屏下指纹识别市场现状与发展趋势

点击上方 关注OLEDindustry！

“全面屏”时代，屏下指纹、3D 面部识别、背部指纹成为现阶段3 种主要备选方案。手机厂商纷纷追求最大化屏占比，而在此目标下，前置镜头、听筒、光线感测器等都面临缩小或者从手机正面移除的要求，其中首当其冲的便是指纹识别模块。

在屏下指纹、3D光学和背部指纹三种方案中，背部指纹方案由于在便捷性上不及正面指纹方案，且会破坏机身背部整体性，在美观程度上也有所不足，因而我们认为该方案未来主要将用于一些低端机型上，而就高端机型而言，该方案大概率作为一种过渡性的方案；3D 光学方案自被iPhoneX 采用以来一直争议不断，该方案面临的主要问题包括识别前需要唤醒屏幕，识别易受手机握持角度、距离、周围环境的影响，从而导致使用不够便捷等，

目前市场上能够是实现商用的指纹识别方案主要有三种，分别是电容方案、光学方案和超声波方案。

三种方案中，电容方案成本最低，识别速度最快且技术最为成熟，因而在智能手机市场上一度处于垄断地位。

但是，由于电容式指纹方案的穿透深度仅为0.3mm，而目前智能手机正面盖板玻璃的厚度普遍超过0.5mm，因此这一传统方案不再适应屏下指纹的要求。

为应对电容式指纹面临的困难，供应链厂商主要提出三种不同的解决方案，第一种是以汇顶、新思为代表的光学方案，第二种是以高通为代表的超声波指纹识别方案，最后一种是以韩国厂商CrucialTec等为代表的DFS 全屏幕识别方案。三种方案中，由于DFS 方案对于屏幕和指纹识别模组的整合程度要求较高，可能带来高成本等问题，目前方案仍处于试验阶段，存在不确定性。与之相比，光学方案和超声方案相对成熟，其中光学方案兼容OLED 软硬屏，相对适用于软屏的超声波方案应用范围更广，成为目前屏下指纹方案的主流。

iPhone5s 电容式指纹模组

光学方案技术由来已久，主要基于折反原理。

在各类指纹识别方案中，光学方案其实是一种早已被广泛应用的技术，例如之前很多考勤机、门禁都采用该技术，传统指纹识别方案主要由光源、三棱镜和感光组件构成——通过光源照亮指纹，然后利用三棱镜将指纹投射到感光组件上进行识别。不过在2017 年以前，光学方案始终没能应用于智能手机，主要的原因是光学感测器的体积过大，通常是电容式指纹设备的几倍乃是10 几倍的大小，此外，光学式指纹识别系统无法对皮肤真皮层的识别，因而安全性相对较低，限制了其使用领域的拓展。

传统光学指纹识别原理

屏下光学指纹识别示意

随着2016 年以来新思、汇顶先后发布新一代的光学指纹识别方案，光学方案正式成为屏下指纹识别最重要的实现手段之一。

新一代的光学指纹方案仍然是基于折反原理，另外叠加小孔成像和透镜成像功能，以提高识别的精确度。以汇顶的方案为例，汇顶光学指纹识别方案主要有OLED 屏、CMOS 以及lens组成。

其中OLED 充当光学指纹识别系统的光源，通过自发光照亮指纹，之后折返光通过lens进行准直聚焦并穿过OLED 像素点之间的缝隙成像至CMOS 上，CMOS 将接收到的光学信号转化为电信号，经过处理器芯片的分析比对以验证指纹。通过光源集成和光路重新设计，新的方案能够有效降低体积和功耗，同时汇顶的方案能够支持活体检测。此外，光学方案固有的穿透距离较长的特性也得到充分发挥，在屏下指纹领域得到了很好的应用。

光学屏下指纹模组结构

vivo X20 屏下指纹结构示意

超声波方案利用回波强度识别指纹，防油防水、穿透性强。

超声波方案则是利用指纹模组发出的特定频率的超声波扫描手指，由于超声波到达不同材质表面时被吸收、穿透和反射的程度不同，因而可以利用皮肤和空气对于声波阻抗的差异，对指纹的嵴与峪所在的位置进行识别。

超声方案的优点在于其穿透性更强，能够进行深层的皮下指纹识别且能够辨别活体，因而方案的安全性更高；此外，从理论上来讲，超声波方案不易受到油渍和水渍以及强光的干扰，因而解锁更加稳定可靠，有望成为指纹之别方案发展的一个重要方向。

超声指纹识别原理

电容式

原理/构成：皮肤表面凹凸导致指纹不同位置到感测器之前的距离不同，测量到的电容也不同，最终将指纹图像翻译成芯片能理解的电信号，这样就可以实现准确的指纹测定。

优势：体积小、成本低廉、解锁迅速（反应时间约为0.15-0.2s）

劣势：难以屏下放置，主要是因为屏幕模组本身的厚度导致传

感器收集不到足够多有用的信号；手指污垢、汗水和油脂会对解锁产生影响。

算法提供商：AuthenTec、FPC、Synaptics、IDEX、汇顶科技、

神盾等。

光学式

原理/构成：在屏幕下方集成光学感测器，通过发出近红外光（或利用OLED 的自发光）照亮指纹，然后利用指纹的折反光的干射条纹来识别用户的指纹纹路。

优势：面积小、厚度薄，可集成到OLED 屏幕当中；能够识别指纹的300 个不同特征；解锁的成功率高，解锁速度较快（约0.7s，与第一代电容相当）；安全性较高（误识率仅为五万分之一，与电容式相当）。

劣势：录入时的次数较多，时间慢；易受背景光干扰；受手指表面的油污干扰大。

算法提供商：Synaptics、汇顶科技、FPC、CrucialTec 三星等。

超声波式

原理/构成：通过指纹模组发出的特定频率的超声波扫描手指，利用手指纹理及其它材质对声波的吸收、反射和穿透作用的差异，对指纹的嵴与峪所在的位置进行识别。

优势：具有较强的穿透性（可以穿透OLED 软硬屏），可以获得皮肤深层指纹，破解难度更高，更安全；对于手指的干湿度要求更低。

劣势：体积相对较大、识别率和识别速度低。

算法提供商：高通、FPC

结构光方案产业链汇总-资料来源：驱动之间、中国产业网等，中信证券研究部

各大厂商新机型生物识别方案-资料来源：中信证券研究部

部分案例解析

iPhone 5S/6

iPhone 5S/6指纹识别原理：

iPhone 5S/6的Touch ID指纹感测器被放置在Home键中，Home键感测器表面由激光切割的蓝宝石水晶制成，能够实现精确聚焦手指，保护感测器的作用，并且感测器会在此时进 行指纹信息的纪录与识别，而感测器按钮周围则是不锈钢环，用于监测手指，激活感测器和改善信噪比。随后，软件将读取指纹信息，查找匹配指纹来解锁手机。

其中指纹感测器部分在开始表格中提到的基于电容和无线射频的半导体感测器，这位指纹读取做了两层验证。第一层是借助了一个指纹电容感测识别器来识别整个 接触面的指纹图像。第二层则是利用无线射频技术并通过蓝宝石片下面的感应组件读取从真皮层反射回来的信号，形成一幅指纹图像。

电容感测识别：手指构成电容的一极，另一边一个硅的感测器阵列构成电容另一极，通过人体带有的微电场与电容感测器间形成微电流，指纹的波峰波谷与感应器之间的距离形成电容高低差，从而描绘出指纹图像的

无线射频识别：将一个低频的射频信号发射到真皮层。由于人体细胞液是导电的，读取真皮层的电场分布而获得整个真皮层最真皮层，并且通过读取真皮层的电场分布而获得整个真皮层最精确的图像，而Touch ID外面有一个驱动环，由它将射频信号发射出来。

经过对指纹图像的纪录，将其数据录入到数据库中，然后Touch ID在指纹验证过程中，获得指纹扫描图像之后，其能够对指纹进行360°全方位的扫描并且与数据库指纹数据进行比对判断。当新的指纹图像与数据库样本 指纹互相匹配成功，该指纹图像就能够用于加强和完善数据库的样本信息，这样能够使得更多的样本信息被纪录了，提高指纹识别的成功率以及能够在各种角度成功 的识别指纹。

魅族MX4 Pro指纹识别原理

魅族认为背部的指纹识别体验不好，因此魅族在最后时刻选择了汇顶，MX4 Pro采用的是汇顶科技GT6618/28指纹识别模块，下图为该模块的具体参数。其中工作模式中的Finger Flash模式是汇顶的专利技术。

在Finger Flash模式下，魅族MX4 Pro可以实现从息屏到亮屏然后到唤醒最后解锁这样的一体化操作。在锁屏状态下，用户通过按压HOME键点亮屏幕并在Home键上停留一会就可以实现解 锁，这与iPhone6在锁屏状态下采用的解锁实现方案是一样的，此外在屏幕点亮的情况下，两者均可实现轻触HOME键解锁。

华为Mate 7指纹识别原理

华为Mate 7 采用瑞典FPC公司的FPC1020指纹识别方案 ,该方案是将感测器置于手机后盖中，虽说是按压式指纹识别技术，但是它应该属于接触式。只需要对将手机轻轻放在解锁区域，就能够进行解锁。

华为Mate7指纹感测器上覆盖一层银色的镀膜，指纹识别区域和后壳之间还有一圈环形金属状，类似于包裹住iphone5s指纹感应区的不锈钢探测环 （Stainless steel detection ring），这个金属环除了充当指纹触发器感觉还可以有很多功能。此外成熟的FPC1020的识别的面积是现阶段其他手机的面积中最大的。

oppo N3所使用的方案

oppo N3使用的是FPC1020的升级版-FPC1021。两者差异性并不大，所以笔者就不进行赘述了，不过FPC1021相较于FPC1020小30%，但是相对于iPhone的Touch ID依然还是有点大，放在Android手机正面，不太合适，因此，OPPO N3 将它放在了背面。

三星Note 4指纹识别方案原理

三星Note 4指纹识别感测器跟苹果一样，同样选择集成在Home键之下，不过三星Note 4采用的是Synaptics& Validity的方案，属于摩擦类型，在解锁菜单设置过程也和iphone5s类似。

三星Galaxy S5 滑动式指纹识别必须从上向下滑动，当手指划过感测器的时候，会对手指进行逐行扫描，这样就要要求你必须固定姿势，固定方向并且手指覆盖整个Sensor才可被识别。这样要求你固定姿势的划擦，相对而言，用户体验就会变得差很多了。

vivo X20 Plus UD

vivo X20 Plus UD是第一部屏下指纹手机。vivo X20 Plus UD使用的指纹方案是Synaptics的Clear ID FS9500，该方案仅适用与OLED屏幕，激活时会在指定的屏幕区域发光来提示用户。另外该模组并不会大幅增加OLED屏幕的厚度，其感测器厚度很低，与屏幕结合起来的厚度也仅在1.5mm左右。

vivo X21

vivo X21屏下指纹芯片由汇顶科技和新思两家供应，而汇顶的屏下指纹在vivo全新屏幕指纹手机X21的成功应用，也标志着业界翘首以盼的汇顶科技屏下光学指纹方案（IN－DISPLAYFINGERPRINTSENSORTM）规模商用。Synaptics也是X21屏幕指纹的主要供应商，vivo X21有采用Clear ID FS9500光学指纹系列2.0升级版方案。

vivo NEX

vivo NEX 屏下光学指纹识别方案是由汇顶科技屏下光学指纹技术（IN－DISPLAY FINGERPRINT SENSOR）独家提供，且独家提供电容指纹方案。

华为Mate RS

华为Mate RS保时捷搭载的是汇顶最新研发的屏内光学指纹识别技术，也是全球首个能够同时支持OLED软、硬屏的屏内光学指纹方案。小米8探索版则采用汇顶科技的屏下光学指纹识别方案（IN-DISPLAY FINGERPRINT SENSOR ）以及3D结构光方案，其供应商是高通和Himax。

Galaxy S10

除此之外，Galaxy S10也将搭载屏下指纹识别技术。其屏下指纹技术将与高通进行合作，高通将向三星方面提供超声波屏下指纹感测器。业内人士称，三星之所以选择超声波方案而不是光学方案，是因为超声波感测器识别能够得到指纹沟壑甚至毛孔的信息，并实现带有深度数据的3D的指纹扫描，从而保证生物验证的安全性。

iPhone

前段时间，苹果也在向美国专利商标局提交智能手机所用的屏下指纹专利。专利显示，苹果采用了更安全的超声波方案，而不是现在普遍采用的光电式屏下指纹。同时苹果的方案还能够同时在屏幕的多个区域识别多个指纹。

OLEDindustry

一个有内容的公众平台！

▼

往期精彩回顾

▼