AMOLED屏下摄像头技术怎么实现

关于屏下摄像头的技术，首先我们来看看手机显示屏的结构，下图我画出来6层，从上到下依次为玻璃盖板（也就是我们常说的外屏），OCA胶，偏光片层，上玻璃，下玻璃，以及泡棉。

手机OLED显示屏结构

要在屏幕下放置摄像头，同时摄像头还要能拍照，那就意味着摄像头上面的透过率要比较高，通常要超过60%以上，这个要怎么实现呢？

1、泡棉这层是不透明的，肯定要开孔

2、下玻璃本身是透明的，不需要开孔

3、上玻璃也是透明度，也不需要开孔

4、偏光片层目前的透过率大部分在45%以内，不满足透过率要求，偏光片也要开孔

5、OCA胶水层是透明的，不需要开孔

6、玻璃盖板也是透明的，不需要开孔

你以为只要把泡棉和偏光片开孔就完了？太天真了。

如果我们把一块OLED显示屏的玻璃盖板，OCA胶，保护泡棉都去掉，只剩上下玻璃以及中间的发光层，这时候我们用透过率仪器测定，发现透过的光能量只剩下6%以内了，注意图光线的粗细，示意了光能的大小。也是就说，OLED的发光层是不透明的。

而我们的目的是在不拍照的时候，让这个区域发光层正常显示，拍照的时候发光层又有比较高的透过率。该怎么办呢？

我们来看看发光层的结构再说说解决方案。OLED的结构如图所示，由以下层级构成：

阳极（Anode)、

空穴注入层（HIL，Hole Injection Layer），

空穴传输层（HTL，Hole Tranport Layer），

发光层（EML，Emission layer），

电子传输层（ETL，Electron Transport Layer)

阴极（Cathode）。

更一般的还有空穴阻挡层（HBL，Hole Block Layer），电子阻挡层(EBL，Electron Block Layer）和封盖层（CPL，Capping Layer）。

阴极：

需要选择低功率的材料作为OLED的阴极。采用低功函数的材料作为阴极，不仅可以提高电子注入效率，还可以降低OLED工作时产生的焦耳热，提高器件的寿命。比如常用的阴极材料：金属单质：Ag, Al, Li, Mg, Ca, In等。单质金属性质活泼，容易被氧化，导致寿命缩短。

此时，麻烦大家回去看第一张图，在上玻璃和下玻璃之前，留了个空白层，这层经常做成真空或者充入惰性气体，就是为了防止电极和生物材料氧化。三星通常的做法是充入低压氮气。

阳极：

因为需要将空穴注入到OLED中，因此需要其具有较高的功函数（work function）。通常选薄而透明的ITO。

当电子和空穴复合刺激生物材料发光后，发光角度各个角度都是有的，手机显示只需要单侧发光，因此阴极同步也要起到反射膜的作用，来提升显示亮度。

有些文献上讲到，阴极和阳极之间形成了一个谐振腔，可以调节出光效率，提升光谱纯度。其实这个调节能力聊胜于无而已，所以目前OLED的开发方向依然在于从材料上提升发光效率和光谱纯度。

下面是在显微镜下实拍的OLED的微结构，每个小矩形代表一个像素，可以清楚看到像素分布以及走线。前面提到实测OLED透过率不超过6%，主要就是由于走线与电极不透明的反射层造成的。

从图中可以明显看到，反射电极的遮光占比很大，有些朋友就提出，可否把阴极做得比较透明，去掉反射层的遮挡，类似透明OLED，就可以做屏下摄像头了。

但是，手机上做成透明OLED后会带来显示亮度低，且显示对比度下降的问题，如下图的透明OLED所示。这个方案会造成摄像头区域显示效果和正常区域显示效果差异较大。

所以，各家是怎么解决的呢？今天这里来解析维信诺与京东方屏下摄像头的专利。

屏下摄像头之维信诺

今年6月8日，维信诺官方宣布了屏下摄像头解决方案，并且是全球首款可量产的屏下摄像头方案。同时，维信诺还称，应用InV see屏下摄像解决方案的终端产品即将发布。在维信诺展示的图片方案中，可以看到搭载了屏下摄像头的曲面屏手机，并且拥有三枚后置摄像头，在手机品牌的位置印有维信诺的Logo。

随着显示装置的快速发展，用户对屏幕占比的要求越来越高，由于屏幕上方需要安装摄像头、传感器、听筒等元件，因此现有技术中屏幕上方通常会预留一部分区域用于安装这些元件，例如苹果手机的前刘海区域。这样的设计虽然保全了手机的功能，但是影响了屏幕的整体性，全面屏显示受到业界越来越多的关注。

在2019年12月13日，维信诺申请了一项名为“显示面板、多区域显示面板和显示装置”的发明专利（申请号：201911283399.8），申请人为合肥维信诺科技有限公司。

根据目前该专利公开的资料，让我们一起来看看维信诺的这项屏下摄像头技术吧。

上以及下图为该专利中发明的显示面板结构示意图，该显示面板包括：基底11、阵列结构层12、发光器件层13、发光器件层包括若干子像素21，子像素包括依次层叠设置的第一电极21a、发光层21b和第二电极21c，该显示面板还包括电致变色器件14。

其中阵列结构层包括若干个像素电路，用于驱动该显示面板的子像素发光，控制电极用于控制施加电致变色器件两端的电压来切换显示面板的透光率，以实现在第一子像素发光的同时被设置为不透光状态，用于减弱外界光的反射，提高显示效果。

同时，在第一子像素不发光时被设置为透光状态用于使外界光通过，使得设置于该显示面板下方的感光器件就能够接收到外界的光线，从而实现拍照的功能。

如上图，为该显示面板中第一电极的结构示意图，第一电极的形状可为上图左侧所示的圆形或者如上图右侧所示的椭圆形，第一电极还可以由其它各处具有不同曲率半径的曲线构成。

由于光在穿过狭缝、小孔或者圆盘之类的障碍物时，会发生不同程度的弯散传播，从而偏离原来的直线传播，这种现象称之为衍射。在衍射过程中，衍射条纹的分布会受到障碍物尺寸的影像，例如狭缝的宽度、小孔的尺寸等，具有相同宽度的位置处产生的衍射条纹的位置一致，从而会出现较为明显的衍射效应。

通过将第一电极形状改为圆形、椭圆形等，就可以确保光线经过阳极层时，在阳极的不同宽度位置处能够产生具有不同位置以及扩散方向的衍射条纹，从而弱化衍射效应，进而确保摄像头设置在该显示面板下方时，拍照得到的图形具有较高的清晰度。

上图为多区域显示面板的俯视示意图，该多区域显示面板包括第一显示区和第二显示区。其中第一显示区101的形状可是是圆形、椭圆形或者水滴型，第二显示区102可以完全或者部分包围第一显示区，第一显示区的透光率大于第二显示区的透光率。此外还可以设置位于第一显示区和第二显示区之间的过渡显示区，能够弱化第一显示区和第二显示区的显示亮度差异，增强显示的均一性。

以上就是维信诺发明的屏下摄像头技术，通过将电致变色器件与电极共用控制电极，控制电极通过施加电致变色器件两端的电压来切换显示面板的透光率。使得电致变色器件在子像素发光时被设置为不透光状态，用于减弱外界光的反射，提高显示效果；在子像素不发光时被设置为透光状态，让外界的光通过，从而实现拍照的功能。

屏下摄像头之京东方

2019年8月，京东方正式向媒体公布了屏下指纹识别、盲孔屏产品商用详细时间表和按照规划，相关负责人表示，在柔性屏方面，京东方已经做好了准备，并将产业伸向屏下指纹识别和摄像头领域。

近两年，智能手机等移动设备的全面屏发展火热，企业和用户均追求越来越高的屏占比，这就要求解决前置摄像头的设置问题，目前的解决方案均是利用“刘海”等异形屏来去掉额头隐藏摄像头。如今，随着屏下指纹技术及听筒隐藏设计方案的出现，让全面屏技术日趋成熟，因此隐藏摄像头成为最后难题。

针对这样的问题，京东方在20年1月20日申请了一项名为“一种调整方法、装置、存储介质及电子设备”的发明专利（申请号：202010066902.0），申请人为京东方科技集团股份有限公司。

根据目前该专利公开的资料，让我们一起来看看这项屏下摄像头技术吧。

如上图，为现有技术中的打孔屏幕示意图，现有技术中为了解决前置摄像头的放置问题提出了这种打孔屏幕示意图。可以看到，在屏幕面板的左上角进行打孔，并将前置摄像头模组置于通孔中，当然，也可以使用不打孔的方式，在相应位置设置透明孔来实现摄像头的拍摄功能。

通孔周围的像素布置示意图如上图所示，其中每个白色的方块均代表一个像素，在不使用通孔而使用透明孔时，像素的布置示意图也如上图所示。这种方案虽然可以实现屏下摄像，但是易出现模组孔内漏光问题，同时由于有机发光二极管(OLED)像素自发光特性，OLED像素发出的光线通过膜层后无法避免地穿过通孔区域或透明孔区域，会对下方的摄像头产生光线干扰，影响摄像头的拍照效果。

如上图，为该专利发明的屏幕面板的截面示意图，该屏幕中各层级由下至上依次包括面板层10、第一光学胶层20、触控层30、偏光片40、第二光学胶层50和盖板60。其中，盖板靠近第二光学胶层的一侧设置有环形的黑色油墨层(如图中盖板与第二光学胶层之间的黑色实心部分所示)，黑色油墨层的面积一般小于盖板的面积，面板层为OLED材料用以显示内容。

黑色油墨层上设置有与前置摄像头模组对应的第一透光孔70，透光孔的直径与前置摄像头模组相同，与第一透光孔对应的是第二透光孔80，该透光孔采用一体打孔工艺制成，与第一透光孔具有相同的孔心，且第二透光孔的半径大于第一透光孔的半径。

在第二透光孔四周的面板层上，设置有一个没有OLED像素点的环形非显示区域，该非显示区域的环宽固定，且非显示区域的外圆周与黑色油墨层的外圆周重合。该间隙称为OLED屏幕漏光的通道，靠近非显示区域的OLED像素在发光时，光线会经过BOCA胶层后穿过通孔区域，会影响外界进入摄像头的光线。

如上图为这种摄像头进行拍照的方法流程图，首先接收前置摄像头开启指令，然后再响应前置摄像头开启指令，将屏幕前置摄像头区域四周的预定像素调整至预定状态，以防止预定像素的光线穿过前置摄像头区域。

当用户在打开拍照软件进行拍照时，可以通过前置摄像头开启指令进行前置摄像头的启动。在移动设备的处理器接收到前置摄像头开启指令时，响应前置摄像头开启指令开启前置摄像头的同时，为了防止前置摄像头周围的像素发光对前置摄像头成像效果的影响，会将屏幕通孔四周的预定像素调整至预定状态，以防止预定像素的光线穿过通孔，具体如下图所示。

可以看到，带有阴影的方形单元为需要进行状态调整的预定像素，其余方形单元为正常进行发光的像素，虚线包围的部分即为预设距离覆盖的区域。图中黑色实心圆即为通孔，其外周的白色圆环即表征正常状态下的预定像素。

以上就是京东方发明的屏下摄像头技术，通过这种结构，可以在使用前置摄像头进行拍摄时，将前置摄像头区域周围预定素进行调整，同时利用消除光源的方式防止光线穿过前置摄像头区域。不仅避免了OLED像素发出的光线而影响摄像头的拍照效果，也不需要对屏幕面板的结构进行调整，节省了工艺流程。

来源：嘉德知识产权