全面屏手機的屏下指紋識別專利技術與工作原理解析
劉延 于 2017.11.20 21:25:54 | 源自:www.soomal.com | 版權:投稿
平均/總評分:10.00/120
  • 本文為Soomal讀者投稿,轉載請獲得作者至少口頭同意。本文2100字,結算稿酬500元,感謝劉延網友投稿支援,擁有這樣的高素質讀者是我們非常自豪的事情,因為你們牛,所以我們才硬氣。希望文章內容能夠帶給大家幫助,也歡迎更多網友踴躍投稿。
    • 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。Face ID如何,我們在后面的文章中會細說,但坊間傳聞蘋果想要屏下指紋從未停止過。事實上,根據產業鏈消息,蘋果的屏下指紋識別并沒有停止研發,只是時間周期不太夠。

      另一方面,全面屏設計已經成為手機行業趨勢。但不管是指紋放在背面還是人臉解鎖,用起來終究還是有點麻煩。為了更方便快捷的使用體驗,正面指紋識別還得加回去。今天我們就來談談關于屏下指紋識別技術的話題。

      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,另一個則是利用超聲波實現。先來說說OLED。蘋果本次采用來自三星的OLED熒幕,盡管OLED熒幕做異形切割有天生優勢,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,并且都是由國內一家上市公司——長信科技旗下子公司德普特承接的。既然OLED不是異形熒幕的唯一選擇,那為什么蘋果要選擇OLED作為旗下最高階產品的熒幕呢?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能實現屏下指紋,而TFT-LCD不行?

      我們先回顧《手機生物識別安全認證系統簡介[一] 指紋識別》[作者:農步祥 ] 這篇內容,屏下指紋識別正是利用了光學原理。光學指紋識別需要光的發射和感應裝置,由于LCD和OLED均可以當做光源,那是不是在熒幕下面墊一個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是被動發光,通過底部的LED背光源透過TFT發光。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,熒幕底下的傳感器很難識別到指紋。因此如果用TFT-LCD做屏下光學指紋識別,必須給TFT層做技術改進,如加一些縫隙或是打開一個區域,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屏下光學指紋識別很難實現。

      而OLED則是主動發光,理論上說可以精確控制到每一個子畫素點,所以OLED材質的熒幕是更理想的發射光光源,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。目前產業鏈有三種利用OLED熒幕的開發方向:1,直接在熒幕下方布置一個CMOS傳感器,利用OLED的子畫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的畫素點之間;3,將CMOS傳感器做成透明的,直接貼裝于AMOLED熒幕上方,將光學指紋識別做成一層識別層。

      在光學屏下指紋識別方面,很多公司已經開始做出了嘗試,并有了初步結果。匯頂科技就展示過利用AMOLED熒幕實現屏下指紋識別的案例,演示機型為三星Galaxy S7 Edge和vivo Xplay6。而匯頂科技就是在熒幕下方布置了一個CMOS傳感器,根據匯頂科技在美帝注冊的專利(檢視地址: http://www.freepatentsonline.com/y2017/0270342.html): 玄機就在這三張圖里了。

      FIG.21A和FIG.21B從俯視和側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熒幕的,最上面的就是手指;偏上這層灰色區域就是手機的熒幕部分。透過熒幕的小孔,匯頂稱之為“準直孔(Collimator Hole)”,手指反射回的光線光學傳感器搜集、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)、光學空間濾光器陣列(Spatial Filter Array),微透鏡陣列需要經過MEMS(微機電系統)技術處理或化學處理。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,而非熒幕或是陽光。

      而根據蘋果2015年的專利,蘋果的實現方式是通過在OLED熒幕下方布置紅外發射器(IR Emitter)實現。但蘋果已發布的專利較少。

      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FPC也剛剛發布了他們的方案。超聲波既不需要感光元件也不需要電容感應,因此更適合做屏下指紋識別。Vivo演示機使用的全熒幕指紋識別,采用的正是高通的方案以及歐菲的模組。

      目前大規模應用的超聲波指紋識別手機并不太多,主要是乙烷的樂視的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,因此把指紋識別區域的玻璃削薄了一些。根據高通官網公開的資料顯示,新一代的Sense ID可以穿透1.2mm的OLED熒幕或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熒幕上也夠了。

      但為什么vivo還沒開始在量產的X20等手機上使用?這是因為還需要時間優化算法。新技術從發布到正式應用還需要一個調試的過程,指紋識別是一項對安全性要求相對較高的生物識別技術,因此需要時間對算法優化以提高安全性、識別速度、識別率等。

      然而FPC剛發布的方案更喪心病狂,FPC稱,不管手是干的還是濕的,不管你熒幕是AMOLED還是LCD的,甚至不管你表面材質是不是玻璃,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。

      簡單總結

      隨著未來“全面屏”的潮流,屏下指紋識別將成為趨勢。屏下指紋識別主要包括兩種方案,利用OLED實現光學指紋識別、利用超聲波。蘋果更希望通過OLED實現屏下指紋識別,iPhone X開始采用OLED熒幕便是第一步;而超聲波方案理論上可以應用于任何熒幕,技術成熟后,在FPC與高通的推廣下,未來安卓陣營手機廠商有可能會大規模采用屏下指紋識別。

轉發到新浪微博 轉發到騰訊微博 RSS訂閱 收藏本文 本文代碼
請您評分 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
116.006.099.***
116.006.099.***
發表于2017.12.15 13:32:23
41
060.030.***.***
060.030.***.***
40
202.106.149.***
202.106.149.***
發表于2017.11.29 18:12:18
39

此帖使用ZUK Z2131提交
發表于2017.11.22 14:18:22
36
060.191.048.***
060.191.048.***
發表于2017.11.22 09:26:21
35
119.039.217.***
119.039.217.***
發表于2017.11.21 20:13:43
34
發表于2017.11.21 20:00:10
33
183.039.141.***
183.039.141.***
發表于2017.11.21 19:18:48
32
183.015.183.***
183.015.183.***
發表于2017.11.21 18:29:28
31
去年雙11買的,今年mix2發布的時候在小米官網無意間看到5S回收價格還在一千以上,果斷出手,沒一點猶豫。
此帖使用Win10提交
發表于2017.11.21 17:28:02
30
125.238.196.***
125.238.196.***
發表于2017.11.21 17:18:30
29

此帖使用MAC提交
發表于2017.11.21 16:18:21
28
現在這東西夠復雜的,成本也不會低,等著技術成熟了再說
發表于2017.11.21 13:24:36
26
221.212.023.***
221.212.023.***
發表于2017.11.21 12:52:27
25

此帖使用MI 5S提交
發表于2017.11.21 12:45:07
24
發表于2017.11.21 12:39:23
23
不過對于我自己來說指紋識別用不上,甚至滑動解鎖都是關了的,解鎖過程雖然不超過0.5秒但是依然不想多這個步驟,支付還是用6位密碼。
此帖使用Win10提交
發表于2017.11.21 12:39:12
22
提示本貼可以匿名回復 ,您現在正處在潛水狀態
回復
驗證碼
5215 為防止廣告機貼垃圾,不得已而為之
表情
正文