劉海屏剋星!兩種主流屏下指紋識別技術對比

屏下指紋識別的爆發是全面屏大趨勢下的必然，相比於人臉識別，屏下指紋擁有成熟度、用戶習慣和價格等多重優勢，未來二者有望維持長期並存的格局。屏下指紋技術的成本和識別率在 2018 年取得巨大進步，為 2019 年滲透率的高速提升奠定了基礎。Guaednc

展望未來， 屏下指紋識別作為 OLED 全面屏設計的「副產物」，未來的發展趨勢將圍繞 OLED 主線。隨著大陸 OLED 產能的釋放， OLED 向中端機型滲透的趨勢將更加確立， 這為屏下指紋在中高端機型的滲透奠定了基礎。Guaednc

本文推薦的是長江證券的報告《 屏下指紋識別爆發》， 系統梳理屏下指紋的新發展。Guaednc

一、 指紋識別的二次創新

指紋識別是生物識別中的一種技術路徑，根據美國諮詢與市場調研機構 Lucintel 的統計與預測數據，2017年全球指紋識別市場約為 13億美元，佔生物識別市場份額為 10.32%。預計 2022 年指紋識別市場將增長至 28 億美元， 佔當年生物識別市場份額為 8.62%。 指紋識別未來將依然是生物識別領域的重要市場， 行業複合增速 16.59%，在智能終端保持創新的持續動力，屏下指紋的趨勢正在引發行業發展的二次加速。Guaednc

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2017-2022 年全球生物識別系統市場收入預測（十億美元）Guaednc

指紋識別技術最早發源於蘋果在 2013 年推出的 iPhone 5S，當時隨著智慧型手機用戶粘性的迅猛提升， 便捷的解鎖方式是用戶的一大痛點。因此指紋識別的問世，將蘋果創新力推向新的高峰。 然而， 2017 年蘋果推出的十周年紀念機型 iPhone X 中， 卻首次棄用Touch ID，改為 Face ID，主要原因在於蘋果期望實現的全屏幕屏下指紋識別在當時的技術條件下不具備可行性。Guaednc

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 iPhone多年前使用 Touch ID 解鎖 Guaednc

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 iPhone X 首次以 Face ID 代替 Touch IDGuaednc

屏下指紋識別是全面屏時代的必然，提升屏佔比成為 2018 年創新的兩條核心主線之一。劉海屏、美人尖、水滴屏、挖孔屏等等設計是對前置攝像頭空間的擠佔，而 COF、 FOD等新技術則是對邊框和 Home 鍵的壓縮。Guaednc

不同於蘋果， 站在時代十字路口的安卓陣營對 FOD（Fingerprint-on-display） 屏下指紋識別表現出極高的興趣，特別是人臉識別推出後並未得到消費者的一致認可。隨著技術的發展，不僅使 FOD 成為一條硬體創新的高速通道，且可以取得創新的領先。2018 年的 CES 大會上，vivo 率先發布屏下指紋識別的旗艦機， 開啟了安卓陣營在屏下指紋識別的裝備競賽。Guaednc

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電容式、 屏下光學、屏下超聲波與熱敏指紋識別技術原理Guaednc

目前主流的 FOD 技術主要有光學式與超聲波式：Guaednc

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兩種主流屏下指紋識別技術對比Guaednc

光學指紋識別憑藉更好的體驗、成本優勢以及相對更加成熟的供應鏈，取得了大部分的市場份額， 根據 TrendForce 預測， 2019 年光學式屏下指紋識別佔比有望達到 82%。三星在年初發布的基於高通超聲波方案旗艦機型將貢獻剩下 18%份額中的主要部分。Guaednc

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vivo X20 Plus 光學指紋識別Guaednc

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三星 Galaxy S10/S10+使用超聲波指紋識別Guaednc

2018 年是屏下指紋識別爆發的一年，在 HOVM+魅族、一加等國產品牌顯示出很高的搭載率，全年一共有近 20 款旗艦機使用屏下指紋識別。其中 vivo 一口氣推出五代光電屏幕指紋技術，側面反映了光學式識別技術成熟度的高速發展。Guaednc

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2018 年主要品牌屏下指紋手機發布信息匯總Guaednc

通過梳理最新 2019 年一季度屏下指紋識別的應用情況，不難看出當前屏下指紋還停留在高端旗艦的普及期， 超聲波指紋識別首次出現在高出貨量旗艦機型。Guaednc

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2019 年一季度主要品牌屏下指紋手機發布信息匯總Guaednc

從上一輪電容式指紋識別滲透的過程來看，當前時點的 FOD 指紋技術發展與電容式指紋識別在 2014 年的加速滲透非常相似。 根據 IHS 統計數據， 2018 年屏幕指紋模組出貨量僅 3000 萬顆左右， 2019 年有望突破至 2 億顆。 TrendForce 預計 2019 年 FOD 指紋識別滲透率提升至 22.9%，相比 18 年上升近 20 個百分點， 預計 2022 年 FOD 指紋技術佔有率將超越傳統電容式。Guaednc

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指紋識別手機出貨量Guaednc

二、 長期視角看屏下指紋識別

我們梳理了 vivo 六代屏幕指紋識別的升級過程，自 vivo X20 Plus UD（2018.1.24 發布）搭載第一代光學指紋技術以來，識別準確性、解鎖速度有了大幅提升，其中 vivo NEX（2018.6.12 發布） 精度相比前作提升 50%， 準確率達到支付安全級別， 是屏幕指紋識別技術發展的重要裡程碑。Guaednc

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vivo 六代屏幕指紋技術的演變Guaednc

Vivo 針對光線穿透過程中發生的折射和散射現象，在 NEX 三代光電指紋技術中增加了「準直層」，很好的解決了感光元件在低透過率發光顯示屏下感光不足的瓶頸，從而實現了準確率和解鎖速度的大幅提升。Guaednc

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NEX 搭載第三代屏幕指紋技術增加準直層Guaednc

目前 vivo 光學指紋識別解鎖速度已經達到 0.29 秒以內， 傳統電容式雖可以做到 0.2 秒以內，但對於用戶而言體驗差別並不大。 屏下指紋技術成熟度在 2018 年取得巨大進步，為 2019 年滲透率的高速提升奠定了基礎。Guaednc

屏下指紋識別與面部識別均是全面屏浪潮下的創新線索。 特別是指紋識別轉入屏下後，對屏佔比的提升不再有任何影響。正如電容式指紋識別未能替代密碼解鎖一樣， 人臉識別的出現也不意味著指紋識別時代的落幕 。Guaednc

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指紋識別、人臉識別與虹膜識別的對比Guaednc

對比三種主流的生物識別技術，目前指紋識別依然是用戶基數最大、用戶習慣培養最好的識別方式。Guaednc

從 2018 年到 2019 年， 光學式屏下指紋識別經歷了一輪技術升級， 由準直光方案變為小孔成像方案， 最後變為攝像頭模組方案，識別方案的改進使得模組價格顯著下降。Guaednc

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屏下光學式指紋識別位置Guaednc

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初代光學指紋光線穿透 OLED 是通過準直孔Guaednc

2018 年國產旗艦中， 匯頂與新思的光學式指紋識別是通過 OLED 屏幕微孔，以微透鏡陣列搜集光線成像，並識別指紋圖像是否符合。Guaednc

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OLED 屏下光學指紋識別結構及原理Guaednc

考慮到屏幕與玻璃蓋板的厚度，光學式指紋技術在準直層的基礎上，衍生出了小孔成像方案，將原先較厚的一塊準直層拆分為兩層薄的小孔板及中間的透光材料， 能夠降低厚度與成本、增加透光量和識別率。Guaednc

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準直層方案（左）與小孔成像方案（右）Guaednc

為了降低屏下指紋的成本，以便未來增加識別覆蓋區域， 攝像頭方案應運而生。 通過安裝屏下攝像頭，以圖像傳感器識別手指反射的光線加以比對和識別。 屏下攝像頭方案的優勢在於：Guaednc

1）大幅降低貼合成本。 由於無需將指紋模組與 OLED 屏幕貼合， 避免了貼合良率帶來的損失（可能使得屏幕也同樣報廢）。屏下攝像頭模組固定在中框上。Guaednc

2） 成熟的模組。 屏下攝像頭模組製造較主攝像頭簡單許多， 擁有成熟的攝像頭供應鏈，因此成本更加低廉。Guaednc

3)清晰的識別。 屏下攝像頭方案只需提升像素即可獲得更清晰的成像， 而不用因為準直孔徑提升而被迫增加像素大小，降低清晰度。Guaednc

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屏下指紋攝像頭方案結構Guaednc

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電容式指紋識別歷史價格趨勢（美元）Guaednc

屏下攝像頭方案的好處是顯而易見的， 一代屏下指紋模組的成本通常在 15-17 美元（晶片 8-9 美元+模組 7-9 美元）， 二代屏下攝像頭方案模組成本通常在 8 美元左右（晶片 6美元+模組 2 美元）。 當前屏下指紋成本下降主來得益於技術路徑的變化， 傳統電容式指紋識別的價格下跌，則主要來自於行業競爭格局變化和 8 英寸晶片代工成本下降。Guaednc

由於光學式指紋識別的原理是通過透光屏幕下方設置攝像頭拍攝指紋圖像，再以算法與儲存的指紋信息進行比對。 目前主流顯示技術中， TFT-LCD 由於是被動發光， TFT 層透光性較差， 因此屏下指紋傳感器很難識別到指紋信息，而 OLED 面板具有透光性，因此當前的光學屏下指紋必須搭配 OLED 屏幕使用。Guaednc

屏下指紋識別作為 OLED 全面屏設計的「副產物」， 未來的發展趨勢將圍繞OLED 主線。 隨著大陸 OLED 產能的釋放， OLED 向中端機型滲透的趨勢將更加確立，這為屏下指紋在中高端機型的滲透奠定了基礎。Guaednc

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國內 OLED 產線情況Guaednc

屏下指紋將由高端旗艦向中端智慧型手機下沉， 應用空間全面打開， 有望複製傳統電容式指紋識別的發展路徑， 創新成長性值得看好。Guaednc

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全球中小尺寸 AMOLED 產能（百萬平米）Guaednc

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全球柔性和剛性 OLED 出貨量佔比預測Guaednc

屏下指紋識別產業鏈比較簡單， 主要包括晶片設計、晶片製造、晶片封裝、模組、方案商和終端應用。 上遊價值的重心在於識別晶片和算法， 下遊則由模組廠組裝為成品， 與傳統電容式指紋識別相似。 指紋識別晶片的價格決定模組價值量。Guaednc

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屏下指紋識別產業鏈Guaednc

從屏下指紋模組的價格來看， 2018 年上半年與下半年差距較大，從 15-17 美元下降至8-9 美元。前文所述，主要的原因在於技術路徑的變化帶來的成本下降。 與電容式指紋識別因競爭格局惡化而導致的晶片價格快速下跌不同， 從 2018 年至 2019Q1， 屏下指紋識別晶片價格比較穩定。Guaednc

在屏下光學指紋識別晶片領域， 已經形成國內企業為主導的競爭格局， 超聲波屏下指紋識別則形成以高通為首， 國內企業加速追趕的局面。Guaednc

小結：

隨著技術的發展，以蘋果為代表的部分廠商選擇了3D人臉識別技術，通過結構光構建人臉模型進行識別。但此類技術不可避免涉及到劉海屏問題。但以vivo等為代表的廠商選擇了另一條路線，即屏下指紋解決方案。其優點在於能夠避免劉海屏的出現。不僅如此， 屏下指紋更擁有成熟度、用戶習慣和價格等多重優勢 。 隨著屏下指紋技術的成本和識別率的進步，相信會出現屏下指紋和人臉識別平分天下的局面。Guaednc

（來源：智東西）Guaednc