Das Design von Smartphones hat seit der Einführung des ersten iPhones im Jahr 2007 mehrere Iterationen durchlaufen. Ein großer Touchscreen ist zum zentralen Element geworden, das neben der Berührungseingabe auch die visuelle Ausgabe ermöglicht. Das Design hat sich auch dahingehend entwickelt, dass das Verhältnis von Bildschirm zu Gehäuse vergrößert wurde, um die Gesamtgröße des Geräts klein zu halten und gleichzeitig die Anzeigefläche zu maximieren.
Um dieses Verhältnis weiter zu erhöhen, scheint die Smartphone-Industrie zwei verschiedene Ansätze zu verfolgen. Der erste besteht darin, das Display faltbar/expandierbar zu machen (siehe unsere frühere Berichterstattung über faltbare Displays hier). Der andere Ansatz besteht darin, alle nach vorne gerichteten Sensoren von den Bereichen außerhalb des Bildschirms (z. B. dem Gehäuserahmen) unter den Bildschirm zu verlegen. Dieser integrierte Ansatz wird als rahmenloses Design bezeichnet.
Es gibt zwei Haupttypen von Fingerabdrucksensoren: optische Sensoren und Ultraschallsensoren. Optische Sensoren erfassen ein Bild des Fingerabdrucks zur Authentifizierung mit Hilfe von Licht, können aber nur durch Glas hindurch lesen. Ultraschallsensoren nutzen Ultraschall, um den Fingerabdruck des Benutzers zu erfassen, und können durch Glas, Kunststoff oder sogar Metall hindurch verwendet werden. Fingerabdrucksensoren unter dem Bildschirm (auch im Bildschirm oder auf dem Bildschirm), die biometrische Sicherheit bieten, sind bereits ein Standardmerkmal in Premium-Smartphones geworden. In naher Zukunft können wir mit einer Authentifizierung durch Auflegen des Fingers an beliebiger Stelle des Telefons und sogar mit Geräten rechnen, die eine kontinuierliche Authentifizierung für mehr Sicherheit bieten.
Bildsensoren könnten der limitierende Faktor für Smartphone-Hersteller sein, die ein nahtloses Gerät ohne Bildschirmrahmen entwickeln wollen. Bildsensoren sind sperrig und benötigen eine vergleichsweise große Menge an Licht, um zufriedenstellend zu funktionieren. Andere herkömmliche Sensoren an der Vorderseite, wie Näherungssensoren und Umgebungslichtsensoren, können durch Software und Eingaben vom Display und der Kamera an der Vorderseite ersetzt werden. Ein Mikrofon kann theoretisch hinter dem Display positioniert werden, mit Schallleitern, die nur sehr wenig Platz beanspruchen. Außerdem kann das Display selbst in einen piezoelektrischen, vibrierenden Lautsprecher für die Audioausgabe umgewandelt werden. Die größte Herausforderung für Ingenieure, die einen Bildsensor unter oder in das Display integrieren, besteht darin, die Mindestwerte für die Lichtdurchlässigkeit für die Bilderfassung auszugleichen und gleichzeitig das Display mit einer akzeptablen Pixeldichte zu versehen.
Patente können uns einen Einblick in bestehende Fähigkeiten und zukünftige Möglichkeiten geben. Um die Patente und Anwendungen zu identifizieren, die sich auf Bildsensoren unter dem Display beziehen, haben wir alle Patente und Anwendungen extrahiert, die sich auf Bildsensoren und die Anordnung unter dem Display beziehen. Wie aus den nachstehenden Anwendungstrends der Technologie hervorgeht, hat die Forschung und Entwicklung von In-Display-Kameras erst vor relativ kurzer Zeit begonnen und verzeichnet seit 2018 einen rasanten Anstieg der Patentanmeldungen.
*unvollständig aufgrund von Verzögerungen bei der Veröffentlichung Abbildung 1: Entwicklung der weltweiten Patente/Veröffentlichungen im Zusammenhang mit Bildsensoren im oder unter dem Bildschirm nach Anwendungsjahren |
Die nachstehende Grafik zeigt, dass chinesische Technologieunternehmen und Displayhersteller bei den weltweiten Patentanmeldungen für die Integration von Bildsensoren unter dem Bildschirm führend sein könnten.
Abbildung 2: Die wichtigsten Rechtsnachfolger auf der Grundlage ihrer weltweiten Patente/Anwendungen im Zusammenhang mit Bildsensoren in Bildschirmen |
Die derzeitigen Marktführer sind Wuhan China Star Optoelectronics Technology Co. Ltd und BBK communication technology, die Smartphone-Geräte unter den Marken Realme, Oppo, Vivo, OnePlus und iQOO herstellen und verkaufen. Samsung ist einer der führenden Hersteller von OLED- und AMOLED-Displays. Es scheint auch eine kleine Beteiligung an dem chinesischen Display-Hersteller Wuhan China Star Optoelectronics Technology zu haben (Quelle: Link), während TCL eine 40%ige Mehrheitsbeteiligung an Wuhan China Star Optoelectronics Technology zu besitzen scheint und plant, den Prozentsatz der Beteiligung mit der Einführung von 588 Millionen Dollar in das Unternehmen zu erhöhen (Quelle: Link). Unsere Daten deuten darauf hin, dass Schwergewichte in der CMOS-Bildsensorherstellung wie Sony und Omnivision derzeit keine bedeutenden Patente in diesem Bereich besitzen.
Die Analyse der Patente zeigt, dass sich die Erfindungen auf die Lösung des Problems der Lichtdurchlässigkeit durch ein Display mit hoher Pixeldichte für einen Bildsensor konzentrieren und nicht auf das Design des Bildsensors selbst. Die Mehrzahl der Patente im Gesamtportfolio bezieht sich ebenfalls auf Display-Technologien und -Hersteller. Einige der jüngsten Patente/Anmeldungen werden im Folgenden beschrieben.
US9057931B1, die Amazon zugewiesen ist und den Titel "Display Integrated Camera" trägt, offenbart ein Display (522) mit lichtemittierenden Pixeln (506), die in einer Reihe mit Mikrolinsen (508, 510) angeordnet sind, um eintreffendes Licht durch das Display zu leiten, wie in Abbildung 3 gezeigt. Diese besondere Anordnung von Pixeln und Mikrolinsen ermöglicht es, dass ein Bildsensor (528) unter dem Anzeigemodul integriert/gestapelt werden kann und dennoch eine ausreichende Lichtmenge zur Erzeugung eines Bildes erhält.
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| Abbildung 3: US9057931B1 zugewiesen an Amazon | |
US20200211443A1 mit dem Titel "Display Panel and Display Device" (Anzeigetafel und Anzeigevorrichtung), das Wuhan China Star Optoelectronics Technology (Muttergesellschaft: TCL) zugewiesen wurde, ähnelt dem vorherigen Amazon-Patent insofern, als es sich ebenfalls auf die Anordnung der Pixel konzentriert, um eine erhöhte Lichtdurchlässigkeit von der Anzeige zu einem Bildsensor auf der Rückseite des Geräts zu ermöglichen, wenn auch in einer anderen Anordnung, bei der die Pixel und die lichtdurchlässigen Bereiche mit 121 bzw. 122 bezeichnet werden (Abbildung 4).
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| Abbildung 4: US20200211443A1 zugewiesen an Wuhan China Star Optoelectronics Technology | |
US9756257B2, das HP zugewiesen wurde und den Titel "Camera Included in Display" trägt, ist ein weiteres Patent, das den beiden oben genannten Beispielen ähnelt. Das in diesem Patent behandelte Problem hat jedoch weniger mit der Erhöhung der Lichtdurchlässigkeit durch das Display zu tun, sondern vielmehr mit dem Übersprechen von Licht, das durch die Emissionen der Display-Pixel im Kamerabereich entsteht. Zur Verringerung des Übersprechens schlägt das Patent ein Verfahren vor, bei dem das Display bei Verwendung der Kamera in einen Kameramodus umschaltet, in dem die Pixel im Bereich um das Kameramodul abgeblendet werden (Abbildung 5).
Abbildung 5: US9756257B2 zugewiesen an HP |
Die meisten Patente in diesem Bereich sind im Besitz von chinesischen Herstellern. Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Zusammenhang mit Bildsensoren unter/auf dem Display sind relativ neu. Einige Smartphone-Hersteller wie Xiaomi und Oppo haben jedoch bereits Pläne für Geräte veröffentlicht, die die beschriebenen Funktionen enthalten (Quelle: Link). Abgesehen von der Tatsache, dass das Technologieproblem besteht, ist es zu früh, um mit Sicherheit vorherzusagen, ob die Forschung in diesem Bereich weiter zunehmen wird oder nicht. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Gerät mit einer Kamera im Display bald auf den Markt kommt, ist jedoch hoch.
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