屏下摄像头相关专利技术

杨 哲 国家知识产权局专利局审查协作北京中心

一、概述

自从全面屏被正式推出的那一天起，手机的屏占比就开始以惊人的速度进步，各大厂商提出了各种各样的解决方案，例如刘海屏、水滴屏、可升降等。但是，刘海屏、水滴屏等始终未能解决需要屏幕正面开孔的难题。而最接近“真全面屏”的升降式摄像头，也遭受了诸多非议：一个升降式摄像头，往往要搭配一个步进电机和一螺丝杆，相较于传统摄像头会占据不少空间。屏下摄像头(underscreen camera)则是真正可以实现全面屏的解决方案，也是各大显示屏和手机厂商近两年的研发重点。所谓屏下摄像头是指将前置摄像头安放在屏幕下方，光线透过屏幕入射到摄像头中的图像传感器成像。目前屏下摄像头技术还未真正实现大规模量产，但是各大显示屏和手机厂商的专利布局早已展开。

二、主要申请人和申请趋势分析

笔者在国家知识产权局中文文摘数据库(CNABS)和德文特世界专利索引数据库(DWPI)中以“屏下摄像头”为关键字进行了检索，其中共检索到相关专利申请338件，可见相关专利申请量还是比较少的，这与该技术的是新兴的技术是比较吻合的。表1显示出截至2021年5月5日国内专利申请人分布情况，为了便于分析，仅仅展示了申请量排名前十的申请人。从表中可以看出排名前两位的申请人武汉华星光电半导体显示技术有限公司和京东方科技集团股份有限公司均是主要生产手机显示面板的厂商，这与屏下摄像头中的“屏”是“OLED屏幕”是分不开的，同时，与笔者检索到的上述两个创新主体的典型专利申请的内容也是一致的，后文会有详细的介绍。值得一提的是，武汉华星光电半导体显示技术有限公司的申请量在众多申请人中遥遥领先，其在屏下摄像头领域的创新能力可见一斑。紧跟其后的便是国内知名的手机厂商OPPO和维沃，小米的申请量相比OPPO和维沃稍微少了一些。

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同时，笔者还对国内申请人的申请时间进行了统计，其中早在2017年就已经有5件关于屏下摄像头的专利申请，2018年的申请量为18件，到2019年申请量就增加到了137件，2020年则达到申请量的顶峰148件。可见，关于屏下摄像头的专利申请正在稳步上升中。在2017年申请的5件专利申请中，笔者也检索到了最早提出屏下摄像头相关专利的申请CN201710252740 .8，申请人为广东欧珀移动通信有限公司，申请日为2017年4月17日，其中提出了一种显示模组，包括显示屏和设于所述显示屏之下的摄像头组件；显示屏包括设置有透光区的有效显示区，摄像头组件位于所述透光区内。虽然该申请更多的是提出了屏下摄像头的概念，并未涉及太多技术细节，但是从中却可以窥见该公司对于屏下摄像头的前瞻性以及专利布局的超前规划。

三、典型专利

下面，笔者就从典型专利申请的角度对屏下摄像头进行相关技术的介绍。

正如前文所述，屏下摄像头中的“屏”主要指“OLED屏幕”，OLED是由有机材料直接发光，且OLED的有机材料是透明的，理论上可以在屏幕下方藏着摄像头。但是，这其中存在一些技术难点，首当其冲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，但目前的技术只能做到40%左右，使得屏下摄像头接收到的光强较弱，不利于成像。

为了解决屏幕的透光率问题，武汉华星光电半导体显示技术有限公司的专利申请CN201811643889 .X中提出一种OLED屏下摄像头的光补偿方法，其发明核心在于获取屏下摄像头仅在外部光下感测到的外部光强，以检测外部光强是否能使摄像头成像，并根据检测结果对外部光强进行不同的补偿，从而使屏下摄像头在不同强度的外部光下具有最佳成像效果。该公司的另外一件专利申请CN201910086623 .8则通过将子像素和驱动电路重叠设置，节省出更多的空间用于设置透光区，增大了面板的透光率，提高了透明显示的显示效果，且增大了OLED像素的开口率，提高OLED器件寿命。

同样是为了解决屏幕的透光率问题，华为技术有限公司的专利申请CN201910557030 .5提出了另外一种解决思路，主要在于降低显示区域的PPI，只要发光分子排布的密度变小，光线就越容易透过OLED 的发光层。具体方案如下：显示屏包括衬底和设置在衬底上的至少一个高密度像素组和至少一个低密度像素组；高密度像素组包括多个阵列排布的第一像素，低密度像素组包括多个阵列排布的第二像素；第一像素包括至少三个用于分别显示三原色的第一亚像素，第一亚像素至少包括第一驱动电路和与第一驱动电路电连接的第一发光器件；第二像素包括至少三个用于分别显示三原色的第二亚像素，第二亚像素至少包括第二驱动电路和与第二驱动电路电连接的第二发光器件；多个阵列排布的第一像素所在的第一显示区的像素密度大于多个阵列排布的第二像素所在的第二显示区的像素密度。其中该申请在一个实施例中还提到对于设置有摄像头的显示区域，该区域的每个第一发光单元所对应的走线为透明且导电的材质，从而进一步提高了屏幕的透光率。

与上述申请人的解决思路都不同的是，OPPO广东移动通信有限公司提出了在摄像头的位置上加了一块投影器，这样在手机正常使用的时候，通过透镜和投影，可以在这片区域投影屏幕内容；而拍照时不进行投影，摄像头正常运转。以上构思可以在其专利申请CN201921001144 .3中得到体现。其中一个实现原理如下：如图1所示，在摄像显示模组处于摄像模式时，物体反射的光线进入分光模块3，物体反射的光线中的一部分经由分光模块3的透射面32透射至摄像模块的入射面，摄像模块将入射至其入射面的光线转换为电信号并进一步处理为数字图像信号，实现对物体的成像；在摄像显示模组处于全屏显示模式时，第一显示模块1和第二显示模块2均点亮并显示画面，第二显示模块2点亮时发出的光线中的一部分经由分光模块3的反射面31反射至人眼，使用户可以同时观看到第一显示模块和第二显示模块显示的画面，实现全面屏显示。

图1 摄像显示模组的结构示意图

四、结语

本文对屏下摄像头技术国内专利申请从申请人、申请年份和典型专利的角度进行了研究分析，重点通过典型专利介绍了国内不同申请人对于如何提高屏幕透光率问题而提出的不同的技术方案。在笔者检索和分析的过程中，惊喜地发现不管是专利申请还是概念机型的发布和宣传等，屏下摄像头领域的主动权一直掌握在国内创新主体的手中，在该领域，国内创新主体一直处于世界领先水平。相信在这些创新主体的不断努力之下，普通的消费者很快就能享受到“真全面屏”的那一天。■