迎來屏幕指紋加持的LCD,如今已經無力回天

2020-12-05 三易在線

隨著近年來在手機行業中OLED屏幕成為中高端機型的主流選擇,大家也已經很少能夠聽到類似「LCD永不為奴」這樣的話了,其實原因無它,畢竟在這個屬於全面屏設計的時代裡,聚光燈下屬於LCD的位置已經日益減少,而LCD與OLED之間的「路線之爭」,並沒有在屏幕特性等方面分出高下,反而是作為場外因素的屏幕指紋識別技術讓LCD黯然失色,並直接導致了OLED一統中高端市場。

LCD屏幕指紋這回要量產了

毫無疑問,全面屏概念的出現重新塑造了整個智慧型手機產業,而為了實現更加「全面」的屏幕顯示效果,屏幕指紋識別技術也應運而生。由於這項技術滿足了全面屏時代消費者對於手機體驗的需求,因此當LCD與屏幕指紋識別技術出現不兼容的情況時,手機廠商也做出了「用腳投票」的選擇。

在沉寂了許久後,近日LCD屏幕指紋識別技術又迎來了曙光。近日,國內知名屏幕廠商天馬微電子發布了自主研發的全球首款LCD屏內多點指紋解決方案「TED Finger Print」(下文簡稱TFP)。而這一解決方案除了有著自主智慧財產權之外,還兼具高集成化、全屏多點指紋識別、高屏佔比等特點,並已具備量產條件,且正向全球知名品牌送樣。

其實不僅僅是天馬,本月初TCL華星方面也已宣布,成功研發出了基於LCD面板的屏下指紋識別產品,可支持全屏單點識別,並預計將在今年內推出。在在更早之前的今年3月,小米集團副總裁盧偉冰也曾在社交媒體宣布,Redmi成功在LCD屏幕上實現了屏下指紋識別功能。

在手機行業的全面屏時代之前,OLED有著色彩豔麗及輕薄柔軟的特性,而LCD則有著更為長久的群眾基礎,雙方可謂是各具特色。然而隨著全面屏設計的到來,手機廠商成功向消費者灌輸了全面屏可以提升機身整體視覺效果的概念,並且為了實現更高的屏佔比,有了COG、COF,以及COP屏幕封裝技術,還帶來了類似升降式前攝、開孔屏,異型屏等形態,更為重要的則是讓屏幕指紋識別技術幾乎成為了標準配置。

目前,已經商用的屏幕指紋識別技術主要有兩大流派,光學方案與超聲波方案,這二者針對收集用戶指紋信息這一核心目的則有著完全不同的思路。其中光學方案主要是依靠光線反射來探測指紋迴路,但受限於手機內部設計的輕薄化要求,自發光的OLED屏幕天然更契合光學屏幕指紋方案。而基於超聲波透過屏幕,通過反射回去的聲波獲取指紋信息的超聲波方案,則有著信號穿透能力有限的問題,但LCD屏幕的厚度顯然要明顯高於OLED。

因此這也就意味著適用於OLED的屏下指紋識別技術,並不適用於LCD,因此也導致需要重新開發新的技術。在此之前,日本JDI以及國內的阜時科技都曾宣稱在LCD面板上實現了屏幕指紋識別功能,但是直到現在為止,LCD的屏幕指紋技術依舊未能大規模商用,而天馬與TCL華星所公布的方案,則宣稱自家的技術已經達到了量產水平。

同是LCD屏幕指紋,原理卻有不同

在LCD屏幕指紋識別技術的前進道路上,主要有穿透性差與背光幹擾兩大難點,但針對這兩個問題,天馬和TCL華星在實現上所採用的解決方案其實是不同的。兩者的差異在官方公布的信息中也已經表現得非常清晰,並且TCL華星目前實現了全屏單點識別,而天馬則完成了全屏多點指紋識別。

在TCL華星公布的相關信息中提及,研發團隊花了兩年時間不斷對LCD背光板進行改造,成功解決了BLU films開發、TPM亮度的提升、紅外傳感器識別精度提升等難題,最終實現了LCD屏下指紋的快速識別。因此也就意味著這一解決方案的重點在於「紅外傳感器」上,是利用紅外光來代替可見光在手指的反射作用進行成像,並通過紅外發射器、指紋接收器,和各類光學鍍膜來提高透過率及成像精度。

而天馬的方案則是目前光學屏幕指紋識別的升級版,由感光元件(CMOS)圖像感應方案轉換為薄膜電晶體(TFT)陣列方案,這二者的區別在於,同樣為了收集光信息的材料,從半導體變成了TFT。作為有源液晶顯示器 (AM-LCD)中的一種,TFT在液晶的背部設置特殊光管,可以主動對屏幕上的各個獨立像素進行控制。而TFT光學屏幕指紋識別方案的特點,就是利用TFT製程增加了一層a-Si(非晶矽)驅動的sensor(光電轉換二極體)。

但TFT的這一方案其實並不是項新技術,早在2004年,卡西歐就發布了200*240像素的光學TFT sensor,而友達則曾在2014年進一步推出了1.8mm厚的TFT光學指紋基板。可之所以這一方案在很長時間內被束之高閣,最核心的原因就是TFT sensor的量子效率(光電轉換能力的重要參數)僅有10%左右,而作為對比,CMOS的量子效率通常在40%以上。

儘管說天馬方面並沒有詳細解釋實現「TED Finger Print」的方式,但其增加Mask(掩膜)工藝的可能性非常高。由於Mask是半導體工業裡光刻工藝過程中起到底片作用的部分,疊加掩膜層數會提高敏感度,最終提升TFT sensor的量子效率,但這同時也會導致良率下降和成本提高的問題。

機會已經錯過,LCD無力回天

看到這裡,或許更青睞LCD的朋友會有重燃希望的想法,然而遺憾的是,即便能夠支持屏幕指紋識別技術,LCD如今想要回歸手機市場中高端領域已經是一個「 Mission Impossible」。這其中的原因,並非天馬或TCL華星兩家推出的LCD屏幕指紋識別技術不夠出色,而是作為對手的OLED已經將終端廠商綁上了自己的戰車。

目前,中高端機型集體轉向OLED屏幕,包括小米、vivo、一加、OPPO,以及魅族等廠商,更是幾乎將自家與三星定製AMOLED作為了重要的產品賣點。與此同時,國內手機廠商也開始以各種方式扶持國內OLED屏廠,例如小米方面就曾在5月份入股了從事矽基OLED微型顯示技術開發的合肥視涯。

就像當年複雜指令(CISC)與簡單指令(RISC)之爭一樣,儘管當時美國學術界幾乎一邊倒認為Intel堅持的複雜指令集(x86架構)已經過時,精簡指令集才更先進,但是來自「Wintel」盟友微軟的鼎力相助,讓技術上相對落後的英特爾反而佔據了更多的市場份額,並最終依靠市場打贏了對精簡指令集的處理器之戰。

技術上相對落後的Intel能夠依靠市場贏得勝利,更何況在LCD與OLED的這場對決中,二者本身就是各有千秋。在錯過了智慧型手機轉向全面屏的窗口期,導致手機廠商在OLED上投入了重注後,僅靠著加入屏幕指紋識別技術,LCD想要扳回一城顯然並不是那麼容易的事情。

並且由於在中低端市場,各大手機廠商普遍更注重產品的穩定性與成本可控性,隨著屏幕指紋識別模塊和OLED規模化生產帶來的成本下降,大量千元級產品也紛紛用上了Rigid AMOLED+屏幕指紋識別的組合。其中Rigid AMOLED雖然在成本上依然要高過LTPS LCD,如果TCL華星和天馬的LCD屏幕指紋識別方案,能夠在成本上與目前匯頂科技及思立微的OLED方案打平,或許未來還能夠看到LCD+屏幕指紋識別的組合出現在中低端機型上。

但至於LCD在高端市場的復興,可能就要等到microLED屏幕商業化的那一天了。

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