【中玻網(wǎng)】什么是屏下指紋技術(shù)？

　　當蘋(píng)果發(fā)布了新款iphone的人臉識別解鎖機制時(shí)，不少人認為傳統的指紋識別方法很快就會(huì )被遺忘。此時(shí)，android手機廠(chǎng)商正大力探索一項功能更先進(jìn)的技術(shù)更新，將其作為生物識別技術(shù)的主要選擇，標志著(zhù)指紋傳感技術(shù)的某種程度的回歸。

　　這種新機制被稱(chēng)為屏下指紋技術(shù)(fingerprint-on-display)，也就是常說(shuō)的FoD。較量一觸即發(fā)，FoD技術(shù)的誕生早就埋下了競爭的種子，旨在取代手機中其他生物識別方法，如虹膜識別和面部識別。

　　屏下指紋識別技術(shù)，也稱(chēng)為“隱形指紋技術(shù)”，是通過(guò)將指紋識別傳感器放置于屏幕玻璃下方，從而完成指紋識別解鎖過(guò)程的新技術(shù)。相比傳統的指紋識別，屏下指紋無(wú)須在手機正面設置額外的指紋識別窗，因而可以非常大地提高手機的屏占比，帶來(lái)震撼的視覺(jué)效果和較佳的使用體驗。

　　屏下指紋技術(shù)有哪些？

　　目前常用的指紋識別方式分為四種：光學(xué)式、超聲波式、電容式和熱感式，其中超聲波和光學(xué)方案為主流的屏下指紋方案。

　　電容式指紋技術(shù)是一種利用指紋sensor與導電的皮下電解液形成電場(chǎng)，指紋的高低起伏會(huì )導致二者之間的壓差出現不同的變化，借此可實(shí)現準確的指紋測定。電容式指紋技術(shù)成熟，成本低廉，但穿透力較弱。

　　光學(xué)指紋技術(shù)目前主要分為專(zhuān)門(mén)針對農業(yè)生產(chǎn)體系發(fā)光二較管(organic light emitting diode，OLED)顯示面板的屏下指紋模組和針對傳統液晶面板(LCD)的屏下指紋模組。在OLED顯示面板中，由于每個(gè)像素是否發(fā)光可以單獨控制，理論上講，可以將指紋模組置于任一像素下方，在指紋識別模式激活時(shí)，相應的像素發(fā)光，照亮位于面板玻璃上方的指紋，被指紋反射后的光線(xiàn)經(jīng)過(guò)透鏡準直，被位于發(fā)光像素下方的光學(xué)識別模組接收，轉化成微弱的電流信號被識別，由于指紋存在脊和谷，其對應的光電流有所不同，通過(guò)識別該光電流就可以實(shí)現指紋識別。OLED顯示面板屏下指紋識別的好處在于可以將指紋置于任一像素下方，僅依靠某幾個(gè)像素提供照明光，功耗較低。但是，由于屏下指紋識別模組和OLED顯示面板成本都比較高，所以整體成本偏高。屏下光學(xué)指紋系統包含光學(xué)系統設計、圖像傳感器、算法三個(gè)部分。

　　超聲波指紋技術(shù)是一種利用了超聲波具有穿透材料的能力，所使用的超聲波頻率為1×104~1×109Hz，能量被控制在對人體無(wú)損的程度。在進(jìn)行指紋識別時(shí)，超聲波傳感器發(fā)出超聲波，入射到手指上，由于指紋存在脊和谷，導致超聲波傳播路徑長(cháng)度不同，所以被指紋的脊和谷所反射的回波到達超聲波接收器的時(shí)間就有所差異，分析處理這些差異就可以描繪出指紋圖譜，因此抗污能力高。由于超聲波傳感器的尺寸很小，所以在屏下指紋識別領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。目前的超聲波屏下指紋技術(shù)主要包括兩種實(shí)現方式，第1種是將超聲波傳感器置于屏幕的非顯示區域，例如手機的四個(gè)邊框內部，通過(guò)多個(gè)傳感器的協(xié)同工作識別指紋，另一種方式是將超聲波傳感器陣列直接置于手機屏幕下方，實(shí)現真實(shí)意義上的屏下指紋識別。另外，由于超聲波具有比較強的穿透性，可以穿透金屬、玻璃等常用手機材質(zhì)，因此對手機外觀(guān)方面也不會(huì )有太多限制，但成本較高。

　　5G時(shí)代，光學(xué)指紋重返戰場(chǎng)

　　某項技術(shù)出現的早并不與“OUT”劃等號，就像光學(xué)指紋一樣，它的誕生早于其他幾種指紋識別方案，但曾經(jīng)的光學(xué)指紋識別由于其防偽度低、功耗大、識別精度較低、體積大等缺點(diǎn)，很快被電容屏趕超，促就了一段電容式指紋技術(shù)霸市的歷史。

　　而今，5G時(shí)代到來(lái)，各項相關(guān)也太也在悄悄改變。其中，5G手機的三大“特色”與屏下光學(xué)指紋技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。

　　“電老虎”：由于5G通信頻段的固有特性，5G手機耗電量較4G而言高了不少，這對電池的容量提出了挑戰，而在技術(shù)相當的條件下，容量越大，電池體積也就越大，同時(shí)由于5G手機功耗大導致散熱成為行業(yè)熱點(diǎn)，此時(shí)采用尺寸更小的元器件無(wú)疑至關(guān)重要，有效的利用內部結構則也變得愈發(fā)重要。

　　“天線(xiàn)陣列擴張”：5G手機中除了主通信芯片用于訪(fǎng)問(wèn)運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )需要天線(xiàn)陣列外，手機還有Wi-Fi功能、藍牙功能、GPS功能、NFC功能以及無(wú)線(xiàn)充電功能，都需要不同的天線(xiàn)。因此要在本來(lái)就已經(jīng)很擁擠的手機里面塞進(jìn)去這么多天線(xiàn)，就必須在其他項目的空間上有所犧牲；同時(shí)天線(xiàn)設計的變更對屏下指紋也對抗干擾性能提出了新的挑戰。

　　“一體屏”：一體屏是用戶(hù)良好體驗的選擇，越來(lái)越多的智能手機在向一體屏方向發(fā)展，細數今年發(fā)布的5G手機，各大廠(chǎng)商不約而同地選擇了一體屏設計，因此必須省去原來(lái)home鍵的空間預留。

　　對比5G手機的三大特色，屏下光學(xué)指紋技術(shù)具有薄、可安裝于屏下且不影響攝像頭等特點(diǎn)，成為了新一代的寵兒。

　　其實(shí)，當初基于Wire Bonding技術(shù)的COB光學(xué)指紋模組體積并不小，并且功耗也相對非常大。但隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，CSM(chip-scalemodule)方案中Flip-chip方式的采用使得模組面積可縮減50%，同時(shí)在Z軸方向上也實(shí)現了薄化，指紋模組小型化成為了可能。

　　為什么目前只有OLED+屏下光學(xué)指紋？

　　LCD屏幕厚度過(guò)高，透光性不好，傳感器很難讀取到指紋。再加上LCD不能主動(dòng)發(fā)光，其背光光源會(huì )干擾光學(xué)指紋識別，所以現在還沒(méi)有量產(chǎn)的LCD屏下指紋手機。對比LCD屏幕，OLED更薄，透光性更好，系統可以控制屏幕每一個(gè)像素點(diǎn)的發(fā)光狀態(tài)，可大幅減少干擾光源，所以無(wú)論是基于CMOS圖像傳感器的光學(xué)成像機制還是利用超聲波技術(shù)的解決方案，目前只有OLED滿(mǎn)足要求，也因此OLED成為了目前屏下指紋手機的首要選擇。

　　LCD+屏下光學(xué)指紋今年有望技術(shù)打破

　　LCD并沒(méi)有被宣判死刑，LCD屏下指紋的研發(fā)一直在進(jìn)行中。

　　國內指紋識別廠(chǎng)商匯頂科技在2019半年報投入資金者交流會(huì )上表示LCD的屏下光學(xué)指紋產(chǎn)品正在緊鑼密鼓的研發(fā)中，預計今年年內量產(chǎn)，與此同時(shí)，5G手機的超薄屏下指紋方案也將進(jìn)入規模量產(chǎn)。

　　同樣的，京東方高管劉曉東在MWC分論壇——2019大部分國家顯示精英峰會(huì )上也表示：全屏手機在折疊屏真實(shí)普及前將有較穩定的形態(tài)，京東方將于2019年底量產(chǎn)LCD屏下光學(xué)指紋傳感方案，LCD屏下指紋將成為未來(lái)兩年的發(fā)展方向。

　　屏下指紋技術(shù)發(fā)展前景

　　隨著(zhù)手機廠(chǎng)商的大規模應用，屏下光學(xué)指紋識別在智能手機市場(chǎng)上的滲透率也會(huì )迅速攀升，其中又以屏下光學(xué)技術(shù)發(fā)展更具打破性。

　　IHS Markit 2019年顯示指紋技術(shù)和市場(chǎng)報告顯示，今年FOD模塊出貨量將達到近2億臺，較2018年約2900萬(wàn)臺的低基數增長(cháng)近580%，考慮到一些影響因素的變化，包括FOD模塊的可用性和價(jià)格，對今年市場(chǎng)業(yè)態(tài)十分有利，2019年的出貨量可能高達2.4億臺。另外據IHS Markit預測，三星今年對FoD的需求可能達到7000-8000萬(wàn)臺，而中國頂端品牌則需要1.2-1.3億臺。

　　國內外業(yè)態(tài)分析

　　2019作為5G的元年，通訊業(yè)高速發(fā)展，各大手機廠(chǎng)商調整發(fā)展方向，進(jìn)軍5G領(lǐng)域。作為大部分國家手機三巨頭的三星、華為、蘋(píng)果都對各自旗艦機種的指紋識別策略進(jìn)行著(zhù)重大變革，影響了大部分國家指紋識別產(chǎn)業(yè)格局的分布，指紋識別模組廠(chǎng)商也因FoD技術(shù)的興起，終于在“跌跌不休”的傳統指紋模組市場(chǎng)中有了起色，進(jìn)而促使這條產(chǎn)業(yè)鏈上的廠(chǎng)商重燃沖動(dòng)，積較布局下一代指紋識別技術(shù)的研發(fā)與量產(chǎn)。

　　指紋識別產(chǎn)業(yè)鏈主要分為芯片設計環(huán)節、芯片制造環(huán)節、封裝環(huán)節、模組制造環(huán)節以及整機廠(chǎng)商。根據不同方式的屏下指紋識別技術(shù)分，光學(xué)式指紋技術(shù)的供應商主要有美國的Synopsys、中國的Goodix、中國寶島的Egis Tech和韓國的CrucialTec；電容式指紋技術(shù)的供應商主要有美國的Synopsys、中國的Goodix、中國寶島的Egis Tech和韓國的CrucialTec；超聲波式指紋技術(shù)的供應商主要有美國的高通、韓國的三星、美國的AuthenTec(被蘋(píng)果公司收購)、瑞典的FPC以及中國的思立微。

　　將光學(xué)式指紋識別技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行細分，大致歸總如下：

　　演算法晶片：Synopsys、FPC、三星、匯頂、思立微、阜時(shí)和神盾。

　　Lens&濾光片：大立光、舜宇光學(xué)、玉晶光、關(guān)東辰美、水晶光電。

　　CMOS:SONY、三星、海力士、安森美、豪威科技。

　　模組封裝：歐菲科技、丘鈦科技、信利全部。

　　終端客戶(hù)：華為、OPPO、vivo、小米、三星。

　　下面用一張表格來(lái)介紹一下目前國內外的手機終端廠(chǎng)商在光學(xué)指紋方案供應商方面的選擇，圖表也驗證了匯頂科技今年的業(yè)績(jì)頗豐。

　　總結語(yǔ)

　　隨著(zhù)5G時(shí)代的到來(lái)，一體屏時(shí)代的開(kāi)啟，傳統指紋識別方案中需要單獨實(shí)體觸摸區的設計將逐漸被替代，屏下指紋具有廣闊的應用前景。

　　從應用的角度來(lái)看，屏下電容式指紋識別技術(shù)成熟，但是穿透力很差將逐步被替代，未來(lái)是屬于光學(xué)指紋技術(shù)和超聲波指紋技術(shù)的天地。光學(xué)屏下指紋和超聲波屏下指紋是未來(lái)一段時(shí)間內屏下指紋識別的兩種主要方式，各有優(yōu)點(diǎn)和不足。

　　從屏下指紋芯片發(fā)展趨勢來(lái)看，未來(lái)的屏下光學(xué)指紋識別勢必會(huì )朝著(zhù)操作方便、可靠性高、速度快、準確度高、自適應性好、體積更小，高度更薄的方向發(fā)展。

　　從產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)發(fā)展來(lái)看，誰(shuí)能率先掌握打破性的技術(shù)并提升制造良率，誰(shuí)就能在同質(zhì)化嚴重的手機市場(chǎng)脫穎而出，占據市場(chǎng)有利地位。