iPhone 13為什么還在用“祖傳劉?！?/a>

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作者：駱宗力 北京品源知識產(chǎn)權管理咨詢(xún)有限公司

原標題：iPhone 13為什么還在用“祖傳劉?！?/strong>

美國蘋(píng)果公司（Apple Inc.）于北京時(shí)間2021年9月15日凌晨1點(diǎn)在A(yíng)pple Park發(fā)布iPhone 13系列手機（圖1）。

圖1  iPhone 13系列手機

至此，蘋(píng)果公司已發(fā)布32款手機產(chǎn)品，并且依靠2010年6月8日發(fā)布的iPhone 4系列手機的巨大成功，蘋(píng)果公司一躍成為世界中高端手機市場(chǎng)銷(xiāo)售額第一的手機制造廠(chǎng)商，并一直持續至今。

于蘋(píng)果公司發(fā)布iPhone 13系列手機的次日（2021年9月16日），研究機構Counterpoint發(fā)布了2021年第二季度全球中高端智能手機市場(chǎng)報告（圖2）。報告顯示，在400美元（約合人民幣2572元）以上的手機市場(chǎng)中，蘋(píng)果公司毫無(wú)意外地繼續霸占榜首，且遙遙領(lǐng)先其他手機制造廠(chǎng)商。

圖2 中高端智能手機2021年第二季度市場(chǎng)占比

在本文中，筆者不去評估在iPhone 12系列手機發(fā)布后，網(wǎng)友戲言的“不要買(mǎi)蘋(píng)果12，因為'十三香'的結論”是否有道理，筆者僅試圖從蘋(píng)果公司的相關(guān)專(zhuān)利布局來(lái)探究蘋(píng)果公司執著(zhù)于采用“劉海屏”的原因是什么。

蘋(píng)果公司自從2017年9月發(fā)布“劉海屏”造型的iPhone X系列手機以來(lái)，一直沿用這一在手機屏幕正面的頂部中央保留部分非顯示區的造型，這使得廣大網(wǎng)友將這一屏幕造型戲稱(chēng)為蘋(píng)果公司的“祖傳劉?！?。為了滿(mǎn)足廣大網(wǎng)友的好奇心，筆者試圖從蘋(píng)果公司的相關(guān)專(zhuān)利，以及手機屏幕的大概結構來(lái)解釋iPhone系列手機執著(zhù)于“劉海屏”的原因。

1、為什么要有非顯示區？

參考圖3，圖3為蘋(píng)果公司申請的混合有源像素元件和無(wú)源像素元件的相關(guān)專(zhuān)利附圖，但在此由于主要用于說(shuō)明顯示正面保留非顯示區的必要性，筆者不對其發(fā)明點(diǎn)進(jìn)行分析。在圖3中，101所示區域為顯示基板（又可稱(chēng)之為陣列基板），顯示基板上承載了主要的發(fā)光元件矩陣102、驅動(dòng)發(fā)光元件矩陣102工作的驅動(dòng)電路（行驅動(dòng)器121和列驅動(dòng)器131）以及將發(fā)光元件矩陣102與驅動(dòng)電路連接起來(lái)的各類(lèi)信號線(xiàn)。其中，驅動(dòng)電路設置于發(fā)光元件矩陣102的周緣，各類(lèi)信號線(xiàn)在發(fā)光元件矩陣102的外圍通常以扇出（Fanout）方式與驅動(dòng)電路電連接，發(fā)光元件矩陣102所在區域可以用于顯示，而信號線(xiàn)與驅動(dòng)電路的扇出區域以及驅動(dòng)電路所在區域則不可用于顯示，這些不可顯示區域在手機外觀(guān)上，通常以“邊框”形式體現。

圖3 顯示基板的布局示意圖

除此之外，參考圖4，其他布置于手機正面的功能器件（例如指紋傳感器、前置攝像頭和結構光模塊等）也可能會(huì )使部分區域不可顯示，這些非顯示區可稱(chēng)之為功能器件區（例如圖4中的16和12）。

圖4 功能器件區示意圖

2、屏幕正面必須存在非顯示區嗎？

上文說(shuō)到了邊框和功能器件區的功能，不難看出，在屏幕架構不出現革命性?xún)?yōu)化的情況下，仍然需要邊框和功能器件區來(lái)放置上述不可用于顯示的器件或結構。那么如何降低或消除非顯示區對屏幕屏占比的影響呢？

（1）、縮小或消除邊框

有機電致發(fā)光（Organic Light-Emitting Diode，OLED）顯示面板、Micro-LED顯示面板以及量子點(diǎn)（Quantum Dot，QD）顯示面板等有機發(fā)光顯示面板具有可柔性制備的特點(diǎn)，該特點(diǎn)使得徹底消除“邊框”對于屏幕屏占比的影響成為可能。

參考圖5，圖5為蘋(píng)果公司申請的“柔性顯示面板的彎曲基板”專(zhuān)利，該專(zhuān)利利用有機發(fā)光顯示像素可在柔性襯底（基板）上制備的特點(diǎn)，將柔性襯底（基板）的扇出區域以及用于承載驅動(dòng)電路的部分（即邊框）通過(guò)彎折的方式彎到屏幕背面，這樣從屏幕正面看過(guò)去，就只剩下位于中央的顯示區域，大大提高了屏幕的屏占比。

圖5 襯底彎折方案專(zhuān)利典型附圖

但該彎折方案僅僅解決了信號扇出線(xiàn)和驅動(dòng)電路的“隱藏”，而指紋傳感器、前置攝像頭、結構光傳感器和亮度傳感器等必須設置在屏幕正面的結構，卻無(wú)法通過(guò)該彎折方案實(shí)現“隱藏”。對此，蘋(píng)果公司也布局了相關(guān)專(zhuān)利，以期降低指紋傳感器、前置攝像頭、結構光模塊和亮度傳感器對于屏幕屏占比的負面影響。

（2）、“隱藏”指紋傳感器

屏下指紋技術(shù)是指將指紋感應區設置于顯示區內部，且該指紋感應區仍可用于正常顯示的技術(shù)。屏下指紋技術(shù)目前已日臻成熟，蘋(píng)果公司也對該技術(shù)布局了相關(guān)專(zhuān)利。

參考圖6，圖6為蘋(píng)果公司申請的具有顯示開(kāi)口的電子裝置（Electronic device with display apertures）專(zhuān)利，在該專(zhuān)利中，像素單元（發(fā)光二極管）的有源區中形成有多個(gè)小孔形成的相機孔徑陣列，該小孔允許光線(xiàn)通過(guò)，以使位于相機孔徑陣列下方的光敏指紋傳感器可以基于透過(guò)顯示區的光線(xiàn)進(jìn)行工作?；陬?lèi)似技術(shù)，可實(shí)現在顯示區中設置指紋感應區，且不影響屏幕顯示的目的，實(shí)現功能器件區的部分“隱藏”。

圖6 屏下指紋專(zhuān)利典型附圖

（3）其他功能元件的放置

本文中將其他需要放置在屏幕正面的功能元件統稱(chēng)為其他功能元件，這些功能元件大概包括：前置攝像頭、亮度傳感器和結構光模塊等。其中，前置攝像頭多用于實(shí)現自拍功能，亮度傳感器則多用于實(shí)現屏幕亮度自動(dòng)調節功能，而結構光模塊則多用于輔助實(shí)現人臉識別等功能。

如圖7（蘋(píng)果公司申請的“顯示器的數據信號調整”專(zhuān)利）所示，蘋(píng)果公司自從iPhone X以來(lái)，基本采取在屏幕正面設置缺口（notch）的方式放置上述其他功能元件，

由于缺口的存在，導致缺口兩側的顯示區信號線(xiàn)的負載與其他顯示區的負載有著(zhù)較大差異，這可能會(huì )出現缺口兩側的顯示區與其他顯示區的顯示參數（亮度、色域等）不同的情況，進(jìn)而出現明顯的“顯示分屏”現象，因此需要采取一定的手段進(jìn)行補償。在該專(zhuān)利中，蘋(píng)果公司通過(guò)采取偵測衰減數據信號，并為衰減區域提供數據信號補償的方式進(jìn)行補償，以期解決“顯示分屏”的問(wèn)題。

圖7 “劉海屏”典型專(zhuān)利附圖

蘋(píng)果公司的上述方案將缺口兩側的區域也用于顯示，一定程度上增加了屏幕的屏占比，有利于改善用戶(hù)的顯示感受。

但由于缺口區域（即俗稱(chēng)的“劉?！眳^域）仍然不能進(jìn)行顯示，且蘋(píng)果公司連續多年未對這一問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，難免引起一些眾多網(wǎng)友對這一問(wèn)題的吐槽。

其他廠(chǎng)商為了解決這一問(wèn)題，采取了挖孔或打孔的方式來(lái)設置前置攝像頭等功能器件，以期進(jìn)一步縮小屏幕正面的非顯示區。例如韓國三星（Samsung）公司，就在其旗艦產(chǎn)品Note系列和S系列中大量采用了打孔屏結構，如圖8所示。并且在“具有窗口的電致發(fā)光器件”等專(zhuān)利中，就挖孔屏結構的設計作了具體的布局和研究。需要注意的是，在打孔屏中的“打孔”設計中，大致分為“真孔”和“盲孔”兩類(lèi)技術(shù)，“真孔”技術(shù)即將陣列基板在“孔”所在區域內的各個(gè)膜層均挖掉，僅保留一層透明薄膜或透明玻璃作為保護層的技術(shù)；“盲孔”技術(shù)則是保留陣列基板的各個(gè)膜層結構（或挖掉部分膜層），僅在“孔”所在區域不制作顯示像素和薄膜晶體管等遮光結構的技術(shù)。相比較而言“真孔”技術(shù)形成的“孔”的透光率更好，更有利于前置攝像頭等功能元件的工作，而“盲孔”技術(shù)的制備良率更高，技術(shù)難度更小。

圖8 打孔屏專(zhuān)利典型附圖

（4）“附條件”的全面屏？

從上文描述不難看出，無(wú)論是“劉海屏”還是“打孔屏”，都仍然會(huì )在屏幕正面留下或大或小的非顯示區，并且這些非顯示區“嵌”在顯示區中間，給用戶(hù)的視覺(jué)體驗帶來(lái)了較大的負面影響。

為了解決這一問(wèn)題，如圖9所示，有手機廠(chǎng)商采用了 “滑蓋式”“旋轉式”“彈出式”等伸縮式結構來(lái)設置前置攝像頭，這些結構的共同點(diǎn)是在攝像頭不被使用時(shí)均將攝像頭隱藏在手機內部，而當需要使用攝像頭時(shí)，通過(guò)機械結構將攝像頭移出進(jìn)行使用，這樣屏幕正面就無(wú)需再為前置攝像頭設置非顯示區了，在附加機械結構的基礎上，基本實(shí)現了真正的全面屏。

但是這些結構由于需要額外設置攝像頭的機械移出機構，因此通常厚度較大，重量較重。并且在某些情況下，用戶(hù)為某些應用授權攝像頭權限時(shí)，隱藏的攝像頭也會(huì )莫名伸出來(lái)，給用戶(hù)帶來(lái)了不良的使用體驗。由于這些比較致命的缺點(diǎn)，這些結構有逐漸被替代的趨勢。

圖9 伸縮式攝像頭典型手機

（5）真·全面屏

經(jīng)歷了“彈出式”“滑蓋式”等全面屏的探索后，中國屏幕生產(chǎn)廠(chǎng)商積極布局屏下攝像頭和屏下傳感器等相關(guān)專(zhuān)利。屏下攝像頭或屏下傳感器的基本實(shí)現思路與屏下指紋的基本思路相似，大多都是通過(guò)在顯示區挖小孔陣列的方式提高特定區域的透光率，從而滿(mǎn)足攝像頭或傳感器對于透光率的要求，使其能夠正常工作。但屏下攝像頭和屏下傳感器由于對透光率有著(zhù)更高的要求，因此其具體實(shí)現技術(shù)相對屏下指紋更難。

參考圖10，圖10示出了京東方（BOE）、天馬微電子（TIANMA）、華星光電（CSOT）和維信諾（Visionox）有關(guān)屏下攝像頭或屏下傳感器的部分相關(guān)專(zhuān)利布局。

圖10 屏下攝像頭（傳感器）專(zhuān)利典型附圖

其中，華星光電和維信諾已經(jīng)有成熟的全面屏產(chǎn)品上市（維信諾生產(chǎn)的全面屏產(chǎn)品搭載于中興A20系列手機，華星光電與小米集團聯(lián)合研發(fā)、生產(chǎn)的全面屏則搭載于小米MIX 4系列手機，參考圖11）。而京東方和天馬微電子也進(jìn)行了專(zhuān)利布局和產(chǎn)品試制。從上述公司的相關(guān)專(zhuān)利布局中簡(jiǎn)單總結可得出如下結論：提升屏下攝像頭（傳感器）布置區域的透光率，且保持屏下攝像頭（傳感器）布置區域和其他區域的顯示一致性的思路大體有以下幾種：

通過(guò)該節描述可知，目前較為理想的全面屏實(shí)現工藝即邊框區彎折工藝+屏下指紋工藝+屏下攝像頭（傳感器）工藝，這些工藝的結合已經(jīng)能針對某些手機實(shí)現全面屏的展示效果。例如在2021年8月10日發(fā)布的小米MIX 4手機，已經(jīng)采用了華星光電基于CUP全面屏技術(shù)生產(chǎn)的全面屏屏幕，從圖11來(lái)看，屏幕正面已經(jīng)幾乎不存在非顯示區了。

圖11 搭載屏下攝像頭（傳感器）技術(shù)的典型手機外觀(guān)

3、既然已經(jīng)有了可以商業(yè)化的屏下攝像頭（傳感器）技術(shù)，iPhone 13為什么還在用“劉海屏”？

通過(guò)上一節分析可以發(fā)現，屏下攝像頭和屏下傳感器技術(shù)相關(guān)技術(shù)已較為成熟，那么最近發(fā)布的iPhone 13系列手機為什么還在用“劉海屏”呢？筆者認為可能存在以下幾種原因：

（1）、由于近幾年蘋(píng)果公司推出的iPhone系列手機均采用了面部識別（Face ID）的解鎖功能，而這一功能主要依賴(lài)于結構光模塊等結構實(shí)現，可能存在由于結構光模塊對于透光率要求更高，而導致結構光模塊不能類(lèi)比適用現有的屏下攝像頭（傳感器）技術(shù)的問(wèn)題。

（2）、屏下攝像頭（傳感器）技術(shù)由于工藝相對復雜，成品率不高，且需要設計新的屏幕生產(chǎn)線(xiàn)，一定程度上提高了屏幕的成本。蘋(píng)果公司可能對于成品率和可靠性要求較高，而屏下攝像頭（傳感器）技術(shù)目前的成品率和可靠性還未滿(mǎn)足蘋(píng)果公司的要求。另外，由于新冠肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）疫情的持續影響，全球經(jīng)濟退坡，人們消費能力減弱，蘋(píng)果公司可能為了壓縮iPhone 13系列手機的發(fā)售價(jià)而考慮降低手機各組件的成本，因此成本相對較低且技術(shù)更為成熟的“劉海屏”成為了蘋(píng)果公司的首選。

（3）、蘋(píng)果公司可能在相關(guān)技術(shù)的專(zhuān)利布局較晚，且iPhone 13系列手機的傳聞屏幕供應商（三星、LG Display、京東方）均未有成熟的全面屏屏幕出產(chǎn)，為了保證屏幕良率或降低屏幕成本或降低侵權風(fēng)險（或專(zhuān)利授權使用費）等原因，蘋(píng)果公司在“劉海屏”還可被大部分用戶(hù)接受的情況下，仍然堅持采用了“劉海屏”。并且從iPhone 13系列手機在發(fā)布一周以后，仍然需要“預約”、“搶購”的現象也可印證用戶(hù)對于“劉海屏”的接受度仍然處于較高水平。

最后，由于行文時(shí)對蘋(píng)果公司的海量專(zhuān)利（超過(guò)十三萬(wàn)件）和技術(shù)路線(xiàn)未盡詳盡研究，上述原因僅是筆者經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單檢索和分析推測而得，歡迎提出批評指正。

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作者：駱宗力 北京品源知識產(chǎn)權管理咨詢(xún)有限公司

編輯：IPRdaily王穎          校對：IPRdaily縱橫君

注：原文鏈接：iPhone 13為什么還在用“祖傳劉?！?/span>（點(diǎn)擊標題查看原文）

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