关于屏下指纹各项常规测试 屏下指纹的解锁机制是什么？

说起屏下指纹，去年还是概念传奇，今年就量产面市，市场的确是科技产品化最好的加速剂。vivo 先发，小米、魅族跟进，相信未来会有更多的旗舰机型搭载屏下指纹。

但我们也不禁有些疑问。

▐屏下指纹会影响屏幕显示吗？

这是我看到 Synaptics Clear ID 发布后，脑子里冒出的的第一个疑问。如果没影响，那它是怎么实现的？如果有影响，又会产生哪些问题？

好在现在有了真机，就可以做一些实验和测试了，这次的主角是 vivo NEX、小米 8 探索版和魅族 16th Plus。

我们先假设它有影响，那一定逃不出这两个方面：屏幕显示和触控性能。如果对显示有影响，那首先会在亮度上体现出来。于是我们选取 25 个测试样点，测试了这 3 款手机的亮度数据。

测试结果是这样的：

纳尼？竟然一切正常？

为了确认无误，我们又手动测试了指纹识别 Sensor 位置下的屏幕亮度，但依然没有发现任何问题。

接着我们又进行了触控性能的测试。

我们测试了单点精准度、回形图走线和触控响应时间，结果都没有问题。

也就是说：屏下指纹对屏幕显示及触控都没有影响。或者更严谨的说法是：没有可被人体感知的影响。

其中缘由我们也很疑惑和费解，咱们接着往下研究。

▐屏下指纹的解锁机制是什么？

屏下指纹识别目前常见的方案有两种：光学指纹识别和超声波指纹识别。咱们今天主要聊光学指纹识别，因为这哥仨采用的都是这种机制。

光学指纹识别是很早就有的一个技术了，最常见的就是指纹考勤机。它有两大要素：光源和感应装置。大概的工作原理是这样的。

手机上的实际工作过程是这样的：

这三款手机都是利用 OLED 显示屏幕作为光源，射出的光线经过指纹表面的折射和反射，产生不同的光线明暗度，感应装置就以此来记录“嵴”和“峪”，从而进行识别和校验。

但这里我们发现一个有趣的现象，就是当屏幕提示你做指纹解锁时，指纹图案多为白色，亮度很低。但在手指点按上去时，点按的部位会出现一个圆形的图案，多为绿色，亮度很高。

我们分析原因可能是这样的：因为这是光学指纹识别器件，光的强度越高，理论上应该更利于信息的捕捉，从而提高指纹识别的精准度。对于作为光源的 OLED 来说，绿色子像素是发光效率最高且稳定性最好的，能者多劳，所以在解锁的瞬间就直接激发并显示绿色了。

▐屏下指纹怎么实现的，为什么都是 OLED？

LCD 就不行吗？为此，我们特意做了一个试验。

利用强光照射手机屏幕，然后拍摄到如下画面：

照片中红框的位置就是屏下指纹识别 Sensor，我们发现小米 8 探索版和魅族 16th Plus 都是方形的，造型也非常接近，而 vivo NEX 是圆形的，比它俩都要小很多。

据我们了解，vivo 和小米采用的是汇顶的屏下指纹方案，魅族应该是部分采用。小米和魅族是第一代的屏下指纹识别技术。这种是用准直透镜，把杂乱的散射光转变成平行光，再进行收集分析和匹配。

优点是可以做到很薄，大概在 0.6mm左右，缺点是尺寸偏大。它的工作原理类似平板扫描仪，你想扫描 A4 的文件，那就得有 A4 大小的面积。

而 vivo NEX 上采用的是第二代屏下指纹识别技术，工作原理类似摄像头，镜头很小，但能拍摄的面积很大。所以在尺寸上有很大优势，但限于技术问题，目前厚度在1.0-2.0mm。

这里还有两个点可以说道说道，一个是周围白色的印痕，这应该是器件封装时点胶固化留下的；二是小米 8 探索版的 Sensor 尺寸比魅族的要大，这是多集成了一个压力传感器的缘故，所以需要按压才能触发解锁。

做完了这些试验，再来回到主题：为什么都是 OLED？

这个涉及到器件排布的问题，我们的设计师特意画了一幅简图，喜欢的请在下面点赞！

从图中可以看到，指纹识别 Sensor 是在显示屏幕的下方的，这也是为什么叫屏下指纹的原因了。

从原理上来讲，OLED 本身自发光，镀上去的阴极材料就相当于是镜子的底，主要起反射作用，如果把这层用透明材料来替代，这块屏幕就可以做成双面透明的。屏下指纹 Sensor 就很好地利用了这一点，显示屏幕的其他位置保持镜面，集成屏下指纹的位置预留透明。屏下指纹 Sensor 相当于这部分的镜面，集成上去后，就补上了这个窟窿。

这样一来，屏幕本身的发光和显示不会受到影响（这就印证了我们第一个问题的结果），屏下指纹 Sensor 也能透过屏幕捕捉到反射回来的光线。

而 LCD 就有问题了，首先是本身厚度太厚，留给指纹识别 Sensor 的空间不够。即便空间没问题，LCD 的发光源是背光模组，如果要集成屏下指纹，那就得做到背光后面，涉及到导光板、反射膜和增光片等，显然也不太现实。

总而言之，屏下指纹之所以只能做在 OLED 上，就是两个原因：一是薄；二是透明。

▐屏下指纹的安全性怎么样？

目前比较知名的屏下指纹识别方案商有高通、新思、汇顶和上海箩箕等，高通主要研究超声波方案；另外三家都是光学指纹识别方案。

新思和汇顶的技术方向差不多，都是采用半导体晶圆作为传感器，也就是我们上面图里展示的部分，而箩箕则采用另一种传感器载体，支持大区域甚至是多点识别，但目前技术尚未完全成熟，所以也只是出现在像 APEX 这样的概念产品里。

指纹识别给我们带来了方便和快捷，随之也引发了很多安全问题。这主要体现在信息采集和处理的独特性和信息复制的可行性上。哪怕是 iPhone 的 Touch ID，最开始也出现了很多质疑。但电容类的指纹识别技术，目前在安全等级上还是要比光学的高很多的，毕竟电容的大小不是拓印个指模就能糊弄过去。但光学系统的话，据说有指纹的高清照片就能完成屏幕解锁，虽然我们没有尝试成功，但从理论上来讲，它的信息复制难度确实要相对低一些。

总之，屏下指纹是一项新的技术，或者通过软件算法来优化，又或硬件集成来解决，反正未来一定会越来越完善的，我们也就谨慎围观，满怀希望吧。

最后再脑洞一下，屏下指纹结合 OLED 都已经量产了，屏下摄像头结合 OLED 还会远吗？