全面屏，是目前所有手機廠商對手機屏幕的極致追求，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——APEX 2020。這款手機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1600萬像素，能夠?qū)崿F(xiàn)屏下成像的功能。

一直以來，前置攝像頭對于全面屏來說真的是噩夢般的存在，不管屏幕如何設(shè)計，總要給攝像頭留出位置，這樣一來，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的來臨，手機內(nèi)部空間進一步壓縮，升降式攝像頭方案已經(jīng)不能滿足5G時代的需求，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。

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

手機OLED顯示屏結(jié)構(gòu)

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

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

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

我們來看看發(fā)光層的結(jié)構(gòu)再說說解決方案。OLED的結(jié)構(gòu)如圖所示，由以下層級構(gòu)成：
陽極（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，麻煩大家回去看第一張圖，在上玻璃和下玻璃之前，留了個空白層，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氣。

陽極：
因為需要將空穴注入到OLED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)光角度各個角度都是有的，手機顯示只需要單側(cè)發(fā)光，因此陰極同步也要起到反射膜的作用，來提升顯示亮度。
有些文獻上講到，陰極和陽極之間形成了一個諧振腔，可以調(diào)節(jié)出光效率，提升光譜純度。其實這個調(diào)節(jié)能力聊勝于無而已，所以目前OLED的開發(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拍的OLED的微結(jié)構(gòu)，每個小矩形代表一個像素，可以清楚看到像素分布以及走線。前面提到實測OLED透過率不超過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，手機上做成透明OLED后會帶來顯示亮度低，且顯示對比度下降的問題，如下圖的透明OLED所示。這個方案會造成攝像頭區(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)

手機顯示屏的分辨率現(xiàn)在都做到比較細膩了，目前大部分做到400PPI以上了。所以要提高屏幕透過率，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，多出來的間隙用來透光，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)的實現(xiàn)，也有兩個途徑：
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
無論用哪種低PPI方案，為了盡可能地保持攝像頭孔區(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，也在優(yōu)化走線，希望走線繞開攝像頭孔區(qū)域，經(jīng)過各種努力，目前OLED透過率從6%提升到了接近50%，要繼續(xù)提升的難度也越來越大。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。
由于沒有找到Vvivo的相關(guān)信息，這里以O(shè)PPO的屏下攝像頭來補充說明。
這是2018年6月4日OPPO就申請的屏下攝像專利圖。

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。實際上透光區(qū)域就是一個透鏡，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，有兩個組件，分別是成像組件和投影組件。這兩個組件，正是實現(xiàn)屏下攝像頭的關(guān)鍵。這兩個組件也是被放置在一起的。
此外，還有處理單元同時連接非透光區(qū)域、投影組件和攝像頭。也就是說，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這兩個組件實現(xiàn)的？
不得不說，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)動原件。
驅(qū)動元件直接改變上述兩個組件的效果，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，感光元件配合透鏡下面的前置攝像頭進行拍攝，此時的投影組件是關(guān)閉的，并且是透光的。而且周邊屏幕有區(qū)域都是黑色的（減少對成像組件的干擾）
這個地方有一個問題，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
我不知道大家有沒有看過《紅海行動》，里面的狙擊手給瞄準(zhǔn)鏡套上了網(wǎng)布以后，沒有影響到自己觀察敵人，只是減少了瞄準(zhǔn)鏡里的亮度。
這種遮光的機械，實際上就是遮光筒。遮光筒通過透鏡成像以后，只會影響亮度，不會影響采集完整的像。

原理是，物體反射或發(fā)出無數(shù)條光線，經(jīng)凸透鏡折射后有無數(shù)光線相交，這時物體就成像。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，只是暗一點罷了。
透光的投影組件和透鏡在一起，就好似無數(shù)個微小的透鏡和無數(shù)用于顯示的元件組合在一起，就成了被網(wǎng)遮住的透鏡，仍然可以透過它成像。
投影組件下的透鏡，不會因為投影組件就不能成像，它是能幫助成像組件完成像的采集，因此屏下攝像也對透鏡的透光率提出了挑戰(zhàn)。
當(dāng)然，這個地方的透鏡也有可能是微透鏡排列，微透鏡的大小在μm級別，完全能夠在oled的屏幕（投影元件）的透明空隙下排列布置。

這個地方的透鏡確實用的是微透鏡技術(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候，手機就通過發(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實休息。
目前猜測到這個專利的技術(shù)難點:
一是微型的驅(qū)動元件和成像組件、投影組件的穩(wěn)定性和抗震抗摔性
二是對透鏡透光率的考驗
三投影組件的顯示效果有沒有受到影響
但是這么小的前置攝像頭方案，肯定也給機身留下了更多的空間來發(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越近了？

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