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小米第三代屏下相机技术原理,小米屏下相机技术如何实现的

发布时间:2020-08-28 11:32:55 来源:

今年的手机厂商大部分都是主打120Hz高刷屏和超级快充,而明年各大厂商的主打的技术肯定就是屏下相机技术了,今天小米也正是公布了其第三代屏下相机技术,那么屏下相机技术的原理到底是什么呢?快和Xda小编一起了解一下吧。

小米第三代屏下相机技术原理,小米屏下相机原理介绍

首先让我们闲来看看屏下相机的原理:

特此说明,我们这里的屏幕下摄像头,指的是摄像头区域还能够正常显示,那种直接挖掉一部分显示区域进行拍照的水滴屏、刘海屏等显示上的异形屏不在讨论范围。

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。

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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?Too naive!

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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,注意我的图光线的粗细,示意了光能的大小。也是就说,OLED的发光层是不透明的。

额,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)。

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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。

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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。

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所以,小米是采取了什么技术呢?

正常OLED屏幕几乎不透光,要实现透明就必须在屏下相机区域采取特殊的像素排布。前两代技术,虽然初步实现了屏幕透明,但显示精度却略有妥协,屏下相机显示区域的像素密度只有普通显示区的一半。r而小米第三代屏下相机,就是不能牺牲每─颗像素,让所有物理像素100%全部点亮。早期技术会降低屏幕精度是因为采用了透明像素的解决方案,这也是目前业界的常规做法。即每4个像素保留1个做显示,其余3个通过改变内部结构及材质使之具有透光性,以此达到屏幕透光效果,但这—方案牺牲了大量有效像素。

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小米第三代屏下相机采用全新自研像素排布,通过子像素的间隙区域让屏幕透过光线。如此带来的好处,就是每个单位像素仍旧保留完整的RGB子像素(Sub-Pixel)显示,不牺牲像素密度。相比市面普通方案,小米第三代屏下相机的显示区域无论横向、纵向像素数量全部翻倍,实现与正常显示区域完全一致的像素密度和显示精度,点对点物理像素全显示,并达到相同的亮度、色准及色域。整块屏幕,浑然一体,难辨差异。

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小米已经官宣了明年将发布最新的第三代相机技术,很大可能是在最新的小米11上,让我们一起期待吧。

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