屏下指紋識(shí)別的概念、技術(shù)與發(fā)展

李鵬飛　淡美俊

摘 要：隨著人們對(duì)手機(jī)屏占比的追求，屏下指紋識(shí)別技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。文章介紹了屏下指紋識(shí)別技術(shù)的概念、光學(xué)屏下指紋技術(shù)和超聲波屏下指紋技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)原理，并指出了兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：屏下指紋，光學(xué)，超聲波，OLED

中圖分類號(hào)：N04；TN27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1673-8578.2018.04.016

Abstract： With a great demand for a higher screentobody ratio， the technology of under screen fingerprint has been developed. This paper introduces the concept of under screen fingerprint， explains implementation principle of optical screen fingerprint technology and ultrasonic screen fingerprint technology， and points out advantages and disadvantages of the two technologies.

Keywords： under screen fingerprint， optical， ultrasonic， OLED

引 言

指紋識(shí)別技術(shù)是移動(dòng)終端目前所搭載的最主流的生物識(shí)別方式，其應(yīng)用普及程度遠(yuǎn)超過(guò)其他識(shí)別手段，比如虹膜識(shí)別、靜脈識(shí)別、人臉識(shí)別等。由于全面屏概念的流行，傳統(tǒng)指紋解鎖無(wú)論采用正面刮擦或按壓方式解鎖，還是采用背面解鎖，都會(huì)影響手機(jī)等智能設(shè)備的外觀。指紋識(shí)別需要指紋采集窗，勢(shì)必會(huì)影響屏占比，因此屏下指紋識(shí)別應(yīng)運(yùn)而生。

一 屏下指紋識(shí)別的概念

屏下指紋識(shí)別技術(shù)，也稱為“隱形指紋技術(shù)”，是通過(guò)將指紋識(shí)別傳感器放置于屏幕玻璃下方，從而完成指紋識(shí)別解鎖過(guò)程的新技術(shù)。相比傳統(tǒng)的指紋識(shí)別，屏下指紋無(wú)須在手機(jī)正面設(shè)置額外的指紋識(shí)別窗，因而可以極大地提高手機(jī)的屏占比，帶來(lái)震撼的視覺(jué)效果和極佳的使用體驗(yàn)。由于反射光和超聲波可以穿透一定厚度的玻璃，所以目前的屏下指紋識(shí)別技術(shù)主要采用這兩種方式：將光學(xué)感應(yīng)器或超聲波傳感器置于屏幕下方，利用其可穿透性，從而達(dá)到識(shí)別指紋的目的。

二 屏下指紋識(shí)別的主流技術(shù)

屏下指紋識(shí)別技術(shù)按照其工作原理可以分為光學(xué)屏下指紋和超聲波屏下指紋兩種方式。

1.光學(xué)屏下指紋技術(shù)

光學(xué)屏下指紋技術(shù)目前主要分為專門針對(duì)有機(jī)發(fā)光二極管（organic light emitting diode，OLED）顯示面板的屏下指紋模組和針對(duì)傳統(tǒng)液晶面板（LCD）的屏下指紋模組。在OLED顯示面板中，由于每個(gè)像素是否發(fā)光可以單獨(dú)控制，理論上講，可以將指紋模組置于任一像素下方，在指紋識(shí)別模式激活時(shí)，相應(yīng)的像素發(fā)光，照亮位于面板玻璃上方的指紋，被指紋反射后的光線經(jīng)過(guò)透鏡準(zhǔn)直，被位于發(fā)光像素下方的光學(xué)識(shí)別模組接收，轉(zhuǎn)化成微弱的電流信號(hào)被識(shí)別，由于指紋存在脊和谷，其對(duì)應(yīng)的光電流有所不同，通過(guò)識(shí)別該光電流就可以實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別。OLED顯示面板屏下指紋識(shí)別的好處在于可以將指紋置于任一像素下方，僅依靠某幾個(gè)像素提供照明光，功耗較低。但是，由于屏下指紋識(shí)別模組和OLED顯示面板成本都比較高，所以，整體成本偏高。目前，中國(guó)手機(jī)廠商維沃（VIVO）已經(jīng)推出了基于屏下指紋識(shí)別技術(shù)的手機(jī)，其采用了OLED面板，這是全球首款采用屏下指紋識(shí)別技術(shù)的手機(jī)。同時(shí)，維沃于2017年9月28日提交了國(guó)家發(fā)明專利申請(qǐng)（公開號(hào)為CN107644215A）。

基于光學(xué)原理的屏下指紋識(shí)別方式也可以應(yīng)用于傳統(tǒng)的液晶面板，一般的做法是在液晶面板的每一像素處均設(shè)置光學(xué)感應(yīng)器。其優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的全屏指紋識(shí)別，但是，由于液晶面板不能對(duì)單個(gè)像素的發(fā)光進(jìn)行控制，所以，在指紋識(shí)別模式激活時(shí)，必須點(diǎn)亮整個(gè)背光模組，由此帶來(lái)了較高的功耗。此外，由于在每一像素處均設(shè)置有光學(xué)感應(yīng)器，所以，整體布線極其復(fù)雜，對(duì)生產(chǎn)工藝要求較高，較難實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

2.超聲波屏下指紋技術(shù)

基于超聲波原理的屏下指紋識(shí)別技術(shù)也是目前應(yīng)用較多的一種屏下指紋識(shí)別方式。超聲指紋識(shí)別是利用了超聲波具有穿透材料的能力，所使用的超聲波頻率為1×10.4～1×10.9Hz，能量被控制在對(duì)人體無(wú)損的程度。在進(jìn)行指紋識(shí)別時(shí)，超聲波傳感器發(fā)射超聲波，入射到手指上，由于指紋存在脊和谷，導(dǎo)致超聲波傳播路徑長(zhǎng)度不同，所以，被指紋的脊和谷所反射的回波到達(dá)超聲波接收器的時(shí)間就有所差異，分析處理這些差異就可以描繪出指紋圖譜。由于超聲波傳感器的尺寸很小，所以，在屏下指紋識(shí)別領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前的超聲波屏下指紋技術(shù)主要包括兩種實(shí)現(xiàn)方式，第一種是將超聲波傳感器置于屏幕的非顯示區(qū)域，例如手機(jī)的四個(gè)邊框內(nèi)部，通過(guò)多個(gè)傳感器的協(xié)同工作識(shí)別指紋，這種技術(shù)記載于2018年3月23日公開的專利CN107832599A中；另一種方式是將超聲波傳感器陣列直接置于手機(jī)屏幕下方，實(shí)現(xiàn)真正意義上的屏下指紋識(shí)別，該技術(shù)已經(jīng)被蘋果公司申請(qǐng)專利，記載于美國(guó)專利US9747488B2中。

基于超聲波原理的屏下指紋識(shí)別具有如下優(yōu)點(diǎn)：相比光學(xué)指紋模組而言，其體積較小，且可以實(shí)現(xiàn)全屏指紋識(shí)別，即不管手指放置于屏幕上的任何位置，理論上都可以識(shí)別。但是，超聲波對(duì)于玻璃的穿透性并不好，對(duì)玻璃蓋板的厚度有較高要求，并且，屏幕面板內(nèi)部存在復(fù)雜的布線，這些都會(huì)使超聲回波信號(hào)衰減，影響超聲波指紋識(shí)別的速度和精度。

三 結(jié) 語(yǔ)

隨著全面屏?xí)r代的開啟，傳統(tǒng)指紋識(shí)別方案中需要獨(dú)立實(shí)體觸摸區(qū)的設(shè)計(jì)將逐漸被替代，屏下指紋具有廣闊的應(yīng)用前景。在同質(zhì)化嚴(yán)重、競(jìng)爭(zhēng)慘烈的手機(jī)行業(yè)，率先推出成熟的屏下指紋識(shí)別方案，將是對(duì)行業(yè)的引領(lǐng)和自身實(shí)力的佐證[1]。光學(xué)屏下指紋和超聲波屏下指紋是目前屏下指紋識(shí)別的兩種主要方式，各有優(yōu)點(diǎn)和不足。其中，OLED 顯示面板相比傳統(tǒng)的液晶面板在屏下指紋領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗恍枰彻饽＝M，且可控制像素單獨(dú)發(fā)光。目前已經(jīng)商用的屏下指紋識(shí)別技術(shù)均采用了OLED面板，并基于光學(xué)指紋識(shí)別技術(shù)，例如，維沃推出的智能手機(jī)X21UD、NEX等。另外，基于超聲波技術(shù)的屏下指紋識(shí)別已經(jīng)取得了技術(shù)突破，即將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，超聲波屏下指紋識(shí)別將大放異彩，因?yàn)槠淇梢詫?shí)現(xiàn)真正意義上的全屏指紋識(shí)別。

參考文獻(xiàn)

[1] 藏瑾. 全面屏手機(jī)將至 廠商備戰(zhàn)“屏下指紋”[N]. 21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道.2017-06-23（16）.