屏下指紋識(shí)別原理介紹_屏下指紋識(shí)別技術(shù)原理分析

　　屏下指紋識(shí)別原理是什么？屏下指紋識(shí)別技術(shù)原理介紹。指紋識(shí)別技術(shù)如今已經(jīng)十分成熟，有著各種處理手段，還有光學(xué)識(shí)別和半導(dǎo)體識(shí)別等技術(shù)差別。而在手機(jī)端，備受關(guān)注的是屏下指紋識(shí)別，這種識(shí)別方式更加先進(jìn)，技術(shù)要求更加嚴(yán)格，這里簡(jiǎn)單介紹其工作原理流程。

　　相比起占用屏幕上的部分顯示區(qū)域放置攝像頭等元器件來(lái)做人臉識(shí)別，屏下指紋的好處是能夠保證整塊屏幕的完整性，手指直接貼在屏幕上就能識(shí)別并解鎖。對(duì)已經(jīng)形成肌肉記憶的用戶來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)成本也并不高。

　　屏下指紋識(shí)別核心在于傳感器，目前已經(jīng)發(fā)布了首款屏下指紋識(shí)別傳感器。

　　Synaptics（新思國(guó)際）正式發(fā)布“全球首款量產(chǎn)”的屏下指紋識(shí)別傳感器——Clear ID FS9500。

　　據(jù)介紹，這枚傳感器采用光學(xué)生產(chǎn)材料和工藝制作，可直接封裝在 AMOLED 柔性顯示屏下方或集成到 OLED 屏幕中，厚度僅為 1.5mm。同樣地，它也具備屏下指紋識(shí)別方案的優(yōu)點(diǎn)——無(wú)懼污跡和泥垢等。

　　當(dāng) FS9500 傳感器被激活時(shí)，傳感器會(huì)通過(guò)上層的 OLED 面板背光來(lái)照亮指紋識(shí)別的區(qū)域，然后將反射的光纖傳輸到底層的傳感器中，并完成整個(gè)識(shí)別過(guò)程。

　　Clear ID FS9500 傳感器結(jié)構(gòu)原理圖

　　從2017年智能手機(jī)市場(chǎng)新機(jī)發(fā)布來(lái)看，各大品牌幾乎都推出了全面屏產(chǎn)品，根據(jù)CINNOResearch的預(yù)期，2018年全面屏在智能機(jī)市場(chǎng)的滲透率有望達(dá)到50%。

　　全面屏已經(jīng)成為未來(lái)智能手機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，隨之而來(lái)的便是指紋識(shí)別的難題。由目前的技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，指紋識(shí)別需要接觸到手指，而為了迎合市場(chǎng)對(duì)于全面屏的喜愛(ài)，手機(jī)廠商一般都將智能手機(jī)的指紋識(shí)別系統(tǒng)后置，將其設(shè)計(jì)在手機(jī)背面，或者像iPhoneX一樣直接舍棄，采用FaceID。

　　但就用戶習(xí)慣來(lái)說(shuō)，屏下指紋的體驗(yàn)明顯要優(yōu)于面部識(shí)別。各大廠商都有意在此領(lǐng)域率先攻克技術(shù)難題，搶占市場(chǎng)先機(jī)。

　　目前已知的屏下指紋識(shí)別方案主要分為兩個(gè)方向：一是利用OLED實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)則是利用超聲波實(shí)現(xiàn)。先來(lái)說(shuō)說(shuō)OLED。蘋(píng)果本次采用來(lái)自三星的OLED屏幕，盡管OLED屏幕做異形切割有天生優(yōu)勢(shì)，但TFT-LCD做異形切割也不難，比如夏普S1、EssenTIal Phone，這兩款都是采用LCD做異形切割，并且都是由國(guó)內(nèi)一家上市公司——長(zhǎng)信科技旗下子公司德普特承接的。既然OLED不是異形屏幕的唯一選擇，那為什么蘋(píng)果要選擇OLED作為旗下最高端產(chǎn)品的屏幕呢？顯示效果是一方面，坊間傳聞的屏下指紋，也很可能是選擇OLED的原因。

? ? ? ?OLED實(shí)現(xiàn)屏下指紋識(shí)別技術(shù)

　　OLED是主動(dòng)發(fā)光，理論上說(shuō)可以精確控制到每一個(gè)子像素點(diǎn)，所以O(shè)LED材質(zhì)的屏幕是更理想的發(fā)射光光源，此外，OLED顯示模組更薄，也可以減輕由于放置屏下指紋傳感器帶來(lái)的整體機(jī)身變厚的問(wèn)題。目前產(chǎn)業(yè)鏈有三種利用OLED屏幕的開(kāi)發(fā)方向：1，直接在屏幕下方布置一個(gè)CMOS傳感器，利用OLED的子像素之間縫隙讓光線穿透過(guò)去，進(jìn)而識(shí)別指紋；2，縮小傳感器，插入OLED的像素點(diǎn)之間；3，將CMOS傳感器做成透明的，直接貼裝于AMOLED屏幕上方，將光學(xué)指紋識(shí)別做成一層識(shí)別層。

　　在光學(xué)屏下指紋識(shí)別方面，很多公司已經(jīng)開(kāi)始做出了嘗試，并有了初步結(jié)果。匯頂科技就展示過(guò)利用AMOLED屏幕實(shí)現(xiàn)屏下指紋識(shí)別的案例，演示機(jī)型為三星Galaxy S7 Edge和vivo Xplay6。匯頂科技就是在屏幕下方布置了一個(gè)CMOS傳感器，其原理如下圖。

　　從俯視和側(cè)視兩個(gè)角度說(shuō)明了指紋識(shí)別傳感器放置的地方。

　　從微觀角度則說(shuō)明了光線是如何穿透OLED屏幕的，最上面的就是手指；偏上這層灰色區(qū)域就是手機(jī)的屏幕部分。透過(guò)屏幕的小孔，匯頂稱(chēng)之為“準(zhǔn)直孔（Collimator Hole）”，手指反射回的光線光學(xué)傳感器搜集、處理。匯頂定制了專(zhuān)門(mén)的微透鏡陣列（MicroLens Array）、光學(xué)空間濾光器陣列（SpaTIal Filter Array），微透鏡陣列需要經(jīng)過(guò)MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)處理或化學(xué)處理。這兩個(gè)陣列能夠保證進(jìn)入傳感器的光線基本都是來(lái)自指紋的反光，而非屏幕或是陽(yáng)光。

? ? ? ?超聲波實(shí)現(xiàn)屏下指紋識(shí)別技術(shù)

?　? 另一個(gè)屏下指紋識(shí)別方向則是利用超聲波指紋識(shí)別。高通方案稱(chēng)其為Sense ID，指紋識(shí)別的龍頭企業(yè)FPC也剛剛發(fā)布了他們的方案。超聲波既不需要感光元件也不需要電容感應(yīng)，因此更適合做屏下指紋識(shí)別。Vivo演示機(jī)使用的全屏幕指紋識(shí)別，采用的正是高通的方案以及歐菲的模組。

　　目前大規(guī)模應(yīng)用的超聲波指紋識(shí)別手機(jī)并不太多，主要是乙烷的樂(lè)視的LeMax2和小米5s。LeMax2將指紋放在了后面，而小米5s則是在正面，當(dāng)時(shí)超聲波還穿透不了太厚的玻璃，最厚大約是0.4mm左右，而手機(jī)蓋板玻璃厚度大約為0.6mm~0.9mm，因此0.4mm的有效厚度不足以穿透玻璃+顯示屏（0.6mm+0.3mm）的厚度。小米只好和藍(lán)思科技商量，給前面板玻璃多挖一塊走，這樣才能保證超聲波能穿透，因此把指紋識(shí)別區(qū)域的玻璃削薄了一些。根據(jù)高通官網(wǎng)公開(kāi)的資料顯示，新一代的Sense ID可以穿透1.2mm的OLED屏幕或0.65mm的鋁或0.8mm的玻璃。這樣的穿透能力，用在目前的玻璃或OLED屏幕上也夠了。

　　但為什么vivo還沒(méi)開(kāi)始在量產(chǎn)的X20等手機(jī)上使用？這是因?yàn)檫€需要時(shí)間優(yōu)化算法。新技術(shù)從發(fā)布到正式應(yīng)用還需要一個(gè)調(diào)試的過(guò)程，指紋識(shí)別是一項(xiàng)對(duì)安全性要求相對(duì)較高的生物識(shí)別技術(shù)，因此需要時(shí)間對(duì)算法優(yōu)化以提高安全性、識(shí)別速度、識(shí)別率等。

　　然而FPC剛發(fā)布的方案更加瘋狂，F(xiàn)PC稱(chēng)，不管手是干的還是濕的，不管你屏幕是AMOLED還是LCD的，甚至不管你表面材質(zhì)是不是玻璃，我們都能識(shí)別。能穿透多厚呢？20mm！20mm！20mm！重要的事情說(shuō)三遍。作為對(duì)比，高通初代Sense ID是0.4mm，二代也就能穿透1.2mm。FPC能穿透的厚度是高通的16倍多。