Hoe camera's onder het scherm onze schermen voor altijd zullen veranderen

Decennia lang hebben we geleefd met een ongemakkelijke technologische waarheid: camera's en andere sensoren kunnen niet dezelfde ruimte innemen als onze schermen. Het is de reden dat er steeds meer smartphones vertrouw op de gevreesde “notch” als een manier om de scherm-tot-lichaamverhoudingen te maximaliseren met behoud van de camera aan de voorzijde en andere sensoren.

Sommige telefoonfabrikanten, van Tegen naar OnePlus, omzeil dit probleem door gemotoriseerde pop-upcamera's te gebruiken, terwijl anderen hun toevlucht hebben genomen gaten ponsen in displays om de camera van een eigen kijkgaatje te voorzien. Het is ook waarom zelfs de nieuwste high-end laptops hebben nog steeds uitgesproken randen rond hun beeldschermen. De webcam heeft een huis nodig en het lijkt erop dat niemand bereid is te leven met een inkeping of een perforatie op een computer.

Maar het blijkt dat camera's en schermen niet zo onverenigbaar zijn als ze lijken. Dankzij verbeteringen in de productietechnieken staan ​​deze twee tegenstanders op het punt een einde te maken aan hun al lang bestaande territoriale geschil. Dit is geen verre voorspelling; het gebeurt nu.

Eind 2021 zullen we de eerste smartphones zien met onzichtbare camera's onder het display (UDC). Laptops, tabletten, En TV's zal volgen.

Hoe zal dit worden bereikt, en hoe zal dit de manier veranderen waarop we deze apparaten gebruiken?

Hier is een kijkje in onze toekomst met verborgen camera's.

Waarom de camera verbergen?

Klagen over een inkeping in de telefoon, een perforatie of een grote schermrand is de definitie van een probleem uit de eerste wereld. En te oordelen naar De geweldige verkoopcijfers van AppleGeen van deze bijwerkingen van naar voren gerichte camera's zijn dealbreakers voor kopers.

Maar afgezien van de esthetiek zijn er drie grote voordelen aan het verbergen van camera’s achter beeldschermen.

Ten eerste kun je telefoons maken met echte edge-to-edge schermen. Video's en foto's zien er beter uit, en app-ontwikkelaars kunnen elke vierkante millimeter gebruiken voor hun ontwerpen, terwijl ze de behuizing van de telefoon zo klein mogelijk houden.

Ten tweede: als camera's en sensoren vanuit ontwerp- en productieoogpunt overal kunnen worden geplaatst, met minder beperkingen op het gebied van grootte en zichtbaarheid, wordt de kaart voor het telefoonontwerp opnieuw getekend. Grotere batterijen, dunnere telefoons, meer sensoren en veel betere camera's zijn allemaal potentiële voordelen.

Maar het derde, en misschien wel grootste, voordeel is de mogelijkheid om de camera op één lijn te brengen met onze blik.

Camera's die in randen of inkepingen zijn geplaatst, creëren de inmiddels maar al te bekende, ongemakkelijke neerwaartse blik die optreedt tijdens videogesprekken. “Meestal kijk je elkaar niet echt aan als je aan het praten bent via een videochat”, zegt Michael Helander, CEO van het in Toronto gevestigde bedrijf OTI Lumionics vertelde Digitale Trends. “De huidige plaatsing van videoconferentiecamera’s in al deze apparaten is werkelijk suboptimaal.”

Helander heeft waarschijnlijk meer over dit probleem nagedacht dan de meesten. Zijn bedrijf maakt speciale materialen die mogelijk maken wat ooit onmogelijk was: beeldschermen zo transparant maken dat je er een camera achter kunt plaatsen.

Zodra er een camera achter het scherm zit, zal deze er eindelijk voor zorgen dat onze video-interacties er zo uitzien en aanvoelen echte, persoonlijke interacties – een gamechanger die niet op een beter moment kon komen in onze door COVID beperkte wereld wereld.

Hoe maak je een display transparant?

Schermtechnologie wordt gedomineerd door twee soorten beeldschermen. De meest voorkomende zijn liquid crystal displays (LCD), waaronder led-tv's en QLED-tv's. De tweede, organisch light-emitting diode (OLED), domineert smartphones en tablets, en wordt steeds vaker gebruikt in laptops en zelfs op desktops monitoren

LCD's zijn eigenlijk transparant als ze niet worden gebruikt. Daarom zie je op het scherm van een rekenmachine een grijze achtergrond waar de zwarte cijfersegmenten niet actief zijn. Maar het benutten van deze transparantie om een ​​foto te maken brengt grote technische hindernissen met zich mee, vooral als je rekening houdt met de noodzaak van tegenlicht.

Het actieve gedeelte van een OLED-display is daarentegen flinterdun. De verschillende lagen worden gemeten in nanometers, waardoor het de perfecte kandidaat is voor transparantie. De nanometerdunne toplaag van metaal is al doorschijnend voor zichtbaar licht, maar infrarood licht wordt volledig geblokkeerd.

De vraag wordt dus: hoe kun je de transparantie van OLED vergroten zonder het scherm door uitsparingen te beschadigen?

Eén oplossing die de voorkeur geniet van Xiaomi en Oppo in hun UDC-prototypes is het vertrouwen op de inherente transparantie van een OLED-pixel. Wanneer een OLED-pixel niet wordt gebruikt om licht uit te zenden, laat deze licht binnen. U kunt dus een camera achter een OLED-scherm plaatsen en deze kan voldoende licht verzamelen om beelden vast te leggen. Maar er zit een addertje onder het gras: je moet de camera nog steeds bovenaan of onderaan het scherm plaatsen, want wanneer de camera actief is, moeten de OLED-pixels erboven uitgeschakeld worden, waardoor er tijdelijk een zwart gebied op de camera ontstaat scherm. Die aanpak is een oplossing voor het probleem van de inkepingen en gaten, maar het lost het probleem van de neerwaartse blik niet op.

Een andere manier om transparantie te bereiken is door kleine fysieke gaatjes te maken die tussen de pixels van een beeldscherm passen, maar dat is op zichzelf al ongelooflijk moeilijk.

De eerste commercieel verkrijgbare telefoon met een camera onder het display: de ZTE Axon 20 5G – gebruikt deze techniek, maar heeft ook te kampen met een niet ideaal compromis. Moderne smartphones hebben ongelooflijk dicht opeengepakte pixels. De iPhone 12 Pro heeft een beeldscherm van 460ppi (pixels per inch), wat betekent dat er meer dan 200.000 pixels op één vierkante inch zitten. Sony's Xperia XZ Premium had maar liefst 807ppi scherm (meer dan 650.000 pixels per vierkante inch).

Gaten tussen die pixels prikken, zelfs met een laser, is zo lastig dat ZTE enkele pixels uit het gebied boven de camera moest verwijderen om wat extra ruimte te kopen. Het resultaat is een merkbaar vierkant met een lagere resolutie op het scherm.

Wat ook opvalt (vanwege de grootte van de gaten) is de camera zelf, die onder sommige hoeken zichtbaar wordt.

Een deel van het scherm met een lagere resolutie zal je misschien niet storen als het zich bovenaan bevindt, in een gebied dat vooral wordt gebruikt voor onbelangrijke informatie. Maar weinig mensen zouden zo’n duidelijke vermindering van de resolutie in het midden van het scherm van hun telefoon accepteren, wat we nodig zouden hebben om het probleem van de neerwaartse blik tegen te gaan.

Zien en gezien worden

Maar er is een derde optie. Wat als je, in plaats van te vertrouwen op transparante pixels of gaten te maken in het scherm na montage, tijdens de productie miljoenen kleine gaatjes in elke laag van een OLED-scherm zou kunnen maken?

Via een proces dat bekend staat als patroonvorming hebben bestaande productietechnieken ons verleidelijk dicht bij dit scenario gebracht.

"We weten hoe we dat moeten doen in de TFT-laag [thin-film transistor]", zei Helander. “We weten hoe dat moet in de onderste elektrode. Wij weten hoe we dat moeten doen in de laag waaruit alle verschillende pixels bestaan.” Maar de bovenste metaallaag, ook bekend als de kathode, is niet gemaakt zoals deze andere lagen, en dat brengt een unieke techniek met zich mee uitdaging.

Zelf gemonteerde gaten

De bovenste metalen kathode is geen metaalplaat in de conventionele zin. In plaats van een afzonderlijke metalen plaat aan de bovenkant van het scherm te bevestigen, worden metaalmoleculen verdampt en over het gehele oppervlak gecondenseerd, een proces dat bekend staat als opdampen.

Het probleem is dat als die metaallaag eenmaal is afgezet, er geen manier meer is om er een patroon in te aanbrengen. Dat brengt ons bij de geheime saus van OTI Lumionics.

“De technologie die we hebben ontwikkeld is een manier om miljoenen kleine gaatjes in die laag te vormen tijdens het productieproces door middel van zelfassemblage”, zegt Helander. "Als je al deze materialen bij elkaar legt, vormen ze natuurlijk al deze kleine openingen in de display, miljoenen."

Helander beweert dat het zelfassemblageproces op elk schermformaat werkt en fabrikanten laat beslissen hoeveel openingen er nodig zijn – van slechts één tot 1 miljard.

Zodra deze openingen aanwezig zijn, kan zichtbaar en infrarood licht ongehinderd passeren.

Vertrouw, maar verifieer

Hoe opwindend het ook is om te bedenken dat we binnenkort veel natuurlijker videogesprekken kunnen voeren, door een Een camera onder een beeldscherm legt een nog grotere druk op fabrikanten om betrouwbare privacy te bieden maatregelen.

We hebben een soort betrouwbare indicator nodig die aangeeft wanneer de camera actief is en een even betrouwbare manier om deze uit te schakelen. Omdat deze zich onder het scherm bevindt, is er geen manier om de lens fysiek te blokkeren zonder ook de inhoud op het scherm te blokkeren.

Apple heeft iOS onlangs bijgewerkt om een ​​kleine groene stip bij de inkeping weer te geven wanneer de naar voren gerichte camera in gebruik is, en een oranje stip om aan te geven wanneer de microfoon actief is. Dat is een goede manier om ons te informeren over wat er aan de hand is, maar we hebben meer nodig.

Slimme luidsprekers zoals de Google Nest mini geleverd met fysieke schakelaars die kunnen worden gebruikt om de microfoons uit te schakelen. Ervan uitgaande dat er geen manier is om de positie van de schakelaar op afstand te overwinnen, biedt dit een zeer goed niveau van vertrouwen. Een soortgelijk mechanisme op tv's, monitoren en laptops zou standaard moeten komen zodra camera's onzichtbaar worden.

Wanneer verschijnen camera's onder het scherm?

OTI Lumionics heeft al overeenkomsten gesloten met verschillende Chinese smartphonefabrikanten, maar vanwege vertrouwelijkheidsbeperkingen kunnen deze bedrijven nog niet bij naam worden genoemd. “Velen van hen hebben prototype-telefoons die zijn gebouwd en alles ziet er geweldig uit”, merkt Helander op, “maar geen van hen wil iets publiekelijk bekendmaken totdat ze klaar zijn voor hun onderzoek. daadwerkelijke officiële productaankondigingen.” Hij heeft er vertrouwen in dat we deze nieuwe cameramodellen voor onder het display ergens in 2021 zullen zien, ook al blijven ze mogelijk exclusief voor de Chinese markt totdat 2022.

Hoeveel zullen ze kosten?

Ik was er volledig op voorbereid dat Helander me zou vertellen dat alleen de meest premium smartphones de prijzen beheersen $ 1.000 of meer zou als eerste op de markt komen met UDC's. Maar de eerste modellen zullen naar verwachting middenklasser zijn handsets. Hij schrijft dit toe aan de hevige concurrentie tussen de Chinese merken in de prijsklasse van $400 tot $600 smartphonemarkt, wat heeft geleid tot de bereidheid om nieuwe functies sneller uit te proberen, zelfs als dat niet lukt aanslaan.

Aanbevelingen van de redactie

• ZTE zet een nieuwe Under Display Camera op de Axon 40 Ultra van $ 799
• Oppo ziet een smartwatch, een chip en een camera onder het scherm als onderdeel van zijn toekomst
• De opwindende nieuwe technologie van Oppo verbergt de selfiecamera onder het telefoonscherm