指紋解鎖并不是一項“黑科技”，早在 2013 年，蘋果公司就在 iPhone 5S 上加入了 Touch ID 指紋識別功能。隨后，Android 陣營的手機也逐漸跟進，使指紋識別成為智能手機的標配。但隨著工業(yè)設(shè)計的進一步發(fā)展，傳統(tǒng)指紋解鎖技術(shù)已不能滿足更苛刻的工藝水平要求。
屏下指紋識別技術(shù)，并沒有出現(xiàn)在號稱承前啟后的 iPhone X 上。在最新的 iPhone X 上，蘋果采用了 Face ID 代替原來的 Touch ID 作為身份驗證。但坊間傳聞蘋果想要屏下指紋從未停止過。事實上，蘋果的屏下指紋識別并沒有停止研發(fā)，只是時間周期不太夠。
連蘋果公司都沒用到的屏下指紋識別，究竟難在哪?
指紋識別技術(shù)是眾多生物特征識別技術(shù)中的一種�？捎玫纳锾卣髯R別技術(shù)有指紋、人臉、聲紋、虹膜等。指紋是其中應(yīng)用最為廣泛的一種。應(yīng)用于智能手機的指紋采集技術(shù)目前主要有三種：電容式、光學(xué)式和超聲波式。其中，電容式在智能手機應(yīng)用領(lǐng)域目前仍然有最高的市場占有率。
由于我們的指紋是由凹凸不平的皮膚紋路構(gòu)成，每個手指的紋路都完全不同，因此通過傳感器可以獲得不同的指紋圖像。由于皮膚表面凹凸導(dǎo)致指紋不同位置到傳感器之前的距離不同，測量到的電容也不同，最終將指紋圖像翻譯成芯片能理解的電信號，這樣就可以實現(xiàn)準確的指紋測定。但電容指紋傳感器也有缺點，它無法隔著手機屏識別按在屏幕上的指紋，這主要是因為屏幕模組本身的厚度導(dǎo)致傳感器收集不到足夠多有用的信號。這就使得前置電容式指紋識別方案在全面屏手機上沒有了用武之地。
全面屏，從字面上解釋就是手機的正面全部都是屏幕，采用無邊框設(shè)計，追求接近 100%的屏占比。但由于受限于目前的技術(shù)，業(yè)界宣稱的全面屏手機暫時只是超高屏占比的手機，沒有能做到手機正面屏占比 100%的手機�，F(xiàn)在業(yè)內(nèi)所說的全面屏手機是指真實屏占比可以達到 80%以上，擁有超窄邊框設(shè)計的手機。如果想將全面屏變得更加“全面”甚至趨近于真正的“全面屏”的話，屏下指紋識別就必須攻克。
屏下指紋識別技術(shù)，也叫隱形指紋技術(shù)，是在屏幕玻璃下方完成指紋識別解鎖過程的新技術(shù)，主要利用超聲波、光學(xué)等穿透技術(shù)，穿透各種不同的材質(zhì)，從而達到識別指紋的目的。
所謂屏下指紋，指的就是隔著屏幕完成采集的識別技術(shù)，無需手指與指紋模塊直接接觸。屏下指紋識別能保證屏幕的完整性，手指直接貼在屏幕上就能識別并解鎖。同時，屏下指紋識別還可以較大程度降低手指污垢、油脂以及汗水對解鎖的影響。
目前已知的屏下指紋識別方案主要有兩種：一種是利用 OLED 實現(xiàn)，也就是光學(xué)式指紋識別;另一種是超聲波式指紋識別。
光學(xué)式指紋識別是在屏幕下方設(shè)置光學(xué)傳感器，通過發(fā)出近紅外光來識別用戶的指紋紋路。而超聲波式指紋識別就是在屏幕下方設(shè)置超聲波傳感器，通過超聲波完成指紋識別工作。
屏下指紋識別技術(shù)方案
屏下指紋識別是把指紋識別芯片放置在顯示模組下方，可以同時實現(xiàn)全面屏和指紋識別的功能；屏內(nèi)指紋識別是對屏下指紋識別的進一步發(fā)展，是把指紋識別芯片集成到 OLED 像素矩陣中，難度很大。
由于電容式穿透能力差，在這種模式下基本已無法工作，所以光學(xué)和超聲波是屏下指紋與屏內(nèi)指紋識別的最佳選擇方案。
光學(xué)指紋識別以我國匯頂科技和韓國 CrucialTec 的方案為代表，超聲波指紋識別則以美國高通公司為代表。
光學(xué)方案是依靠光線反射探測指紋紋路，所以光學(xué)屏下 / 屏內(nèi)指紋識別更適合與 OLED 屏配合，因為 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。光學(xué)式指紋識別目前在產(chǎn)業(yè)鏈成熟度和精度上都有更好表現(xiàn)，有望成為全面屏的標配指紋識別技術(shù)。
匯頂科技在三星 S7edge 為原型機上，展示了光學(xué)屏內(nèi)指紋方案，將指紋識別集成到 OLED 顯示屏中，用戶觸摸屏幕指定位置可實現(xiàn)指紋識別。
三星的合作伙伴 CrucialTec 剛剛獲得了與 DFS（顯示屏指紋解決方案）相關(guān)的美國專利，并宣布明年正式商用。和匯頂方案不同，DFS 支持在屏幕任意位置指紋解鎖，甚至能夠兼容像三星全視曲面屏這類柔性 OLED 面板，而且 DFS 不僅限于光學(xué)方案，還支持傳統(tǒng)的電容方案。
由于厚度問題，指紋傳感器位于顯示器下方的識別率往往較低，且只能應(yīng)用于屏幕的一部分。而 DFS 可以在屏幕任意區(qū)域解鎖，在識別率和厚度方面都更有優(yōu)勢。
超聲波式指紋識別是由高通首次推出，之后在小米 5S 上得到應(yīng)用，通過超聲波來感應(yīng)指紋，高通提供芯片、歐菲光提供整體解決方案。
高通發(fā)布的第三代超聲波指紋識別方案。該技術(shù)可穿透金屬、OLED 軟屏、玻璃、塑料等物體，最高能穿透 OLED 屏幕 1200 微米，因而能夠?qū)崿F(xiàn)隔著屏幕就能識別。
雖然識別準確率還有待提升，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)勢能顯著增強用戶體驗，在產(chǎn)業(yè)鏈進一步成熟、準確率進一步提升之后，有望成為全面屏指紋識別非�？尚械姆桨钢�。
另外，三星提交了一份關(guān)于正面屏下指紋識別技術(shù)的專利文檔這次提交的屏下指紋識別不僅僅是普通的光學(xué)指紋識別，而是一個帶有壓感型傳感器的指紋識別系統(tǒng)。 這就意味著應(yīng)用這項技術(shù)的三星手機可以在熄屏狀態(tài)下通過按壓指定位置就可以激活屏幕并實現(xiàn)指紋識別，而不需要像之前曝光的類似技術(shù)那樣需要先點亮屏幕再進行指紋識別。
屏下指紋識別技術(shù)工作原理
目前已知的屏下指紋識別方案主要分為兩個方向：一是利用 OLED 實現(xiàn)，另一個則是利用超聲波實現(xiàn)。
光學(xué)指紋識別的工作原理
先來說說 OLED。蘋果采用來自三星的 OLED 屏幕，為什么蘋果要選擇 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。但為何 OLED 能實現(xiàn)屏下指紋，而 TFT-LCD 不行？
關(guān)于手機指紋識別，坊間有很多資料，我們不再多說，而屏下指紋識別正是利用了光學(xué)原理。光學(xué)指紋識別需要光的發(fā)射和感應(yīng)裝置，由于 LCD 和 OLED 均可以當做光源，那是不是在屏幕下面墊一個 CMOS 傳感器就行了呢？
然而沒那么簡單，TFT-LCD 做屏下指紋識別很難。這是由于 LCD 是被動發(fā)光，通過底部的 LED 背光源透過 TFT 發(fā)光。這層 TFT 本身并不是那么透光，如果不做改動，直接把手指放上去，屏幕底下的傳感器很難識別到指紋。因此如果用 TFT-LCD 做屏下光學(xué)指紋識別，必須給 TFT 層做技術(shù)改進，如加一些縫隙或是打開一個區(qū)域，讓 LED 背光照上來。但即使這樣，LED 背光光源也會很大的干擾指紋反射的光線。所以 TFT-LCD 屏下光學(xué)指紋識別很難實現(xiàn)。
而 OLED 則是主動發(fā)光，理論上說可以精確控制到每一個子像素點,所以 OLED 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的整體機身變厚的問題。
目前產(chǎn)業(yè)鏈有三種利用 OLED 屏幕的開發(fā)方向：1，直接在屏幕下方布置一個 CMOS 傳感器，利用 OLED 的子像素之間縫隙讓光線穿透過去，進而識別指紋；2，縮小傳感器，插入 OLED 的像素點之間；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)指紋識別做成一層識別層。
在光學(xué)屏下指紋識別方面，很多公司已經(jīng)開始做出了嘗試，并有了初步結(jié)果。匯頂科技就展示過利用 AMOLED 屏幕實現(xiàn)屏下指紋識別的案例，演示機型為三星 Galaxy S7 Edge 和 vivo Xplay6。而匯頂科技就是在屏幕下方布置了一個 CMOS 傳感器，根據(jù)匯頂科技在美帝注冊的專利：玄機就在這三張圖里了。
FIG.21A 和 FIG.21B 從俯視和側(cè)視兩個角度說明了指紋識別傳感器放置的地方。
FIG.24 從微觀角度則說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)域就是手機的屏幕部分。透過屏幕的小孔，匯頂稱之為“準直孔（Collimator Hole）”，手指反射回的光線光學(xué)傳感器搜集、處理。
怎么保證光線搜集到的就是來自指紋的反光呢？這就需要對光線準直處理。如圖 FIG.27，匯頂定制了專門的微透鏡陣列（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 MEMS（微機電系統(tǒng)）技術(shù)處理或化學(xué)處理。這兩個陣列能夠保證進入傳感器的光線基本都是來自指紋的反光，而非屏幕或是陽光。
另一個屏下指紋識別方向則是利用超聲波指紋識別
高通方案稱其為 Sense ID，指紋識別的龍頭企業(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別。Vivo 演示機使用的全屏幕指紋識別，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)用的超聲波指紋識別手機并不太多，主要是樂視的 LeMax2 和小米 5s。LeMax2 將指紋放在了后面，而小米 5s 則是在正面，當時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，因此把指紋識別區(qū)域的玻璃削薄了一些。根據(jù)高通官網(wǎng)公開的資料顯示，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 還沒開始在量產(chǎn)的 X20 等手機上使用？這是因為還需要時間優(yōu)化算法。新技術(shù)從發(fā)布到正式應(yīng)用還需要一個調(diào)試的過程，指紋識別是一項對安全性要求相對較高的生物識別技術(shù)，因此需要時間對算法優(yōu)化以提高安全性、識別速度、識別率等。
然而 FPC 剛發(fā)布的方案更喪心病狂，F(xiàn)PC 稱，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，我們都能識別。能穿透多厚呢？20mm！20mm！20mm！重要的事情說三遍。作為對比，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。
FPC 新技術(shù)的優(yōu)勢包括：
1、支持智能手機（任何其他設(shè)備）干凈正面外觀設(shè)計，可用于顯示，并且還包含指紋識別功能，以最優(yōu)化屏幕與手機的比例；
2、全屏幕可用于指紋識別。無需在視覺上或物理上突出智能手機的特定區(qū)域做為指紋識別；
3、該技術(shù)能夠在不同的表面材質(zhì)捕獲指紋，如在厚玻璃和金屬運行。當手指濕潤或手指淹沒在水下時，它也能夠運作，這種技術(shù)在所有不同的玻璃厚度下工作得很好，即使是市場上最厚的玻璃；
4、這獨特的技術(shù)在 LCD 面板以及 OLED 面板同樣能夠出色運作。
屏下指紋識別技術(shù)相關(guān)廠商
目前，手機業(yè)界主流的指紋識別解決方案提供者主要有美國公司 AuthenTec 和 Synaptics、瑞典廠商 FingerprintCards（FPC）和中國的匯頂科技。
FPC
FPC 是一家瑞典生物識別傳感器科技公司，主要開發(fā)、生產(chǎn)和銷售指紋識別技術(shù)。2013 年，F(xiàn)PC 開始大舉進軍智能手機市場，得益于競爭對手 AuthenTec 只對蘋果提供產(chǎn)品和技術(shù)，F(xiàn)PC 成了非蘋果手機陣營的老大。
FPC 的技術(shù)競爭優(yōu)勢包括獨特的圖像質(zhì)量、低功耗和完整的生物識別系統(tǒng)，但它的傳感器價格也不低。不過隨著眾多國產(chǎn)指紋芯片廠商（特別是匯頂）的沖擊，F(xiàn)PC 的價格也在不斷下滑，市場份額也逐漸被搶奪。
2015 年 FPC 幾乎壟斷安卓機指紋芯片市場，2016 年總體市場情況看，國產(chǎn)廠商已搶回不少市場，但安卓手機體系的指紋芯片仍然是 FPC 占領(lǐng)最多份額，達到 40%，2017 年 1-6 月份 FPC 成為指紋芯片當中最大的贏家，出貨量居首達到了 123KK。
AuthenTec
AuthenTec 成立于 1998 年，一直是全球感應(yīng)性指紋識別傳感器最大供應(yīng)商，其指紋識別組件很多年前就被嵌入了 Windows 筆記本。2011 年，AuthenTec 研發(fā)出了一種基于電容和射頻識別的指紋識別新技術(shù)，稱之為“TruePrint”，TruePrint 專利技術(shù)能夠讀取皮膚表層下的活動層（人的指紋真正所在之處），實現(xiàn)極其精確可靠的指紋成像。
在 2012 年之前，AuthenTec 就已經(jīng)成為世界領(lǐng)先的指紋傳感器及芯片與模組、身份識別軟件和加密安全方案的供應(yīng)商，年銷售額達 7 千萬美元，擁有 200 多項專利和 230 名員工，在世界范圍內(nèi)使用的傳感器超過 3500 萬個，其客戶包括阿爾卡特 - 朗訊，思科，惠普，三星，聯(lián)想，LG，摩托羅拉，諾基亞等等。
AuthenTec 是蘋果 iPhone 上 TouchID 的締造者。2012 年 7 月蘋果公司斥資 3.56 億美元收購了 AuthenTec 公司，AuthenTec 開始停止向第三方銷售指紋芯片。2013 年蘋果 iPhone5sTouchID 芯片便是 AuthenTec 的產(chǎn)品，得到市場一致好評，也掀起了指紋識別熱潮。隨后蘋果的眾多新品中均搭載 AuthenTec 指紋識別芯片。
蘋果最近將代表 AuthenTec 縮寫的 auth.com 收歸到自己名下，業(yè)界人士認為是蘋果將有新動作，聯(lián)系到 AuthenTec 的業(yè)務(wù)內(nèi)容，很可能是蘋果要在屏下指紋識別技術(shù)上發(fā)力。
不過，日前蘋果首席工程師 DanRiccio 表示蘋果公司就已經(jīng)確定要完全把指紋識別給拋棄了，還強調(diào)蘋果從來沒有在 iPhoneX 上嘗試過屏下、背部以及側(cè)面按鍵指紋的想法。這就讓人非常難懂了，畢竟 AuthenTec 的核心優(yōu)勢就在于指紋識別。
匯頂科技
匯頂科技成立于 2002 年，并于 2016 年 10 月 17 日登陸 A 股市場。2016 年財報顯示，匯頂科技凈利潤達到 8.57 億，同比增長 126.51%，截至 2017 年 9 月，匯頂科技已申請、取得的國際、國內(nèi)專利共計 1500+項。
匯頂?shù)闹讣y識別產(chǎn)品目前的客戶群包括華為、OPPO、vivo、樂視、中興、小米、魅族、聯(lián)想、金立、TCL、Amazon、Dell、HP、ASUS、acer、TOSHIBA、Panasonic 等眾多海內(nèi)外終端廠商。
魅族旗艦 PRO6Plus 還首發(fā)搭載了匯頂?shù)幕铙w指紋識別芯片；華為 Mate10、P10/P10Plus、MatebookX、榮耀系列旗艦機型均采用的是匯頂?shù)闹讣y識別方案。得益于眾多品牌廠商的采用，匯頂今年的指紋識別芯片出貨出現(xiàn)了爆炸式的增長。
在 MWC2017 大會上，匯頂首發(fā)了屏內(nèi)指紋識別技術(shù)。此項技術(shù)是指將指紋識別功能完整的集成在 AMOLED 顯示屏里，用戶可以直接輕觸移動端顯示屏指定的區(qū)域便可以實現(xiàn)指紋識別。
Synaptics 新思
Synaptics 成立于 1986 年，2002 年 Synaptics 在納斯達克證交所上市并開始交易。2015 年初，Synaptics 也針對高端移動設(shè)備推出了按壓式（NaturalID）指紋識別技術(shù)。目前國內(nèi)的聯(lián)想、中興、金立、酷派等也有采用 Synaptics 的指紋識別傳感器。
美國當?shù)貢r間 2016 年 12 月 12 日，Synaptics 宣布旗下的第三代 NaturalID 玻璃內(nèi)層（under-glass）指紋傳感器 NaturalIDFS4500 已經(jīng)從 9 月份開始出樣。FS4500 可透過玻璃或者陶瓷按鍵掃描指紋，在出樣之后，大規(guī)模量產(chǎn)預(yù)計在今年第四季度就能實現(xiàn)。
2016 年 12 月 13 日，Synaptics 又宣布推出業(yè)內(nèi)首款面向智能手機和平板電腦的光學(xué)指紋傳感器的 NaturalID 系列生物認證解決方案 FS9100。據(jù)介紹，NaturalIDFS9100 系列光學(xué)指紋傳感器可透過 1mm 的完整蓋板玻璃完成高分辨率掃描，并實現(xiàn)簡潔、無需按鍵的工業(yè)設(shè)計，可為手機廠商提供屏下指紋識別技術(shù)方案。
最新消息顯示，國內(nèi)深圳一家名為 UMIDIGI 的手機廠商近日發(fā)布了一款名為 UMIDIGIZ2 的全面屏智能手機，其將采用類似 iPhoneX 的外觀設(shè)計，但最大的亮點在于屏下指紋方面。據(jù)報道，這款產(chǎn)品有望采用 Synaptics 的 FS9100 光學(xué)指紋傳感器實現(xiàn)屏下指紋識別。
敦泰
敦泰 2005 年在美國成立，2013 年在臺灣上市，是全球領(lǐng)先的人機界面解決方案提供商，電容屏觸控方案、指紋識別方案以及全方位的 TFTLCD 顯示驅(qū)動&控制方案提供商。
2014 年 9 月 24 日敦泰與挪威指紋辨識廠 IDEX 合作（IDEX 專注指紋辨識技術(shù)開發(fā)，擁有多達 200 多項專利權(quán)，其中包括與 AuthenTec 有專利交叉授權(quán)），共同開發(fā)滑條式指紋感測器，搶攻指紋辨識市場。
2014 年底敦泰正式發(fā)布了完整的指紋識別方案，隨后基于敦泰 FT9200 指紋識別方案的智能手機也于 2015 年 2 月正式上市，但是之后敦泰的指紋業(yè)務(wù)差不多就陷入了停滯，目前敦泰指紋芯片出貨非常少，因為原有指紋識別技術(shù)團隊大部分骨干的出走，一部分人跟著莫良華（敦泰原副總）成立了信煒科技，另外一批人則成立了芯啟航，這兩家公司都定位于指紋識別領(lǐng)域。
據(jù)悉，因光學(xué)式產(chǎn)業(yè)鏈相對成熟，敦泰會主攻光學(xué)式屏下指紋。
高通
高通相信大家都非常熟悉了，這里就不再啰嗦介紹。
2015 年 MWC 展會上，高通發(fā)布了 SenseID3D 超聲波指紋識別技術(shù)。SenseID 超聲波掃描可以穿透手指的外層皮膚，捕捉到指紋脊和汗毛孔等獨特特征，識別出用戶指紋獨特的 3D 特征。
今年 6 月，高通在 MWC 上海大會上正式宣布推出該技術(shù)，稱之為下一代超聲波指紋解決方案指紋傳感器。
該技術(shù)面向顯示屏的指紋傳感器能透過厚至 1200 微米的 OLED 顯示屏實現(xiàn)指紋的掃描、錄入和匹配；面向玻璃和金屬的指紋傳感器可透過厚至 800 微米玻璃面板和厚至 650 微米鋁材質(zhì)外殼實現(xiàn)掃描的解決方案，在上一代 400 微米的玻璃或金屬穿透能力之上實現(xiàn)提升。
三星
三星大家也十分熟悉，在此不贅言。
日前三星剛向韓國提交了屏下指紋識別專利。
從匯頂、FPC 的公開信息看，目前屏下指紋識別在技術(shù)上已獲得很大進展，相信不久也將實現(xiàn)量產(chǎn)，眼看即將迎來市場的春天。 |
