屏下指纹传感器_屏下指纹识别技术原理分析

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屏下指纹识别原理是什么？屏下指纹识别技术原理介绍。指纹识别技术如今已经十分成熟，有着各种处理手段，还有光学识别和半导体识别等技术差别。而在手机端，备受关注的是屏下指纹识别，这种识别方式更加先进，技术要求更加严格，这里简单介绍其工作原理流程。



　　屏下指纹识别原理流程分析

　　相比起占用屏幕上的部分显示区域放置摄像头等元器件来做人脸识别，屏下指纹的好处是能够保证整块屏幕的完整性，手指直接贴在屏幕上就能识别并解锁。对已经形成肌肉记忆的用户来说，学习成本也并不高。

　　SynapTIcs（新思国际）正式发布“全球首款量产”的屏下指纹识别传感器——Clear ID FS9500。


　　据介绍，这枚传感器采用光学生产材料和工艺制作，可直接封装在 AMOLED 柔性显示屏下方或集成到 OLED 屏幕中，厚度仅为 1.5mm。同样地，它也具备屏下指纹识别方案的优点——无惧污迹和泥垢等。

　　当 FS9500 传感器被激活时，传感器会通过上层的 OLED 面板背光来照亮指纹识别的区域，然后将反射的光纤传输到底层的传感器中，并完成整个识别过程。


　　Clear ID FS9500 传感器结构原理图

　　从2017年智能手机市场新机发布来看，各大品牌几乎都推出了全面屏产品，根据CINNOResearch的预期，2018年全面屏在智能机市场的渗透率有望达到50%。

　　全面屏已经成为未来智能手机的发展趋势，随之而来的便是指纹识别的难题。由目前的技术水平来说，指纹识别需要接触到手指，而为了迎合市场对于全面屏的喜爱，手机厂商一般都将智能手机的指纹识别系统后置，将其设计在手机背面，或者像iPhoneX一样直接舍弃，采用FaceID。

　　但就用户习惯来说，屏下指纹的体验明显要优于面部识别。各大厂商都有意在此领域率先攻克技术难题，抢占市场先机。

    屏下指纹识别技术原理分析

　　目前已知的屏下指纹识别方案主要分为两个方向：一是利用OLED实现，另一个则是利用超声波实现。先来说说OLED。苹果本次采用来自三星的OLED屏幕，尽管OLED屏幕做异形切割有天生优势，但TFT-LCD做异形切割也不难，比如夏普S1、EssenTIal Phone，这两款都是采用LCD做异形切割，并且都是由国内一家上市公司——长信科技旗下子公司德普特承接的。既然OLED不是异形屏幕的唯一选择，那为什么苹果要选择OLED作为旗下最高端产品的屏幕呢？显示效果是一方面，坊间传闻的屏下指纹，也很可能是选择OLED的原因。

       OLED实现屏下指纹识别技术

　　OLED是主动发光，理论上说可以精确控制到每一个子像素点，所以OLED材质的屏幕是更理想的发射光光源，此外，OLED显示模组更薄，也可以减轻由于放置屏下指纹传感器带来的整体机身变厚的问题。目前产业链有三种利用OLED屏幕的开发方向：1，直接在屏幕下方布置一个CMOS传感器，利用OLED的子像素之间缝隙让光线穿透过去，进而识别指纹；2，缩小传感器，插入OLED的像素点之间；3，将CMOS传感器做成透明的，直接贴装于AMOLED屏幕上方，将光学指纹识别做成一层识别层。

　　在光学屏下指纹识别方面，很多公司已经开始做出了尝试，并有了初步结果。汇顶科技就展示过利用AMOLED屏幕实现屏下指纹识别的案例，演示机型为三星Galaxy S7 Edge和vivo Xplay6。汇顶科技就是在屏幕下方布置了一个CMOS传感器，其原理如下图。




　　从俯视和侧视两个角度说明了指纹识别传感器放置的地方。



　　从微观角度则说明了光线是如何穿透OLED屏幕的，最上面的就是手指；偏上这层灰色区域就是手机的屏幕部分。透过屏幕的小孔，汇顶称之为“准直孔（Collimator Hole）”，手指反射回的光线光学传感器搜集、处理。汇顶定制了专门的微透镜阵列（MicroLens Array）、光学空间滤光器阵列（SpaTIal Filter Array），微透镜阵列需要经过MEMS（微机电系统）技术处理或化学处理。这两个阵列能够保证进入传感器的光线基本都是来自指纹的反光，而非屏幕或是阳光。

       超声波实现屏下指纹识别技术

　  另一个屏下指纹识别方向则是利用超声波指纹识别。高通方案称其为Sense ID，指纹识别的龙头企业FPC也刚刚发布了他们的方案。超声波既不需要感光元件也不需要电容感应，因此更适合做屏下指纹识别。Vivo演示机使用的全屏幕指纹识别，采用的正是高通的方案以及欧菲的模组。

　　目前大规模应用的超声波指纹识别手机并不太多，主要是乙烷的乐视的LeMax2和小米5s。LeMax2将指纹放在了后面，而小米5s则是在正面，当时超声波还穿透不了太厚的玻璃，最厚大约是0.4mm左右，而手机盖板玻璃厚度大约为0.6mm~0.9mm，因此0.4mm的有效厚度不足以穿透玻璃+显示屏（0.6mm+0.3mm）的厚度。小米只好和蓝思科技商量，给前面板玻璃多挖一块走，这样才能保证超声波能穿透，因此把指纹识别区域的玻璃削薄了一些。根据高通官网公开的资料显示，新一代的Sense ID可以穿透1.2mm的OLED屏幕或0.65mm的铝或0.8mm的玻璃。这样的穿透能力，用在目前的玻璃或OLED屏幕上也够了。

　　但为什么vivo还没开始在量产的X20等手机上使用？这是因为还需要时间优化算法。新技术从发布到正式应用还需要一个调试的过程，指纹识别是一项对安全性要求相对较高的生物识别技术，因此需要时间对算法优化以提高安全性、识别速度、识别率等。

　　然而FPC刚发布的方案更加疯狂，FPC称，不管手是干的还是湿的，不管你屏幕是AMOLED还是LCD的，甚至不管你表面材质是不是玻璃，我们都能识别。能穿透多厚呢？20mm！20mm！20mm！重要的事情说三遍。作为对比，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。

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对超声波的方案感兴趣