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今年屏下指纹出货将暴增600%!

2019-02-13

 在全面屏的浪潮之下,2017年苹果推出了采用刘海屏的iPhone X,首次集成了前置的3D人脸识别系统FaceID,并且还直接用3D人脸识别取代了之前的指纹识别。虽然,3D人脸识别很先进,也很方便,但其成本也是相当的高。而且在某些使用场景下人脸识别并不适合,比如一些需要带口罩场景,而且对于大多数用户来说,已经习惯了采用指纹识别。RwJ电子头条

 
相比之下,屏下指纹传感器模组是隐藏在屏幕之下的,而且不需要在屏幕上进行挖孔,这也使得手机厂商能够在保证前置指纹体验的同时,将进一步提升全面屏的屏占比,提升整体设计的美观性。所以,在苹果推出iPhone X之后,大多数安卓手机厂商都没有贸然跟进3D人脸识别,而是选择了采用屏下指纹技术。而在屏下指纹技术的应用上,vivo最早采用,推动也最为积极。
 
2019年屏下指纹出货将达1.8亿片
 
一年多的时间过去了,虽然这期间有少数安卓手机厂商跟随苹果推出了支持3D人脸识别的智能手机,但是只有少数旗舰机型(比如OPPO Find X、华为Mate 20 Pro等),而且有些还同时配备了屏下指纹(比如小米8透明探索版)。而目前绝大多数的安卓旗舰或者中高端安卓手机都开始标配了屏下指纹。
 
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根据研究机构IHS最新公布的数据显示,截至2018年底,累计有18个手机型号采用了显示指纹技术。2018年屏幕指纹模组总出货量达到3000万片。
 
而根据IHS Markit最新的《触摸屏市场追踪报告》(Touch Panel Market Tracker Report)预计,2019年屏幕指纹的出货量预计将增长6倍,达到近1.8亿片。显然这对于屏幕指纹厂商来说是一个非常好的消息。
 
屏下指纹技术主要分为两派,一派是基于光学的屏下指纹,另一派则是通过超声波来实现屏下指纹。不过,目前已量产并被广泛应用的都还是光学屏下指纹。
 
光学屏下指纹
 
而光学屏下指纹主要供应商有汇顶科技、思立微、Synaptics,另外台湾神盾也有在开发光学屏下指纹,但目前似乎并未量产。
 
在实现原理上,大家都是一样的,都是利用AMOLED屏发出的光线来照亮手指的指纹,然后通过传感器来识别从手指反射回来的光线,从而读取指纹图像。
 
不过,具体的实现方式上,一直在持续演进。最早宣布量产光学屏下指纹技术的是Synaptics,vivo推出的首款屏下指纹手机vivo X20 Plus屏幕指纹版就是采用的Synaptics的屏下指纹技术,不过这至是一款试水产品。随后vivo在2018年3月19日推出的X21系列才有大批量出货,其光学屏下指纹方案是由Synaptics和汇顶科技联合供应。
 
根据国外的拆解和成本计算机构System Plus Consulting分析,Synaptics光学屏下指纹传感器尺寸为6.46 mm x 9.09 mm,采用不锈钢支架和两层柔性印刷电路,可以集成于显示屏下。其中的图像传感器与玻璃基板(集成滤波片)组装在一起。其中图像传感器分辨率为30625像素,像素密度为777ppi。指纹识别模组光源由OLED显示屏提供,并在传感器芯片上沉积了准直器层。该准直器层由有机、金属和硅组成。传感器芯片采用CMOS工艺,通过引线键合方式连接到柔性印刷电路板。
 
这种需要采用准直器的光学屏下指纹方案成本很高,而且该方案还需要传感器紧密贴合到屏幕下,来实现对于指纹反射光线的读取,这也使得良率比较难上到很高。
 
而随后汇顶科技的光学屏下指纹方案迅速升级成了直筒式超短焦镜头的方案(直接对指纹进行拍照),这种方案相对于Synaptics的方案获得图像信息的准确度更高,成本也相对较低。这也使得汇顶科技后续得以成为了vivo后续多款机型的独家供应商。
 
但是直筒式超短焦镜头的方案也有其缺点,比如其焦距是固定的,所以对于贴合的要求较高,需要紧密的贴合到屏幕下方的特定区域,而且一旦手机跌落,可能会导致损坏,如果需要维修的话,屏和屏下指纹模组都需要更换。
 
所以,后续思立微采用了螺旋式的镜头设计,并且镜头也从2P升级到了3P,其焦距是可以进行微调的,这也使得其不需要像直筒式镜头那样需要紧密的贴合在屏下,适应性更强一些。
 
而汇顶科技主要采用的是创新的一体化定焦技术,则可使得生产难度降低,生产效率提高。
 
至于台湾神盾(EgisTec),有消息称其光学屏下将于今年二季度量产,此前已经给三星、华为、小米、OPPO等厂商送样。有传闻称三星A系列有望采用神盾的光学屏下指纹方案。此前,三星的C系列部分机型曾有采用神盾的电容指纹方案。
 
另外,上海箩箕还推出了基于薄膜晶体管(TFT)制程的光学指纹识别解决方案。这一种则是基于光学的off-chip的方案,即利用TFT制程做一层基于玻璃基的a-Si驱动的sensor(光电转换二极管),来替代传统的硅基传感器,将其置于盖板玻璃和屏之间进行贴合。
 
其优势在于,可以轻松实现大面积的指纹识别,同时由于其位于盖板玻璃和屏之间,所以其取得的指纹图像更为简单和清晰。此前,vivo第一代APEX的半屏指纹识别以及近期发布的APEX2019均基于此方案。
 
虽然该方案可以实现全屏指纹识别,但目前该方案的成本仍非常的高,不过,如果缩小传感器尺寸,只是在特定一小块区域内实现指纹识别,则成本可以大大降低,但是相比现有已广泛应用的屏下指纹仍较高。未来其成本有望进一步降低。
 
超声波屏下指纹
 
超声波指纹识别的原理是利用超声波具有穿透材料的能力,且随材料的不同会产生大小不同的回波(不同材料对于超声波的吸收、穿透与反射的程度不同)。因此,利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异,检测不同声波从发射到反射回来的时间,就可以区分指纹脊与谷所在的位置,从而识别出指纹的图形。
 
因为超声波具有一定穿透性,所以在手指有少量污垢或水渍的情况下仍能工作,并且其可以穿透玻璃、铝、不锈钢、蓝宝石、塑料等材质,当然其穿透的厚度是有限的,所以目前要想利用超声波实现屏下指纹识别,就必须要采用厚度非常纤薄的柔性OLED屏。
 
总结来说,相对于光学屏下指纹,超声波屏下指纹的优势在于具有较强的抗干扰性,即使手指上有水渍、油渍、污渍对其影响也较小。而且超声波能够取得3D指纹,可以支持活体检测。另外在指纹识别时,超声波指纹识别不需要像光学屏下指纹那样,需要借助屏幕的光线,而且强光对其也没有影响。
 
当然,超声波屏下指纹技术也有其劣势,比如需要高压驱动超声波发射器,外围器件相对较多,工艺复杂,成本较高。要实现屏下指纹识别,需要依赖于成本较高的柔性OLED屏,并且需要紧密的贴合在屏下,而粘合剂的密度、厚度及涂抹的均匀度都会对其精确度造成影响。而且如果没有贴合好,拆下来重贴可能会对柔性OLED屏造成损坏。这也使得其良率不易提升。
 
高通的新一代超声波屏下指纹技术可以穿透800微米的玻璃525μm的金属,也可以穿透1300μm的OLED屏。而目前柔性OLED屏的厚度最薄可以缩减到100-200μm,玻璃盖板可以做到500μm左右,这也意味着其可以实现屏下指纹识别。
 
早在去年6月下旬的上海MWC大会上,vivo也有展示两台采用超声波屏幕指纹技术的样机,似乎采用的也正是高通的超声波指纹识别技术。
 
此前,已经发布的荣耀10便采用的就是高通超声波指纹识别技术,不过其位置在屏幕下边框,并非屏幕下。而最新的消息显示三星的S10系列将会采用高通的超声波屏下指纹技术。
 
另外值得一提的是,国内的思立微也在开发基于MEMS的超声技术。据介绍,其自主研发的超声换能器已通过系列性能测试,在10MHz频点转换效率可达1.5%,表现出优异的性能,并已应用到下一代超声指纹识别芯片的研发中。预计今年将会量产。
 
超声波屏下指纹有望崛起,原有市场格局将被打破
 
根据IHS的数据显示,2018年基于CMOS的光学屏下指纹方案出货占比高达90%,而超声波指纹识别方案出货占比仅10%。同时IHS预测,超声波解决方案的市场份额预计将在2019年扩大,而光学取像解决方案的提供商将继续优化结构、模组成本等,以鼓励智能手机品牌加速采用。
 
根据IHS Markit预测,2019年屏幕指纹的出货量预计将增长六倍,达到近1.8亿片。
 
从目前的指纹识别市场竞争格局来看,光学屏下指纹龙头厂商汇顶科技有望强者恒强,出货量进一步加速增长。不过,高通得益于在超声波指纹领域的多年布局,技术已经相当成熟,如果其被三星S10系列的采用,2019年将有望拿下更多的头部品牌厂商的订单。这将对于汇顶形成一定的挑战。而思立微凭借与OPPO的合作,以及其在超声波指纹方案上的布局,也有望在今年加速成长。至于神盾,若成功拿下三星A系列订单,也有望抢下部分市场。
 
当然,由于整个市场需求在加速成长,2019年各家屏下指纹供应商的出货应该都能够维持不小的增长,但是从市场份额来看,2018年汇顶一家独大的局面,可能将会在2019年被打破,不过仍将保持龙头地位。