helander. "Når du lægger alle disse materialer sammen, danner de naturligvis alle disse små åbninger i skærmen, millioner af dem."

Helander hævder, at selvsamlingsprocessen fungerer på enhver skærmstørrelse og lader producenterne bestemme, hvor mange åbninger der er nødvendige - fra kun én til 1 mia.

Når først disse åbninger eksisterer, kan synligt og infrarødt lys passere uhindret igennem.

Stol på, men bekræft

Lige så spændende som det er at tænke på, at vi snart vil være i stand til at have meget mere naturlige videoopkald, ved at placere en kamera under en skærm lægger en endnu større byrde på producenterne for at give pålidelige privatliv foranstaltninger.

Vi skal bruge en form for pålidelig indikator for, hvornår kameraet er aktivt, og en lige så pålidelig måde at deaktivere det på. Fordi det er under skærmen, er der ingen måde at fysisk blokere linsen uden også at blokere indhold på skærmen.

Apple opdaterede for nylig iOS til at vise en lille grøn prik i nærheden af ​​hakket, når dets fremadvendte kamera er i brug, og en orange prik for at vise, når mikrofonen er aktiv. Det er en god måde at informere os om, hvad der sker, men vi har brug for noget mere.

Smarte højttalere som Google Nest mini leveres med fysiske kontakter, der kan bruges til at deaktivere mikrofonerne. Forudsat at der ikke er nogen måde at overvinde switchens position på afstand, giver det et meget godt niveau af tillid. En lignende mekanisme på tv'er, skærme og bærbare computere bør være standard, når kameraer bliver usynlige.

Hvornår begynder kameraer under display at dukke op?

OTI Lumionics har allerede aftaler på plads med flere kinesiske smartphone-producenter, men på grund af fortrolighedsbegrænsninger kan disse virksomheder ikke navngives endnu. "Mange af dem har prototypetelefoner, der er blevet bygget, og alt ser godt ud," bemærker Helander, "men ingen af ​​dem ønsker at afsløre noget offentligt, før de er klar til deres faktiske officielle produktmeddelelser." Han er overbevist om, at vi vil se disse nye underskærms-kameramodeller engang i 2021, selvom de muligvis forbliver et kinesisk marked eksklusivt indtil 2022.

Hvor meget vil de koste?

Jeg var fuldt ud forberedt på, at Helander fortalte mig, at kun de mest premium smartphones, kommanderende priser på $1.000 eller mere, ville være den første til at markedsføre med UDC'er. Men de første modeller forventes at være mellemstore håndsæt. Han tilskriver dette den voldsomme konkurrence mellem de kinesiske mærker i $400 til $600 smartphone-markedet, hvilket har ført til en vilje til at prøve nye funktioner hurtigere, selvom de ikke gør det få fat i.

Redaktørens anbefalinger

• ZTE sætter nyt Under Display Camera på $799 Axon 40 Ultra
• Oppo ser et smartwatch, en chip og et kamera under skærmen som en del af sin fremtid
• Oppos spændende nye teknologi skjuler selfie-kameraet under telefonens skærm