全面剖析屏下指纹识别技术详解

屏下光学指纹已经成为确定性技术方向，在全面屏的趋势下，该芯片市场也快速发展。今年以来，包括华米OV等一线手机品牌的新机均采用汇顶科技的光学屏幕指纹芯片，汇顶科技指纹芯片在新机中导入比例接近90%。根据 IHS 预计，2019年屏下指纹芯片出货量将增至1.8亿片，预计未来三年该技术将在市场保持高速增长。

由于手机全面屏概念的流行，传统指纹解锁无论采用正面刮擦或按压方式解锁，还是采用背面解锁，都会影响手机等智能设备的外观。指纹识别需要指纹采集窗，势必会影响屏占比，因此屏下指纹识别技术应运而生。

指纹识别的实现方式

目前的手机指纹识别所实现的途径，大致可以分为三种：

1.第一种是目前使用率最高的电容式指纹识别方案

利用指纹sensor与导电的皮下电解液形成电场，指纹的高低起伏会导致二者之间的压差出现不同的变化，借此可实现准确的指纹测定。该方式适应能力强，对使用环境无特殊要求，同时，硅晶元以及相关的传感原件对空间的占用在手机设计的可接受范围内。

目前的电容式指纹模块也分为划擦式与按压式两种，前者虽然占用体积较小，但在识别率以及便捷性方面有很大的劣势，这也直接导致厂商全都将目光锁定在了操作更加随意、识别率更高的按压式电容指纹模块。因为普及范围广，所以技术非常成熟，但在被炒的火热的全面屏手机概念，电容式似乎显得有些格格不入。

指纹识别集成在手机上的形式无外乎就是这几种：后置和前置，还有侧边等，当然还有罗老师的坚果pro2（把指纹识别镶嵌在logo中）独领风骚。

2.第二种是超声波指纹识别方案

典型的例子就是小米5s中采用的高通Sense ID 3D超声波指纹识别技术。超声波指纹识别与电容式需要检测指纹表面不同，超声波具有穿透性，利用指纹模组发出的特定频率的超声波扫描手指，利用指纹的不同对超声波反射的不同，能够建立3D指纹图形，因此对手指表面的清洁程度并不用太过考虑。

另外，由于超声波可以穿透金属、玻璃等常用手机材质，因此对手机外观方面也不会有太多限制。基于这一点，所长认为超声波指纹识别将成为未来指纹识别的主要发展方向之一。

不过由于技术不是特别成熟，超声波虽然具有穿透性，但在超声发生器大小、频率和屏幕盖板的材质、厚度的影响下，其穿透能力也非常有限。所以小米在屏幕放置指纹识别模组的位置向下挖了一个凹槽，以此来控制玻璃面板的厚度，保证指纹识别的识别率和准确率，但实际用户体验效果并不满意。

3.第三种便是光学指纹识别方案

光学识别是应用比较早的一种指纹识别技术，比如之前很多的考勤机、门禁都采用的就是光学指纹识别技术。 主要是利用光的折摄和反射原理，将手指放在光学镜片上，手指在内置光源照射下，光从底部射向三棱镜，并经棱镜射出，射出的光线在手指表面指纹凹凸不平的线纹上折射的角度及反射回去的光线明暗就会不一样。

用棱镜将其投射在电荷耦合器件上CMOS或者CCD上，进而形成脊线（指纹图像中具有一定宽度和走向的纹线）呈黑色、谷线（纹线之间的凹陷部分）呈白色的数字化的、可被指纹设备算法处理的多灰度指纹图像。然后对比资料库看是否一致。

屏下指纹识别技术的发展趋势

目前来看，光学式屏下指纹识别技术更加成熟，产业链内拥有众多供应商，包括汇顶、Synaptics等都已经实现了光学屏下指纹传感器的量产。现阶段几乎全部搭载屏下指纹识别技术的产品，包括vivo NEX、华为Mate RS保时捷设计均采用的是光学式屏下指纹识别技术。以此可以推测，未来很长一段时间内，光学式屏下指纹识别都会是市场中绝对的主流。

超声波式屏下指纹识别方案目前尚未量产，主要由高通推动。早在2015年时，高通就已经推出了名为Sense ID的3D超声波指纹识别方案。到了2017年，高通发布新一代超声波指纹识别方案。据悉可以穿透1200μm的OLED屏幕或800μm的玻璃和650μm的铝合金来实现指纹识别。

除高通外，来自瑞典的FPC（Finge rprint Cards）也拥有自己的超声波屏下指纹识别技术，并且支持在显示屏任意位置捕捉与识别使用者的指纹，从而能够消除终端厂商在设计上的物理空间的限制。最重要的是，其还支持OLED屏幕与LCD屏幕。

但是，无论是哪一种超声波指纹识别技术，都面临着量产商用的难题。而且在当下的光学式屏下指纹识别占据绝对市场优势的当下，即使最终其克服困难实现量产，智能机厂商是否会舍弃已经成熟的光学式屏下指纹识别而转向超声波式屏下指纹识别，着实难以判断。因此，对于超声波式屏下指纹识别技术的未来，着实难以乐观。

相较而言，电容式屏下指纹识别方案目前只有JDI一家推出了相关产品。通过名为Pixel eyes的技术，JDI可以将电容式指纹识别传感器与TFT显示器的玻璃基板整合在了一起。玻璃基板通过检测电容变化来识别手指触控区域，而不必额外添加指纹识别模块。

电容式屏下指纹识别技术的优势在于其可以支持LCD屏幕，进而能大大降低整机成本，有利于屏下指纹识别技术的推广。但就目前的现状来看，JDI距量产该技术尚有很长的路要走。

未来很长一段时间内，光学式指纹识别技术都会是屏下指纹识别市场的绝对霸主。超声波式屏下指纹识别技术与电容式屏下指纹识别技术想要实现弯道超车，一方面需要尽快解决自身存在的技术问题。另一方面也可以期待下一代显示屏技术（如MicroLED）的登场。

但是，随着屏下摄像头技术研发不断取得进展，未来3D结构光系统也有望实现屏下隐藏。目前来说，屏下指纹识别技术的优势在于能够避免刘海屏的出现，倘若3D结构光技术能够实现“隐藏”，那时智能机厂商会偏向3D结构光还是屏下指纹识别技术尚不可知。至于屏下指纹识别技术未来究竟会如何发展，就让时间给我们答案吧。

编辑：jq