屏下指紋識別技術(shù)

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

根據(jù) IHS Markit統(tǒng)計，2020年使用屏下指紋傳感器的智能手機(jī)出貨量至少達(dá)到 2億臺，市場超 20 億美元，有望在未來 3 年保持高速增長。在當(dāng)下機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的指紋識別市場，屏下指紋產(chǎn)業(yè)鏈的上下游也在積極尋找著突破，力求搶占更多市場份額。

指紋識別的實(shí)現(xiàn)方式

目前的手機(jī)指紋識別所實(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別方案 

利用指紋sensor與導(dǎo)電的皮下電解液形成電場，指紋的高低起伏會導(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)確的指紋測定。該方式適應(yīng)能力強(qiáng)，對使用環(huán)境無特殊要求，同時，硅晶元以及相關(guān)的傳感原件對空間的占用在手機(jī)設(shè)計的可接受范圍內(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，但在識別率以及便捷性方面有很大的劣勢，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。

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

2.第二種是超聲波指紋識別方案

典型的例子就是小米5s中采用的高通Sense ID 3D超聲波指紋識別技術(shù)。超聲波指紋識別與電容式需要檢測指紋表面不同，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，利用指紋的不同對超聲波反射的不同，能夠建立3D指紋圖形，因此對手指表面的清潔程度并不用太過考慮。

另外，由于超聲波可以穿透金屬、玻璃等常用手機(jī)材質(zhì)，因此對手機(jī)外觀方面也不會有太多限制。基于這一點(diǎn)，所長認(rèn)為超聲波指紋識別將成為未來指紋識別的主要發(fā)展方向之一。

不過由于技術(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別模組的位置向下挖了一個凹槽，以此來控制玻璃面板的厚度，保證指紋識別的識別率和準(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)指紋識別方案

光學(xué)識別是應(yīng)用比較早的一種指紋識別技術(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。然后對比資料庫看是否一致。  

屏下指紋識別技術(shù)的發(fā)展趨勢

目前來看，光學(xué)式屏下指紋識別技術(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)。現(xiàn)階段幾乎全部搭載屏下指紋識別技術(shù)的產(chǎn)品，包括vivo NEX、華為Mate RS保時捷設(shè)計均采用的是光學(xué)式屏下指紋識別技術(shù)。以此可以推測，未來很長一段時間內(nèi)，光學(xué)式屏下指紋識別都會是市場中絕對的主流。

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

除高通外，來自瑞典的FPC(Finge rprint Cards)也擁有自己的超聲波屏下指紋識別技術(shù)，并且支持在顯示屏任意位置捕捉與識別使用者的指紋，從而能夠消除終端廠商在設(shè)計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，無論是哪一種超聲波指紋識別技術(shù)，都面臨著量產(chǎn)商用的難題。而且在當(dāng)下的光學(xué)式屏下指紋識別占據(jù)絕對市場優(yōu)勢的當(dāng)下，即使最終其克服困難實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，智能機(jī)廠商是否會舍棄已經(jīng)成熟的光學(xué)式屏下指紋識別而轉(zhuǎn)向超聲波式屏下指紋識別，著實(shí)難以判斷。因此，對于超聲波式屏下指紋識別技術(shù)的未來，著實(shí)難以樂觀。

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

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

未來很長一段時間內(nèi)，光學(xué)式指紋識別技術(shù)都會是屏下指紋識別市場的絕對霸主。超聲波式屏下指紋識別技術(shù)與電容式屏下指紋識別技術(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)問題。另一方面也可以期待下一代顯示屏技術(shù)(如MicroLED)的登場。

但是，隨著屏下攝像頭技術(shù)研發(fā)不斷取得進(jìn)展，未來3D結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)也有望實(shí)現(xiàn)屏下隱藏。目前來說，屏下指紋識別技術(shù)的優(yōu)勢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”，那時智能機(jī)廠商會偏向3D結(jié)構(gòu)光還是屏下指紋識別技術(shù)尚不可知。至于屏下指紋識別技術(shù)未來究竟會如何發(fā)展，就讓時間給我們答案吧。