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來源：IPRdaily中文網(wǎng)（iprdaily.cn）
作者：駱宗力 北京品源知識產(chǎn)權管理咨詢有限公司
原標題：iPhone 13為什么還在用“祖?zhèn)鲃⒑！?/strong>
美國蘋果公司（Apple Inc.）于北京時間2021年9月15日凌晨1點在Apple Park發(fā)布iPhone 13系列手機（圖1）。
圖1 iPhone 13系列手機
至此，蘋果公司已發(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，蘋果公司一躍成為世界中高端手機市場銷售額第一的手機制造廠商，并一直持續(xù)至今。
于蘋果公司發(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）以上的手機市場中，蘋果公司毫無意外地繼續(xù)霸占榜首，且遙遙領先其他手機制造廠商。
圖2 中高端智能手機2021年第二季度市場占比
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“不要買蘋果12，因為'十三香'的結論”是否有道理，筆者僅試圖從蘋果公司的相關專利布局來探究蘋果公司執(zhí)著于采用“劉海屏”的原因是什么。
蘋果公司自從2017年9月發(fā)布“劉海屏”造型的iPhone X系列手機以來，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(qū)的造型，這使得廣大網(wǎng)友將這一屏幕造型戲稱為蘋果公司的“祖?zhèn)鲃⒑！?。為了滿足廣大網(wǎng)友的好奇心，筆者試圖從蘋果公司的相關專利，以及手機屏幕的大概結構來解釋iPhone系列手機執(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為蘋果公司申請的混合有源像素元件和無源像素元件的相關專利附圖，但在此由于主要用于說明顯示正面保留非顯示區(qū)的必要性，筆者不對其發(fā)明點進行分析。在圖3中，101所示區(qū)域為顯示基板（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、驅動發(fā)光元件矩陣102工作的驅動電路（行驅動器121和列驅動器131）以及將發(fā)光元件矩陣102與驅動電路連接起來的各類信號線。其中，驅動電路設置于發(fā)光元件矩陣102的周緣，各類信號線在發(fā)光元件矩陣102的外圍通常以扇出（Fanout）方式與驅動電路電連接，發(fā)光元件矩陣102所在區(qū)域可以用于顯示，而信號線與驅動電路的扇出區(qū)域以及驅動電路所在區(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？
上文說到了邊框和功能器件區(qū)的功能，不難看出，在屏幕架構不出現(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(qū)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（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，該特點使得徹底消除“邊框”對于屏幕屏占比的影響成為可能。
參考圖5，圖5為蘋果公司申請的“柔性顯示面板的彎曲基板”專利，該專利利用有機發(fā)光顯示像素可在柔性襯底（基板）上制備的特點，將柔性襯底（基板）的扇出區(qū)域以及用于承載驅動電路的部分（即邊框）通過彎折的方式彎到屏幕背面，這樣從屏幕正面看過去，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扇出線和驅動電路的“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，卻無法通過該彎折方案實現(xiàn)“隱藏”。對此，蘋果公司也布局了相關專利，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
屏下指紋技術是指將指紋感應區(qū)設置于顯示區(qū)內(nèi)部，且該指紋感應區(qū)仍可用于正常顯示的技術。屏下指紋技術目前已日臻成熟，蘋果公司也對該技術布局了相關專利。
參考圖6，圖6為蘋果公司申請的具有顯示開口的電子裝置（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)中形成有多個小孔形成的相機孔徑陣列，該小孔允許光線通過，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顯示區(qū)的光線進行工作?；陬愃萍夹g，可實現(xiàn)在顯示區(qū)中設置指紋感應區(qū)，且不影響屏幕顯示的目的，實現(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、亮度傳感器和結構光模塊等。其中，前置攝像頭多用于實現(xiàn)自拍功能，亮度傳感器則多用于實現(xiàn)屏幕亮度自動調(diào)節(jié)功能，而結構光模塊則多用于輔助實現(xiàn)人臉識別等功能。
如圖7（蘋果公司申請的“顯示器的數(shù)據(jù)信號調(diào)整”專利）所示，蘋果公司自從iPhone X以來，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(qū)信號線的負載與其他顯示區(qū)的負載有著較大差異，這可能會出現(xiàn)缺口兩側的顯示區(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行補償。在該專利中，蘋果公司通過采取偵測衰減數(shù)據(jù)信號，并為衰減區(qū)域提供數(shù)據(jù)信號補償?shù)姆绞竭M行補償，以期解決“顯示分屏”的問題。
圖7 “劉海屏”典型專利附圖
蘋果公司的上述方案將缺口兩側的區(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?！眳^(qū)域）仍然不能進行顯示，且蘋果公司連續(xù)多年未對這一問題進行改進，難免引起一些眾多網(wǎng)友對這一問題的吐槽。
其他廠商為了解決這一問題，采取了挖孔或打孔的方式來設置前置攝像頭等功能器件，以期進一步縮小屏幕正面的非顯示區(qū)。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”兩類技術，“真孔”技術即將陣列基板在“孔”所在區(qū)域內(nèi)的各個膜層均挖掉，僅保留一層透明薄膜或透明玻璃作為保護層的技術；“盲孔”技術則是保留陣列基板的各個膜層結構（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構的技術。相比較而言“真孔”技術形成的“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”技術的制備良率更高，技術難度更小。
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，無論是“劉海屏”還是“打孔屏”，都仍然會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，給用戶的視覺體驗帶來了較大的負面影響。
為了解決這一問題，如圖9所示，有手機廠商采用了 “滑蓋式”“旋轉式”“彈出式”等伸縮式結構來設置前置攝像頭，這些結構的共同點是在攝像頭不被使用時均將攝像頭隱藏在手機內(nèi)部，而當需要使用攝像頭時，通過機械結構將攝像頭移出進行使用，這樣屏幕正面就無需再為前置攝像頭設置非顯示區(qū)了，在附加機械結構的基礎上，基本實現(xiàn)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，用戶為某些應用授權攝像頭權限時，隱藏的攝像頭也會莫名伸出來，給用戶帶來了不良的使用體驗。由于這些比較致命的缺點，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)廠商積極布局屏下攝像頭和屏下傳感器等相關專利。屏下攝像頭或屏下傳感器的基本實現(xiàn)思路與屏下指紋的基本思路相似，大多都是通過在顯示區(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更高的要求，因此其具體實現(xiàn)技術相對屏下指紋更難。
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）有關屏下攝像頭或屏下傳感器的部分相關專利布局。
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，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行了專利布局和產(chǎn)品試制。從上述公司的相關專利布局中簡單總結可得出如下結論：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：
通過該節(jié)描述可知，目前較為理想的全面屏實現(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，這些工藝的結合已經(jīng)能針對某些手機實現(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，已經(jīng)采用了華星光電基于CUP全面屏技術生產(chǎn)的全面屏屏幕，從圖11來看，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）技術的典型手機外觀
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，iPhone 13為什么還在用“劉海屏”？
通過上一節(jié)分析可以發(fā)現(xiàn)，屏下攝像頭和屏下傳感器技術相關技術已較為成熟，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于結構光模塊等結構實現(xiàn)，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比適用現(xiàn)有的屏下攝像頭（傳感器）技術的問題。
（2）、屏下攝像頭（傳感器）技術由于工藝相對復雜，成品率不高，且需要設計新的屏幕生產(chǎn)線，一定程度上提高了屏幕的成本。蘋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）技術目前的成品率和可靠性還未滿足蘋果公司的要求。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)濟退坡，人們消費能力減弱，蘋果公司可能為了壓縮iPhone 13系列手機的發(fā)售價而考慮降低手機各組件的成本，因此成本相對較低且技術更為成熟的“劉海屏”成為了蘋果公司的首選。
（3）、蘋果公司可能在相關技術的專利布局較晚，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險（或專利授權使用費）等原因，蘋果公司在“劉海屏”還可被大部分用戶接受的情況下，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(xiàn)象也可印證用戶對于“劉海屏”的接受度仍然處于較高水平。
最后，由于行文時對蘋果公司的海量專利（超過十三萬件）和技術路線未盡詳盡研究，上述原因僅是筆者經(jīng)過簡單檢索和分析推測而得，歡迎提出批評指正。
來源：IPRdaily中文網(wǎng)（iprdaily.cn）
作者：駱宗力 北京品源知識產(chǎn)權管理咨詢有限公司
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?zhèn)鲃⒑！?/span>（點擊標題查看原文）
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