屏內指紋識別大比拼！光學or超聲波，誰能搭上全面屏的東風？

自去年小米MIX發布之後，全面屏可謂是備受關注，今年以來全面屏更是備受業內追捧，不少業內人士紛紛將今年稱之為「全面屏元年」。3月底，三星的新旗艦手機Galaxy S8正式發布，這款產品不僅採用了全面屏，而且還取消了正面的HOME鍵，使得全面屏的效果得到了更好的發揮，唯一備受吐槽的就是其指紋識別被放到了背面。即將在今年秋季發布的新一代iPhone（以下簡稱「iPhone 8」），不僅將會採用全面屏設計，而且據說還會首次採用新的屏幕內指紋識別技術。這也極大的牽動著整個指紋識別行業的神經。

其實早在今年的巴塞羅那MWC2017展會上，國內的匯頂科技首次展示了其研發的屏幕內指紋識別技術。不過到目前為止，匯頂科技的這項技術似乎都還沒有量產，也沒有廠商宣布採用。而在昨天MWC2017上海展上，國產手機品牌廠商vivo示了展示了一款採用屏幕內指紋識別技術的樣機，而其所採用的屏幕內指紋識別技術則來自於高通，採用的是高通新一代的超聲波指紋識別技術。而一旦屏幕內指紋識別技術成功被應用在智能手機上，那麼可以預見，這將進一步推動全面屏手機的發展。

那麼今天芯智訊就來為大家來介紹下目前可以實現屏幕內指紋識別的一些技術和廠商：

一、光學指紋識別

其實光學識別是應用比較早的一種指紋識別技術，比如之前很多的考勤機、門禁都採用的就是光學指紋識別技術。不過，傳統的光學指紋識別技術有很多的缺點，比如受手指表面是否乾淨影響較大，而且對於干手指識別率低，當然更為關鍵的是該類型指紋模塊較大（因為需要有獨立的光學系統），所以之前一直沒有被用在移動設備上。

而現在新的光學指紋識別技術都主要是針對智能手機來做的，其拋棄了傳統的光學指紋的光學系統，轉而借用手機屏幕的光線來作為光源。這其中就分為了兩種類型，一種是基於OLED屏設計的，另外一種則是基於LCD屏來設計的。目前主流的解決方案就是通過可以自發光的OLED屏來做光學指紋，而LCD無法自法光，需要用到背光，而且整個模組很厚，這也使得想實現LCD屏下指紋識別就變得非常困難（OLED可以做的很薄），不過這種方案依然有廠商在做，因為其面對的市場更為廣闊。

1、基於OLED屏的光學指紋

目前有多家廠商在做基於OLED屏的光學指紋，其中就包括匯頂、傳聞中的蘋果、新思，除了這些大廠之外，據芯智訊了解國內的費恩格爾、邁瑞微也有在做。

A、匯頂

早在今年2月的巴塞羅那MWC展會上，國內的指紋識別廠商匯頂科技就展示了一項全新的「屏幕內指紋識別」技術（屏幕內特定區域，非全屏指紋），匯頂稱，「顯示屏內指紋識別技術是將指紋識別功能完整的集成到了AMOLED顯示屏中」，而且不會影響屏幕的顯示。這一技術引起了業內的廣泛關注。那麼匯頂的屏幕內指紋識別技術是如何來實現的呢？

△匯頂科技在MWC2017現場展示的樣機

根據匯頂CEO張帆接受採訪時稱，匯頂的屏幕內指紋識別是通過光學的方式來實現的，光路是借用了AMOLED屏的光路，所以並不需要找屏廠特別去定製，只是通過在標準的AMOLED屏（LCD屏不行）下方加入匯頂的指紋感測器即可實現。並且在息屏狀態下，屏幕內的指紋區域也是會有熄屏顯示的，讓用戶知道哪裡是指紋區域。

通過張帆的介紹，我們大致可以判斷出，匯頂的指紋識別感測器是通過AMOLED屏的光線來照射指紋，然後通過返回的光線穿透OLED屏的縫隙打到屏下的CIS上，然後再對返回光線進行分析，結合軟體演算法，實現指紋識別。

但是這種方式會面臨一個問題，那就是當屏幕亮度不足、或者指紋區域有其他顯示圖像干擾時，指紋識別可能就會出現比較大的偏差。所以通過識別區域「息屏顯示」的方式來實現屏幕解鎖是可以的，但是如果要在屏幕顯示各種圖像的基礎上來實現指紋應用就有些困難（比如指紋識別區域正顯示支付寶支付界面，這時需要進行指紋支付），當然這也可以通過軟體來解決，比如要做指紋應用時，將指紋識別區空一個乾淨的區域來（沒有花花綠綠的圖像）。

另外，還有一個問題是，在完全黑屏的狀態下，要想實現指紋解鎖，那麼就需要先喚醒屏幕，再進行解鎖。或者指紋識別區域時刻保持「息屏顯示」。顯然後一種方案是比較可行的，但是現在手機用戶的手機基本都是不會關機，那麼指紋識別區域長期的「息屏顯示」將會使得那部分的OLED壽命迅速下降。

所以，個人認為匯頂的這種指紋識別技術還有待進一步優化和完善。另外據芯智訊的了解，匯頂目前正在進行其第二代光學指紋技術的研發，據說新的技術還加入了紅外技術。

B、蘋果

今年初，美國專利和商標局(USPTO)通過了一項蘋果申請的專利，這份專利名稱為「帶有紅外發光二極體的互動式顯示面板」專利，綜合利用嵌入在顯示屏中的紅外光線發射器和感測器探測手指位置、掃描用戶指紋，可以實現屏幕內指紋識別。這項專利最初來自於由蘋果2014年收購的LuxVue。LuxVue 主要開發低功耗 microLED 顯示屏。

這份專利中介紹了通過使用特殊 microLED 感知技術的屏幕實現指紋識別的方式，這種屏幕技術與目前大多數智能手機和平板電腦上使用的屏幕不同。

該技術用較小的紅外光發射器和感測器代替較大的電容感測器，發射器和感測器位於 RGB LED 顯示基板旁邊或安裝在基板上的微晶元上。這些「互動式像素」結構可以進行校準，並執行特定功能，包括環境光感測，距離檢測，以及特別複雜的觸摸檢測。工作原理是通過從用戶的手指反射回紅外光並回到感測二極體。通過對反射光進行分析，使得能夠對物體及其表面曲率進行更深入的分析，例如對應於指紋的脊和谷的暗點和亮點。

這項技術的優勢在於，其可以在不需要亮屏的情況下，完成指紋識別。對於如何提示用戶「指紋識別區域」的問題，其實使用習慣了，用戶根本不需要提示指紋識別區域。對於需要提示的人來說，其完全也可以通過紅外光發射器在偵測手指在特定區域的動作，偵測到有指紋識別動作而又無法識別的時候，自動亮屏提示指紋識別區域。另外，這項技術既可以應用在屏幕的特定區域，或者也可以應用到整個顯示屏，這需要將整個屏幕都要有高密度的互動式像素的微型紅外光發射器，當然這樣做成本會很高。

當然這項技術也有它的劣勢，那就是其需要屏廠來配合，需要將紅外LED集成到OLED屏上，這個需要屏廠來支持，當然三星應該能夠幫助蘋果實現。不過這必然會導致整個屏幕生產周期的拉長以及良率的降低，一旦出現問題，整個屏幕可能都要報廢，成本也是會大幅增加。當然，對於蘋果來說，這可能也不是難題。但是對於其他的廠商來說，應該還是會和匯頂一樣，盡量做通用類的光學指紋，可以支持任何一家的普通OLED屏。

C、Synaptics（新思）

目前並沒有太多關於新思的光學指紋識別的信息，不過在日前的媒體溝通會上，新思確認其採用的是基於OLED屏的光學指紋識別技術。另外，據新思區總經理盧兵向芯智訊透露，新思的OLED屏下光學指紋，預計將在明年3月就會有相應的終端面世。

D、費恩格爾

雖然此前費恩格爾一直是主攻中低端智能手機的指紋識別市場，而且價格策略也一直很犀利。不過其也看到了全面屏的趨勢，很早也開始投入了屏幕內指紋識別的研發。這一次，費恩格爾選擇的也是基於OLED的光學指紋識別技術。

據芯智訊了解，費恩格爾採用的是與匯頂類似的技術，也是通過OLED屏光源對於指紋的照射，然後通過屏下的CIS對於反射光的偵測來做指紋識別。不過，費恩格爾還加入了近紅外光感技術，採用的是定製的近紅外CIS pixel工藝，進一步增強了對於環境的適應性。據了解，目前費恩格爾正在與一家OLED屏廠商在進行合作。

E、邁瑞微

不久前，邁瑞微在深圳的一場全面屏會議上展示了其最新的in-glass指紋識別技術。邁瑞微研發的in-glass指紋識別方案已經量產，此方案通過TSV封裝技術可以做的非常薄，薄到可以嵌入到了玻璃當中。

而在屏幕內指紋識別方面，邁瑞微也已經有了布局。據邁瑞微研發總監李揚淵透露，目前邁瑞微正在研發新的光學指紋。 「我們將研發新材料、新工藝來呈現技術巔峰水準的光學指紋感測器，完全超越現行工業水準。和某些廠商只能在夜晚和室內進行展示的樣品相比，將是巨大的突破。」 但是具體的細節並未透露。

2、基於LCD屏的光學指紋

就現在已有的信息來看，目前只有上海蘿箕技術有限公司在做基於LCD屏的光學指紋。雖然，相對於OLED來說，做LCD屏的光學指紋識別會比較困難，但是目前市場上大多數的智能手機都還是LCD屏，所以不言而喻的是，雖然基於LCD屏的光學指紋難度大，但是市場空間也更大，更易普及。

另外一個特別值得注意的是，蘿箕的創始人顧鐵正是深圳天馬的前總經理。而蘿箕之前的光學指紋正是利用了現在天馬最便宜的4.5代線進行生產配套，據了解，一張TFT基板就可以做5000片光學指紋感測器。

根據此前業內人士孫昌旭對於蘿箕的採訪資料來看，「蘿箕的超薄光學按壓式指紋感測器的疊層結構，共分為四層：上面是蓋板，第二層是感測器，第三層是光路、第四層是PCBA或者軟板。光轉換成電，由讀出晶元輸出」。感測器厚度小於1mm，可以做到全隱藏式設計，支持冷屏喚醒。

不過從資料來看，這一款光學指紋方案還不是針對屏幕內指紋識別的，不過可以做到正面的隱藏式指紋識別，如下圖：

去年12月14日，Synaptics就宣布與上海蘿箕達成獨家合作關係，並且還投資了蘿箕。顯然，Synaptics也非常看好蘿箕光學指紋識別技術。

不過要想利用LCD屏來做到屏幕內的光學指紋識別並不容易，因為LCD屏是需要背光的，所以感測器只能放在背光層的上方，但是又要盡量做到不影響屏幕的顯示，那麼感測器就需要盡量做成透明的，這樣就不會遮擋背光，進而影響顯示效果。

由於蘿箕一直比較低調，所以目前並不清楚蘿箕的屏幕內的光學指紋進展如何。

二、超聲波指紋識別

相對於光學指紋和電容式指紋識別來說，超聲波信號具有較好的穿透性，可在實現對於指紋識別的同時，能降低手指污垢、油脂以及汗水的干擾，在水下也不會對解鎖產生影響。目前主要是高通在做。

早在2015年的時候，高通就推出了自己的超聲波指紋識別技術。2016年9推出的小米5s就是首款採用此方案的智能手機產品，這也是超聲波指紋識別技術首次被成功運用於智能手機上。但是從用戶的反饋來看，其識別率還是存在一些問題，特別是對於干手指。而且超聲波指紋識別模組的成本也比較高。隨後的小米旗艦機也沒有繼續採用高通的超聲波指紋識別技術。

6月28日，MWC2017上海展第一天，vivo在展會期間舉行了一場發布會，展示了全新的屏幕內指紋識別技術。該屏幕內指紋識別是利用了高通的新一代超聲波指紋識別技術，相對於高通之前的隱藏式超聲波指紋識別技術，新一代的超聲波指紋識別技術已經可以放到屏幕下方，而這也意味著信號的穿透性變得更強了。不過需要指出的是，目前這項技術只能用在OLED屏上。因為相比OLED屏，傳統的需要帶背光的LCD屏模組厚度更厚，超聲波信號的穿透力有限。

根據之前的信息顯示，高通上一代的超聲波指紋識別技術其信號只能穿透400微米（0.4mm）的厚度（可能更高，但是要保證能夠準確獲取清晰指紋信號可能比較難，所以此前的小米5s的指紋識別上方的玻璃蓋板也進行了減薄處理）。如果將超聲波指紋識別感測器放在顯示屏下方，就需要穿透顯示屏、觸摸屏（也可以直接在蓋板玻璃上進行鍍膜和光刻實現）以及蓋板玻璃的厚度。

而柔性AMOLED屏的厚度則可以控制到0.2mm左右（據說最薄可以縮減到0.1mm），但是玻璃蓋板的厚度大都在0.5mm以上，蘋果iPhone通常所採用的大猩猩玻璃第四代是0.4mm（第五代是0.6mm）。這也意味超聲波指紋識別技術實現屏幕內指紋識別，其信號強度至少需要穿透0.6mm的厚度，才能保證能夠在一定的準確度上獲取指紋信息。

據高通介紹，其新一代指紋識別技術「Qualcomm Fingerprint Sensors for Display是首款商業化以超音波技術為基礎的整合式移動解決方案，能偵測心跳與血流，進而改善行動類身份認證的體驗」。新的超聲波指紋識別技術已經可以穿透1.2mm的OLED屏，或者0.8mm的玻璃，顯然穿透0.2mm的OLED屏+0.5mm的玻璃蓋板應該是沒有問題的（現場展示的樣機就是基於柔性OLED屏的vivo Xplay6的樣機）。另外，其信號也可以穿透0.65mm的金屬后蓋，這也意味著高通的第二代超聲波指紋識別可以放到金屬后蓋的裡面，而後蓋不需要開孔（可能需要減薄），就可以實現指紋識別。

高通在其展台上也演示了這項技術，從指紋的錄入和解鎖方面來看，該技術完成度已經非常高。據高通介紹，這項新的屏幕內指紋識別技術目前已經可以商用，將支持驍龍800系列以及驍龍600系列處理器的手機。此外，未來也可能會開放高通以外的平台。不過，高通的屏幕內指紋識別方案要想實現量產還有一段距離。可能最快也要等到明年了。據說高通的新一代超聲波指紋晶元，給了vivo首發保護期。

除了高通之外，蘋果似乎也在研究利用超聲波指紋識別技術實現屏幕內指紋識別。

根據美國專利商標局最新公布資料顯示，蘋果近期也獲得了一項全新的超聲波生物識別技術專利。根據專利顯示，蘋果是將超聲波生物識別感測裝置在手機屏幕下方，屏幕上的覆蓋玻璃的#110號區域可以當做超聲波生物識別感測設備的一種輸入界面。也就是說可以實現屏幕內指紋識別。

光學or超聲波，誰能搭上全面屏的東風？

從目前的情況來看，對於屏幕內指紋識別方案，形成了光學和超聲波兩大派，那麼究竟誰能夠搭上全面屏手機爆發的東風呢？

「屏下指紋現在量產可能性最大的還是光學指紋方案。」費恩格爾CEO黃昊告訴芯智訊：「超聲波指紋識別應用到屏下，需要穿透更高的厚度，其將面臨功耗和信號一致性方面的問題，並且量產難度也很大。」

邁瑞微研發總監李揚淵也表示：「超聲波要實現屏下指紋識別，就必須貼到OLED屏下，一個不良，就等於是廢了一個OLED屏。雖然光學的感測器也需要貼到OLED屏下，但是光學膠更容易貼，因為膠密度有差別不會導致光學效應變化，但是對於聲學效應影響就很大。一個沒貼好，就需要拆下來重新貼，而這就會很容易損壞OLED。」

顯然，相對於屏下光學指紋識別來說，屏下的超聲波指紋識別的量產難度更大，不良率也會更高一些。而且，相對於利用屏幕自身光源的屏下光學指紋識別，屏下超聲波指紋識別則是主動式感應，其本身的功耗就比較高，如果要保持持續的工作狀態，那麼功耗將會更高。

另外，我們可以看到，包括蘋果在內的眾多指紋識別廠商更多的都是將目光投向了通過光學指紋的方式來實現屏幕內指紋識別。而蘋果一向是行業的標杆，一旦蘋果選擇在iPhone 8上採用光學指紋識別，那麼必將帶動整個光學指紋產業鏈的快速成熟，同時也有助於整體的成本的快速降低。當然，這並不是說超聲波就沒有機會，畢竟差異化本身就是一種價值的體系。更何況高通也是業內極具影響力的廠商。如果其能夠解決量產、功耗以及成本方面的問題，那麼其可能也將會被廣泛應用。畢竟相對於光學指紋來說，超聲波的環境適應性更強。

作者：芯智訊-浪客劍

活動預告

隨著移動支付及智能手機行業的迅猛發展，讓生物識別產業進入黃金時代。隨著指紋識別技術在智能手機上普及，也推動了新的人臉以及虹膜識別技術的加速落地。隨著手機全面屏的興起，以及三星、蘋果等廠商的帶動，新的屏幕內指紋識別、虹膜識別、人臉識別、語音識別等技術備也即將成為智能手機全新的打開方式。

指紋識別技術百花齊放，虹膜、人臉、語音識別虎視眈眈，誰又將會引領新一輪的生物識別發展熱潮，創新還是顛覆？生物識別產業及智能手機廠商又將迎來新的機遇。

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