全面屏的最后一役

徐林

早在2019年6月26日，OPPO就在上海MWCS 2019上展出了第一款采用屏下攝像頭技術的原型機，之后的兩年多時間里就再無消息。難不成就像125W超級閃充技術那樣，OPPO又“忘了”么？非也，在這些悄無聲息的日子里，OPPO的顯示與影像團隊，針對屏下攝像頭技術的優(yōu)化一刻也沒有停止過，現(xiàn)在，它已經(jīng)來到了第四代，與上機商用無限接近。

必由之路

最近這一年多以來，我們可以注意到：在智能手機領域，屏幕技術的發(fā)展似乎進入了一個稱得上飛躍的時期：屏幕的材質、亮度、畫面素質、顯示刷新率等各方面都迸出來一堆讓人大乎過癮的新名詞。

是的，屏幕作為人與智能手機交互最核心的一個接口，它的素質好壞與用戶體驗息息相關。E4/E5發(fā)光材料、高顯示刷新率、高觸控采樣率的應用，提升了屏幕的亮度，為視頻、游戲等流行應用帶來更好的視覺體驗；分辨率的提升，讓屏幕的觀感更加細致，閱讀感覺更加愉悅；LTPO低溫多晶氧化物材料帶來的可變刷新率特性，讓屏幕這個耗電大戶也變得更加節(jié)能；高頻PWM調光技術的采用，減輕了長時間使用屏幕時對眼睛的壓力，等等。

總之，手機廠商與供應鏈合作伙伴在屏幕上所下的功夫，比起其他方面更是有過之而無不及。況且，對比處理器、閃存等配件，屏幕供應商的選擇更加多元化，也更有利于產(chǎn)品專屬特性的打造，游戲取向的手機就是個典型的例子。更重要的是，屏幕技術是一個對產(chǎn)品定義全局影響更明顯的技術：除了前邊提到的那些關乎用戶體驗的方方面面，屏幕對產(chǎn)品設計定義本身的影響也非常大。

比如全面屏，正是這項技術的普及讓智能手機消除了存在多年的邊框，在保持機身小巧的同時顯示有效區(qū)域更大（即屏占比更高）。但無論是最早的全面屏1.0窄邊框技術，還是現(xiàn)在用得很多的曲面屏技術，被一個問題所困擾：前置攝像頭該如何布置。

在我看來，與其說這是一個問題，不如說是一個大矛盾。隨著手機影像功能的日新月異，前置是一個非常重要的發(fā)展領域，不僅僅是自拍這一項，還有涉及安全的人臉識別、前置建模等應用，比如華為P40/Mate 40/nova 8系列，為了讓前置擁有更強的技術特性，不惜采用開孔更大的“藥丸”屏，特別是P40 Pro+，更是大到辨識度極高的程度。

甚至還出現(xiàn)了像vivo S系列這樣的特例，為了更好地實現(xiàn)以自拍為主打的賣點，在2021年依舊使用“兔牙（劉海）”造型的屏幕，盡管在市場上的表現(xiàn)不錯，但相信對設計師來說是個無奈之舉。而屏幕上因為這一系列的原因，出現(xiàn)各種形狀的黑孔，有些人不敏感，有些人則覺得對觀感影響嚴重，無法接受。

能將前置模組隱藏起來的屏下攝像頭技術就是解決這個問題的完美答案。它不僅僅能解決開孔的問題，對手機的設計還有額外的好處。為了進一步減小前置開孔對顯示效果的影響，前置攝像頭一般都會布置到邊邊角角的位置，要么左右上角，要么中間頂端，同時受開孔尺寸的影響，前置影像模組的尺寸和功能也會受到限制。盡管前置影像模組因為應用場景的原因，其對傳感器尺寸、像素的要求不像后置模組那么高，但想要做到功能更強，體積問題總是無法規(guī)避。

所以，這一番解讀下來可以看出，屏下技術之于手機廠商來說，無論對造型、功能來說，它都是一項很有前途、值得投入的技術——特別是折疊屏形態(tài)受制于成本、材質的現(xiàn)在，屏下技術對消費者熱情的撬動更有價值，它是全面屏的終極形態(tài)。所以，大小手機廠商都與屏幕供應商聯(lián)合研發(fā)，推進屏下攝像頭技術，但是比起這個章節(jié)前邊說到的那些新技術，屏下攝像頭技術的演進難度要大得多。

多管齊下為屏下

之所以說屏下攝像頭技術的難度更大，一言以蔽之：要在不犧牲屏幕顯示效果的前提下，盡可能地保證前置模組的功能發(fā)揮，這其中當然就包括影像，看看最早出現(xiàn)的屏下技術，攝像頭區(qū)域那一塊“疤痕”還不如讓它黑著呢。

當然，這個前提和結果你也可以將它們換個位置。要達成最好的結果，就需要在屏幕材質、像素排布、電路布置和軟件算法等多個方面共同努力。這其中各家都有解決方案，早期透露出來的有OPPO、中興這種基于小孔成像原理的，有vivo這種雙材質的，有小米這種隱視屏的，還有華為這種電壓調整液晶顯示效果的。

OPPO的屏下攝像頭技術早在2018年上半年就已經(jīng)在OPPO內部的科技展上亮相了，到現(xiàn)在，它一共經(jīng)歷了四代技術演進：

2019年MWCS上看到的就是被稱為第一代的技術：方型打孔，通過增大單像素面積，減小像素數(shù)量，透明走線等方案，給前置攝像頭帶來更多的拍攝光線，屏下攝像頭區(qū)域的像素密度為200PPI。從采用硬屏方案原型機的效果看，屏下區(qū)域與周邊有相當明顯的區(qū)分，粗糙感明顯。微觀上，一個驅動電路對應一個像素。這算得上是OPPO自己的預研項目，驗證屏下技術的方向和可能性，其根本思路，和小孔眼鏡基本同源；

2020年上半年，硬屏原型機演進到第二代。方型打孔，但將屏下區(qū)域的單像素一分為二，顯示結構更加精細，以減輕顯示模糊的感覺。微觀上，一個驅動電路對應兩個像素，像素密度提升為280PPI，像素驅動保持在200PPI；

2020年下半年，演進到第三代。OPPO和BOE通過減小屏下區(qū)域像素體積和形狀的方式，將單個像素的形狀變?yōu)閳A形或橢圓形，從而讓屏下區(qū)域的像素密度和其他區(qū)域一樣，均為400PPI，顯示模糊的問題基本得到解決。為了解決這一小塊區(qū)域復雜的布線與邊緣像素結合的問題，還是沿用了方形打孔，但缺點是未熄屏狀態(tài)下，這一小塊區(qū)域還是很容易和周圍區(qū)分開來，被人發(fā)現(xiàn)，隱藏得不夠好。

2021年上半年，演進到第四代，就是我們現(xiàn)在看到的這一代。開孔變?yōu)閳A形，無論熄屏還是亮屏，在全亮度、正常觀看使用距離上，基本都做到了完美隱藏。屏下區(qū)域擁有超過15%的透光率，除了夜景自拍場景無法滿足，其他常規(guī)自拍場景基本已經(jīng)可以滿足前置攝像頭的工作條件了。

通過對OPPO第四代屏下攝像頭技術原型機的實際使用來看，在光線充足的戶外或是照明條件良好的室內，前置攝像頭拍出的自拍照片與現(xiàn)在量產(chǎn)的智能手機幾乎沒有什么區(qū)別。但要知道，目前這塊屏幕的透光率只有15%多一點，比起正常前置攝像頭90%以上的透光率要差很多，OPPO是如何解決這個問題的呢？影像工程師的算法就到了發(fā)揮威力的時候了。

配合屏下攝像頭攝像的算法主要解決三個問題：第一，去霧，這個相對比較好做。OLED屏幕結構這么多層，每層上邊都有很多元件對透過的光線造成干擾，讓傳感器感知到的畫面變得霧蒙蒙的，和常規(guī)拍照場景區(qū)別不大；第二，調色。在目前技術條件下，OLED顯示屏的基底層顏色是黃色的，所以會對部分波長的光線造成明顯的影響，比如藍光，這就需要算法做校色的處理——我覺得有點類似于華為RYYB傳感器的感覺；第三，去衍射。通過驅動電路外移、電路走線采用透明材質等方案，光線衍射雖然大幅度減輕但還是無法完全消除，這個時候就需要用算法和AI技術解決。目前，通過上萬張照片的訓練，去衍射算法已經(jīng)有不錯的表現(xiàn)，但在高頻和純色場景的拍攝上，依舊還是能看出一些著色的錯誤，需要繼續(xù)打磨。

那么，對比友商已經(jīng)商用的技術，OPPO的屏下攝像頭技術有什么樣的不同和優(yōu)勢呢？

首先，是OPPO通過像素排列的設計，保持單個像素面積不變，電流密度提升一倍，同時精調細節(jié)，這樣就可以讓屏下攝像頭區(qū)域和正常區(qū)域的差值控制在2%以內，更加讓大家找不到屏下攝像頭在哪里了。其次，還是為了解決顯示一致的問題，OPPO屏下區(qū)域的像素都做了單獨的像素亮度算法補償，讓屏下區(qū)域的均勻性得到保證，從而在像素面積減小的前提下，還能達成相同的亮度，解決“抹布”問題；第三，OPPO不僅僅做了驅動電路的外移和走線的透明化，更是將屏下區(qū)域1000多個像素的電路做了縮小化，1000多條走線的寬度只有2μm，像素電路密度達到了420PID，這幾乎已經(jīng)是當前業(yè)界屏幕制程工藝的極限，連OLED領域一哥三星都做不到。

當然，最有趣的是，OPPO的工程師強調了這一次OPPO的屏下攝像頭在像素排布和像素驅動，都保持了400PPI?？梢运愕蒙鲜钦嬲?00PPI。而目前行業(yè)主流做法是，用2.5微米的線寬做280PPI的像素驅動，在像素排布上采用400PPI。這也能解釋為什么在顯示效果上來說， OPPO的屏下攝像頭區(qū)域顯示要更加細膩，除非湊近非常仔細地觀察，才能發(fā)現(xiàn)屏下區(qū)域那一點點的不同。

在OPPO屏下技術的演進規(guī)劃中，還有很多值得期待的東西。OPPO的工程師計劃和BOE一起，對OLED顯示屏各層的材質、結構做進一步的改良。比如現(xiàn)在OLED黃色的基底層，通過材質改進將其變?yōu)橥该鞯?，就可以將這層的透光率從當前的70%提升到90%以上；偏光層、負極層也有改進空間，比如將現(xiàn)在一體化的負極層也做像素化，從而進一步提升這層的透光率。OPPO的目標，是將目前第四代方案15%左右的透光率，最終提升到40%以上，如此一來，前置影像模組就能有更好的表現(xiàn)。

值得一提的是，OPPO下一代屏下攝像頭技術原型機上那塊顯示屏的效果讓我眼前一亮，色彩和精細程度都遠超我印象中的BOE顯示屏。對此我也問了OPPO的顯示工程師，他簡單地說雖然排列沒變，但現(xiàn)在OPPO聯(lián)合供應鏈通過算法上的改進，將屏幕的顯示效果已經(jīng)提升了很多，能做到并不比鉆排差多少的水平。具體的情況我也在與BOE溝通中，看看會有什么有意思的信息吧。

寫在最后

這種前瞻技術解析文章最后都會落腳到一個終極問題：能否量產(chǎn)？何時量產(chǎn)？從我體驗的情況來看，OPPO第四代屏下攝像頭技術其實已經(jīng)具備很強的量產(chǎn)條件了，但在新技術運用上，OPPO一直都有點像個家財萬貫但卻不舍得花的主兒，把很多新技術捂在實驗室里，放在“技術貨架”上——這點在充電技術上已可見一斑。但隨著中興AXON 30的上市以及小米傳聞中的MIX 4將要到來，OPPO你還能坐得住不？也許，8月2日，OPPO中國區(qū)總裁劉波微博上那個投票，所指應該很明顯啦！