三类屏下指纹主流技术分类解析

自从智能手机面市以来，其屏幕就一直朝着大尺寸的方向演进，但过大的屏幕却造成无法单手使用的困境，而全面屏的出现可以在不改变手机原有尺寸的情况下通过提高屏占比，在屏幕视野变大的同时不影响握持手感。在苹果iPhone X和三星Galaxy S8的影响下，兼具屏幕视觉效果最大化和手机握持手感最优化的全面屏手机将逐渐成为主流。

全面屏的出现提升了用户的使用体验，渗透率得到快速提升。根据群智咨询的预测，2018年全面屏手机将全面爆发，出货量将达到9.1亿部，在智能手机中的渗透率将达到61%，全面屏的大行其道将推动屏下指纹逐步走上标配之路。

2018年将是屏下指纹识别技术快速普及元年。

智能手机全面屏的趋势意味着传统的指纹识别技术必将逐渐被淘汰，可选择的替代方案主要有屏下指纹识别、3D Sensing和虹膜识别。3D Sensing由于采用光学方案，应用领域和特点与传统指纹有所区别，而虹膜识别由于识别时的视角限制严格，导致目前已经使用虹膜识别技术的手机对于消费者来说的体验感并不好，大规模普及受到限制。屏下指纹识别技术则乘着全面屏的东风迅速发展。

指纹识别中电容式识别技术是目前手机厂商最普遍使用的。但是，东北证券分析师指出，在手机全面屏的趋势下，提高屏占比的同时指纹识别就不得不向屏下指纹识别的方向发展，而电容式指纹识别技术的穿透率大概在300μm左右，基本的玻璃盖板都很难穿透，所以，电容式指纹识别方案必将探索新的应用技术及形式，否则在将来一定会受到其他识别方案的冲击。光学式与超声波式指纹识别受益于较强的穿透能力，结合智能手机全面屏的大趋势，现在及未来将会被更多地应用于屏下指纹识别方案中，推动指纹识别技术的革新。

三类屏下指纹主流技术分类解析

1.光学式屏下指纹识别技术

光学式屏下指纹识别技术是依靠光线反射探测指纹纹路。其原理为：OLED面板具有自发光的特性使得各像素之间可以留有一定间隔，保证光线透过。当用户手指按压屏幕时，OLED屏幕的RGB像素发出光线，穿透盖板到屏幕表面，将指纹纹理照亮，照亮指纹后反射的光线透过屏幕显示像素的间隙传递到紧贴于屏下的传感器上。因为手指的不同纹路导致反射的光线不同，指纹传感器会根据反射光线形成指纹图像，进而与数据库进行对比分析，最终识别指纹。

光学式屏下指纹识别技术具有以下优点:环境光(太阳光等)抗干扰性能更强；极端环境(温度、湿度等)下的稳定性更好。

同时，光学式屏下指纹识别还存在以下问题:

干手指识别率低：由于光学式屏下指纹识别技术仍然是基于光学原理，所以，其同样存在传统的光学式指纹识别技术对于干手指识别率低(拒真率高)的问题。另外，手机屏幕贴保护膜、外界的干扰也会影响光学式屏下指纹的识别率；

指纹识别区域屏幕易老化：OLED屏幕在一个像素长时间显示同一个色彩时， 像素颗粒会老化，导致将来在显示其他内容时，会出现当初长时间显示图像的残影，并且这一过程是不可逆的。而指纹解锁作为每天用户最为常用的功能，手机的指纹识别区域像素点的使用也更为频繁，在长期使用后，可能会比其他区域更容易老化；

功耗较大：相较于传统的光学式指纹识别，光学式屏下指纹识别技术的功耗要高很多，比如指纹识别的过程需要瞬间提高识别区域的亮度。

2.超声波式屏下指纹识别技术

超声波式屏下指纹识别技术是基于超声波原理，利用指纹表面脊线(皮 肤)和谷(空气)之间的密度不同将指纹的形态构建出一个3D的图像，进而与已经存在于终端上的信息对比，达到指纹识别的目的。具体来说，其原理为：传感器先向手指表面发射超声波，并接收回波。手指的不同纹路会产生不同的回波信号，根据回波信号的不同即可产生指纹图像信号。

超声波式屏下指纹识别技术的优点是：

穿透性强：由于具有较强的穿透性，超声波式屏下指纹 识别技术相较于其他指纹识别技术在防水、防污等方面表现更加优异，有助于解决目前手机只能防水而不能在水下使用的难题，同时还支持用户在极端湿手指的情况下检测；

安全性强：由于可以得到3D指纹识别图像，超声波式屏下指纹识别的安全性大幅领先；

支持活体检测：由于超声波信号具有很好的穿透性，所以指纹识别时可以到达汗孔和皱褶起始的地方，靠心血管、心跳检测判断是否为活体。

同时，超声波式屏下指纹识别技术存在成像质量低、技术不够成熟、产量较低等问题。

3.电容式屏下指纹识别技术

电容式屏下指纹识别技术是将传统的硅基指纹识别传感器换为透明的玻璃基传感器，并将其直接嵌入到LCD面板中，减少需要穿透的面板厚度，避开了电容的穿透能力差的难题。当手指接触屏幕时，指纹识别传感器能够检测到这一信号，从而完成指纹识别过程。

相较于光学式屏下指纹识别，电容式屏下指纹识别技术具有以下优势：

功耗低：电容式屏下指纹识别过程中无需屏幕发光，因此功耗相对较低；

成本低：由于目前要实现光学式和超声波式屏下指纹识别就必须采用OLED屏幕，而电容式屏下指纹识别技术可以适用于成本较低的LCD屏幕。

同时，电容式屏下指纹识别技术也存在一些问题：现在的智能手机都采用的是电容式触控技术，手机的显示屏上都有一层用于识别触控的触摸屏(Touch Panel)， 而电容式屏下指纹识别传感器也是基于电容式技术，那么触控的信号和指纹识别的信号则可能会产生相互干扰，这需要进一步地解决。

如果电容式屏下指纹识别技术能够顺利量产，并成功用于智能手机的话，将有望推动屏下指纹在中低端智能手机上的普及，加速全面屏手机的普及进程。

总体而言，光学式、超声波式、电容式屏下指纹识别技术各具优势。从工艺方面来看，光学式屏下指纹识别技术可以适用于柔性和刚性OLED屏幕，目前，刚性OLED屏幕的价格在20美元左右，而柔性OLED屏幕的价格则要达到80-90美元，两者差距仍较明显。从功耗方面来看，光学式屏下指纹方案在解锁时需要屏幕开启最高亮度以照亮指纹，功耗较高。由于以光学原理为基础，光学式屏下指纹识别技术同样存在抗污渍和污染能力较差、受阳光干扰的问题。不过从目前各大厂商的技术进度来看，光学式屏下指纹识别的进展更快，在产业链成熟度和精度上都有更好的表现，且供应商更多，有望成为全面屏的标配指纹识别技术。

由于受到穿透距离的限制，超声波要实现屏下指纹识别，目前就只能用于柔性OLED屏上，因而将会带来较高的成本。由于超声波式屏下指纹识别是通过超声波扫描指纹，因此在识别指纹时不用屏幕开启最高亮度，功耗较低。受益于超声波的强穿透力，超声波式指纹识别技术不受手指上污渍和污染的影响。虽然超声波式屏下指纹识别的准确率还有待提升，但其无需开孔、无需直接接触、不受湿手指和微脏污影响的优势与更高的安全性能显著增强用户体验。在产业链进一步成熟、准确率进一步提升之后，超声波式屏下指纹识别有望成为全面屏指纹识别非常可行的方案之一。

分析师指出，传统的电容式指纹识别是目前最成熟的指纹识别技术，在采集、算法上均有一定的技术积累，而电容式屏下指纹识别传感器在响应速度和识别率方面则更进一步。由于电容式指纹识别技术可以搭载LCD屏，相对于只能适用OLED屏幕的光学式和超声波式指纹识别技术则具有很大的成本优势。

智能手机全面屏趋势推动屏下指纹应用快速普及

在消费者越来越追求更高屏占比的趋势下，各大手机厂商开始转向屏下指纹识别的方案。vivo在今年1月24日正式发布了全球首款搭载光学式屏下指纹识别技术的全面屏手机X20 Plus UD，该款手机是vivo与方案设计公司Synaptics合作， 采用Clear ID FS9500光学指纹方案，穿透0.68mm玻璃盖板到达OLED屏幕，最后再到指纹处理器，实现屏下指纹识别。这项屏下指纹识别技术可在防水、湿手状态下操作，据vivo官方称解锁速度在0.6s左右。

vivo于今年3月19日发布的X21屏下指纹版手机采用的是汇顶科技的光学式屏下指纹识别方案，它需要可以自发光的OLED屏来配合，通过屏幕发射的光线对指纹进行照射，再由屏幕下方的传感器来接收返回的光线并进行处理，最终得到指纹图像。据汇顶科技介绍，其屏下光学指纹方案通过优化光路结构设计，有效消除了显示单元显影和强光干扰，从而使得用户在强光下也可以快速解锁，并通过优化指纹识别算法，提升干手指及极端低温环境下的指纹识别率。相比vivo X20 Plus屏幕指纹版，vivo X21屏幕指纹版的指纹识别位置有所上移。

vivo采用汇顶科技提供的光学式屏下指纹识别方案，在vivo X21手机上实现屏下指纹的规模量产，这对于传统指纹芯片行业来说带来了新的增长点，是典型的技术升级推动行业二次成长。另一方面，超声波式屏下指纹也有望在2018年实现商用，电容式屏下指纹则有望于2019年迎来规模量产。总体而言，全面屏的东风将推动屏下指纹进入新一轮的成长期。

全面屏手机全面爆发，屏下指纹市场需求预测

2017年全球指纹芯片的发货量约9.8亿颗，同比增幅超30%，其中FPC和汇顶科技的出货量均超过2亿颗。指纹识别已经成为手机的标配部件。随着全面屏带动屏下指纹的发展，预计未来指纹识别方案在所有识别方案中的占比将进一步扩大，今年将达到历史最高的60%，市场需求将进一步扩大。

IHS Markit报告预测，2019年采用屏下指纹技术的手机将迎来快速增长，预计使用该技术的手机出货量将达到1亿部，是2018年预估出货量900万台的10倍多，弹性巨大。如果三星将屏下指纹技术应用于Galaxy Note 9，则2018年采用此解决方案的智能手机出货量将从目前预测的900万台增至2000万台以上。其中，光学式屏下指纹方案将率先迎来爆发，2019年其指纹识别模组的出货量将预计超过9000万颗；2020年继续保持高速增长，出货量预计将超过1.75亿颗；至2022年预计将超过2.8亿颗，推动屏下指纹技术快速成长。超声波式指纹识别模组的出货量在2019年预计将超过1000万颗，此后不断增长，在2022年预计将达到5000万颗的出货量水平。

群智咨询预测，2018年全面屏手机将全面爆发，出货量将达到9.1亿部，在智能手机中的渗透率将达到61%；预计至2020年，全球全面屏智能手机出货量将达到14.3亿部，渗透率超过85%。智能手机搭载全面屏的趋势有力推动了屏下指纹识别技术的发展和应用，2018年将成为屏下指纹识别技术发展的元年。

目前发展较快的光学式屏下指纹识别技术已经实现商用，超声波式屏下指纹也有望在2018年实现量产，电容式屏下指纹则有望于2019年迎来规模量产。东北证券分析师表示，随着供应链进一步完善，屏下指纹识别应用规模将显著扩大。同时，随着国内OLED面板厂商的生产能力逐渐导入，目前只适用于OLED屏幕的光学式和超声波式屏下指纹识别方案的成本将会逐渐下降，采用屏下指纹识别技术的手机将从中高端智能手机逐渐过渡到千元机，进一步扩大消费群体，行业的盈利能力有望持续得到提升。

供应链逐渐完善，屏下指纹识别将进一步渗透

目前国内外多家厂商均致力于发展屏下指纹技术，包括：

Synaptics 2017年12月表示，已经开发出了成熟的屏下光学指纹方案，其核心为被称为Clear ID FS9500的传感器，这一方案在CES 2018的展会中搭载于vivo X20 Plus UD手机上，首次实现量产。

三星于今年1月取得了屏下指纹识别的专利，该项技术是基于光学原理，适用于OLED屏幕。由于三星是AMOLED屏幕的供应商，因此在成功研发屏下指纹技术后，可以将屏下指纹技术和屏幕打包一起出售，提升在供应链中的话语权。对于其他手机厂商来说，有了三星的这套方案，便可以一次性解决屏幕的需求和屏下指纹的需求，也是一举多得。

苹果在去年12月被曝出，在欧美的一项屏下指纹专利被批准。苹果的这项专利的具体内容为：特别定制的OLED屏幕集成指纹识别模块，实现全屏幕都能检测并识别用户手指指纹的功能。与目前其他公司已经公布的屏下指纹识别不同，苹果设计的屏下指纹识别方案不是在固定位置设置指纹传感器，而是可识别整块显示屏，手指触碰到屏幕即可解锁。苹果的这项专利已经获批，预计后期机型将配备。

高通公司是超声波式指纹识别方案的践行者，早在2015年时就推出了“Sense ID”3D超声波指纹识别技术。去年6月，高通发布新一代超声波指纹识别方案，将支持骁龙800系列以及骁龙600系列处理器的手机。此外，未来也可能会开放高通以外的平台。

FPC 于2017年11月正式发布了屏下纹识别技术，该技术基于超声波原理，能够在不同的表面材质捕捉指纹，还能够在终端设备的显示面板上的任意位置捕捉与识别使用者的指纹，从而消除终端厂商在设计上的物理空间限制，并且支持OLED屏和LCD显示屏。

日本显示面板厂商JDI于今年1月23日宣布其开发出了全球首款基于玻璃的全透明电容式指纹识别感应元件，这款传感器尺寸为8mm×8mm，分辨率为160×160，像素密度可达508dpi，并宣布会在2018 财年(2019年3月之前)以内将这款指纹识别传感器正式投入商用。

作为生物识别及人机交互领域可靠的技术与解决方案提供商，汇顶科技陆续推出拥有自主知识产权的屏下光学指纹识别技术、活体指纹识别方案、指纹识别与触控一体化的IFS技术、活体指纹检测技术等。今年汇顶科技携各大手机厂商陆续推出的vivo X21屏幕指纹版、华为Mate RS保时捷设计、小米8探索版、vivo NEX多款手机均应用其IN-DISPLAY屏下光学指纹识别技术。经过多年的潜心研究，汇顶科技的屏下光学指纹识别技术在抗强光干扰、低温环境、干手指场景下表现出稳定的解锁率和解锁速度，并且在OLED软、硬屏均已实现规模商用，是目前商用机型最多、累计发货量最大的光学式屏下指纹识别方案。

敦泰子公司敦捷光电于今年1月8日在深圳发布并展示支持实现TFT-LCD、OLED、micro-LED等面板的屏下多点指纹读取方案，该方案基于光学原理，同时解决了屏下指纹的SiP封装难点，减小电源功耗和IC与模组厚度，突破了目前的技术瓶颈，使全面屏和前置指纹实现很好的结合，但目前尚未有终端厂商正式采用或推出新品。

综上来看，现阶段光学式屏下指纹识别方案较为成熟，供应商较多。随着屏下指纹识别应用的不断普及，市场将持续保持高速增长。东北证券分析师指出，虽然3D Sensing和屏下指纹识别技术将在2018年展开对未来中高端手机识别技术主导权的争夺，两者将同时并存，但由于目前较为成熟的屏下指纹识别技术均只能适用于OLED屏幕，所以短时间内预计中高端智能手机会更多采用屏下指纹识别技术，低端机型出于成本考虑则会继续采用置于手机背面的电容式指纹识别方案。不过，随着OLED屏幕的普及，屏下指纹识别方案也必将会进一步普及。