CINNO Research產業資訊，與其他顯示技術相比，Micro-LED顯示器的一個潛在優勢是能夠在顯示器內有效集成遠場圖像傳感器，因為它具有較大的“開放”像素區域。IdeaFarm LLC 最近在 Displayweek 2021 會議上報告了在 Micro-LED 顯示器中集成遠場圖像傳感器的基本可行性和優勢。據報告內容，IdeaFarm LLC的方案為將一晶圓級微型攝像頭芯片陣列——“微型攝像頭”，和Micro-LED集成在同一片驅動背板上，讓它成為顯示器制造過程的一部分（有關概念說明，請參見下圖）。作為信號處理過程，他們再通過高級實時圖像處理將產自多個微型攝像機的低分辨率視頻流整合成高分辨率視頻。
根據外媒Micro-LED info報道，由于疫情的原因，最近市場上關于改善視頻會議體驗的關注度越來越高。事實上，該領域已經在不斷推動相關技術的改善，比如取消移動電話等設備的邊框和“劉海”等。現在，人們對在顯示器內集成攝像頭傳感器（如屏下攝像頭等）的興趣越來越濃。據統計,Displayweek上發表的與屏下攝像頭設計相關的技術論文數量從2019年的基本為零增長到了2021 年的11篇。到目前為止，一些使用OLED顯示屏的手機也已經開始嘗試研發這種屏下攝像頭設計，不過只有一家品牌真正實現商業化。通過這款產品的開發，這家公司也已經注意到平衡圖像質量和攝像頭區域可見性之間的難點。
這款世界上第一臺實現屏下攝像頭自拍的手機——中興 Axon 20 5G，其實效果并不是很好，下圖是 The Verge 網上展示的圖片（Sam Byford / The Verge 攝）。可以看到，在某些特定角度下，手機 OLED 顯示屏的屏下攝像頭區域非常明顯。
在集成屏下攝像頭方面，Micro-LED顯示器相對于OLED 顯示器有幾個主要優勢。首先，Micro-LED 顯示器具有明顯更大的開放——非發光像素區域，所以可以更好地設計排布這些微型攝像頭或圖像傳感器芯片，相比較而言，OLED顯示器則需要進行重大的權衡。在OLED 像素區域為微型圖像傳感器芯片預留空間，會極大提高OLED 的電流密度進而降低 OLED 面板的壽命，另外還會讓一些透明 OLED 設備更容易出現“燒屏”問題。要知道，目前市售（例如來自 LG Display）的透明 OLED 都具有較大的像素間距（例如 55 英寸，只有FHD 分辨率），即使這樣設計，其透過率也才勉強達到40%~50%。參考典型的電視亮度，4K 分辨率 55 英寸透明 OLED 顯示器在集成這種方案后，其透過率會顯著降低。
在配備 OLED 顯示屏的手機中引入屏下前置攝像頭后，位于這些屏下攝像頭上方的OLED 像素需要在很大程度上提高其透明性。此時，這些半透明OLED像素的發光面積會顯著減小，所以需要更高的驅動電流密度以保證其在亮度方面的均勻性。隨著時間的推移，這會導致顯示屏上對應攝像頭位置的OLED像素亮度降低。此時為了繼續保證亮度均勻性，整個OLED面板上的其他像素也都要降低亮度。
另外一點，顯示屏下設置攝像頭必然還會增加整個設備的厚度，除非減少攝像頭的伸縮空間，不過這樣又會導致圖像清晰度和/或視野的下降。傳統設計中，屏下攝像頭就需要透過OLED顯示屏的不透明區域——“紗門”，所以圖像質量會進一步下降。例如，據報道來自中興Axon 手機顯示屏下攝像頭的圖像，就有點模糊且色彩不佳。最后，這種方案中，攝像頭機的位置一般都需要固定在整個顯示屏的頂部。這對手機應用來說或許不是什么大問題，但對于筆記本電腦、臺式顯示器和會議室顯示器或電視則會是一個大問題。因為在這些應用中，設計上最好將攝像頭位置定在顯示器的中心位置以減少視頻會議凝視視差問題。
開放的像素區域是Micro-LED顯示技術的一個天然優勢。與 OLED 顯示器相比，Micro-LED顯示器可以承受更高的驅動電流密度，所以每個像素的發光面積可以設計得很小，這在很大程度上可以避免面板壽命和分辨率的折衷問題。在集成有微型圖像傳感器芯片的 Micro-LED 顯示器中，沒有顯示亮度均勻性問題，因為這些微型圖像傳感器芯片并不在發光像素的下面，它們不影響像素發光亮度，同時其畫面質量也不會受到發光像素的影響。另一點，這些微型圖像傳感器芯片在設計上可以與 Micro-LED 芯片或載體在同一平面上，所以整個顯示設備的厚度也不會增加。此外，這種顯示器中的圖像傳感器芯片數量可以設計更多些，以方便設備可以根據視頻會議應用的內容自適應地調整攝像機的光軸位置。再延伸一下，這種方案甚至還支持多個攝像機畫面的同步，這在未來可以實現更佳的視頻會議體驗。
Micro-LED顯示器可以不需要單獨使用有源矩陣背板，因為用作有源矩陣和顯示器驅動的電路在巨量轉移過程中就可以實現。對比來看，OLED顯示器則需要使用薄膜有源矩陣驅動背板。理論上，Micro-LED 顯示器可以使用印刷電路板作為驅動背板，而有源矩陣電子器件既可以位于Micro-LED的封裝載體中，也可以位于其他芯片載體中，例如圖像傳感器芯片。OLED顯示器原則上也可以使用薄膜工藝和巨量轉移兩種生產工藝制造，只是這可能過于復雜且成本高昂。與Micro-LED 顯示器一起使用的印刷電路板背板結構在材料以及信號和電源路由方面有很多選擇，因為它在設計時不限于透明或耐高溫，導體或絕緣體等。當然，設計者也可以想象在 OLED 有源矩陣基板上集成透鏡和薄膜光電傳感器陣列。不過迄今為止，薄膜光電傳感器陣列的成像性能在可見光靈敏度、噪聲、最小像素尺寸、響應時間等方面與現代硅基CMOS圖像傳感器相比還差很多。實際上，市場在優化硅基CMOS傳感器的投資上要遠遠超過薄膜圖像傳感器。如果真得要使用這種方案，市場需要大量投資來開發與 OLED 共面且具有競爭力的薄膜圖像傳感器。從這些點來看，OLED顯示器，在可預見的未來，也只能繼續沿著屏下攝像頭集成的方案走下去。
不過，集成微型攝像頭陣列的 Micro-LED 顯示器，其可行性仍需要通過產品來證明。當然，除了Micro-LED 巨量轉移過程中眾所周知的挑戰之外，設計者還需要面臨許多其他挑戰，這里需要特別提到的是如何通過實時處理，將多個低分辨率圖像合成為高分辨率的圖像。
（CODA/CINNO/CINNO/LED分會 會員專享）
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