突破屏幕厚度及传统光学指纹系统限制 屏下光学指纹上量需各方协作

全面屏已经成为了智能手机新的卖点，不过全面屏无论是对手机设计、屏幕制造还是指纹识别厂商都带来了新的挑战。

仅就指纹识别而言，由于常用的电容式指纹识别技术能穿透的最大厚度约为300－400微米，难以实现屏下指纹，因此背部Coating指纹成为了2017广受欢迎的解决方案。

2018年，随着穿透厚度更高的光学屏下指纹技术的成熟以及搭载该技术手机的发布，可以预见屏下光学指纹将迎来爆发。那么，指纹识别芯片厂商如何解决厚度、功耗、安全等挑战实现大规模量产？屏下指纹与3D人脸识别的竞争又将走向何方？

全面屏渗透率持续提升 屏下指纹顺应时代潮流

据IDC调查数据，2017年全球智能手机出货量比2016年减少0．1％，降至14．724亿部，不过兴起的全面屏算是疲态下智能手机产业的亮点。

平安证券最新的研报指出， 2017年全面屏在手机中的渗透率约8％，出货量约1．1－1．3亿只。预计2018－2020年全面屏的渗透率将从24％增加到60％以上，2020年全面屏手机的出货量有望达到10亿只，未来四年的年复合增长率预计会超过100％。

不过，全面屏渗透率的提高离不开手机全产业链的努力，原因很简单，全面屏提高手机屏占比的同时压缩了摄像头、听筒、接近传感器、正面识别指纹识别的空间，无论是设计、制造还是测试都面临诸多挑战。因此苹果在iPhoneX采用了“刘海”屏，双摄像头也变成了竖置，并用3D人脸识别替代指纹识别。

与苹果不同，业界分析师认为3D人脸识别想要应用到安卓手机至少还要再等一年，所以指纹识别仍是安卓厂商目前更好的选择。并且，在屏下指纹技术不够成熟的2017年，全面屏手机只能将指纹识别放在手机背部，但许多消费者更期待的是屏下指纹，指纹识别芯片厂商该如何顺应这一潮流？

敦泰电子集团·敦捷光电总经理林瑞建接受《华强电子》采访时表示：“科技要能突破创新去顺应客户高C／P值与高设计弹性之屏下指纹方案的需求与市场潮流（LTPS LCD面板目前仍是高C／P值全面屏最佳选择），而不是为单一目的要去强力扭转或改变客户需求与市场潮流。”

因此，为了顺应全面屏潮流多家厂商纷纷研究具有竞争力的电容、光学、超声波屏下指纹。不过三种技术各有优劣，Synaptics营销副总裁Godfrey Cheng表示：“考虑到玻璃厚度的原因，电容技术是无法用于in－display上的。

而超声波技术价格昂贵、分辨率低、需要专门制造的显示面板且不能和屏幕保护膜兼容。Synaptics Clear ID in－display光学指纹传感技术经过市场检验，是一项成熟的技术，可穿透厚玻璃和屏幕保护膜且分辨率高，是OLED发光面板的自然延续。”

林瑞建指出，无论是传统光学、超声波技术应用于屏下指纹都各有其限制，但最主要的是这些方案都采用最直接了当的穿透技术概念，由于要穿透OLED屏的材料与厚度，所以都避免不了因强力穿透而带来的高功耗、模块大体积占用电池位置、穿透材料带来失真与低识别率、反应速度慢、成本高、因应用环境改变而用户体验不佳、需求改变面板设计或需要面板制程配合等众多问题。

为了要改善上述问题，这些传统光学、超声波屏下指纹方案目前都只能支持成本高、供应量少的AMOLED面板，无法大量普及应用。

突破屏幕厚度及传统光学指纹系统限制 屏下光学指纹上量需各方协作

虽然屏幕厚度问题困扰屏下指纹的大量普及，但我们看到光学屏下指纹识别的量产手机已经发布。

Godfrey Cheng告诉记者：“Clear ID in－display光学指纹传感技术已经在零售智能手机Vivo X20 Plus UD上全面投产。该光学指纹传感器采用面板制造商的标准OLED面板，无需使用特殊面板。Synaptics与面板制造商密切合作，将Clear Id层压于面板下方。”

至于突破穿透屏幕的挑战，林瑞建介绍：“有别于超声波或传统光学的穿透技术，敦捷aTOM onFlux ID是架构于纳米微光机电指纹芯片技术，以光波导引的创新技术策略来实现屏下指纹识别功能。

在大构想上，主要就是要解决穿透技术所带来的诸多问题。以目前aTOM onFlux ID模块与手机样机整合的成效，的确已符合原先敦捷的价值创新开发目标：低功耗、onFlux模块不占电池位置、没有穿透材料带来的失真问题与强光影响、反应速度快、成本结构合理、不需改变面板设计、也不影响面板制程等成效。

最重要的是，aTOM onFlux ID是全世界第一个能实现无论TFT－LCD、柔性或刚性OLED、或未来Micro－LED与Mini－LED面板都能适用、并支持屏下多点指纹读取的屏下指纹解决方案，一举突破了既有的屏下指纹技术与应用瓶颈。

以目前onFlux在策略手机客户端整合顺利、合乎预期的进展推测，自2018年第二季起敦泰／敦捷将扩大供应与合作面；预期LCD／OLED屏下指纹识别都能在2018年导入量产，2019年之前即能有成熟与大规模之应用。”

另外，由于传统光学指纹装置成像原理是利用手指按压三菱镜后指纹的波峰与波谷对于全反射的吸收与破坏，得到一枚如2D照相扫描的指纹影像。但较干的手指难以与接触2D取像平面密合成像，以及有污脏的手指（例如手指以深色白板笔涂抹） 以2D照相扫描图像，两种状况的2D指纹图像都会有原始波峰与波谷无法区分的问题。

那么，如何才能解决光学指纹识别不能达到真皮层，识别受环境温度的影响？Godfrey Cheng表示：“Clear ID在冷、暖环境中都可以正常工作、同时还可以识别干燥或油腻的手指，即使在屏幕有刮痕的情况下也能正常工作。这全部都要归功于Synaptics的特殊算法。我们持续不断地优化软件和硬件，向OEM厂商提供最新的软件。”

敦捷方面，林瑞建表示：“敦捷拥有近两百项国内与国际核心关键专利的aTOM纳米微光机电指纹感测芯片，以IR红外线自主光源、纳米MEMS微结构形成特殊投射与取读光路设计的3D立体指纹图像，而不是传统光学指纹芯片2D照相扫描图像。

此一3D特殊投射与取读光路即使是干手指或污脏的手指也都能以特殊角度的光路取读到清楚的波峰与波谷信息或其他更细微的生理特征信息，从而提供更佳之FAR／FRR表现、更快的指纹识别速度及更便捷的用户体验。”

当然，光学屏下指纹的量产还需要产业链下游的配合，林瑞建表示：“在赢者通吃的时代只有跨界研发与突破性创新实践，才能提出具竞争力的最佳解决方案。

前面提到，aTOM onFlux ID方案是架构在纳米微光机电指纹芯片技术上，但是在技术支持与量产规划上则要做到无论指纹算法配套、加工组装程序与检测软件的提供、终端手机厂ID或Panel设计配合等量产化过程中，都能无痛的技术移植与免除知识跨界隔阂的沟通问题。

换言之，终端客户或配合玻璃加工与组装厂不需忧虑特殊量产制程配合或特殊设备投资，也不需多余的特殊Panel设计配合。也因为这个量产策略，aTOM onFlux Id在2018年内就能顺利建立一套完整而流畅的产业链以量产供货。”