光學感測 智慧手機 智慧型手機 鏡頭 Apple 影像感測

推升拍照效能極限 2019年手機多鏡頭趨勢成形

2019-02-12
光學產業(Optics Industry)作為光電領域最古老傳統基礎科學之一,並且純粹只用光而不用電,而現有的各式光電產品大多是需要經過光學系統,來產生後續的各式光與電之交互作用效應。光學產業做為光電產業中的元老產業,存在歷史悠久,雖然其產品之變化或進化相對來說比較緩慢,但也是光電產業之中不可或缺的重點。對於已經夯了許久的各式光學鏡頭相關產品來說,其實就是光學領域最多的應用產品之一。

近期南韓智慧型手機品牌大廠樂金電子(LG),正在研發配置背面後光學鏡頭(多達16顆光學鏡頭)的智慧型手機,可說是目前所知,配置最多顆光學鏡頭的智慧型手機。並且LG此款機種目前已經獲得美國專利,可以看出這或許是下一波智慧型手機的新技術與新賣點之議題新戰場,眾家光學領域相關廠商的機會來了。

智慧手機光學鏡頭多多益善

未來光學鏡頭廠商的成長動力基礎為何呢?首先由2018年以來指標性產品蘋果(Apple)智慧型手機iPhone的銷售情況,可以得知相關產業大略狀況。觀察2018年Apple推出的新款iPhone智慧型手機銷售並不熱絡,且中國智慧型手機市場已飽和並正在衰退中,估計持續到2019年恐怕也會繼續如此,這些狀況都會讓光學鏡頭廠的日子難過。不過蘋果以外其他各家非蘋Android陣營智慧型手機品牌,競相推出2顆、3顆、4顆、5顆以上之光學鏡頭的設計方案,估計都將在2018年第四季至2019年上半年間上市。

早期推出的手機並沒有配置任何光學鏡頭,且當時也沒有這種技術搭配與客戶需求。到了後來出現的日系摺疊手機,開始配置上一般的光學鏡頭,可以具備簡單的照相功能,但是與一般普通數位相機(Digital Still Camera, DSC)效果差異頗大。其後演變到智慧型手機階段,前後都有光學鏡頭,且照相功能與一般普通相機效果接近中。

自從2016年蘋果推出的iPhone 7 Plus智慧型手機,開始在其背面後光學鏡頭位置配置雙光學鏡頭之後,蔚為流行好評且造成轟動。其他品牌的智慧型手機開始爭相模仿。同時在2016年之後,隨著越來越多新款的智慧型手機,也在其背面後光學鏡頭位置配置一顆以上的光學鏡頭,現在已成為2018年主流機種的標準配備。

首先2018年Apple推出的三款iPhone智慧型手機,至今只有最貴的旗艦機種(6.5"尺寸大小的主動矩陣式有機發光顯示(AMOLED)螢幕與配置雙光學鏡頭)iPhone XS Max銷售差強人意,加上中國智慧型手機市場持續負成長,已經使2018年第四季光學鏡頭廠商之業績很難有好的表現。再來,由於預估2019年Apple推出的三款新iPhone可能僅是2018年產品的小改款,也就是說,2019年新款iPhone之主相機,可能還是維持與2018年款iPhone相同的雙光學鏡頭設計。坦白說,以目前2018年款的iPhone銷量不如預期來說,2019年光學鏡頭廠旺季業績,恐怕也無法期待太多來自蘋果訂單的貢獻。Apple配備2顆後光學鏡頭的智慧型手機外觀示意圖,如圖1所示。

圖1 Apple配備2顆後光學鏡頭的智慧型手機外觀示意圖
資料來源:網路、PIDA整理(12/2018)

好在預期未來智慧型手機之主相機,將具備多光學鏡頭設計,在中、高階Android陣營智慧型手機已經成為主流,或許有機會彌補中國智慧型手機市場不振,與Apple iPhone需求衰退。

另一家南韓智慧型手機品牌大廠三星電子(Samsung)在2018年10月上市的中價位機種A7,就是採用3顆光學鏡頭。而甫上市的機種A9,更搭載4顆光學鏡頭,且這兩款機種都是景深光學鏡頭,搭配廣角與望遠光學鏡頭的組合,其效能值得期待。

另一家中國多鏡頭智慧型手機品牌廠商華為(Huawei),2018年推出的高階智慧型手機機種P20 Pro、Mate 20 Pro,都已經走上後置3顆光學鏡頭之路,Mate 20 Pro更號稱可做到5倍光學變焦,華為預計在2019年上半年發表的P系列旗艦機種P30,將採用4顆光學鏡頭主相機,以達成更高級的10倍光學變焦。華為配備3顆後光學鏡頭的智慧型手機外觀示意圖,如圖2所示。

圖2 華為配備3顆後光學鏡頭的智慧型手機外觀示意圖
資料來源:網路、PIDA整理(12/2018)

華為旗下的副品牌智慧型手機廠榮耀,在2018年末12月即發表新款智慧型手機機種榮耀V20。榮耀V20號稱能夠拍攝天空中的流星雨,且效果能媲美數位單眼相機(Digital Single Lens Refector, DSLR)能力。榮耀V20智慧型手機搭配了全球首款使用4,800萬像素AI鏡頭,解析度可達8,000×6,000,使用SONY IMX586影像感測器(CIS)(1/2"尺寸大小,單位像素0.8μm)。同時榮耀V20智慧型手機的螢幕使用開孔式設計,在其顯示面板左上方處有開一個小孔,內藏有前光學鏡頭,可以達成幾乎是全螢幕為其主打之特色。

而早期的手機霸主諾基亞(Nokia,現在屬於HMD Global集團)在沉寂了一段時間之後,近期也將推出配置5顆光學鏡頭的新款智慧型手機機種。Nokia預計將在2019年初,發表首款主相機5顆鏡頭的智慧型手機產品Nokia 9 PureView。此新款Nokia 9 PureView智慧型手機,號稱運用在2015年鴻海集團轉投資的新創公司Light技術,能創造出可以媲美單眼相機的效果,並具備所謂光場相機功能的產品。Nokia配備5顆後光學鏡頭的智慧型手機外觀示意圖,如圖3所示。

圖3 Nokia配備5顆後光學鏡頭的智慧型手機外觀示意圖
資料來源:網路、PIDA整理(12/2018)

如此看來,未來搭配3到4顆光學鏡頭的智慧型手機將會越來越多款,且逐漸普及到大眾化機種。因此,搭配4顆光學鏡頭的智慧型手機可能很快就沒什麼看頭了,相關廠商又要開始想其他的特色方案。其中,LG甚至推出配置多達16顆光學鏡頭的大膽嘗試,且該設計並已獲得美國專利,對光學鏡頭廠商來說是寒冬送暖的大利多。

根據美國專利商標局USPTO網站資料顯示,LG新款智慧型手機,配置了高達16顆主光學鏡頭設計已經獲得美國專利。這套16顆光學鏡頭的設計,是以4乘4的矩陣方式來做排列。而且每顆光學鏡頭的角度略有不同,可以讓消費者按一次快門就有16張不同角度的照片可以選,或是用16張照片合成一張最好的照片、拍攝3D照片,或是隨意更換頭部姿勢等。LG配備16顆後光學鏡頭的智慧型手機外觀示意圖,如圖4所示。LG配備16顆後鏡頭的新款智慧型手機美國專利圖,如圖5所示。

圖4 LG配備16顆後光學鏡頭的智慧型手機外觀示意圖
資料來源:網路、PIDA整理(12/2018)
圖5 LG配備16顆後光學鏡頭的新款智慧型手機(美國專利圖)
資料來源:網路、PIDA整理(12/2018)

2018年標配後雙光學鏡頭

2018年主流智慧型手機,大部分會標配後雙光學鏡頭,其中一顆是廣角光學鏡頭,另一顆則是望遠光學鏡頭。廣角光學鏡頭主要是一般距離照相使用,視野較廣,但是有焦距長度的天生物理限制,拍不遠。望遠光學鏡頭主要應用在照遠端相片時使用,一般又分成光學變焦與數位變焦兩種。光學變焦是以光學的方式來達到數倍望遠效果,成像較佳,但是有光學鏡片尺寸大小的物理限制。數位變焦是運用電腦軟體運算來模擬出數倍望遠效果,效果較光學變焦差,依賴智慧型手機機體本身處理器之運算能力,且有其極限。受限於光學系統體積大小,目前智慧型手機大多的光學鏡頭可以達到2倍光學變焦,但是2倍以上變焦則要靠數位變焦來達成,且倍率越大時,畫面會越模糊,效果越差。也因此,已有光學鏡頭相關廠商,正在開發可裝在智慧型手機內,且超過2倍以上之光學變焦之解決方案。

預估採用多光學鏡頭(2顆光學鏡頭以上)的智慧型手機,會越來越多。一方面有長焦攝影的需求,3D立體成像和擴增實境(AR)也是需要雙光學鏡頭來達成,估計未來有更多需要多顆光學鏡頭的需求。

此外光場相機的技術,能將四面八方的光線收集起來合成相片,也需要更多的光學鏡頭來完成,可能是發展下一代相機的新興技術之一。

兩顆以上鏡頭成主流 2019年旗艦手機規格

目前市面的智慧型手機,基本上都會配置光學鏡頭,提供相關的各式應用場景。而近年來全球CMOS影像感測器市場,除了大量工業應用之外,主要以提供給智慧型手機鏡頭之需求為大宗。而每一顆光學鏡頭基本上就需配置一個影像感測器,越多的光學鏡頭需要更多的影像感測器。

但是由於最近智慧型手機市場也已逐漸飽和中,因此各全球各品牌之智慧型手機量銷售均呈現停滯狀態。為了在2019年能保持手機銷量正成長,各品牌智慧型手機紛紛推出以其配置的多光學鏡頭相機為賣點的新款機種,也因此可觀察出多光學鏡頭相機將成為主流趨勢。

Apple iPhone智慧型手機,自2016年起,推出配備雙光學鏡頭機型iPhone 7 Plus,成為引領高階智慧型手機機種主流趨勢。之後非蘋陣營品牌廠商,例如:Samsung、華為、小米、歐珀(OPPO)、維沃(VIVO)等品牌,都將高階手機配備多顆光學鏡頭相機。2018年在智慧手機市場中,配備多顆光學鏡頭相機的機型約占35%,預計2019年可超越50%水準。2018年全球主要品牌智慧型手機投入多顆光學鏡頭機型現況,如圖6所示。

圖6 2018年全球主要品牌智慧型手機投入多顆光學鏡頭機型現況
資料來源:網路、PIDA整理(12/2018)

影像感測器晶片供應商SONY,也在積極增加投資設備以擴大產量,滿足各大手機品牌對多顆光學鏡頭相機鏡頭需求。市調機構TSR表示,即使2019年全球手機出貨量持平的狀況,因手機配備多顆光學鏡頭如預期進行,每年估計對影像感測器需求會增加到5億個,影像感測器主要供應商SONY從2018年計畫3年內投資54億美金於設備,而其他各家影像感測器供應商,也積極擴產以趕上相關的需求。

此外,智慧型手機還有另外一項更重要的參數,也就是螢幕顯示面板。

迎接手機面板新氣象 LTPS/AMOLED成顯學

根據IHS公布2017年全球智慧型手機用面板總出貨量(包含TFT-LCD液晶與AMOLED面板),比2016年成長3%達20.1億片。其中具高解析度像素的低溫多晶矽(Low Temperature Poly Silicone, LTPS)TFT-LCD液晶顯示面板的出貨量比2016年增加21%,達6.2億片。而一般普通的非晶矽(Amorphous Silicon, a-Si)TFT-LCD液晶顯示面板出貨量減少4%,只有9.79億片。高階智慧型手機款配置的AMOLED顯示面板2017上半年需求較低,2017下半年跟上Apple的iPhone X上市風潮急遽增加,2017年整年比2016年整年增加3%,超過4億片。

低溫多晶矽(LTPS)顯示面板,將成全球智慧型手機顯示面板產品主流趨勢,對於智慧型手機用LTPS液晶顯示面板市場,中國中小尺寸顯示面板廠受惠於中國品牌智慧型手機,如:華為、小米、OPPO、VIVO等需求出貨量激增。傳統使用a-Si顯示面板的中國品牌手機廠,隨著中國六代面板產線,紛紛將改採低溫多晶矽顯示面板,使得低溫多晶矽顯示面板出貨量達1.05億片,比2016年增加近一倍。

其中天馬微電子全球市占率上升至17%,市占率排名第二。而市占率16%的LG顯示器LGD被擠下成為第三名,擊敗市占率13%排行第四名的夏普(Sharp),2017年手機用顯示面板市占率居冠者,仍為26%的日本顯示器JDI。

低溫多晶矽顯示面板的產線製程極為複雜,需要量產經驗來將產能發揮至極致,目前日韓面板廠比中國顯示面板廠更具競爭力。但是中國顯示面板廠的技術水準也正在急起直追,目前產品水準與產量應可供給中國智慧型手機之需求。

此外對於Apple iPhone X機種的減產對於顯示面板供應商的影響,由於中國智慧型手機成長趨緩,影響全球中小尺寸顯示面板的需求。而Apple 2017的智慧型手機iPhone X因為採用三星顯示器(SDC)的AMOLED顯示面板導致價格上漲,而影響到iPhone X銷售量。韓國媒體表示蘋果已於2018年一月對三星顯示器(SDC)的AMOLED顯示面板訂單砍半,在2018年第二季並持續砍訂單。

Apple智慧型手機減產對相關顯示面板供應商的衝擊,由於蘋果已於2016年底信誓旦旦表示,為了使iPhone智慧型手機使用更高階的顯示面板,2017年推出使用AMOLED顯示面板iPhone智慧型手機,在亮度及色彩飽和度與省電等項目超越TFT-LCD液晶顯示面板,以挽回市占率逐漸下滑的智慧型手機市場。

日資券商表示,因AMOLED顯示面板全球獨家供應商南韓三星顯示器價格居高不下,造成2017年9月推出的iPhone X上市因價格偏高,導致叫好不叫座,銷售不若預期。因此2018年後iPhone X降價壓力大,或可能調整AMOLED顯示面板機型與TFT-LCD液晶顯示面板機型的產量比例。考慮到AMOLED顯示面板機型的零件/材料成本(BOM)不如預期的降低的情況,蘋果自然會強烈要求AMOLED顯示面板供應商降價,或可能增產TFT-LCD液晶顯示面板的機型。

蘋果手機使用AMOLED顯示面板的政策不太可能改變,只是早前礙於獨家供應商三星顯示器不願意降價。所以Apple也在培養第二及第三供應商,如LG顯示、天馬微電子等。Apple甚至不斷放出消息,要發展另外的Micro LED顯示技術,取代既有的顯示技術,後續如何值得再觀察。

鏡頭數量與日俱增 影像感測商機水漲船高

鑒於觀察2018年之後的新款智慧型手機的發展方向,可以說就是朝向多顆光學鏡頭來發展趨勢。連之前堅持單光學鏡頭的SONY,近期推出的新款機種也配置了雙光學鏡頭,可以看得出趨勢。智慧型手機搭配多顆光學鏡頭的背後,除了光學廠商之外,就是光電半導體影像感測器廠商,因此影像感測器的用量勢必也隨著水漲船高,逐年提升整體產值。

同時也隨著LTPS顯示面板搭配的高解析度螢幕成為智慧型手機的主流趨勢,中國面板廠已大舉投資相關產能,持續擴大其全球市占率。此外,AMOLED顯示面板由於製造困難,成本依舊高昂,且真正能量產的供應商並不多。不過中國面板廠也持續投入資金與相關產出,相信未來發展也可能會有一席之地。發展中的Micro LED顯示技術仍然需要時間來研發如何有效的降低其生產成本,未來才有機會與AMOLED顯示面板一搏。

 (本文作者為光電科技工業協進會產業分析師)

Upcoming Events

熱門活動

More →

本站使用cookie及相關技術分析來改善使用者體驗。瞭解更多

我知道了!