集微網(wǎng)消息（文/樂川），自從智能手機(jī)面市以來，其屏幕就一直朝著大尺寸的方向演進(jìn)，但過大的屏幕卻造成無法單手使用的困境，而全面屏的出現(xiàn)可以在不改變手機(jī)原有尺寸的情況下通過提高屏占比，在屏幕視野變大的同時(shí)不影響握持手感。在蘋果iPhone X和三星Galaxy S8的影響下，兼具屏幕視覺效果最大化和手機(jī)握持手感最優(yōu)化的全面屏手機(jī)將逐漸成為主流。
全面屏的出現(xiàn)提升了用戶的使用體驗(yàn)，滲透率得到快速提升。根據(jù)群智咨詢的預(yù)測，2018年全面屏手機(jī)將全面爆發(fā)，出貨量將達(dá)到9.1億部，在智能手機(jī)中的滲透率將達(dá)到61%，全面屏的大行其道將推動(dòng)屏下指紋逐步走上標(biāo)配之路。
2018年將是屏下指紋識(shí)別技術(shù)快速普及元年。
智能手機(jī)全面屏的趨勢意味著傳統(tǒng)的指紋識(shí)別技術(shù)必將逐漸被淘汰，可選擇的替代方案主要有屏下指紋識(shí)別、3D Sensing和虹膜識(shí)別。3D Sensing由于采用光學(xué)方案，應(yīng)用領(lǐng)域和特點(diǎn)與傳統(tǒng)指紋有所區(qū)別，而虹膜識(shí)別由于識(shí)別時(shí)的視角限制嚴(yán)格，導(dǎo)致目前已經(jīng)使用虹膜識(shí)別技術(shù)的手機(jī)對于消費(fèi)者來說的體驗(yàn)感并不好，大規(guī)模普及受到限制。屏下指紋識(shí)別技術(shù)則乘著全面屏的東風(fēng)迅速發(fā)展。
指紋識(shí)別中電容式識(shí)別技術(shù)是目前手機(jī)廠商最普遍使用的。但是，東北證券分析師指出，在手機(jī)全面屏的趨勢下，提高屏占比的同時(shí)指紋識(shí)別就不得不向屏下指紋識(shí)別的方向發(fā)展，而電容式指紋識(shí)別技術(shù)的穿透率大概在300μm左右，基本的玻璃蓋板都很難穿透，所以，電容式指紋識(shí)別方案必將探索新的應(yīng)用技術(shù)及形式，否則在將來一定會(huì)受到其他識(shí)別方案的沖擊。光學(xué)式與超聲波式指紋識(shí)別受益于較強(qiáng)的穿透能力，結(jié)合智能手機(jī)全面屏的大趨勢，現(xiàn)在及未來將會(huì)被更多地應(yīng)用于屏下指紋識(shí)別方案中，推動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的革新。
三類屏下指紋主流技術(shù)分類解析
1.光學(xué)式屏下指紋識(shí)別技術(shù)
光學(xué)式屏下指紋識(shí)別技術(shù)是依靠光線反射探測指紋紋路。其原理為：OLED面板具有自發(fā)光的特性使得各像素之間可以留有一定間隔，保證光線透過。當(dāng)用戶手指按壓屏幕時(shí)，OLED屏幕的RGB像素發(fā)出光線，穿透蓋板到屏幕表面，將指紋紋理照亮，照亮指紋后反射的光線透過屏幕顯示像素的間隙傳遞到緊貼于屏下的傳感器上。因?yàn)槭种傅牟煌y路導(dǎo)致反射的光線不同，指紋傳感器會(huì)根據(jù)反射光線形成指紋圖像，進(jìn)而與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比分析，最終識(shí)別指紋。
光學(xué)式屏下指紋識(shí)別技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):環(huán)境光(太陽光等)抗干擾性能更強(qiáng)；極端環(huán)境(溫度、濕度等)下的穩(wěn)定性更好。
同時(shí)，光學(xué)式屏下指紋識(shí)別還存在以下問題:
干手指識(shí)別率低：由于光學(xué)式屏下指紋識(shí)別技術(shù)仍然是基于光學(xué)原理，所以，其同樣存在傳統(tǒng)的光學(xué)式指紋識(shí)別技術(shù)對于干手指識(shí)別率低(拒真率高)的問題。另外，手機(jī)屏幕貼保護(hù)膜、外界的干擾也會(huì)影響光學(xué)式屏下指紋的識(shí)別率；
指紋識(shí)別區(qū)域屏幕易老化：OLED屏幕在一個(gè)像素長時(shí)間顯示同一個(gè)色彩時(shí)，像素顆粒會(huì)老化，導(dǎo)致將來在顯示其他內(nèi)容時(shí)，會(huì)出現(xiàn)當(dāng)初長時(shí)間顯示圖像的殘影，并且這一過程是不可逆的。而指紋解鎖作為每天用戶最為常用的功能，手機(jī)的指紋識(shí)別區(qū)域像素點(diǎn)的使用也更為頻繁，在長期使用后，可能會(huì)比其他區(qū)域更容易老化；
功耗較大：相較于傳統(tǒng)的光學(xué)式指紋識(shí)別，光學(xué)式屏下指紋識(shí)別技術(shù)的功耗要高很多，比如指紋識(shí)別的過程需要瞬間提高識(shí)別區(qū)域的亮度。
2.超聲波式屏下指紋識(shí)別技術(shù)
超聲波式屏下指紋識(shí)別技術(shù)是基于超聲波原理，利用指紋表面脊線(皮膚)和谷(空氣)之間的密度不同將指紋的形態(tài)構(gòu)建出一個(gè)3D的圖像，進(jìn)而與已經(jīng)存在于終端上的信息對比，達(dá)到指紋識(shí)別的目的。具體來說，其原理為：傳感器先向手指表面發(fā)射超聲波，并接收回波。手指的不同紋路會(huì)產(chǎn)生不同的回波信號，根據(jù)回波信號的不同即可產(chǎn)生指紋圖像信號。
超聲波式屏下指紋識(shí)別技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：
穿透性強(qiáng)：由于具有較強(qiáng)的穿透性，超聲波式屏下指紋識(shí)別技術(shù)相較于其他指紋識(shí)別技術(shù)在防水、防污等方面表現(xiàn)更加優(yōu)異，有助于解決目前手機(jī)只能防水而不能在水下使用的難題，同時(shí)還支持用戶在極端濕手指的情況下檢測；
安全性強(qiáng)：由于可以得到3D指紋識(shí)別圖像，超聲波式屏下指紋識(shí)別的安全性大幅領(lǐng)先；
支持活體檢測：由于超聲波信號具有很好的穿透性，所以指紋識(shí)別時(shí)可以到達(dá)汗孔和皺褶起始的地方，靠心血管、心跳檢測判斷是否為活體。
同時(shí)，超聲波式屏下指紋識(shí)別技術(shù)存在成像質(zhì)量低、技術(shù)不夠成熟、產(chǎn)量較低等問題。
3.電容式屏下指紋識(shí)別技術(shù)
電容式屏下指紋識(shí)別技術(shù)是將傳統(tǒng)的硅基指紋識(shí)別傳感器換為透明的玻璃基傳感器，并將其直接嵌入到LCD面板中，減少需要穿透的面板厚度，避開了電容的穿透能力差的難題。當(dāng)手指接觸屏幕時(shí)，指紋識(shí)別傳感器能夠檢測到這一信號，從而完成指紋識(shí)別過程。
相較于光學(xué)式屏下指紋識(shí)別，電容式屏下指紋識(shí)別技術(shù)具有以下優(yōu)勢：
功耗低：電容式屏下指紋識(shí)別過程中無需屏幕發(fā)光，因此功耗相對較低；
成本低：由于目前要實(shí)現(xiàn)光學(xué)式和超聲波式屏下指紋識(shí)別就必須采用OLED屏幕，而電容式屏下指紋識(shí)別技術(shù)可以適用于成本較低的LCD屏幕。
同時(shí)，電容式屏下指紋識(shí)別技術(shù)也存在一些問題：現(xiàn)在的智能手機(jī)都采用的是電容式觸控技術(shù)，手機(jī)的顯示屏上都有一層用于識(shí)別觸控的觸摸屏(Touch Panel)，而電容式屏下指紋識(shí)別傳感器也是基于電容式技術(shù)，那么觸控的信號和指紋識(shí)別的信號則可能會(huì)產(chǎn)生相互干擾，這需要進(jìn)一步地解決。
如果電容式屏下指紋識(shí)別技術(shù)能夠順利量產(chǎn)，并成功用于智能手機(jī)的話，將有望推動(dòng)屏下指紋在中低端智能手機(jī)上的普及，加速全面屏手機(jī)的普及進(jìn)程。
總體而言，光學(xué)式、超聲波式、電容式屏下指紋識(shí)別技術(shù)各具優(yōu)勢。從工藝方面來看，光學(xué)式屏下指紋識(shí)別技術(shù)可以適用于柔性和剛性O(shè)LED屏幕，目前，剛性O(shè)LED屏幕的價(jià)格在20美元左右，而柔性O(shè)LED屏幕的價(jià)格則要達(dá)到80-90美元，兩者差距仍較明顯。從功耗方面來看，光學(xué)式屏下指紋方案在解鎖時(shí)需要屏幕開啟最高亮度以照亮指紋，功耗較高。由于以光學(xué)原理為基礎(chǔ)，光學(xué)式屏下指紋識(shí)別技術(shù)同樣存在抗污漬和污染能力較差、受陽光干擾的問題。不過從目前各大廠商的技術(shù)進(jìn)度來看，光學(xué)式屏下指紋識(shí)別的進(jìn)展更快，在產(chǎn)業(yè)鏈成熟度和精度上都有更好的表現(xiàn)，且供應(yīng)商更多，有望成為全面屏的標(biāo)配指紋識(shí)別技術(shù)。
由于受到穿透距離的限制，超聲波要實(shí)現(xiàn)屏下指紋識(shí)別，目前就只能用于柔性O(shè)LED屏上，因而將會(huì)帶來較高的成本。由于超聲波式屏下指紋識(shí)別是通過超聲波掃描指紋，因此在識(shí)別指紋時(shí)不用屏幕開啟最高亮度，功耗較低。受益于超聲波的強(qiáng)穿透力，超聲波式指紋識(shí)別技術(shù)不受手指上污漬和污染的影響。雖然超聲波式屏下指紋識(shí)別的準(zhǔn)確率還有待提升，但其無需開孔、無需直接接觸、不受濕手指和微臟污影響的優(yōu)勢與更高的安全性能顯著增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。在產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)一步成熟、準(zhǔn)確率進(jìn)一步提升之后，超聲波式屏下指紋識(shí)別有望成為全面屏指紋識(shí)別非常可行的方案之一。
分析師指出，傳統(tǒng)的電容式指紋識(shí)別是目前最成熟的指紋識(shí)別技術(shù)，在采集、算法上均有一定的技術(shù)積累，而電容式屏下指紋識(shí)別傳感器在響應(yīng)速度和識(shí)別率方面則更進(jìn)一步。由于電容式指紋識(shí)別技術(shù)可以搭載LCD屏，相對于只能適用OLED屏幕的光學(xué)式和超聲波式指紋識(shí)別技術(shù)則具有很大的成本優(yōu)勢。
智能手機(jī)全面屏趨勢推動(dòng)屏下指紋應(yīng)用快速普及
在消費(fèi)者越來越追求更高屏占比的趨勢下，各大手機(jī)廠商開始轉(zhuǎn)向屏下指紋識(shí)別的方案。vivo在今年1月24日正式發(fā)布了全球首款搭載光學(xué)式屏下指紋識(shí)別技術(shù)的全面屏手機(jī)X20 Plus UD，該款手機(jī)是vivo與方案設(shè)計(jì)公司Synaptics合作，采用Clear ID FS9500光學(xué)指紋方案，穿透0.68mm玻璃蓋板到達(dá)OLED屏幕，最后再到指紋處理器，實(shí)現(xiàn)屏下指紋識(shí)別。這項(xiàng)屏下指紋識(shí)別技術(shù)可在防水、濕手狀態(tài)下操作，據(jù)vivo官方稱解鎖速度在0.6s左右。
vivo于今年3月19日發(fā)布的X21屏下指紋版手機(jī)采用的是匯頂科技的光學(xué)式屏下指紋識(shí)別方案，它需要可以自發(fā)光的OLED屏來配合，通過屏幕發(fā)射的光線對指紋進(jìn)行照射，再由屏幕下方的傳感器來接收返回的光線并進(jìn)行處理，最終得到指紋圖像。據(jù)匯頂科技介紹，其屏下光學(xué)指紋方案通過優(yōu)化光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有效消除了顯示單元顯影和強(qiáng)光干擾，從而使得用戶在強(qiáng)光下也可以快速解鎖，并通過優(yōu)化指紋識(shí)別算法，提升干手指及極端低溫環(huán)境下的指紋識(shí)別率。相比vivo X20 Plus屏幕指紋版，vivo X21屏幕指紋版的指紋識(shí)別位置有所上移。
vivo采用匯頂科技提供的光學(xué)式屏下指紋識(shí)別方案，在vivo X21手機(jī)上實(shí)現(xiàn)屏下指紋的規(guī)模量產(chǎn)，這對于傳統(tǒng)指紋芯片行業(yè)來說帶來了新的增長點(diǎn)，是典型的技術(shù)升級推動(dòng)行業(yè)二次成長。另一方面，超聲波式屏下指紋也有望在2018年實(shí)現(xiàn)商用，電容式屏下指紋則有望于2019年迎來規(guī)模量產(chǎn)?？傮w而言，全面屏的東風(fēng)將推動(dòng)屏下指紋進(jìn)入新一輪的成長期。
全面屏手機(jī)全面爆發(fā)，屏下指紋市場需求預(yù)測
2017年全球指紋芯片的發(fā)貨量約9.8億顆，同比增幅超30%，其中FPC和匯頂科技的出貨量均超過2億顆。指紋識(shí)別已經(jīng)成為手機(jī)的標(biāo)配部件。隨著全面屏帶動(dòng)屏下指紋的發(fā)展，預(yù)計(jì)未來指紋識(shí)別方案在所有識(shí)別方案中的占比將進(jìn)一步擴(kuò)大，今年將達(dá)到歷史最高的60%，市場需求將進(jìn)一步擴(kuò)大。
IHS Markit報(bào)告預(yù)測，2019年采用屏下指紋技術(shù)的手機(jī)將迎來快速增長，預(yù)計(jì)使用該技術(shù)的手機(jī)出貨量將達(dá)到1億部，是2018年預(yù)估出貨量900萬臺(tái)的10倍多，彈性巨大。如果三星將屏下指紋技術(shù)應(yīng)用于Galaxy Note 9，則2018年采用此解決方案的智能手機(jī)出貨量將從目前預(yù)測的900萬臺(tái)增至2000萬臺(tái)以上。其中，光學(xué)式屏下指紋方案將率先迎來爆發(fā)，2019年其指紋識(shí)別模組的出貨量將預(yù)計(jì)超過9000萬顆；2020年繼續(xù)保持高速增長，出貨量預(yù)計(jì)將超過1.75億顆；至2022年預(yù)計(jì)將超過2.8億顆，推動(dòng)屏下指紋技術(shù)快速成長。超聲波式指紋識(shí)別模組的出貨量在2019年預(yù)計(jì)將超過1000萬顆，此后不斷增長，在2022年預(yù)計(jì)將達(dá)到5000萬顆的出貨量水平。
群智咨詢預(yù)測，2018年全面屏手機(jī)將全面爆發(fā)，出貨量將達(dá)到9.1億部，在智能手機(jī)中的滲透率將達(dá)到61%；預(yù)計(jì)至2020年，全球全面屏智能手機(jī)出貨量將達(dá)到14.3億部，滲透率超過85%。智能手機(jī)搭載全面屏的趨勢有力推動(dòng)了屏下指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，2018年將成為屏下指紋識(shí)別技術(shù)發(fā)展的元年。
目前發(fā)展較快的光學(xué)式屏下指紋識(shí)別技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用，超聲波式屏下指紋也有望在2018年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，電容式屏下指紋則有望于2019年迎來規(guī)模量產(chǎn)。東北證券分析師表示，隨著供應(yīng)鏈進(jìn)一步完善，屏下指紋識(shí)別應(yīng)用規(guī)模將顯著擴(kuò)大。同時(shí)，隨著國內(nèi)OLED面板廠商的生產(chǎn)能力逐漸導(dǎo)入，目前只適用于OLED屏幕的光學(xué)式和超聲波式屏下指紋識(shí)別方案的成本將會(huì)逐漸下降，采用屏下指紋識(shí)別技術(shù)的手機(jī)將從中高端智能手機(jī)逐漸過渡到千元機(jī)，進(jìn)一步擴(kuò)大消費(fèi)群體，行業(yè)的盈利能力有望持續(xù)得到提升。
供應(yīng)鏈逐漸完善，助推屏下指紋識(shí)別進(jìn)一步滲透
目前國內(nèi)外多家廠商均致力于發(fā)展屏下指紋技術(shù)。包括：
Synaptics 2017年12月表示，已經(jīng)開發(fā)出了成熟的屏下光學(xué)指紋方案，其核心為被稱為Clear ID FS9500的傳感器，這一方案在CES 2018的展會(huì)中搭載于vivo X20 Plus UD手機(jī)上，首次實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
三星于今年1月取得了屏下指紋識(shí)別的專利，該項(xiàng)技術(shù)是基于光學(xué)原理，適用于OLED屏幕。由于三星是AMOLED屏幕的供應(yīng)商，因此在成功研發(fā)屏下指紋技術(shù)后，可以將屏下指紋技術(shù)和屏幕打包一起出售，提升在供應(yīng)鏈中的話語權(quán)。對于其他手機(jī)廠商來說，有了三星的這套方案，便可以一次性解決屏幕的需求和屏下指紋的需求，也是一舉多得。
蘋果在去年12月被曝出，在歐美的一項(xiàng)屏下指紋專利被批準(zhǔn)。蘋果的這項(xiàng)專利的具體內(nèi)容為：特別定制的OLED屏幕集成指紋識(shí)別模塊，實(shí)現(xiàn)全屏幕都能檢測并識(shí)別用戶手指指紋的功能。與目前其他公司已經(jīng)公布的屏下指紋識(shí)別不同，蘋果設(shè)計(jì)的屏下指紋識(shí)別方案不是在固定位置設(shè)置指紋傳感器，而是可識(shí)別整塊顯示屏，手指觸碰到屏幕即可解鎖。蘋果的這項(xiàng)專利已經(jīng)獲批，預(yù)計(jì)后期機(jī)型將配備。
高通公司是超聲波式指紋識(shí)別方案的踐行者，早在2015年時(shí)就推出了“Sense ID”3D超聲波指紋識(shí)別技術(shù)。去年6月，高通發(fā)布新一代超聲波指紋識(shí)別方案，將支持驍龍800系列以及驍龍600系列處理器的手機(jī)。此外，未來也可能會(huì)開放高通以外的平臺(tái)。
FPC于2017年11月正式發(fā)布了屏下紋識(shí)別技術(shù)，該技術(shù)基于超聲波原理，能夠在不同的表面材質(zhì)捕捉指紋，還能夠在終端設(shè)備的顯示面板上的任意位置捕捉與識(shí)別使用者的指紋，從而消除終端廠商在設(shè)計(jì)上的物理空間限制，并且支持OLED屏和LCD顯示屏。
日本顯示面板廠商JDI于今年1月23日宣布其開發(fā)出了全球首款基于玻璃的全透明電容式指紋識(shí)別感應(yīng)元件，這款傳感器尺寸為8mm×8mm，分辨率為160×160，像素密度可達(dá)508dpi，并宣布會(huì)在2018財(cái)年(2019年3月之前)以內(nèi)將這款指紋識(shí)別傳感器正式投入商用。
作為生物識(shí)別及人機(jī)交互領(lǐng)域可靠的技術(shù)與解決方案提供商，匯頂科技陸續(xù)推出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的屏下光學(xué)指紋識(shí)別技術(shù)、活體指紋識(shí)別方案、指紋識(shí)別與觸控一體化的IFS技術(shù)、活體指紋檢測技術(shù)等。今年匯頂科技攜各大手機(jī)廠商陸續(xù)推出的vivo X21屏幕指紋版、華為Mate RS保時(shí)捷設(shè)計(jì)、小米8探索版、vivo NEX多款手機(jī)均應(yīng)用其IN-DISPLAY屏下光學(xué)指紋識(shí)別技術(shù)。經(jīng)過多年的潛心研究，匯頂科技的屏下光學(xué)指紋識(shí)別技術(shù)在抗強(qiáng)光干擾、低溫環(huán)境、干手指場景下表現(xiàn)出穩(wěn)定的解鎖率和解鎖速度，并且在OLED軟、硬屏均已實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用，是目前商用機(jī)型最多、累計(jì)發(fā)貨量最大的光學(xué)式屏下指紋識(shí)別方案。
敦泰子公司敦捷光電于今年1月8日在深圳發(fā)布并展示支持實(shí)現(xiàn)TFT-LCD、OLED、micro-LED等面板的屏下多點(diǎn)指紋讀取方案，該方案基于光學(xué)原理，同時(shí)解決了屏下指紋的SiP封裝難點(diǎn)，減小電源功耗和IC與模組厚度，突破了目前的技術(shù)瓶頸，使全面屏和前置指紋實(shí)現(xiàn)很好的結(jié)合，但目前尚未有終端廠商正式采用或推出新品。
綜上來看，現(xiàn)階段光學(xué)式屏下指紋識(shí)別方案較為成熟，供應(yīng)商較多。隨著屏下指紋識(shí)別應(yīng)用的不斷普及，市場將持續(xù)保持高速增長。東北證券分析師指出，雖然3D Sensing和屏下指紋識(shí)別技術(shù)將在2018年展開對未來中高端手機(jī)識(shí)別技術(shù)主導(dǎo)權(quán)的爭奪，兩者將同時(shí)并存，但由于目前較為成熟的屏下指紋識(shí)別技術(shù)均只能適用于OLED屏幕，所以短時(shí)間內(nèi)預(yù)計(jì)中高端智能手機(jī)會(huì)更多采用屏下指紋識(shí)別技術(shù)，低端機(jī)型出于成本考慮則會(huì)繼續(xù)采用置于手機(jī)背面的電容式指紋識(shí)別方案。不過，隨著OLED屏幕的普及，屏下指紋識(shí)別方案也必將會(huì)進(jìn)一步普及。（校對/春夏）
01月07日 18:14
