屏下攝像頭要上場(chǎng)？vivo新概念機(jī)攝像頭處屏幕透光率是其他區(qū)域6倍！

全面屏，是目前所有手機(jī)廠商對(duì)手機(jī)屏幕的極致追求，從劉海屏到水滴屏，從挖孔屏到升降式攝像頭，無(wú)不在追求更高層次的屏占比。

2月28日，vivo發(fā)布了旗下第三代概念機(jī)——APEX 2020。這款手機(jī)首次搭載了屏下攝像頭，完全消除了劉海和邊框。APEX 2020最大的亮點(diǎn)就是這顆攝像頭，在一塊6.45英寸的120度一體屏上，屏下攝像頭的位置，屏幕透光率是其他區(qū)域的6倍，加上1600萬(wàn)像素，能夠?qū)崿F(xiàn)屏下成像的功能。

一直以來(lái)，前置攝像頭對(duì)于全面屏來(lái)說(shuō)真的是噩夢(mèng)般的存在，不管屏幕如何設(shè)計(jì)，總要給攝像頭留出位置，這樣一來(lái)，全面屏就不再“全面”，反而變得殘缺，不管是劉海屏、水滴屏還是挖孔屏，這種殘缺在目前主流的全面屏解決方案中尤為嚴(yán)重。

vivo在前幾年嘗試了自己的全面屏解決方案：升降式攝像頭，但是隨著5G的來(lái)臨，手機(jī)內(nèi)部空間進(jìn)一步壓縮，升降式攝像頭方案已經(jīng)不能滿足5G時(shí)代的需求，想要繼續(xù)追求真正的全面屏，也只有屏下攝像頭技術(shù)能擔(dān)此重任了。

屏下攝像頭技術(shù)原理解析

介紹下屏下攝像頭的技術(shù)原理。這里特此說(shuō)明，今天這里要講的屏幕下攝像頭，指的是攝像頭區(qū)域還能夠正常顯示，那種直接挖掉一部分顯示區(qū)域進(jìn)行拍照的水滴屏、劉海屏等顯示上的異形屏不在討論范圍。

首先我們來(lái)看看手機(jī)顯示屏的結(jié)構(gòu)，下圖我畫(huà)出來(lái)6層，從上到下依次為玻璃蓋板（也就是我們常說(shuō)的外屏），OCA膠，偏光片層，上玻璃，下玻璃，以及泡棉。

手機(jī)OLED顯示屏結(jié)構(gòu)

要在屏幕下放置攝像頭，同時(shí)攝像頭還要能拍照，那就意味著攝像頭上面的透過(guò)率要比較高，通常要超過(guò)60%以上，這個(gè)要怎么實(shí)現(xiàn)呢？
1、泡棉這層是不透明的，肯定要開(kāi)孔
2、下玻璃本身是透明的，不需要開(kāi)孔
3、上玻璃也是透明度，也不需要開(kāi)孔
4、偏光片層目前的透過(guò)率大部分在45%以內(nèi)，不滿足透過(guò)率要求，偏光片也要開(kāi)孔
5、OCA膠水層是透明的，不需要開(kāi)孔
6、玻璃蓋板也是透明的，不需要開(kāi)孔
你以為只要把泡棉和偏光片開(kāi)孔就完了？太天真了。

如果我們把一塊OLED顯示屏的玻璃蓋板，OCA膠，保護(hù)泡棉都去掉，只剩上下玻璃以及中間的發(fā)光層，這時(shí)候我們用透過(guò)率儀器測(cè)定，發(fā)現(xiàn)透過(guò)的光能量只剩下6%以內(nèi)了，注意圖光線的粗細(xì)，示意了光能的大小。也是就說(shuō)，OLED的發(fā)光層是不透明的。

而我們的目的是在不拍照的時(shí)候，讓這個(gè)區(qū)域發(fā)光層正常顯示，拍照的時(shí)候發(fā)光層又有比較高的透過(guò)率。該怎么辦呢？

我們來(lái)看看發(fā)光層的結(jié)構(gòu)再說(shuō)說(shuō)解決方案。OLED的結(jié)構(gòu)如圖所示，由以下層級(jí)構(gòu)成：
陽(yáng)極（Anode)、
空穴注入層（HIL，Hole Injection Layer），
空穴傳輸層（HTL，Hole Tranport Layer），
發(fā)光層（EML，Emission layer），
電子傳輸層（ETL，Electron Transport Layer)
陰極（Cathode）。
更一般的還有空穴阻擋層（HBL，Hole Block Layer），電子阻擋層(EBL，Electron Block Layer）和封蓋層（CPL，Capping Layer）。

陰極：
需要選擇低功率的材料作為OLED的陰極。采用低功函數(shù)的材料作為陰極，不僅可以提高電子注入效率，還可以降低OLED工作時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱，提高器件的壽命。比如常用的陰極材料：金屬單質(zhì)：Ag, Al, Li, Mg, Ca, In等。單質(zhì)金屬性質(zhì)活潑，容易被氧化，導(dǎo)致壽命縮短。
此時(shí)，麻煩大家回去看第一張圖，在上玻璃和下玻璃之前，留了個(gè)空白層，這層經(jīng)常做成真空或者充入惰性氣體，就是為了防止電極和生物材料氧化。三星通常的做法是充入低壓氮?dú)狻?br />
陽(yáng)極：
因?yàn)樾枰獙⒖昭ㄗ⑷氲絆LED中，因此需要其具有較高的功函數(shù)（work function）。通常選薄而透明的ITO。
當(dāng)電子和空穴復(fù)合刺激生物材料發(fā)光后，發(fā)光角度各個(gè)角度都是有的，手機(jī)顯示只需要單側(cè)發(fā)光，因此陰極同步也要起到反射膜的作用，來(lái)提升顯示亮度。
有些文獻(xiàn)上講到，陰極和陽(yáng)極之間形成了一個(gè)諧振腔，可以調(diào)節(jié)出光效率，提升光譜純度。其實(shí)這個(gè)調(diào)節(jié)能力聊勝于無(wú)而已，所以目前OLED的開(kāi)發(fā)方向依然在于從材料上提升發(fā)光效率和光譜純度。
下面是在顯微鏡下實(shí)拍的OLED的微結(jié)構(gòu)，每個(gè)小矩形代表一個(gè)像素，可以清楚看到像素分布以及走線。前面提到實(shí)測(cè)OLED透過(guò)率不超過(guò)6%，主要就是由于走線與電極不透明的反射層造成的。

從圖中可以明顯看到，反射電極的遮光占比很大，有些朋友就提出，可否把陰極做得比較透明，去掉反射層的遮擋，類似透明OLED，就可以做屏下攝像頭了。
但是，手機(jī)上做成透明OLED后會(huì)帶來(lái)顯示亮度低，且顯示對(duì)比度下降的問(wèn)題，如下圖的透明OLED所示。這個(gè)方案會(huì)造成攝像頭區(qū)域顯示效果和正常區(qū)域顯示效果差異較大。

所以，采取了什么技術(shù)呢？——那就是低PPI技術(shù)

手機(jī)顯示屏的分辨率現(xiàn)在都做到比較細(xì)膩了，目前大部分做到400PPI以上了。所以要提高屏幕透過(guò)率，那就把攝像頭區(qū)域的像素密度降低，比如屏幕是400PPI，那我們把攝像頭區(qū)域做到200PPI，多出來(lái)的間隙用來(lái)透光，如下圖所示，相同的大小的區(qū)域，像素占比降低，透光面積明顯變大。低PPI技術(shù)，最初是由JDI提出的，不過(guò)JDI業(yè)務(wù)自身難保，三星在OLED方面花樣百出。

低PPI技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，也有兩個(gè)途徑：
1、 單一屏，在攝像頭區(qū)域降低分辨率
2、 屏中屏，攝像頭區(qū)域用低PPI的小屏
無(wú)論用哪種低PPI方案，為了盡可能地保持?jǐn)z像頭孔區(qū)域的顯示功能，這部分的分辨率也不能做得太低，所以O(shè)LED廠商在降低分辨率的同時(shí)，也在優(yōu)化走線，希望走線繞開(kāi)攝像頭孔區(qū)域，經(jīng)過(guò)各種努力，目前OLED透過(guò)率從6%提升到了接近50%，要繼續(xù)提升的難度也越來(lái)越大。同步，也需要攝像頭提升感光能力。
網(wǎng)上很多高贊的答案，A商采用投影，B商采用微透鏡陣列，C商采用XXX等等。
由于沒(méi)有找到Vvivo的相關(guān)信息，這里以O(shè)PPO的屏下攝像頭來(lái)補(bǔ)充說(shuō)明。
這是2018年6月4日OPPO就申請(qǐng)的屏下攝像專利圖。

能看到，圖中的屏幕被分割成了透光區(qū)域和不透光區(qū)域。實(shí)際上透光區(qū)域就是一個(gè)透鏡，而不透光區(qū)域才是屏幕。
在透光區(qū)域有著攝像頭在下面，在攝像頭和透光區(qū)域之間，有兩個(gè)組件，分別是成像組件和投影組件。這兩個(gè)組件，正是實(shí)現(xiàn)屏下攝像頭的關(guān)鍵。這兩個(gè)組件也是被放置在一起的。
此外，還有處理單元同時(shí)連接非透光區(qū)域、投影組件和攝像頭。也就是說(shuō)，上述的成像組件和投影組件是需要處理單元控制的，處理單元并不控制前置攝像頭本身。
那么前置屏下攝像怎么通過(guò)這兩個(gè)組件實(shí)現(xiàn)的？
不得不說(shuō)，OPPO玩前置的有一手
從n3電控前置攝像頭反轉(zhuǎn)，到OPPO findx的升降3D前置攝像頭，到reno的鍘式前置，配合上了前后閃光燈。
OPPO再次用獨(dú)特的思維解決了屏下攝像。

在另一張專利圖中，我們能清晰的看到在投影元件和成像組件下還有驅(qū)動(dòng)原件。
驅(qū)動(dòng)元件直接改變上述兩個(gè)組件的效果，也就是改變屏幕透光區(qū)域下面的組件工作狀態(tài)。
當(dāng)成像組件在工作時(shí)，感光元件配合透鏡下面的前置攝像頭進(jìn)行拍攝，此時(shí)的投影組件是關(guān)閉的，并且是透光的。而且周邊屏幕有區(qū)域都是黑色的（減少對(duì)成像組件的干擾）
這個(gè)地方有一個(gè)問(wèn)題，就是為什么投影組件可以不影響成像組件工作？
下面依然是我的推測(cè)
我不知道大家有沒(méi)有看過(guò)《紅海行動(dòng)》，里面的狙擊手給瞄準(zhǔn)鏡套上了網(wǎng)布以后，沒(méi)有影響到自己觀察敵人，只是減少了瞄準(zhǔn)鏡里的亮度。
這種遮光的機(jī)械，實(shí)際上就是遮光筒。遮光筒通過(guò)透鏡成像以后，只會(huì)影響亮度，不會(huì)影響采集完整的像。

原理是，物體反射或發(fā)出無(wú)數(shù)條光線，經(jīng)凸透鏡折射后有無(wú)數(shù)光線相交，這時(shí)物體就成像。遮擋住凸透鏡一部分后，只是遮住了部分光線，仍有光線能相交，所以仍能成像，只是暗一點(diǎn)罷了。
透光的投影組件和透鏡在一起，就好似無(wú)數(shù)個(gè)微小的透鏡和無(wú)數(shù)用于顯示的元件組合在一起，就成了被網(wǎng)遮住的透鏡，仍然可以透過(guò)它成像。
投影組件下的透鏡，不會(huì)因?yàn)橥队敖M件就不能成像，它是能幫助成像組件完成像的采集，因此屏下攝像也對(duì)透鏡的透光率提出了挑戰(zhàn)。
當(dāng)然，這個(gè)地方的透鏡也有可能是微透鏡排列，微透鏡的大小在μm級(jí)別，完全能夠在oled的屏幕（投影元件）的透明空隙下排列布置。

這個(gè)地方的透鏡確實(shí)用的是微透鏡技術(shù)，除了硬件提升透光率以外，還在算法優(yōu)化上下了很大功夫。

當(dāng)投影組件在工作的時(shí)候，手機(jī)就通過(guò)發(fā)光元件等配合屏幕非透光區(qū)域完成全面屏顯示。而成像組件就在老老實(shí)實(shí)休息。
目前猜測(cè)到這個(gè)專利的技術(shù)難點(diǎn):
一是微型的驅(qū)動(dòng)元件和成像組件、投影組件的穩(wěn)定性和抗震抗摔性
二是對(duì)透鏡透光率的考驗(yàn)
三投影組件的顯示效果有沒(méi)有受到影響
但是這么小的前置攝像頭方案，肯定也給機(jī)身留下了更多的空間來(lái)發(fā)揮。
而這次vivo的apex的發(fā)布，是否標(biāo)志著真全面屏離我們是否越來(lái)越近了？

電子發(fā)燒友綜合報(bào)道，參考自知乎@孔老師、OLEDindustry，創(chuàng)客居，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明以上來(lái)源和作者。