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屏下指紋模塊FPC識別技術(shù),究竟難在哪?

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人氣:196發(fā)布日期:2024-09-12 08:41【

指紋模塊FPC廠講指紋解鎖并不是一項“黑科技”,早在2013年,蘋果公司就在iPhone 5S上加入了Touch ID指紋識別功能。隨后,Android陣營的手機也逐漸跟進,使指紋識別成為智能手機的標配。但隨著工業(yè)設(shè)計的進一步發(fā)展,傳統(tǒng)指紋解鎖技術(shù)已不能滿足更苛刻的工藝水平要求。

屏下指紋識別技術(shù),這幾個月內(nèi)被炒得火熱的名詞,并沒有出現(xiàn)在號稱承前啟后的iPhone X上。在最新的iPhone X上,蘋果采用了Face ID代替原來的Touch ID作為身份驗證。但坊間傳聞蘋果想要屏下指紋從未停止過。事實上,蘋果的屏下指紋識別并沒有停止研發(fā),只是時間周期不太夠。

 

連蘋果公司都沒用到的屏下指紋識別,究竟難在哪?

 

據(jù)FPC廠所知,指紋識別技術(shù)是眾多生物特征識別技術(shù)中的一種??捎玫纳锾卣髯R別技術(shù)有指紋、人臉、聲紋、虹膜等。指紋是其中應(yīng)用最為廣泛的一種。應(yīng)用于智能手機的指紋采集技術(shù)目前主要有三種:電容式、光學(xué)式和超聲波式。其中,電容式在智能手機應(yīng)用領(lǐng)域目前仍然有最高的市場占有率。

 

由于我們的指紋是由凹凸不平的皮膚紋路構(gòu)成,每個手指的紋路都完全不同,因此通過傳感器可以獲得不同的指紋圖像。由于皮膚表面凹凸導(dǎo)致指紋不同位置到傳感器之前的距離不同,測量到的電容也不同,最終將指紋圖像翻譯成芯片能理解的電信號,這樣就可以實現(xiàn)準確的指紋測定。但電容指紋傳感器也有缺點,它無法隔著手機屏識別按在屏幕上的指紋,這主要是因為屏幕模組本身的厚度導(dǎo)致傳感器收集不到足夠多有用的信號。這就使得前置電容式指紋識別方案在全面屏手機上沒有了用武之地。

 

全面屏,從字面上解釋就是手機的正面全部都是屏幕,采用無邊框設(shè)計,追求接近100%的屏占比。但由于受限于目前的技術(shù),業(yè)界宣稱的全面屏手機暫時只是超高屏占比的手機,沒有能做到手機正面屏占比100%的手機?,F(xiàn)在業(yè)內(nèi)所說的全面屏手機是指真實屏占比可以達到80%以上,擁有超窄邊框設(shè)計的手機。如果想將全面屏變得更加“全面”甚至趨近于真正的“全面屏”的話,屏下指紋識別就必須攻克。

屏下指紋識別技術(shù),也叫隱形指紋技術(shù),是在屏幕玻璃下方完成指紋識別解鎖過程的新技術(shù),主要利用超聲波、光學(xué)等穿透技術(shù),穿透各種不同的材質(zhì),從而達到識別指紋的目的。

 

所謂屏下指紋,指的就是隔著屏幕完成采集的識別技術(shù),無需手指與指紋模塊直接接觸。屏下指紋識別能保證屏幕的完整性,手指直接貼在屏幕上就能識別并解鎖。同時,屏下指紋識別還可以較大程度降低手指污垢、油脂以及汗水對解鎖的影響。

 

目前已知的屏下指紋識別方案主要有兩種:一種是利用OLED實現(xiàn),也就是光學(xué)式指紋識別;另一種是超聲波式指紋識別。

 

光學(xué)式指紋識別是在屏幕下方設(shè)置光學(xué)傳感器,通過發(fā)出近紅外光來識別用戶的指紋紋路。而超聲波式指紋識別就是在屏幕下方設(shè)置超聲波傳感器,通過超聲波完成指紋識別工作。

 

屏下指紋識別技術(shù)方案

 

屏下指紋識別是把指紋識別芯片放置在顯示模組下方,可以同時實現(xiàn)全面屏和指紋識別的功能;屏內(nèi)指紋識別是對屏下指紋識別的進一步發(fā)展,是把指紋識別芯片集成到OLED像素矩陣中,難度很大。

 

由于電容式穿透能力差,在這種模式下基本已無法工作,所以光學(xué)和超聲波是屏下指紋與屏內(nèi)指紋識別的最佳選擇方案。

 

光學(xué)指紋識別以我國匯頂科技和韓國CrucialTec的方案為代表,超聲波指紋識別則以美國高通公司為代表。

 

光學(xué)方案是依靠光線反射探測指紋紋路,所以光學(xué)屏下/屏內(nèi)指紋識別更適合與OLED屏配合,因為OLED面板具有自發(fā)光的特性,使得各像素之間可以留有一定間隔,保證光線透過。光學(xué)式指紋識別目前在產(chǎn)業(yè)鏈成熟度和精度上都有更好表現(xiàn),有望成為全面屏的標配指紋識別技術(shù)。

 

在三星S7edge為原型機上,展示了光學(xué)屏內(nèi)指紋方案,將指紋識別集成到OLED顯示屏中,用戶觸摸屏幕指定位置可實現(xiàn)指紋識別。

三星的合作伙伴CrucialTec剛剛獲得了與DFS(顯示屏指紋解決方案)相關(guān)的美國專利,并宣布明年正式商用。和匯頂方案不同,DFS支持在屏幕任意位置指紋解鎖,甚至能夠兼容像三星全視曲面屏這類柔性O(shè)LED面板,而且DFS不僅限于光學(xué)方案,還支持傳統(tǒng)的電容方案。

 

由于厚度問題,指紋傳感器位于顯示器下方的識別率往往較低,且只能應(yīng)用于屏幕的一部分。而DFS可以在屏幕任意區(qū)域解鎖,在識別率和厚度方面都更有優(yōu)勢。

 

超聲波式指紋識別是由高通首次推出,之后在小米5S上得到應(yīng)用,通過超聲波來感應(yīng)指紋,高通提供芯片、歐菲光提供整體解決方案。

 

高通發(fā)布的第三代超聲波指紋識別方案。該技術(shù)可穿透金屬、OLED軟屏、玻璃、塑料等物體,最高能穿透OLED屏幕1200微米,因而能夠?qū)崿F(xiàn)隔著屏幕就能識別。

雖然識別準確率還有待提升,但其無需開孔、無需直接接觸、不受濕手指和微臟污影響的優(yōu)勢能顯著增強用戶體驗,在產(chǎn)業(yè)鏈進一步成熟、準確率進一步提升之后,有望成為全面屏指紋識別非常可行的方案之一。

 

另外,三星提交了一份關(guān)于正面屏下指紋識別技術(shù)的專利文檔這次提交的屏下指紋識別不僅僅是普通的光學(xué)指紋識別,而是一個帶有壓感型傳感器的指紋識別系統(tǒng)。    這就意味著應(yīng)用這項技術(shù)的三星手機可以在熄屏狀態(tài)下通過按壓指定位置就可以激活屏幕并實現(xiàn)指紋識別,而不需要像之前曝光的類似技術(shù)那樣需要先點亮屏幕再進行指紋識別。

 

屏下指紋識別技術(shù)工作原理

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(xiàn),另一個則是利用超聲波實現(xiàn)。

光學(xué)指紋識別的工作原理

 

 

先來說說OLED。蘋果采用來自三星的OLED屏幕,為什么蘋果要選擇OLED作為旗下最高端產(chǎn)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。但為何OLED能實現(xiàn)屏下指紋,而TFT-LCD不行?

 

關(guān)于手機指紋識別,坊間有很多資料,我們不再多說,而屏下指紋識別正是利用了光學(xué)原理。光學(xué)指紋識別需要光的發(fā)射和感應(yīng)裝置,由于LCD和OLED均可以當做光源,那是不是在屏幕下面墊一個CMOS傳感器就行了呢?

 

然而沒那么簡單,TFT-LCD做屏下指紋識別很難。這是由于LCD是被動發(fā)光,通過底部的LED背光源透過TFT發(fā)光。這層TFT本身并不是那么透光,如果不做改動,直接把手指放上去,屏幕底下的傳感器很難識別到指紋。因此如果用TFT-LCD做屏下光學(xué)指紋識別,必須給TFT層做技術(shù)改進,如加一些縫隙或是打開一個區(qū)域,讓LED背光照上來。但即使這樣,LED背光光源也會很大的干擾指紋反射的光線。所以TFT-LCD屏下光學(xué)指紋識別很難實現(xiàn)。

 

而OLED則是主動發(fā)光,理論上說可以精確控制到每一個子像素點,所以O(shè)LED材質(zhì)的屏幕是更理想的發(fā)射光光源,此外,OLED顯示模組更薄,也可以減輕由于放置屏下指紋傳感器帶來的整體機身變厚的問題。

 

目前產(chǎn)業(yè)鏈有三種利用OLED屏幕的開發(fā)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,直接貼裝于AMOLED屏幕上方,將光學(xué)指紋識別做成一層識別層。

 

在光學(xué)屏下指紋識別方面,很多公司已經(jīng)開始做出了嘗試,并有了初步結(jié)果。匯頂科技就展示過利用AMOLED屏幕實現(xiàn)屏下指紋識別的案例,演示機型為三星Galaxy S7 Edge和vivo Xplay6。而匯頂科技就是在屏幕下方布置了一個CMOS傳感器,根據(jù)匯頂科技在美帝注冊的專利:玄機就在這三張圖里了。

FIG.21A和FIG.21B從俯視和側(cè)視兩個角度說明了指紋識別傳感器放置的地方。

 

FIG.24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(qū)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(xué)傳感器搜集、處理。

 

怎么保證光線搜集到的就是來自指紋的反光呢?這就需要對光線準直處理。如圖FIG.27,匯頂定制了專門的微透鏡陣列(MicroLens Array)、光學(xué)空間濾光器陣列(Spatial Filter Array),微透鏡陣列需要經(jīng)過MEMS(微機電系統(tǒng))技術(shù)處理或化學(xué)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。

 

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(yè)FPC也剛剛發(fā)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(yīng),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,采用的正是高通的方案以及歐菲的模組。

 

 

 

目前大規(guī)模應(yīng)用的超聲波指紋識別手機并不太多,主要是樂視的LeMax2和小米5s。LeMax2將指紋放在了后面,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(qū)域的玻璃削薄了一些。根據(jù)高通官網(wǎng)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。

 

但為什么vivo還沒開始在量產(chǎn)的X20等手機上使用?這是因為還需要時間優(yōu)化算法。新技術(shù)從發(fā)布到正式應(yīng)用還需要一個調(diào)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(shù),因此需要時間對算法優(yōu)化以提高安全性、識別速度、識別率等。

 

然而FPC剛發(fā)布的方案更喪心病狂,F(xiàn)PC稱,不管手是干的還是濕的,不管你屏幕是AMOLED還是LCD的,甚至不管你表面材質(zhì)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。

 

FPC新技術(shù)的優(yōu)勢包括:

 

1、支持智能手機(任何其他設(shè)備)干凈正面外觀設(shè)計,可用于顯示,并且還包含指紋識別功能,以最優(yōu)化屏幕與手機的比例;

 

2、全屏幕可用于指紋識別。無需在視覺上或物理上突出智能手機的特定區(qū)域做為指紋識別;

 

3、該技術(shù)能夠在不同的表面材質(zhì)捕獲指紋,如在厚玻璃和金屬運行。當手指濕潤或手指淹沒在水下時,它也能夠運作,這種技術(shù)在所有不同的玻璃厚度下工作得很好,即使是市場上最厚的玻璃;

 

4、這獨特的技術(shù)在LCD面板以及OLED面板同樣能夠出色運作。

 

以上就是軟板廠為您分享的屏下指紋模塊FPC識別技術(shù),希望對您有所幫助??!

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