全面剖析屏下指紋識(shí)別技術(shù)詳解

屏下光學(xué)指紋已經(jīng)成為確定性技術(shù)方向，在全面屏的趨勢(shì)下，該芯片市場(chǎng)也快速發(fā)展。今年以來(lái)，包括華米OV等一線手機(jī)品牌的新機(jī)均采用匯頂科技的光學(xué)屏幕指紋芯片，匯頂科技指紋芯片在新機(jī)中導(dǎo)入比例接近90%。根據(jù) IHS 預(yù)計(jì)，2019年屏下指紋芯片出貨量將增至1.8億片，預(yù)計(jì)未來(lái)三年該技術(shù)將在市場(chǎng)保持高速增長(zhǎng)。

由于手機(jī)全面屏概念的流行，傳統(tǒng)指紋解鎖無(wú)論采用正面刮擦或按壓方式解鎖，還是采用背面解鎖，都會(huì)影響手機(jī)等智能設(shè)備的外觀。指紋識(shí)別需要指紋采集窗，勢(shì)必會(huì)影響屏占比，因此屏下指紋識(shí)別技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

指紋識(shí)別的實(shí)現(xiàn)方式

目前的手機(jī)指紋識(shí)別所實(shí)現(xiàn)的途徑，大致可以分為三種：

1.第一種是目前使用率最高的電容式指紋識(shí)別方案

利用指紋sensor與導(dǎo)電的皮下電解液形成電場(chǎng)，指紋的高低起伏會(huì)導(dǎo)致二者之間的壓差出現(xiàn)不同的變化，借此可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的指紋測(cè)定。該方式適應(yīng)能力強(qiáng)，對(duì)使用環(huán)境無(wú)特殊要求，同時(shí)，硅晶元以及相關(guān)的傳感原件對(duì)空間的占用在手機(jī)設(shè)計(jì)的可接受范圍內(nèi)。

目前的電容式指紋模塊也分為劃擦式與按壓式兩種，前者雖然占用體積較小，但在識(shí)別率以及便捷性方面有很大的劣勢(shì)，這也直接導(dǎo)致廠商全都將目光鎖定在了操作更加隨意、識(shí)別率更高的按壓式電容指紋模塊。因?yàn)槠占胺秶鷱V，所以技術(shù)非常成熟，但在被炒的火熱的全面屏手機(jī)概念，電容式似乎顯得有些格格不入。

指紋識(shí)別集成在手機(jī)上的形式無(wú)外乎就是這幾種：后置和前置，還有側(cè)邊等，當(dāng)然還有羅老師的堅(jiān)果pro2（把指紋識(shí)別鑲嵌在logo中）獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。

2.第二種是超聲波指紋識(shí)別方案

典型的例子就是小米5s中采用的高通Sense ID 3D超聲波指紋識(shí)別技術(shù)。超聲波指紋識(shí)別與電容式需要檢測(cè)指紋表面不同，超聲波具有穿透性，利用指紋模組發(fā)出的特定頻率的超聲波掃描手指，利用指紋的不同對(duì)超聲波反射的不同，能夠建立3D指紋圖形，因此對(duì)手指表面的清潔程度并不用太過(guò)考慮。

另外，由于超聲波可以穿透金屬、玻璃等常用手機(jī)材質(zhì)，因此對(duì)手機(jī)外觀方面也不會(huì)有太多限制?；谶@一點(diǎn)，所長(zhǎng)認(rèn)為超聲波指紋識(shí)別將成為未來(lái)指紋識(shí)別的主要發(fā)展方向之一。

不過(guò)由于技術(shù)不是特別成熟，超聲波雖然具有穿透性，但在超聲發(fā)生器大小、頻率和屏幕蓋板的材質(zhì)、厚度的影響下，其穿透能力也非常有限。所以小米在屏幕放置指紋識(shí)別模組的位置向下挖了一個(gè)凹槽，以此來(lái)控制玻璃面板的厚度，保證指紋識(shí)別的識(shí)別率和準(zhǔn)確率，但實(shí)際用戶體驗(yàn)效果并不滿意。

3.第三種便是光學(xué)指紋識(shí)別方案

光學(xué)識(shí)別是應(yīng)用比較早的一種指紋識(shí)別技術(shù)，比如之前很多的考勤機(jī)、門禁都采用的就是光學(xué)指紋識(shí)別技術(shù)。 主要是利用光的折攝和反射原理，將手指放在光學(xué)鏡片上，手指在內(nèi)置光源照射下，光從底部射向三棱鏡，并經(jīng)棱鏡射出，射出的光線在手指表面指紋凹凸不平的線紋上折射的角度及反射回去的光線明暗就會(huì)不一樣。

用棱鏡將其投射在電荷耦合器件上CMOS或者CCD上，進(jìn)而形成脊線（指紋圖像中具有一定寬度和走向的紋線）呈黑色、谷線（紋線之間的凹陷部分）呈白色的數(shù)字化的、可被指紋設(shè)備算法處理的多灰度指紋圖像。然后對(duì)比資料庫(kù)看是否一致。

屏下指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

目前來(lái)看，光學(xué)式屏下指紋識(shí)別技術(shù)更加成熟，產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)擁有眾多供應(yīng)商，包括匯頂、Synaptics等都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了光學(xué)屏下指紋傳感器的量產(chǎn)?，F(xiàn)階段幾乎全部搭載屏下指紋識(shí)別技術(shù)的產(chǎn)品，包括vivo NEX、華為Mate RS保時(shí)捷設(shè)計(jì)均采用的是光學(xué)式屏下指紋識(shí)別技術(shù)。以此可以推測(cè)，未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，光學(xué)式屏下指紋識(shí)別都會(huì)是市場(chǎng)中絕對(duì)的主流。

超聲波式屏下指紋識(shí)別方案目前尚未量產(chǎn)，主要由高通推動(dòng)。早在2015年時(shí)，高通就已經(jīng)推出了名為Sense ID的3D超聲波指紋識(shí)別方案。到了2017年，高通發(fā)布新一代超聲波指紋識(shí)別方案。據(jù)悉可以穿透1200μm的OLED屏幕或800μm的玻璃和650μm的鋁合金來(lái)實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別。

除高通外，來(lái)自瑞典的FPC（Finge rprint Cards）也擁有自己的超聲波屏下指紋識(shí)別技術(shù)，并且支持在顯示屏任意位置捕捉與識(shí)別使用者的指紋，從而能夠消除終端廠商在設(shè)計(jì)上的物理空間的限制。最重要的是，其還支持OLED屏幕與LCD屏幕。

但是，無(wú)論是哪一種超聲波指紋識(shí)別技術(shù)，都面臨著量產(chǎn)商用的難題。而且在當(dāng)下的光學(xué)式屏下指紋識(shí)別占據(jù)絕對(duì)市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)的當(dāng)下，即使最終其克服困難實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，智能機(jī)廠商是否會(huì)舍棄已經(jīng)成熟的光學(xué)式屏下指紋識(shí)別而轉(zhuǎn)向超聲波式屏下指紋識(shí)別，著實(shí)難以判斷。因此，對(duì)于超聲波式屏下指紋識(shí)別技術(shù)的未來(lái)，著實(shí)難以樂(lè)觀。

相較而言，電容式屏下指紋識(shí)別方案目前只有JDI一家推出了相關(guān)產(chǎn)品。通過(guò)名為Pixel eyes的技術(shù)，JDI可以將電容式指紋識(shí)別傳感器與TFT顯示器的玻璃基板整合在了一起。玻璃基板通過(guò)檢測(cè)電容變化來(lái)識(shí)別手指觸控區(qū)域，而不必額外添加指紋識(shí)別模塊。

電容式屏下指紋識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其可以支持LCD屏幕，進(jìn)而能大大降低整機(jī)成本，有利于屏下指紋識(shí)別技術(shù)的推廣。但就目前的現(xiàn)狀來(lái)看，JDI距量產(chǎn)該技術(shù)尚有很長(zhǎng)的路要走。

未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，光學(xué)式指紋識(shí)別技術(shù)都會(huì)是屏下指紋識(shí)別市場(chǎng)的絕對(duì)霸主。超聲波式屏下指紋識(shí)別技術(shù)與電容式屏下指紋識(shí)別技術(shù)想要實(shí)現(xiàn)彎道超車，一方面需要盡快解決自身存在的技術(shù)問(wèn)題。另一方面也可以期待下一代顯示屏技術(shù)（如MicroLED）的登場(chǎng)。

但是，隨著屏下攝像頭技術(shù)研發(fā)不斷取得進(jìn)展，未來(lái)3D結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)也有望實(shí)現(xiàn)屏下隱藏。目前來(lái)說(shuō)，屏下指紋識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能夠避免劉海屏的出現(xiàn)，倘若3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)“隱藏”，那時(shí)智能機(jī)廠商會(huì)偏向3D結(jié)構(gòu)光還是屏下指紋識(shí)別技術(shù)尚不可知。至于屏下指紋識(shí)別技術(shù)未來(lái)究竟會(huì)如何發(fā)展，就讓時(shí)間給我們答案吧。

編輯：jq