屏下攝像頭相關專利技術

楊 哲 國家知識產權局專利局審查協作北京中心

一、概述

自從全面屏被正式推出的那一天起，手機的屏占比就開始以驚人的速度進步，各大廠商提出了各種各樣的解決方案，例如劉海屏、水滴屏、可升降等。但是，劉海屏、水滴屏等始終未能解決需要屏幕正面開孔的難題。而最接近“真全面屏”的升降式攝像頭，也遭受了諸多非議：一個升降式攝像頭，往往要搭配一個步進電機和一螺絲桿，相較于傳統攝像頭會占據不少空間。屏下攝像頭(underscreen camera)則是真正可以實現全面屏的解決方案，也是各大顯示屏和手機廠商近兩年的研發重點。所謂屏下攝像頭是指將前置攝像頭安放在屏幕下方，光線透過屏幕入射到攝像頭中的圖像傳感器成像。目前屏下攝像頭技術還未真正實現大規模量產，但是各大顯示屏和手機廠商的專利布局早已展開。

二、主要申請人和申請趨勢分析

筆者在國家知識產權局中文文摘數據庫(CNABS)和德文特世界專利索引數據庫(DWPI)中以“屏下攝像頭”為關鍵字進行了檢索，其中共檢索到相關專利申請338件，可見相關專利申請量還是比較少的，這與該技術的是新興的技術是比較吻合的。表1顯示出截至2021年5月5日國內專利申請人分布情況，為了便于分析，僅僅展示了申請量排名前十的申請人。從表中可以看出排名前兩位的申請人武漢華星光電半導體顯示技術有限公司和京東方科技集團股份有限公司均是主要生產手機顯示面板的廠商，這與屏下攝像頭中的“屏”是“OLED屏幕”是分不開的，同時，與筆者檢索到的上述兩個創新主體的典型專利申請的內容也是一致的，后文會有詳細的介紹。值得一提的是，武漢華星光電半導體顯示技術有限公司的申請量在眾多申請人中遙遙領先，其在屏下攝像頭領域的創新能力可見一斑。緊跟其后的便是國內知名的手機廠商OPPO和維沃，小米的申請量相比OPPO和維沃稍微少了一些。

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同時，筆者還對國內申請人的申請時間進行了統計，其中早在2017年就已經有5件關于屏下攝像頭的專利申請，2018年的申請量為18件，到2019年申請量就增加到了137件，2020年則達到申請量的頂峰148件。可見，關于屏下攝像頭的專利申請正在穩步上升中。在2017年申請的5件專利申請中，筆者也檢索到了最早提出屏下攝像頭相關專利的申請CN201710252740 .8，申請人為廣東歐珀移動通信有限公司，申請日為2017年4月17日，其中提出了一種顯示模組，包括顯示屏和設于所述顯示屏之下的攝像頭組件；顯示屏包括設置有透光區的有效顯示區，攝像頭組件位于所述透光區內。雖然該申請更多的是提出了屏下攝像頭的概念，并未涉及太多技術細節，但是從中卻可以窺見該公司對于屏下攝像頭的前瞻性以及專利布局的超前規劃。

三、典型專利

下面，筆者就從典型專利申請的角度對屏下攝像頭進行相關技術的介紹。

正如前文所述，屏下攝像頭中的“屏”主要指“OLED屏幕”，OLED是由有機材料直接發光，且OLED的有機材料是透明的，理論上可以在屏幕下方藏著攝像頭。但是，這其中存在一些技術難點，首當其沖的就是屏幕的透光率，要想取得很好的成像，屏幕的透光率至少也需要80%以上，但目前的技術只能做到40%左右，使得屏下攝像頭接收到的光強較弱，不利于成像。

為了解決屏幕的透光率問題，武漢華星光電半導體顯示技術有限公司的專利申請CN201811643889 .X中提出一種OLED屏下攝像頭的光補償方法，其發明核心在于獲取屏下攝像頭僅在外部光下感測到的外部光強，以檢測外部光強是否能使攝像頭成像，并根據檢測結果對外部光強進行不同的補償，從而使屏下攝像頭在不同強度的外部光下具有最佳成像效果。該公司的另外一件專利申請CN201910086623 .8則通過將子像素和驅動電路重疊設置，節省出更多的空間用于設置透光區，增大了面板的透光率，提高了透明顯示的顯示效果，且增大了OLED像素的開口率，提高OLED器件壽命。

同樣是為了解決屏幕的透光率問題，華為技術有限公司的專利申請CN201910557030 .5提出了另外一種解決思路，主要在于降低顯示區域的PPI，只要發光分子排布的密度變小，光線就越容易透過OLED 的發光層。具體方案如下：顯示屏包括襯底和設置在襯底上的至少一個高密度像素組和至少一個低密度像素組；高密度像素組包括多個陣列排布的第一像素，低密度像素組包括多個陣列排布的第二像素；第一像素包括至少三個用于分別顯示三原色的第一亞像素，第一亞像素至少包括第一驅動電路和與第一驅動電路電連接的第一發光器件；第二像素包括至少三個用于分別顯示三原色的第二亞像素，第二亞像素至少包括第二驅動電路和與第二驅動電路電連接的第二發光器件；多個陣列排布的第一像素所在的第一顯示區的像素密度大于多個陣列排布的第二像素所在的第二顯示區的像素密度。其中該申請在一個實施例中還提到對于設置有攝像頭的顯示區域，該區域的每個第一發光單元所對應的走線為透明且導電的材質，從而進一步提高了屏幕的透光率。

與上述申請人的解決思路都不同的是，OPPO廣東移動通信有限公司提出了在攝像頭的位置上加了一塊投影器，這樣在手機正常使用的時候，通過透鏡和投影，可以在這片區域投影屏幕內容；而拍照時不進行投影，攝像頭正常運轉。以上構思可以在其專利申請CN201921001144 .3中得到體現。其中一個實現原理如下：如圖1所示，在攝像顯示模組處于攝像模式時，物體反射的光線進入分光模塊3，物體反射的光線中的一部分經由分光模塊3的透射面32透射至攝像模塊的入射面，攝像模塊將入射至其入射面的光線轉換為電信號并進一步處理為數字圖像信號，實現對物體的成像；在攝像顯示模組處于全屏顯示模式時，第一顯示模塊1和第二顯示模塊2均點亮并顯示畫面，第二顯示模塊2點亮時發出的光線中的一部分經由分光模塊3的反射面31反射至人眼，使用戶可以同時觀看到第一顯示模塊和第二顯示模塊顯示的畫面，實現全面屏顯示。

圖1 攝像顯示模組的結構示意圖

四、結語

本文對屏下攝像頭技術國內專利申請從申請人、申請年份和典型專利的角度進行了研究分析，重點通過典型專利介紹了國內不同申請人對于如何提高屏幕透光率問題而提出的不同的技術方案。在筆者檢索和分析的過程中，驚喜地發現不管是專利申請還是概念機型的發布和宣傳等，屏下攝像頭領域的主動權一直掌握在國內創新主體的手中，在該領域，國內創新主體一直處于世界領先水平。相信在這些創新主體的不斷努力之下，普通的消費者很快就能享受到“真全面屏”的那一天。■