全屏指纹识别已经被谈论多年,目前,主流技术分为光学和超声两大阵营。前者以新思(Synaptics)制造商为主,后者则高通(Qualcomm)。这两个阵营的相关供应链包括触摸模块工厂gis-ky(6456)、IC廠神盾(6462)、敦泰(3545)和一家中国制造商。
屏下指纹技术实现方案与原理
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。
目前已知的屏下指纹识别方案主要分为两个方向:一是利用光学实现,另一个则是利用超声波实现。
光学实现屏下指纹识别技术
光学方案技术由来已久,主要基于折反原理,但在 2017 年以前始终没能应用于智能手机,主要的原因是光学传感器的体积过大,且系统无法对皮肤真皮层的识别,因而安全性相对较低。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,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。得益于 OLED 产能障壁的打破、技术成熟度以及可预见的成本下降,光学方案正式成为屏下指纹识别最重要的实现手段之一。
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。
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。
屏下指纹产业链及供应商
光学指纹识别方案的产业链主要分为算法及芯片(核心领域)、CMOS (将光信号转化为电信号)、Lens(主要是微透镜阵列) 、滤光片以及产品封装。总体来看,中信建投认为光学屏下指纹产业链中最值得关注的国内厂商包括上游方案提供商汇顶科技和下游独家封装厂商欧菲科技。
屏下指纹产业链及供应商
光学指纹识别方案的产业链主要分为算法及芯片(核心领域)、CMOS (将光信号转化为电信号)、Lens(主要是微透镜阵列) 、滤光片以及产品封装。总体来看,中信建投认为光学屏下指纹产业链中最值得关注的国内厂商包括上游方案提供商汇顶科技和下游独家封装厂商欧菲科技。
光学屏下指纹产业链及供应商
以下是光学指纹识别方案产业链市场格局(规模、主要厂商):
1、算法芯片:短期内汇顶、新思或将暂时瓜分光学屏下指纹市场,按照 2019 年光学方案与超声方案市场占比 7:3,其中光学方案及芯片占总识别模组比 50%,模组单价 10 美元,有望为方案厂商带来近 4 亿美元收入规模。
2、Lens :主要关注的境外厂商有大立光、玉晶光和关东辰美等,其中大立光是光学镜片行业的传统龙头,关东辰美是苹果产业链的重要供应商,舜宇是近年来手机和车用摄像等设备领域成长最快的一家企业。
3、CMOS :国际上主要的提供商有括索尼、三星、海力士、豪威(被中国企业收购)和安森美等;国内主要关注格科微(在与中芯国际的合作下,公司到 2017 年已经成长为仅次于索尼的全球第二大 CMOS 芯片生产企业)。
4、封装:主要的企业有欧菲科技(安卓系屏下指纹模组封装的独家供应商)、丘钛科技、比亚迪电子、三星、TDK 等。预计 2019 年全球屏下指纹设备的出货量将超过 1 亿部,按照每套模组 10 美元,市场规模将近 10 亿美元,其中假设欧菲科技市占 50%,则识别模组将公司带来约 5 亿美元营收。
超声波指纹方案产业链
超声波指纹识别方案的产业链可以分为算法芯片、传感器以及封装三部 分,而传感器的上游主要是压电材料。
以下是超声波指纹识别方案产业链市场状态:
1、算法芯片:目前高通是该领域唯一一个已经实现方案商用的企业,而除高通外,Sonovation、InvenSense 以及 FPC 等厂商也在探索相应的解决方案。
2、压电材料:目前高通使用 PVDF 有机聚合物材料,Sonovation 和 InvenSense 使用压电陶瓷材料;主要生产厂商有新加坡 IME 和国内的三环集团等。
3、传感器:主要有 InvenSense、台积电、意法半导体等境外企业生产。
4、封装:目前高通的主要合作商为台湾 GIS 和欧菲科技。