屏下指紋識別原理介紹_屏下指紋識別技術原理分析

　　屏下指紋識別原理是什麼？屏下指紋識別技術原理介紹。指紋識別技術如今已經十分成熟，有著各種處理手段，還有光學識別和半導體識別等技術差別。而在手機端，備受關注的是屏下指紋識別，這種識別方式更加先進，技術要求更加嚴格，這裡簡單介紹其工作原理流程。

　　

　　屏下指紋識別原理流程分析

　　相比起佔用屏幕上的部分顯示區域放置攝像頭等元器件來做人臉識別，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別並解鎖。對已經形成肌肉記憶的用戶來說，學習成本也並不高。

　　屏下指紋識別核心在於傳感器，目前已經發布了首款屏下指紋識別傳感器。

　　Synaptics（新思國際）正式發布「全球首款量產」的屏下指紋識別傳感器——Clear ID FS9500。

　　

　　據介紹，這枚傳感器採用光學生產材料和工藝製作，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別方案的優點——無懼汙跡和泥垢等。

　　當 FS9500 傳感器被激活時，傳感器會通過上層的 OLED 面板背光來照亮指紋識別的區域，然後將反射的光纖傳輸到底層的傳感器中，並完成整個識別過程。

　　

　　Clear ID FS9500 傳感器結構原理圖

　　從2017年智慧型手機市場新機發布來看，各大品牌幾乎都推出了全面屏產品，根據CINNOResearch的預期，2018年全面屏在智能機市場的滲透率有望達到50%。

　　全面屏已經成為未來智慧型手機的發展趨勢，隨之而來的便是指紋識別的難題。由目前的技術水平來說，指紋識別需要接觸到手指，而為了迎合市場對於全面屏的喜愛，手機廠商一般都將智慧型手機的指紋識別系統後置，將其設計在手機背面，或者像iPhoneX一樣直接捨棄，採用FaceID。

　　但就用戶習慣來說，屏下指紋的體驗明顯要優於面部識別。各大廠商都有意在此領域率先攻克技術難題，搶佔市場先機。

    屏下指紋識別技術原理分析

　　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。蘋果本次採用來自三星的OLED屏幕，儘管OLED屏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，這兩款都是採用LCD做異形切割，並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不是異形屏幕的唯一選擇，那為什麼蘋果要選擇OLED作為旗下最高端產品的屏幕呢？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實現屏下指紋識別技術

　　OLED是主動發光，理論上說可以精確控制到每一個子像素點，所以OLED材質的屏幕是更理想的發射光光源，此外，OLED顯示模組更薄，也可以減輕由於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屏幕的開發方向：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，直接貼裝於AMOLED屏幕上方，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，並有了初步結果。匯頂科技就展示過利用AMOLED屏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。匯頂科技就是在屏幕下方布置了一個CMOS傳感器，其原理如下圖。

　　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。

　　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傳感器搜集、處理。匯頂定製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，而非屏幕或是陽光。

       超聲波實現屏下指紋識別技術

 　  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演示機使用的全屏幕指紋識別，採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並不太多，主要是乙烷的樂視的LeMax2和小米5s。LeMax2將指紋放在了後面，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。

　　但為什麼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剛發布的方案更加瘋狂，FPC稱，不管手是幹的還是溼的，不管你屏幕是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。

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