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作者：駱宗力 北京品源知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理咨詢有限公司
原標(biāo)題：iPhone 13為什么還在用“祖?zhèn)鲃⒑！?/strong>
美國(guó)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Apple Park發(fā)布iPhone 13系列手機(jī)（圖1）。
圖1 iPhone 13系列手機(jī)
至此，蘋(píng)果公司已發(fā)布32款手機(jī)產(chǎn)品，并且依靠2010年6月8日發(fā)布的iPhone 4系列手機(jī)的巨大成功，蘋(píng)果公司一躍成為世界中高端手機(jī)市場(chǎng)銷售額第一的手機(jī)制造廠商，并一直持續(xù)至今。
于蘋(píng)果公司發(fā)布iPhone 13系列手機(jī)的次日（2021年9月16日），研究機(jī)構(gòu)Counterpoint發(fā)布了2021年第二季度全球中高端智能手機(jī)市場(chǎng)報(bào)告（圖2）。報(bào)告顯示，在400美元（約合人民幣2572元）以上的手機(jī)市場(chǎng)中，蘋(píng)果公司毫無(wú)意外地繼續(xù)霸占榜首，且遙遙領(lǐng)先其他手機(jī)制造廠商。
圖2 中高端智能手機(jī)2021年第二季度市場(chǎng)占比
在本文中，筆者不去評(píng)估在iPhone 12系列手機(jī)發(fā)布后，網(wǎng)友戲言的“不要買(mǎi)蘋(píng)果12，因?yàn)?#39;十三香'的結(jié)論”是否有道理，筆者僅試圖從蘋(píng)果公司的相關(guān)專利布局來(lái)探究蘋(píng)果公司執(zhí)著于采用“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(jī)以來(lái)，一直沿用這一在手機(jī)屏幕正面的頂部中央保留部分非顯示區(qū)的造型，這使得廣大網(wǎng)友將這一屏幕造型戲稱為蘋(píng)果公司的“祖?zhèn)鲃⒑！薄榱藵M足廣大網(wǎng)友的好奇心，筆者試圖從蘋(píng)果公司的相關(guān)專利，以及手機(jī)屏幕的大概結(jié)構(gòu)來(lái)解釋iPhone系列手機(jī)執(zhí)著于“劉海屏”的原因。
1、為什么要有非顯示區(qū)？
參考圖3，圖3為蘋(píng)果公司申請(qǐng)的混合有源像素元件和無(wú)源像素元件的相關(guān)專利附圖，但在此由于主要用于說(shuō)明顯示正面保留非顯示區(qū)的必要性，筆者不對(duì)其發(fā)明點(diǎn)進(jìn)行分析。在圖3中，101所示區(qū)域?yàn)轱@示基板（又可稱之為陣列基板），顯示基板上承載了主要的發(fā)光元件矩陣102、驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件矩陣102工作的驅(qū)動(dòng)電路（行驅(qū)動(dòng)器121和列驅(qū)動(dòng)器131）以及將發(fā)光元件矩陣102與驅(qū)動(dòng)電路連接起來(lái)的各類信號(hào)線。其中，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置于發(fā)光元件矩陣102的周緣，各類信號(hào)線在發(fā)光元件矩陣102的外圍通常以扇出（Fanout）方式與驅(qū)動(dòng)電路電連接，發(fā)光元件矩陣102所在區(qū)域可以用于顯示，而信號(hào)線與驅(qū)動(dòng)電路的扇出區(qū)域以及驅(qū)動(dòng)電路所在區(qū)域則不可用于顯示，這些不可顯示區(qū)域在手機(jī)外觀上，通常以“邊框”形式體現(xiàn)。
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(jī)正面的功能器件（例如指紋傳感器、前置攝像頭和結(jié)構(gòu)光模塊等）也可能會(huì)使部分區(qū)域不可顯示，這些非顯示區(qū)可稱之為功能器件區(qū)（例如圖4中的16和12）。
圖4 功能器件區(qū)示意圖
2、屏幕正面必須存在非顯示區(qū)嗎？
上文說(shuō)到了邊框和功能器件區(qū)的功能，不難看出，在屏幕架構(gòu)不出現(xiàn)革命性優(yōu)化的情況下，仍然需要邊框和功能器件區(qū)來(lái)放置上述不可用于顯示的器件或結(jié)構(gòu)。那么如何降低或消除非顯示區(qū)對(duì)屏幕屏占比的影響呢？
（1）、縮小或消除邊框
有機(jī)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(jī)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(duì)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(qǐng)的“柔性顯示面板的彎曲基板”專利，該專利利用有機(jī)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(qū)域以及用于承載驅(qū)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(qū)域，大大提高了屏幕的屏占比。
圖5 襯底彎折方案專利典型附圖
但該彎折方案僅僅解決了信號(hào)扇出線和驅(qū)動(dòng)電路的“隱藏”，而指紋傳感器、前置攝像頭、結(jié)構(gòu)光傳感器和亮度傳感器等必須設(shè)置在屏幕正面的結(jié)構(gòu)，卻無(wú)法通過(guò)該彎折方案實(shí)現(xiàn)“隱藏”。對(duì)此，蘋(píng)果公司也布局了相關(guān)專利，以期降低指紋傳感器、前置攝像頭、結(jié)構(gòu)光模塊和亮度傳感器對(duì)于屏幕屏占比的負(fù)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(yīng)區(qū)設(shè)置于顯示區(qū)內(nèi)部，且該指紋感應(yīng)區(qū)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(duì)該技術(shù)布局了相關(guān)專利。
參考圖6，圖6為蘋(píng)果公司申請(qǐng)的具有顯示開(kāi)口的電子裝置（Electronic device with display apertures）專利，在該專利中，像素單元（發(fā)光二極管）的有源區(qū)中形成有多個(gè)小孔形成的相機(jī)孔徑陣列，該小孔允許光線通過(guò)，以使位于相機(jī)孔徑陣列下方的光敏指紋傳感器可以基于透過(guò)顯示區(qū)的光線進(jìn)行工作。基于類似技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)在顯示區(qū)中設(shè)置指紋感應(yīng)區(qū)，且不影響屏幕顯示的目的，實(shí)現(xiàn)功能器件區(qū)的部分“隱藏”。
圖6 屏下指紋專利典型附圖
（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(tǒng)稱為其他功能元件，這些功能元件大概包括：前置攝像頭、亮度傳感器和結(jié)構(gòu)光模塊等。其中，前置攝像頭多用于實(shí)現(xiàn)自拍功能，亮度傳感器則多用于實(shí)現(xiàn)屏幕亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，而結(jié)構(gòu)光模塊則多用于輔助實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別等功能。
如圖7（蘋(píng)果公司申請(qǐng)的“顯示器的數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)整”專利）所示，蘋(píng)果公司自從iPhone X以來(lái)，基本采取在屏幕正面設(shè)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(dǎo)致缺口兩側(cè)的顯示區(qū)信號(hào)線的負(fù)載與其他顯示區(qū)的負(fù)載有著較大差異，這可能會(huì)出現(xiàn)缺口兩側(cè)的顯示區(qū)與其他顯示區(qū)的顯示參數(shù)（亮度、色域等）不同的情況，進(jìn)而出現(xiàn)明顯的“顯示分屏”現(xiàn)象，因此需要采取一定的手段進(jìn)行補(bǔ)償。在該專利中，蘋(píng)果公司通過(guò)采取偵測(cè)衰減數(shù)據(jù)信號(hào)，并為衰減區(qū)域提供數(shù)據(jù)信號(hào)補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行補(bǔ)償，以期解決“顯示分屏”的問(wèn)題。
圖7 “劉海屏”典型專利附圖
蘋(píng)果公司的上述方案將缺口兩側(cè)的區(qū)域也用于顯示，一定程度上增加了屏幕的屏占比，有利于改善用戶的顯示感受。
但由于缺口區(qū)域（即俗稱的“劉海”區(qū)域）仍然不能進(jìn)行顯示，且蘋(píng)果公司連續(xù)多年未對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，難免引起一些眾多網(wǎng)友對(duì)這一問(wèn)題的吐槽。
其他廠商為了解決這一問(wèn)題，采取了挖孔或打孔的方式來(lái)設(shè)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(qū)。例如韓國(guó)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(jié)構(gòu)，如圖8所示。并且在“具有窗口的電致發(fā)光器件”等專利中，就挖孔屏結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中，大致分為“真孔”和“盲孔”兩類技術(shù)，“真孔”技術(shù)即將陣列基板在“孔”所在區(qū)域內(nèi)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(hù)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(jié)構(gòu)（或挖掉部分膜層），僅在“孔”所在區(qū)域不制作顯示像素和薄膜晶體管等遮光結(jié)構(gòu)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(qū)，并且這些非顯示區(qū)“嵌”在顯示區(qū)中間，給用戶的視覺(jué)體驗(yàn)帶來(lái)了較大的負(fù)面影響。
為了解決這一問(wèn)題，如圖9所示，有手機(jī)廠商采用了 “滑蓋式”“旋轉(zhuǎn)式”“彈出式”等伸縮式結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)置前置攝像頭，這些結(jié)構(gòu)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(jī)內(nèi)部，而當(dāng)需要使用攝像頭時(shí)，通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)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(shè)置非顯示區(qū)了，在附加機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，基本實(shí)現(xiàn)了真正的全面屏。
但是這些結(jié)構(gòu)由于需要額外設(shè)置攝像頭的機(jī)械移出機(jī)構(gòu)，因此通常厚度較大，重量較重。并且在某些情況下，用戶為某些應(yīng)用授權(quán)攝像頭權(quán)限時(shí)，隱藏的攝像頭也會(huì)莫名伸出來(lái)，給用戶帶來(lái)了不良的使用體驗(yàn)。由于這些比較致命的缺點(diǎn)，這些結(jié)構(gòu)有逐漸被替代的趨勢(shì)。
圖9 伸縮式攝像頭典型手機(jī)
（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(guó)屏幕生產(chǎn)廠商積極布局屏下攝像頭和屏下傳感器等相關(guān)專利。屏下攝像頭或屏下傳感器的基本實(shí)現(xiàn)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(qū)挖小孔陣列的方式提高特定區(qū)域的透光率，從而滿足攝像頭或傳感器對(duì)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(duì)透光率有著更高的要求，因此其具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)相對(duì)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)專利布局。
圖10 屏下攝像頭（傳感器）專利典型附圖
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(jī)，華星光電與小米集團(tuán)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(jī)，參考圖11）。而京東方和天馬微電子也進(jìn)行了專利布局和產(chǎn)品試制。從上述公司的相關(guān)專利布局中簡(jiǎn)單總結(jié)可得出如下結(jié)論：提升屏下攝像頭（傳感器）布置區(qū)域的透光率，且保持屏下攝像頭（傳感器）布置區(qū)域和其他區(qū)域的顯示一致性的思路大體有以下幾種：
通過(guò)該節(jié)描述可知，目前較為理想的全面屏實(shí)現(xiàn)工藝即邊框區(qū)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(jié)合已經(jīng)能針對(duì)某些手機(jī)實(shí)現(xiàn)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(jī)，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(qū)了。
圖11 搭載屏下攝像頭（傳感器）技術(shù)的典型手機(jī)外觀
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(jié)分析可以發(fā)現(xiàn)，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(jī)為什么還在用“劉海屏”呢？筆者認(rèn)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(jī)均采用了面部識(shí)別（Face ID）的解鎖功能，而這一功能主要依賴于結(jié)構(gòu)光模塊等結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，可能存在由于結(jié)構(gòu)光模塊對(duì)于透光率要求更高，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)光模塊不能類比適用現(xiàn)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(duì)復(fù)雜，成品率不高，且需要設(shè)計(jì)新的屏幕生產(chǎn)線，一定程度上提高了屏幕的成本。蘋(píng)果公司可能對(duì)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(xù)影響，全球經(jīng)濟(jì)退坡，人們消費(fèi)能力減弱，蘋(píng)果公司可能為了壓縮iPhone 13系列手機(jī)的發(fā)售價(jià)而考慮降低手機(jī)各組件的成本，因此成本相對(duì)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)的專利布局較晚，且iPhone 13系列手機(jī)的傳聞屏幕供應(yīng)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(quán)風(fēng)險(xiǎn)（或專利授權(quán)使用費(fèi)）等原因，蘋(píng)果公司在“劉海屏”還可被大部分用戶接受的情況下，仍然堅(jiān)持采用了“劉海屏”。并且從iPhone 13系列手機(jī)在發(fā)布一周以后，仍然需要“預(yù)約”、“搶購(gòu)”的現(xiàn)象也可印證用戶對(duì)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(duì)蘋(píng)果公司的海量專利（超過(guò)十三萬(wàn)件）和技術(shù)路線未盡詳盡研究，上述原因僅是筆者經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單檢索和分析推測(cè)而得，歡迎提出批評(píng)指正。
來(lái)源：IPRdaily中文網(wǎng)（iprdaily.cn）
作者：駱宗力 北京品源知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理咨詢有限公司
編輯：IPRdaily王穎 校對(duì)：IPRdaily縱橫君
注：原文鏈接：iPhone 13為什么還在用“祖?zhèn)鲃⒑！?/span>（點(diǎn)擊標(biāo)題查看原文）
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