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智能手机的屏幕,为什么做着做着就多了一个缺

在跳票了一年又一年之后,苹果终于在上周发布了最新款的 iPhone SE 手机,搭载 A13 处理器、支持无线充电、支持 IP67、双扬声器、iOS…… 算了,这些都是次要的,3299 元的起售价让不少父老乡亲直呼真香。而在父老乡亲们直呼真香的时候,雷蒂斯 and 砖头们又指出了另一方面的一些缺陷啊,这都什么年代了,大家都用刘海、挖孔设计的时候,苹果还拿出来这种存了多少个年头的设计。

确实,iPhone SE 第二代产品在硬件上是值得大家的真香欢呼的,特别是对于那部分还在追求小尺寸手机的同学来说。你想一下,在 2020 年还能买到这么小尺寸的性能高、做工好的手机,基本上就相当于做梦了。另一方面,这款 iPhone 6ssss 手机,粗壮的上下边框,也是让人梦回 2014 年。一个设计用 6 年的手机公司,差不多就苹果这一家了吧。

从 2014 年 -2020 年,6 年时间的沉淀,智能手机在正面屏幕上发生的变化已经相当相当大了。你试着拿着挖孔屏的魅族 17 让 2016 年的黄章(或者李楠?)看看,他可能会停下手中正在打磨的工作 …… 咳咳,扯远了,我们今天主要是来回顾一下从 iPhone 6 到 iPhone 6ssss 这段时间里智能手机正面屏幕的 额头 发展历史的。

开始的时候我们说到,iPhone 6ssss 年代里,大家都用刘海屏幕、挖孔屏幕等等异形屏幕了,而这背后的一个主要原因,就是手机在往全面屏的方向发展,就是大家都想把手机的正面都做成屏幕。在全面屏概念之前,厂商就已经开始对手机的边框动了念头,这其中杀出来的让人印象深刻的品牌有乐视、努比亚以及魅族。在互联网手机品牌的浪潮里,半路杀出来的乐视凭借着 ID 无边框换来互联网上一片吐槽,努比亚则是凭借着自己在光学领域的造诣打造出视觉无边框的产品,魅族则是把左右边框做得非常极致。

手机厂商纠结着一点点抠手机边框的空间,其实更多的都是在抠左右边框,因为上边框里面隐藏着许多的元器件(扬声器、前置摄像头、环境光传感器等等),下边框有指纹识别传感器,都是不好搜刮的两个地方。就在这时候,夏普在 2014 年悄咪咪地祭出了全面屏的原型产品 AQUOS Crystal,几乎把上边框、下边框都干掉了,留下了大大的下巴,而那些本来应该在 额头 的地方,全部都长到了 下巴 上。这个也是后来惊艳了大家的小米 MIX 的原型。

我们需要留意两个时间点,夏普 AQUOS Crystal 的推出时间是 2014 年,小米 MIX 的推出时间是 2016 年。因为夏普手机面向的市场原因,直到小米 MIX 手机之前,国内的小伙伴对于夏普的那款手机的认知并不多。另外,小米为了达到全面屏的效果,还把听筒给干掉了,用上了屏幕发声技术。而且,全面屏的概念也是随着小米 MIX 的推出而发展起来的,这个概念还真的就是小米提出来的,当时的小米 MIX 把屏占比做到了 91.3%。这样的额头移植到下巴的全面屏,在小米 MIX 系列手机中传承了三代。

在大家对于智能手机屏幕还保持着相当克制的做法的时候,对于不可缺的前置摄像头、环境光传感器等元器件,厂商采用这种挪位置的做法,可以说相当惊艳了,能够轻松做到 90% 以上的屏占比。

另外,关于这个全面屏的概念啊,还有一段小插曲。有厂商在发布自己的产品的时候,直接就把全面屏定义成 18:9 的屏幕了,大家都开始争谁是 全面屏 的发明者了 …… 由此可见,全面屏发展之后,还把智能手机的屏幕带向了更长的方向发展。

在厂商苦于把全面屏宣传成 18:9 屏幕的时候,由于把前置摄像头放置在屏幕下方会带来许多不便的地方,比如说大家就喜欢把小米 MIX 的人脸识别调侃成鼻孔识别 …… 于是,安卓之父 Andy Rubin 创立的 Essential 在 2017 年 5 月份纠正了这样一个方向错误的发展方向,开始在手机的屏幕上动手脚,推出了首款水滴屏设计的安卓智能手机,当时大家更喜欢管这款产品采用设计叫做美人尖。同年,夏普 8 月份发布了同样采用水滴屏设计的 S2 手机,苹果发布了刘海屏的 iPhone X。所以,2017 年就是智能手机屏幕被挖走一块的元年。

大家都以为是 iPhone 教坏了安卓手机厂商,教他们做各种残缺的屏幕。其实不然,因为在 iPhone X 之前,两家不太被国内的大家所熟悉的手机厂商就推出了类似的设计,而 iPhone X 为了实现更多的功能把 刘海 留得更宽。iPhone X 的刘海里集成了红外摄像头、泛光感应元件、距离感应器、环境光传感器、扬声器(听筒)、麦克风、前置摄像头以及点阵投影器等 8 个元器件,集成度非常高,所以 iPhone 的 刘海 面积相较于其他手机的可能会显得更大。

在开了对屏幕动刀这个头之后,手机厂商为了追求极致屏占比,做出来的产品就相当奔放了,异形全面屏的发展速度也是快到不行。在水滴屏、刘海屏之后,三星隔年(2018 年 12 月)就掏出了 挖孔屏 的 Galaxy A8s,荣耀一星期之后尾随。基本上,厂商为了追求极致屏占比所做出来的异形屏主要就是以上三种了,水滴屏、刘海屏以及挖孔屏。

刘海屏可以说是 iPhone 在跟上全面屏潮流之后催生的产物了。作为 iPhone 诞生十周年的作品,苹果把这款产品区别于当年的 iPhone 8 系列,名字就叫做 iPhone X。iPhone X 采用了当时兴起的全面屏设计,把上下边框做到了和左右边框一样窄。这样做的一个结果就是 Touch ID 所依赖的下边框的面积不再能够容纳下指纹识别传感器,并且上边框也不再有足够的面积容纳下前置摄像头等元器件。

对于采用全面屏设计之后出现的各种问题,苹果的解决方案也是相当简单粗暴,既然不能容纳下 Touch ID 所需要的指纹识别传感器,那就直接干掉,采用全新的 3D 人脸识别。这样指纹识别和前置摄像头两个问题就变成了前置摄像头一个问题了。然后,苹果就从显示屏的顶部抠出来一部分,作为容纳前置摄像头、环境光传感器、听筒等元器件的地方,Face ID 的元器件的问题也一并解决。

相较于我们已经习惯的规则屏幕来说, 刘海 的出现可以说是相当影响视觉效果的了。于是,在对待手机屏幕的 刘海 的态度上,不同的厂商就有着不同的态度,苹果的态度很强硬,应用不能刻意隐藏,而且还要正确利用 刘海 两边极其有限的面积。反观安卓手机厂商上,似乎显得人性化许多,在系统内就集成了隐藏刘海的选项,似乎是做了这样的设计之后自己都嫌弃这样的设计之丑。

相较于刘海屏,水滴屏的切割面积可以做到更小,因为手机厂商在 刘海 中包含的元器件并没有像 iPhone 里面的那么多,所以他们干脆就只保留前置摄像头,把其他所需面积更小的元器件放到边框中。更小的切割面积意味着更高的屏占比,当然,也就带来了更好的视觉效果。于是,在刘海屏之后,水滴屏成为安卓手机厂商的又一热门设计方案。在水滴屏设计方案上,OPPO 应该是一大代表。

虽然水滴屏的出现都是为了收容前置摄像头,但是,不同厂商的处理方式是不同的。比如说 OPPO,他们就会考虑到屏幕的最终视觉感受,于是就对 水滴 的边缘进行更多的弧边处理,带来更加自然顺畅的线条。而部分厂商就非常粗暴,直接压缩 刘海 ,左右边平推到摄像头附近,形成一个 U 口凹槽,这是最初的水滴屏的形状。

挖孔屏相较于刘海屏和水滴屏来说,可以说是异形屏的新血液了。这种类型的屏幕从去年开始兴起,逐渐被更多的手机厂商看上然后应用到自己的产品当中。到了今年,从各家已经发布的骁龙 865 机型来看,挖孔屏成为了主流。不同的厂商对于挖孔的位置不尽相同,有的喜欢挖左上角,有的喜欢挖空间,也有的喜欢挖右上角。摆脱了和边框的连接之后,前摄的位置就更加自由奔放了。

在视觉效果上,如果说水滴屏是刘海屏的升级版本,那么挖孔屏就应该是水滴屏的进化版本 …… 了吧。挖孔屏就是直接在前置摄像头需要的位置直接进行挖孔,来容纳前置摄像头。由于厂商对于前置摄像头的应用不同,挖孔屏有单挖孔和双挖孔。

对于单挖孔的产品来说,你可以理解为是水滴屏的升级版本,进一步提升屏占比提升显示面积。如果挖孔面积控制的非常小的话,这个挖孔对于实际的显示效果影响就非常小了。而对于那些双挖孔的产品来说,它们更像是当初 小刘海 的迭代版本,甚至于说这些双挖孔的产品中。

在双挖孔的屏幕上,虽然 挖孔 处看起来就像一个完整的药丸,但是实际上,有些双挖孔屏显示这个药丸视觉效果仅仅是厂商对屏幕显示内容的一种处理效果,而两颗摄像头的挖孔其实是独立的。这样的处理效果有点类似于当初隐藏刘海。不过,对于挖孔屏的处理,也还是有比较多的手机厂商内置了隐藏挖孔的系统设置选项 ……

随着全面屏概念的发展,厂商把手机的屏幕越做越大,至少从屏幕尺寸数字上来看是这样的。但是实际上,手机的整体尺寸并没有多大的变化。反映到实际手机产品中就是,之前小米发布 5.99 英寸的小米 MIX 2 的时候,他们宣传能够带来 5.5 英寸手机的手感。当时我们讨论这个事情的时候,更多地往手机边框被做得更窄的方向去想了。

但是,其实手机边框的变化对于 5.99 英寸的手机做到 5.5 英寸的手感来说,贡献其实不算大的。关键是手机屏幕长宽比的变化。小米 MIX 2 的长宽比已经做到了 18:9,而不是原来的 16:9。据一个简单的例子来说明这个比值的意义,假如原来的手机屏幕宽度是 9 厘米,它对应的长度就是 16 厘米,后来又变成了 18 厘米。而我们所说的屏幕尺寸数值一般是指屏幕的对角线的长度。所以 5.99 英寸的小米 MIX 2 的屏幕在宽度上相比原来 16:9 的 5.5 英寸屏幕,并不会出现比较大的变化,做到握持手感差不多,也就不是一件什么难事。

这个手机屏幕的长宽比的变化就说明了一件事情,那就是手机厂商在智能手机上用了更长的屏幕,并且屏幕的长度在这几年来还一直在涨,索尼已经做到了 21:9,大部分手机厂商的产品也都做到了 19:9 和 20:9 之间。所以,现在市面上的智能手机,相较于原来我们看习惯了的手机,会显得特别长。

像刘海屏、水滴屏以及挖孔屏等异形屏幕应用之后,除了在视觉效果上带来影响之外,还影响着应用的显示效果。最明显的应该就是视频播放以及游戏等实际应用场景了。即便是从 2017 年异形屏开始普遍应用以来,各大手机厂商以及各大应用、游戏开发商,都没能够很好的解决异形屏带来的显示问题。

在 iPhone X 刚开始使用刘海屏幕的时候,屏幕变化主要有两点,一个点就是刘海的出现,另一点就是变得更长(19.5:9)了。由于 iOS 的显示机制和安卓的有所差别,iOS 应用不能够通过简单的上下拉伸画面来铺满屏幕,这时候,如果手机上的应用没有适配 iPhone X,那么就会出现上下存在一大块黑边的情况,完美掩盖刘海的同时也带来个大下巴。而安卓的应用就可以简单粗暴些,直接拽着应用的上下边往屏幕两边拉伸铺满屏幕,手机厂商在这种 长屏 应用初期,还在系统内置了强制应用全屏运行的设置项。通过拉伸的方式让未适配的应用铺满屏幕,理论上显示内容在数量上和原来还是一样的。

所以,只有当应用开发商适配了这种 长屏 特性之后,现在智能手机的大屏优势就能够很好的体现,上下能够呈现更多的内容,合理利用屏幕显示面积。

另一方面,异形屏的 刘海 、 水滴 以及挖孔实际上都是会造成显示内容的缺失的,最明显并且现在也都还没解决的就是视频播放以及游戏两个场景。比如说目前采用刘海屏设计的 iPhone 播放视频的时候, 刘海 是直接 遮挡 视频内容的,也就造成显示不全的问题。而安卓手机方面,由于系统的开放性,各家的处理方式也不尽相同,有的会规避异形区域进行显示,这样就造成屏幕显示区域利用率不够;也有直接效仿苹果的;另外第三方应用可能也会推出自己的解决方案。

而在游戏方面,在早期上手过异形屏手机的小伙伴可能就会发现, 刘海 的位置有时候是需要放置操作按钮的,遮挡之后意味着相关按钮无法进行操作,往严重了说就是这个游戏暂时玩不了了。不过,异形屏发展到现在,绝大部分游戏都已经推出了相关适配方案。

目前,主流手机厂商方面也都各自推出过自己的适配方案,来帮助开发者适配自己的异形屏设备。除了视频和游戏之外,现在的应用对于异形屏的适配都已经相当成熟了。

虽然说手机的异形屏影响视觉效果以及影响使用,但是手机厂商还是需要花成本来完成屏幕的切割的,并且还带来了良品率的问题。所以,其实厂商在提高手机屏占比这件事情上,花费的成本还是比较高的。目前,应用在异形屏上的主流切割技术有刀轮切割、CNC 研磨及激光切割。

其中机械刀轮切割异形屏的应用上,由于没有高温问题,也就不会导致框边黄化与热点缺口等问题出现。但是,这种技术同时也存在切割速度慢、精度低、存在较大毛边损伤等问题。刀轮切割的崩边在 100μm 以上,精度 70μm,效率较快,粗糙度大于 100μm,无法切割小尺寸异形,良率低,具有粉尘污染。

CNC 研磨相较于刀轮切割在精度上会相对较高,崩边在 40μm 左右,精度 30μm,粗糙度大于 1μm,无法切割 U 形,良率高,具有粉尘污染。但是,这种加工方法的效率比较慢。

激光切割可以切割任意尺寸以及形状,崩边小于 10μm,精度 30μm 以下,粗糙度小于 1μm,良率高,无粉尘污染。

在加工上看上去激光切割是最优解,但是,这种加工方法存在一定热影响,切割后产生的热量会在切割线边缘产生应力裂纹,使玻璃的强度降低。而在切割之后进行 CNC 研磨,沿切割玻璃的边缘研磨一圈,将细小微裂纹磨掉,就可以提升玻璃强度,提高屏幕抗冲力和弯曲能力。因此,虽然激光切割方案作为主流方案,但目前采用较多的仍然是激光 +CNC 复合的方式。

异形屏幕的使用应该只是全面屏手机发展过程中的一个过渡形态,就像是当初的后置或者和电源键结合的指纹识别传感器。在全面屏形态智能手机发展起来之后,前置的指纹识别传感器和前置摄像头等元器件都是全面屏发展的阻碍,只是屏下指纹识别的技术和屏下摄像头存在不同程度的技术难度以及技术要求,所以屏下指纹和屏下摄像头两项技术的实际商用时间并不一样。现在屏下指纹识别技术已经在智能手机上得到了相当广泛的应用,而屏下摄像头技术可能还需要再等等。

目前在智能手机上应用的两种主流的屏下指纹识别方案主要有超声波屏下指纹识别以及光学屏下指纹识别,其中的光学屏下指纹识别本质上还是一种屏下光学成像技术。手指在支持光学屏下指纹识别的手机上进行识别的时候,屏幕会先发光,光线遇到进行识别的手指之后,会产生反射,反射之后的光线会经过屏幕像素之间的间隙到达屏下的传感器,最后传感器接收到图像信息然后和已经录入的信息进行对比。基本上这就是光学屏下指纹识别的一个简单完整过程。

手机上的光学屏下指纹识别工作的时候,屏幕会首先在识别的位置发出来比屏幕正常使用是强上好多的光束,来 照亮 手指的指纹信息。这个过程就是解决光的问题,要有足够的光照射到手指上,并且产生的反射的光足够强的时候,反射光才能带着指纹图像信息到达屏幕下的传感器。而屏下摄像头要最终完成成像,难度就要比指纹识别难得多。比如说,通过屏幕发出的光来给拍摄物打光,然后产生比较强烈的反射光,就是一件很不现实的事情。

另一方面,目前影响屏下摄像头成像的因素之一就是屏幕透光率。屏幕中的像素点、电路等都会大幅降低屏幕的光线透过率。为了保证屏幕的透光率,减少前摄区域的屏幕像素、电路排布是一个解决办法,但是这样处理之后就会导致屏幕显示效果的问题。所以如何兼顾好屏幕透光率和屏幕显示效果,是目前需要解决的一个大问题。

在屏下摄像头落地商用之前,除了异形屏的解决方案之外,手机厂商还应用了物理结构来解决前置摄像头等元器件的问题,比如说物理升降式结构以及复古的滑盖结构,但是这些物理结构相较于异形屏的使用,相对来说还是少数。所以,异形屏仍然是全面屏发展历史中重要的过渡形式。

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