有機ELディスプレイ
ディスプレイは縦横比が18:9、6.0インチの有機ELディスプレイを採用し、2880×1440ドット、QHD＋の表示が可能。従来のXperiaでは上下のベゼル部分がボディカラーと同色のデザインを採用してきたが、Xperia XZ3ではディスプレイが本体前面のほとんどを占め、ベゼル部分も黒く仕上げられているため、ディスプレイとボディがシームレスに仕上げられたデザインとなっている。これにより、映像コンテンツを視聴するとき、今までのXperiaシリーズにはなかった没入感を体験できるとしている。
また、これまでのXperiaシリーズでも採用されてきた高精細技術の「X-reality for mobile」をはじめ、高色域を実現する「TRILUMINAS Display for mobile」、高コントラスト表示が可能な「Dynamic Contrast Enhancer」などの技術も搭載される。一般的に、有機ELディスプレイはバックライトが必要な液晶ディスプレイと違い、自発光で発色が良いとされているが、ソニーモバイルではさらに、ソニーの有機ELテレビ「BRAVIA OLED」で培われた映像技術を活かし、BRAVIA OLEDで視聴したときと遜色のない美しい映像を再現できるようにしている。
ステレオスピーカー、振動システム
サウンドについては本体前面にステレオスピーカーを搭載し、S-Forceサラウンドに対応するほか、映像や音楽、ゲームなどの音響に合わせ、本体を振動させるDynamic Vibration Systemも搭載される。
本体には3.5mmステレオイヤホン端子が備えられていないが、充電時にも3.5mmステレオイヤホンが利用できるUSB Type-C 2-IN-1ケーブル（分岐ケーブル）がアクセサリーとして提供される。
ボディ側面でタップして操作
ユーザーインターフェースについては、ディスプレイが縦長になり、上下に指が届きにくくなることを考慮し、本体側面にタッチして操作する「サイドセンス」という機能が搭載される。本体の両側面のディスプレイが湾曲している部分をダブルタップすると、その位置にアプリを8つ並べる形で表示する。
一覧にはユーザーが次に使うアプリをAIが予測して表示され、時間や場所、使用頻度などの状況を独自に解析し、予測する。ユーザーが選んだアプリを固定して表示することも可能。アプリ以外に、通知を参照したり、片手でも操作しやすい「片手モード」に表示を切り替えることもできる。サイドセンスの他の操作としては、側面をスライドさせて、バックキーの操作をしたり、ダブルタップでカメラを起動することができる。
「Always on display」
Xperia XZ3では、有機ELディスプレイを採用したことで、待機時に画面にさまざまな情報を表示できる「Always on display」に対応した。
Always on displayでは待機時に時刻や通知などを表示できるほか、「ステッカー」と呼ばれる機能により、aiboやスパイダーマンなどのキャラクターを表示したり、写真を再生したりできる。写真の再生は自宅ならアルバムアプリでランダムに表示したり、写真を撮影した直後は、最近撮影した写真を表示したりできる。さらに、以前訪れたことがある場所に再訪したときは、同じ場所で撮影した過去の写真を表示することも可能。
カメラ
メインカメラはレーザーAFとRGBC-IRセンサーを組み合わせた1900万画素のイメージセンサーのMotion Eyeカメラが搭載される。カメラの起動は側面のカメラキーの押下、前述のサイドセンスによる側面のダブルタップに加え、本体を横向きの状態で構え、画面に表示された丸いエリアをタップして起動するスマートカメラ起動が利用できる。Motion Eyeカメラの撮影機能としては、従来モデルでサポートされた4K HDR動画撮影やフルHDでの960fpsスーパースローモーション撮影などが利用できる。
カメラのユーザーインターフェイスは変更され、中央に写真とビデオの切り替えアイコンを配し、マニュアル撮影やスーパースローモーションなどの機能は［MODE］ボタンを押したときに表示される。
フロントカメラは1300万画素のイメージセンサーに、従来モデルよりも明るいF1.9のレンズを組み合わせている。ポートレートセルフィーモードを搭載しており、被写体の人物の背景のぼけ、美肌、肌の明るさ、目の大きさ、輪郭補正などの機能も搭載されている。
従来モデルでフロントカメラでの撮影にも対応した3Dクリエイターは、新たに撮影した顔をアニメーションさせ、表情を変化させる機能が追加された。
チップセットは米Qualcomm製のSnapdragon 845を採用し、メモリーとストレージは4GB RAMと64GB ROM（UFS）で構成される。メモリーカードは最大512GBのmicroSDXCメモリーカードに対応する。SIMカードはnanoSIMカードを採用し、グローバル向けではデュアルSIMモデルとシングルSIMモデルが用意される。プラットフォームは最新のAndroid 9 Pieがプリインストールされる。
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