Hvordan underskjermskameraer vil endre skjermene våre for alltid

I flere tiår har vi levd med en upraktisk teknologisk sannhet: Kameraer og andre sensorer kan ikke oppta samme plass som skjermene våre. Det er derfor, i økende grad, smarttelefoner stole på det fryktede "hakket" som en måte å maksimere skjerm-til-kropp-forhold samtidig som frontkameraet og andre sensorer bevares.

Noen telefonprodusenter, fra Oppo til OnePlus, omgå dette problemet ved å bruke motoriserte popup-kameraer, mens andre har tydd til slå hull i skjermer for å gi kameraet sitt eget kikkhull. Det er også grunnen til at selv nyeste high-end bærbare datamaskiner har fortsatt tydelige rammer rundt skjermene. De webkamera trenger et hjem og det virker som om ingen er villige til å leve med et hakk eller hull på en datamaskin.

Men det viser seg at kameraer og skjermer ikke er fullt så inkompatible som de ser ut til. Takket være forbedringer i produksjonsteknikker er disse to motstanderne i ferd med å avslutte sin langvarige territorielle strid. Dette er ikke en fjern spådom; det skjer akkurat nå.

Innen utgangen av 2021 vil vi se de første smarttelefonene med usynlige, under-display-kameraer (UDC). Bærbare datamaskiner, tabletter, og TV-er vil følge.

Hvordan vil dette bli oppnådd, og hvordan vil det endre måten vi bruker disse enhetene på?

Her er et glimt inn i fremtiden for skjult kamera.

Hvorfor skjule kameraet?

Å klage på et telefonhakk, hullhull eller en stor skjermramme er selve definisjonen av et førsteverdensproblem. Og å dømme ut fra Apples fantastiske salgstall, ingen av disse bivirkningene av forovervendte kameraer er avtalebrytere for kjøpere.

Men bortsett fra estetikk er det tre store fordeler med å skjule kameraer bak skjermer.

For det første lar den deg lage telefoner som har ekte kant-til-kant-skjermer. Videoer og bilder ser bedre ut, og apputviklere kan bruke hver kvadratmillimeter til designene sine – samtidig som telefonens kropp holdes så liten som mulig.

For det andre, fra et design- og produksjonssynspunkt, hvis kameraer og sensorer kan plasseres hvor som helst, med færre begrensninger på størrelse og synlighet, tegnes kartet for telefondesign på nytt. Større batterier, tynnere telefoner, flere sensorer og mye bedre kameraer er alle potensielle fordeler.

Men den tredje, og uten tvil største, fordelen er muligheten til å stille opp kameraet med blikket vårt.

Kameraer plassert i rammer eller hakk skaper det nå altfor kjente, vanskelige blikket nedover som skjer under videosamtaler. "For det meste ser dere faktisk ikke på hverandre når dere snakker over videochat," Michael Helander, administrerende direktør i Toronto-basert OTI Lumionics fortalte Digital Trends. "Den nåværende plasseringen av videokonferansekameraer i alle disse enhetene er virkelig suboptimal."

Helander har nok tenkt mer på dette problemet enn de fleste. Firmaet hans lager spesialmaterialer som muliggjør det som en gang var umulig - gjør skjermer gjennomsiktige nok til at du kan plassere et kamera bak dem.

Når et kamera sitter bak skjermen, vil det endelig få videointeraksjonene våre til å se ut og føles som ekte, personlige interaksjoner – en game changer som ikke kunne komme på et bedre tidspunkt i vår covid-begrensede verden.

Hvordan gjør du en skjerm gjennomsiktig?

Skjermteknologi domineres av to typer skjermer. De vanligste er flytende krystallskjermer (LCD), som inkluderer LED-TV-er og QLED-TV-er. Den andre, organisk lys-emitterende diode (OLED), dominerer smarttelefoner og nettbrett, og øker i bruk i bærbare datamaskiner og til og med stasjonære monitorer

LCD-skjermer er faktisk gjennomsiktige når de ikke er i bruk - det er derfor du ser en grå bakgrunn på en kalkulatorskjerm der de svarte siffersegmentene ikke er aktive. Men å dra nytte av denne åpenheten for å ta et bilde utgjør store tekniske hindringer, spesielt når du tar hensyn til behovet for bakgrunnsbelysning.

Den aktive delen av en OLED-skjerm er på den annen side papirtynne. De ulike lagene måles i nanometer, noe som gjør den til den perfekte kandidaten for åpenhet. Det nanometertynne topplaget av metall er allerede gjennomskinnelig for synlig lys, men infrarødt lys er fullstendig blokkert.

Så spørsmålet blir, hvordan kan du øke OLEDs gjennomsiktighet uten å skade skjermen med utskjæringer?

En løsning foretrukket av Xiaomi og Oppo i deres UDC-prototyper er å stole på en OLED-piksels iboende gjennomsiktighet. Når en OLED-piksel ikke brukes til å sende ut lys, slipper den lys inn. Så du kan plassere et kamera bak en OLED-skjerm, og det vil kunne samle nok lys til å ta bilder. Men det er en hake: Du må fortsatt plassere kameraet øverst eller nederst på skjermen, for når kameraet er aktivt, må OLED-pikslene over det slås av, noe som skaper et midlertidig svart område på skjerm. Den tilnærmingen er en løsning på problemet med hakk og hull, men det løser ikke problemet med blikket nedover.

En annen måte å oppnå gjennomsiktighet på er å lage små fysiske hull som passer mellom skjermens piksler, men det er utrolig vanskelig i seg selv.

Den første kommersielt tilgjengelige telefonen med et kamera under skjermen — den ZTE Axon 20 5G — bruker denne teknikken, men den lider også av et mindre enn ideelt kompromiss. Moderne smarttelefoner har utrolig tettpakkede piksler. De iPhone 12 Pro har en skjerm på 460ppi (piksler per tomme), noe som betyr at det er mer enn 200 000 piksler i en kvadrattomme. Sonys Xperia XZ Premium hadde en skjerm på hele 807ppi (mer enn 650 000 piksler per kvadrattomme).

Å slå hull mellom disse pikslene, selv med en laser, er så vanskelig at ZTE måtte fjerne noen piksler fra området over kameraet for å kjøpe litt ekstra plass. Resultatet er et merkbart lavere oppløsningsfelt på skjermen.

Det som også er merkbart (på grunn av størrelsen på hullene) er selve kameraet, som blir synlig i enkelte vinkler.

En del av skjermen med lavere oppløsning plager deg kanskje ikke når den er nær toppen, i et område som hovedsakelig brukes til uviktig informasjon. Men få mennesker vil godta en så åpenbar reduksjon av oppløsningen i midten av telefonens skjerm, som er det vi trenger for å motvirke problemet med blikket nedover.

Se og bli sett

Men det er et tredje alternativ. Hva om du, i stedet for å stole på gjennomsiktige piksler eller slå hull i skjermen etter montering, kunne lage millioner av små hull i hvert lag av en OLED-skjerm under produksjon?

Gjennom en prosess kjent som mønstre, har eksisterende produksjonsteknikker brakt oss fristende nær dette scenariet.

"Vi vet hvordan vi gjør det i TFT [tynnfilmtransistor] laget," sa Helander. "Vi vet hvordan vi gjør det i bunnelektroden. Vi vet hvordan vi gjør det i laget som utgjør alle de forskjellige pikslene.» Men det øverste metalllaget, også kjent som katoden, er ikke skapt som disse andre lagene, og det utgjør en unik konstruksjon utfordring.

Selvmonterte hull

Den øverste metallkatoden er ikke en metallplate i konvensjonell forstand. I stedet for å binde et separat metallark til toppen av skjermen, fordampes metallmolekyler og får kondensere over hele overflaten, en prosess kjent som dampavsetning.

Problemet er at når metalllaget først har blitt avsatt, er det ingen måte å mønstre det på. Det bringer oss til OTI Lumionics hemmelige saus.

"Teknologien vi har utviklet er en måte å mønstre millioner av små hull i det laget under produksjonsprosessen gjennom det som kalles selvmontering," sa Helander. "Når du legger alle disse materialene sammen, vil de naturlig danne alle disse små åpningene i skjermen, millioner av dem."

Helander hevder selvmonteringsprosessen fungerer på alle skjermstørrelser, og lar produsentene bestemme hvor mange åpninger som trengs - fra bare én til 1 milliard.

Når disse åpningene eksisterer, kan synlig og infrarødt lys passere uhindret.

Stol på, men verifiser

Like spennende som det er å tenke på at vi snart vil kunne ha mye mer naturlige videosamtaler, å plassere en kamera under en skjerm legger en enda større byrde på produsentene for å gi pålitelig personvern målinger.

Vi trenger en slags pålitelig indikator på når kameraet er aktivt og en like pålitelig måte å deaktivere det på. Fordi det er under skjermen, er det ingen måte å fysisk blokkere linsen uten å blokkere innholdet på skjermen også.

Apple oppdaterte nylig iOS for å vise en liten grønn prikk nær hakket når det forovervendte kameraet er i bruk, og en oransje prikk for å vise når mikrofonen er aktiv. Det er en god måte å informere oss om hva som skjer, men vi trenger noe mer.

Smarte høyttalere som Google Nest mini leveres med fysiske brytere som kan brukes til å deaktivere mikrofonene. Forutsatt at det ikke er noen måte å overvinne bryterens posisjon eksternt, gir det et veldig godt nivå av tillit. En lignende mekanisme på TV-er, skjermer og bærbare datamaskiner bør være standard når kameraer blir usynlige.

Når vil underskjermskameraer begynne å dukke opp?

OTI Lumionics har allerede avtaler med flere kinesiske smarttelefonprodusenter, men på grunn av konfidensialitetsbegrensninger kan disse selskapene ikke navngis ennå. "Mange av dem har prototypetelefoner som er bygget og alt ser bra ut," bemerker Helander, "men ingen av dem ønsker å avsløre noe offentlig før de er klare for deres faktiske offisielle produktkunngjøringer." Han er overbevist om at vi vil se disse nye kameramodellene under skjermen en gang i 2021, selv om de kan forbli et eksklusivt kinesisk marked frem til 2022.

Hvor mye vil de koste?

Jeg var fullt forberedt på at Helander skulle fortelle meg at bare de mest premium smarttelefonene, kommanderende priser på $1000 eller mer, ville være den første til å markedsføre med UDCer. Men de første modellene forventes å være mellomstore håndsett. Han tilskriver dette den voldsomme konkurransen mellom de kinesiske merkene i $400 til $600 smarttelefonmarkedet, noe som har ført til en vilje til å prøve nye funksjoner raskere, selv om de ikke klarer det ta igjen.

Redaktørenes anbefalinger

• ZTE legger ut nytt Under Display Camera på $799 Axon 40 Ultra
• Oppo ser en smartklokke, en brikke og et kamera under skjermen som en del av fremtiden
• Oppos spennende nye teknologi skjuler selfie-kameraet under telefonskjermen