هرآنچه که باید درباره دوربین زیر نمایشگر و نحوه پیاده‌سازی آن در گجت‌ها بدانید

پس از اپل شرکت‌های بیشتری در این مسیر گام برداشتند، اما هرکدام استراتژی‌های مخصوص به خود را دارند. برای مثال سامسونگ در جدیدترین پرچمدارهای خود مانند سری گلکسی S20 و نوت ۲۰ از حفره درون نمایشگر استفاده کرده یا شرکت‌هایی مانند اوپو و وان پلاس به سراغ دوربین سلفی پاپ رفته‌اند تا صفحه نمایشی یکپارچه را در اختیار کاربران قرار دهند.

این ترند تنها به دنیای گوشی‌های هوشمند محدود نمی‌شود و لپ‌تاپ‌ها را هم دربرمی‌گیرد. در اطراف نمایشگر لپ‌تاپ‌ها حاشیه زیادی به چشم می‌خورد که یکی از دلایلش، نیاز به فضایی برای قرارگیری وبکم است. اکثر شرکت‌ها وبکم را در بخش بالایی قرار می‌دهند، البته برخی برای افزایش نسبت نمایشگر به بدنه آن را به بخش پایینی پنل یا درون کیبورد منتقل کرده‌اند و ظاهرا هیچ کدام از آن‌ها علاقه‌ای به ناچ یا حفره درون نمایشگر ندارند.

حالا شرکت‌ها در مسیری قدم برمی‌دارند که نه تنها تغییر شگرفی در دنیای گوشی‌ها بلکه در لپ‌تاپ‌ها و حتی تلویزیون‌ها نیز ایجاد خواهد کرد. کمپانی‌ها می‌خواهند دوربین را به زیر نمایشگر منتقل کنند و احتمالا تا اواخر سال آینده میلادی اولین گوشی‌های هوشمند به صورت عمده با این فناوری وارد بازار خواهند شد و پس از آن با لپ‌تاپ‌ها، تبلت‌ها و تلویزیون‌ها با این نوع دوربین‌ها ملاقات خواهیم کرد.

شرکت‌ها چگونه به این فناوری دست پیدا می‌کنند و چگونه در نحوه استفاده از دستگاه‌های مختلف تاثیر می‌گذارند؟ در ادامه با میدونی همراه باشید تا نگاه دقیق‌تری به دوربین زیر نمایشگر داشته باشیم.

چرا باید به سراغ دوربین زیر نمایشگر برویم؟

یکی از مشکلات بزرگی که کاربران گوشی‌های هوشمند جدید با آن دست و پنجه نرم می‌کنند، وجود برش، حفره درون نمایشگر یا حاشیه‌های ضخیم اطراف صفحه نمایش است. با وجود این موضوع، کاربران همچنان به خرید چنین محصولاتی ادامه می‌دهند که برای مثال می‌توان به فروش بالای گوشی‌های آیفون اشاره کرد.

اگر بحث زیبایی شناسی را کنار بگذاریم و کاری با طراحی جذابتر دستگاه‌ها نداشته باشیم، سه مزیت بزرگ برای دوربین زیر نمایشگر وجود دارد.

اول از همه با اینکار با یک نمایشگر لبه به لبه و بدون حاشیه روبه‌رو می‌شویم. با انتقال دوربین به زیر نمایشگر برای مشاهده تصاویر و ویدیوها با یک مزاحم در اشکال مختلف مواجه نمی‌شویم و توسعه‌دهندگان هم می‌توانند از تمام فضای نمایشگر استفاده کنند. در کنار این موارد، ابعاد کلی دستگاه هم کاهش پیدا می‌کند.

دومین مزیت مربوط به طراحی داخلی دستگاه‌ها و همچنین تولید آن‌ها می‌شود. اگر سازندگان محدودیت چندانی برای محل قرارگیری سنسورها و دوربین‌ها و اندازه آن‌ها نداشته باشند، می‌توانند تغییرات زیادی در نحوه طراحی گوشی‌های خود ایجاد کنند. از این تغییرات احتمالی می‌توان به باتری‌های بزرگتر، ضخامت کمتر، سنسورهای بیشتر و همچنین دوربین‌های بهتر اشاره کرد.

سومین و آخرین مزیت این است که می‌توانیم آن را با نگاه خود تراز کنیم. اکثر ما در کنفرانس‌های ویدیویی بجای دوربین، نمایشگر را نگاه می‌کنیم که نتیجه آن یک دید رو به پایین است. در حقیقت در هنگام تماس تصویری به فرد مقابل نگاه نمی‌کنیم.

«OTI Lumionics» یکی از شرکت‌هایی است که روی فناوری‌های مربوط به دوربین زیر نمایشگر کار می‌کند و توانسته روشی را خلق کند که منجر به شفافیت صفحه نمایش برای قرارگیری دوربین زیر آن می‌شود. زمانی که دوربین زیر نمایشگر قرار بگیرد، ارتباط ما با فرد مقابل در تماس تصویری واقعی‌تر به نظر می‌رسد.

چگونه می‌توان یک نمایشگر را شفاف کرد؟

در فناوری نمایشگرها دو نوع حکمرانی می‌کنند: نمایشگر کریستال مایع یا LCD که شامل تلویزیون‌های LED و QLED می‌شود و OLED که دنیای گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها در سلطه آن قرار دارد. در آینده شاهد ورود گسترده‌تر نمایشگرهای OLED به دنیای لپ‌تاپ‌ها و حتی مانیتورها خواهیم بود.

LCD در هنگامی که از آن استفاده نمی‌شود، شفاف است ولی استفاده از این شفافیت برای قرارگیری دوربین زیر آن یک مشکل فنی بزرگ ایجاد می‌کند، مخصوصا اگر به نور پس زمینه نیاز داشته باشید.

از طرف دیگر بخش فعال نمایشگر OLED ضخامتی اندازه کاغذ دارد و ضخامت لایه‌های آن به نانومتر می‌رسد. این ویژگی آن را به یک نامزد مناسب برای تولید نمایشگرهای شفاف تبدیل می‌کند. لایه بالایی فلزی آن با ضخامت نانومتر برای نور مرئی شفاف است اما اینفرارد را بطور کامل مسدود می‌کند.

در این میان یک سوال ایجاد می‌شود: چگونه می‌توان شفافیت نمایشگر OLED‌ را بدون آسیب به ویژگی‌های آن افزایش داد؟

یکی از راه‌حل‌های این موضوع توسط شیائومی و اوپو در نمونه اولیه دوربین زیر نمایشگر ارائه شده که مبتنی بر شفافیت ذاتی پیکسل OLED است. زمانی که یک پیکسل OLED برای انتشار نور مورد استفاده قرار نمی‌گیرد، امکان عبور نور را فراهم می‌کند. با توجه به این موضوع می‌توانید دوربین را زیر نمایشگر قرار دهید و نور کافی برای ثبت تصاویر هم در اختیارش قرار بگیرد.

با این حال یک مشکل وجود دارد: شما باید دوربین را در بخش بالایی یا پایینی نمایشگر قرار دهید، چرا که با فعال شدن دوربین باید پیکسل‌های بالایی آن خاموش شوند که نتیجه آن ایجاد یک بخش مشکی روی نمایشگر است. این راه‌حل می‌تواند مشکلات مربوط به حفره درون نمایشگر و همچنین ناچ را برطرف کند، اما همچنین باید با مشکل خط دید خود دست و پنجه نرم کنیم.

یکی دیگر از راه‌حل‌ها برای دستیابی به نمایشگر شفاف، ایجاد حفره‌های فیزیکی کوچک در میان پیکسل‌های نمایشگر است که البته چالش‌های مخصوص به خود را دارد. اولین گوشی تجاری با دوربین زیر نمایشگر یعنی ZTE Axon 20 5G از این تکنیک استفاده می‌کند، اما راهکار چندان ایده‌آلی نیست.

گوشی‌های مدرن کنونی تراکم پیکسلی بسیار بالایی دارند. برای مثال تراکم پیکسلی آیفون ۱۲ پرو به ۴۶۰ پیکسل در هر اینچ می‌رسد و اکسپریا XZ پریمیوم هم دارای ۸۰۷ پیکسل در این اینچ است. حالا تصور کنید بخواهید میان این پیکسل‌ها حفره‌های نه چندان کوچک هم ایجاد کنید.

ZTE برای دستیابی به هدف خود مجبور شده برخی پیکسل‌ها در بالای دوربین را حذف کند تا بتواند برای ایجاد حفره‌های کوچک فضای کافی داشته باشد. همین موضوع باعث شده تراکم پیکسلی آن در بخشی که دوربین قرار دارد، کمتر از رقبا باشد.

در کنار این مشکل، به علت اندازه این حفره‌ها می‌توان آن‌ها را در برخی زوایا مشاهده کرد. تراکم پیکسلی پایین‌تر بخش بالایی نمایشگر برای اکثر کاربران مشکلی ایجاد نمی‌کند چرا که اطلاعات تقریبا کمی در این بخش به چشم می‌خورند. اما اگر بخواهیم مشکل خط دید را برطرف کنیم، باید دوربین را به مرکز نمایشگر منتقل کنیم و مسلما کاربران با کمبود پیکسل در این بخش کنار نخواهند آمد.

راه‌حل سوم برای دوربین زیر نمایشگر

برای قرارگیری دوربین زیر نمایشگر یک راه سومی هم وجود دارد. بجای اینکه به پیکسل‌های شفاف تکیه کنیم یا اینکه پس از ساخت نمایشگر روی آن حفره‌های کوچک ایجاد کنیم، می‌توانیم در هنگام تولید میلیون‌ها حفره بسیار کوچک روی هر لایه از پنل OLED خلق کنیم. فرایندهای تولیدی کنونی از طریق فرایندی به نام الگوسازی ما را به این هدف نزدیک می‌کنند.

مدیرعامل شرکت OTI Lumionics به نام «مایکل هلندر» در این زمینه می‌گوید:

«ما می‌دانیم چگونه این کار را در لایه TFT (ترانزیستور فیلم نازک) انجام دهیم. ما از نحوه انجام آن در الکترود پایینی اطلاع داریم و می‌دانیم چگونه چنین کاری را در لایه‌ای که پیکسل‌های مختلف را تشکیل می‌دهد، انجام دهیم.»

با این وجود لایه فلزی بالایی که به آن «کاتد» هم گفته می‌شود، متفاوت از لایه‌های دیگر ساخته شده که همین موضوع چالش‌های مهندسی منحصر به فردی ایجاد می‌کند. این لایه فلزی کاتد بطور کلی یک ورق فلزی نیست.

بجای اتصال یک صفحه فلزی جداگانه در بالای نمایشگر، مولکول‌های فلز تبخیر شده و روی کل سطح متراکم می‌شوند. این فرایند «رسوب بخار» نام دارد. مشکل اینجاست که پس از رسوب این لایه فلزی، هیچ راهی برای الگوسازی وجود ندارد. در این هنگام باید به سراغ دستور سری OTI Lumionics برویم.

هلندر می‌گوید:

«فناوری که ما برای اینکار توسعه داده‌ایم، راهی برای الگوسازی میلیون‌ها حفره کوچک در این لایه در هنگام فرایند تولید از طریق خودسامانی است. زمانی که تمام این مواد را در کنار یکدیگر قرار دهید، آن‌ها به طور طبیعی میلیون‌ها حفره کوچک روی نمایشگر ایجاد می‌کنند.»

هلندر ادعا می‌کند که این فرایند در نمایشگر با هر ابعادی کارایی دارد و سازندگان می‌توانند برای تعداد این حفره‌ها تصمیم‌گیری کنند. تعداد این حفره‌ها می‌تواند در محدوده ۱ تا ۱ میلیارد قرار داشته باشد. با ایجاد این حفره‌ها، نور مرئی و اینفرارد می‌توانند بدون مشکل از نمایشگر عبور کنند.

مشکلات امنیتی و حریم خصوصی

قرارگیری دوربین زیر نمایشگر که تاثیر منفی روی کیفیت تصاویر و ویدیوها نداشته باشد، خواسته شمار بالایی از کاربران است، اما در این میان باید به مشکلات امنیتی هم اشاره کرد. در حال حاضر که دوربین‌ها روی حاشیه نمایشگر قرار دارند، برخی برای حفظ حریم خصوصی خود آن را روی لپ‌تاپ می‌پوشانند یا اینکه شاید اپ‌ها بدون اجازه از دوربین گوشی‌ها استفاده کنند.

شرکت‌ها باید یک نشانگر برای زمان فعال بودن دوربین برای کاربران درنظر بگیرند یا اینکه امکان غیرفعال‌سازی آن را فراهم کنند. از آنجایی که این دوربین زیر صفحه نمایش قرار دارد، اگر بخواهیم آن را بپوشانیم، بخشی از نمایشگر نیز از دسترس خارج می‌شود.

اپل در جدیدترین نسخه iOS یعنی iOS 14 قابلیتی را درنظر گرفته که در هنگام استفاده از دوربین در کنار برش نمایشگر یک نقطه سبز رنگ ظاهر می‌شود و در زمان استفاده از میکروفن یک نقطه نارنجی رنگ به چشم می‌خورد. اگرچه با راهکاری مناسبی روبه‌رو هستیم، اما به چیز بیشتری نیاز داریم.

اسپیکرهای هوشمند مانند گوگل نست مینی با سوییچ‌های فیزیکی فروخته می‌شوند که می‌توان توسط آن‌ها میکروفن‌ها را غیرفعال کرد. می‌توان از چنین مکانیزمی برای گوشی‌ها، تلویزیون‌ها، مانتیورها و لپ‌تا‌پ‌های مجهز به دوربین زیر نمایشگر هم استفاده کرد.

زمان ورود عمده دوربین زیر نمایشگر به بازار

در حال حاضر OTI Lumionics با چندین شرکت چینی قرارداد همکاری امضا کرده، اما به علت محرمانه بودن نام آن‌ها اعلام نشده است. هلندر اعلام کرده:

«بسیاری از آن‌ها نمونه‌های اولیه‌ای ساخته‌اند که عملکرد مناسبی دارند، با این حال تا زمان آمادگی برای ارائه نمونه تجاری، نمی‌خواهند اطلاعاتی از آن‌ها منتشر شود.»

هلندر باور دارد که گوشی‌ها با نوع جدید دوربین زیر نمایشگر در سال ۲۰۲۱ از راه می‌رسند، اما شاید تا سال ۲۰۲۲ به صورت انحصاری در بازار چین فروخته شوند.

قیمت گوشی‌ها با دوربین زیر نمایشگر

در حالی که بسیاری منتظر ورود گوشی‌های پرچمدار با قیمت بالای ۱۰۰۰ دلار مجهز به این فناوری جدید هستند، هلندر نظر متفاوتی دارد. به گفته هلندر اولین دستگاه‌های مجهز به دوربین زیر نمایشگر گوشی‌های میان‌رده خواهند بود. علت چنین موضوعی، رقابت سنگین برندهای چینی برای موبایل‌های با محدوده قیمتی ۴۰۰ تا ۶۰۰ دلار است که می‌خواهند با قابلیت‌های جدید مشتریان را جذب کنند.

در نهایت باید به این موضوع اشاره کنیم که علاوه بر شرکت‌های چینی، کمپانی‌های دیگری مانند سامسونگ هم در این مسیر گام برمی‌دارند و در آینده باید منتظر عرضه محصولات زیادی مجهز به دوربین زیر نمایشگر باشیم. برای مثال این احتمال وجود دارد که گلکسی زد فولد ۳ با دوربین سلفی زیر نمایشگر وارد بازار شود.