屏下指紋的技術(shù)路線之爭

隨著全面屏技術(shù)的快速普及，屏下指紋已經(jīng)成為目前主流旗艦手機的首選方案，越來越多的競爭者加入戰(zhàn)局，專利交鋒、技術(shù)分歧已經(jīng)在媒體上不斷出現(xiàn)。

目前行業(yè)主流的屏下指紋方案，是與OLED面板相配套的光學(xué)屏下指紋方案，主要的原理是將可見光攝像頭通過特定的制程與顯示面板結(jié)合起來，利用OLED面板的透光性，將指紋用“拍照”的方式獲取。這里的代表廠商是匯頂、思立微。包括VIVO、小米、華為、OPPO都主要采用這種屏下指紋方式。

由于目前屏幕下光電指紋識別，是通過OLED屏幕亮屏采集指紋信息再通過反射，反射到指紋識別模塊，所以，指紋識別的地方會經(jīng)常出現(xiàn)區(qū)域性亮屏，不過這對于OLED屏幕卻是致命的傷害，因為這會很容易引起燒屏的現(xiàn)象。此外，OLED屏在產(chǎn)能上都被三星所壟斷，相比目前手機市場主流的LCD屏，OLED屏下指紋具有先天的缺陷，成本居高不下。

如果從材質(zhì)來看，超聲波方案（以高通為代表）基本上不受材質(zhì)的影響，超聲波指紋識別技術(shù)，原則上可以用于各種材質(zhì)的面板，效果要好于光電式屏下指紋識別技術(shù)。但普遍認為高通的前兩代指紋識別芯片還不夠成熟，特別是不能滿足穿透LCD屏幕的厚度要求。一旦超聲波指紋成熟，終端廠商將可以選擇LTPS或a-Si屏幕實現(xiàn)屏下指紋。

另外一種材質(zhì)就是LCD屏（以阜時為代表），由于背光的存在，LCD顯示屏天然無法透光，這也是過去一兩年指紋芯片廠商一直在尋求突破的領(lǐng)域。畢竟 LCD面板無論是產(chǎn)能還是銷量上都遠超OLED面板，廣泛采用LCD面板的消費電子產(chǎn)品，多數(shù)都是流行爆款，也希望能有屏下指紋方案這一賣點。理論上OLED屏幕的使用時間是50000小時，但相對的LCD屏幕卻是他的一倍之多。

2018年LCD屏幕手機占據(jù)全部智能機出貨量的85%以上（按14億手機總數(shù)算，約等于11.9億手機都用LCD），而過去市場上僅有OLED手機的屏下指紋產(chǎn)品。一直沒有配套LCD全面屏的屏下指紋方案問世。由于市場上一直沒有廠商推出支持LCD面板的屏下指紋，因此有人感嘆：屏下指紋本來就與LCD面板無緣，LCD手機只能繼續(xù)采用傳統(tǒng)的電容式指紋方案。

由于光線無法穿透LCD面板背光，因此攝像頭式的屏下指紋方案就此絕緣?；谄渌泄夥桨溉缙羶?nèi)光電二極管的方案，目前還沒具備性能、良率等優(yōu)勢，離量產(chǎn)也有不小的距離。根據(jù)行業(yè)內(nèi)部了解到的消息，包括敦捷光電、沃格廣電、深天馬等友商都在進行LCD屏下指紋的研究。

采用LCD屏下指紋有哪些好處？

2019年4月24日，經(jīng)過將近兩年的研發(fā)，阜時科技于在深圳舉行發(fā)布會，成功開發(fā)出一款適用于普通TFT-LCD顯示面板的屏下指紋方案。

提到阜時科技，可能不少人覺得有點陌生，因為這是一家非常新的公司。去年10月，阜時科技在深圳舉辦了3D傳感發(fā)布會，推出了支付級識別的3D攝像頭方案。針對傳統(tǒng)2D人臉感測技術(shù)不能實現(xiàn)的深度感測領(lǐng)域，阜時科技憑借過硬的實力和諸多行業(yè)優(yōu)勢，為客戶提供成套方案，進一步提升人臉感測的安全性和交互使用體驗。目前阜時已經(jīng)跟多家智能門鎖、支付設(shè)備、安防設(shè)備、手機廠商實現(xiàn)了深度合作。

阜時科技創(chuàng)始人莫良華

不過，阜時科技并非僅僅提供3D傳感技術(shù)的公司，嚴格來說阜時是一家人工智能技術(shù)提供商。3D人臉識別涉及到很多機器視覺的活動，除了聽覺語音，從指紋到視覺、認知，阜時能提供全套的人工智能生物識別方案。

雖然成立時間不長，但包括華為、傳音、魅族、nubia、TCL、聞泰、龍旗等都是阜時科技的客戶，2018年阜時科技也經(jīng)歷了一輪非常大的融資。創(chuàng)始人莫良華也介紹了LCD屏下指紋的產(chǎn)品進展、開發(fā)初衷，以及一路上不斷試錯迭代的背后故事。

阜時科技創(chuàng)始人莫良華認為，雖然OLED屏下指紋有很多優(yōu)點，但LCD也有很多長處，因為LCD屏很復(fù)雜，可以做很多的改造。比如說可以把傳感器放進去，可以把攝像頭傳感器放到LCD屏內(nèi)。直接把傳感器放到LCD基板上，通過這種方式可以實現(xiàn)多指全屏的指紋。通過這種方式可以實現(xiàn)真正的全屏指紋，同時在成本上也有優(yōu)勢，不用增加額外的攝像頭。

在空間上也有優(yōu)勢，只要把指紋加進來，通過光學(xué)的方式就可以直接實現(xiàn)Touch，觸控芯片也可以省掉了。

阜時科技研發(fā)負責(zé)人林峰

阜時科技研發(fā)負責(zé)人林峰表示，成本方面硬件成本，屏下部分可以按照OLED和LCD屏的差別，改動較多的是背光模組等材料。在新產(chǎn)品推出初期，會比傳統(tǒng)的LCD屏有一定的溢價。但是LCD屏下模組整體售價會比同類型OLED屏下模組便宜很多。

來自寶明科技股份的李晗總，站在LED背光源廠商的角度來回顧了手機屏顯技術(shù)的發(fā)展歷程。他回顧全面屏手機的發(fā)展，從16:9到18:9，從劉海屏到屏占比92%以上，寶明可以說是經(jīng)歷了整個全面屏的發(fā)展變化。他認為手機行業(yè)的利潤率很低，因此對于成本要求很高。在92%全面屏以上，手機廠商未來可能會逐漸想辦法進一步提高屏占比，但終端消費者已經(jīng)感覺不到太大的差別了。

如何做一款LCD屏下指紋方案？

林峰表示，在2017年阜時科技開始研發(fā)LCD屏下指紋的時候，由于LCD屏的原理缺陷，業(yè)內(nèi)普遍認為要做到LCD屏下指紋是“難以完成的認為”。經(jīng)過技術(shù)團隊日以繼夜的奮戰(zhàn)，經(jīng)歷了20多次失敗，嘗試過屏下挖洞、補光等各種解決方案，最終在2019年實現(xiàn)了LCD屏下指紋技術(shù)的量產(chǎn)。阜時科技總經(jīng)理莫良華回憶說：“經(jīng)過之前好幾個失敗的方案，我們并沒有氣餒，持續(xù)研發(fā)，大膽探索，小心求證，最終才有今日的成果?！?/p>

據(jù)介紹，在研發(fā)3D傳感技術(shù)的同時，阜時應(yīng)用到了很多指紋識別的技術(shù)及專利，特別是3D人臉識別中用到的深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法也進一步應(yīng)用到LCD屏下指紋技術(shù)的研發(fā)中去。阜時科技研發(fā)負責(zé)人林峰認為，在研究3D人臉識別方案時，研發(fā)團隊收獲了大量經(jīng)驗，被成功吸收到屏下指紋的研發(fā)中來，使得產(chǎn)品研發(fā)在經(jīng)過一段時間的平臺期之后，迎來了一個又一個技術(shù)突破的機會，并成功轉(zhuǎn)化成可以預(yù)見的技術(shù)成果。林峰表示，3D人臉識別的算法用到屏下指紋上，在干濕手指、強光等情況下具有很好的魯棒性。

通過對LCD背光板的不斷改造與嘗試，對指紋光路方案的不斷調(diào)整與改進，包括采用主動式高穿透發(fā)射廣元、寬域波長光接收技術(shù)、LCD屏背光膜材組合試驗、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像重構(gòu)算法等……成功解決了顯示效果、指紋成像效果等瓶頸問題。

林峰強調(diào)，由于采用了深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Deblur算法，配合多點畸變圖像校準指紋識別算法，目前的整體識別率可以媲美電容式指紋的指標。

在2019年春節(jié)前后，阜時科技成功研發(fā)出第一個可以清晰地看到指紋圖像的LCD面板+屏下指紋方案，在對應(yīng) LCD屏下指紋采集的局限環(huán)境下，阜時科技采用了算法輔助的做法，通過采用最新的深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法優(yōu)化，實現(xiàn)了LCD屏下指紋的快速識別，目前得知其指紋識別率可媲美傳統(tǒng)電容式指紋，并且算法還在不斷進化中。林峰表示，非常有信心在2019年實現(xiàn)量產(chǎn)。

在發(fā)布會的結(jié)尾，莫良華強調(diào)：“阜時科技特別講究平等、開放，好的產(chǎn)品都是產(chǎn)品線和研發(fā)團隊琢磨出來的。只要他們能夠證明自己，公司的資源、資金都會不斷地助推這個產(chǎn)品落地。我們不僅歡迎新老客戶合作共贏，更是歡迎行業(yè)優(yōu)秀人才、技術(shù)伙伴、投資人來我們這里尋找合適的機會，實現(xiàn)更大的價值。”

在阜時科技的研發(fā)團隊看來，任何技術(shù)突破，都必須經(jīng)過科學(xué)的論證和不斷試錯，方有實現(xiàn)的可能。理論上需要嚴謹?shù)耐评砗驼撟C，這本身就需要強有力的專家型人才來實現(xiàn)；實踐上需要不斷打磨完善，考驗工程技術(shù)團隊的攻堅能力和忍耐力——畢竟，面對不斷的失敗和挫折，沉不住氣的團隊必定半途而廢。基于過去在指紋、顯示技術(shù)等方面的積累，阜時科技的研發(fā)團隊經(jīng)歷了至少三次大的方案路線調(diào)整，才進入不斷收獲驚喜的發(fā)展期。“在LCD屏下指紋開發(fā)上，堅持不懈是至關(guān)重要的，只有熬下去才能抓住最后的成功”研發(fā)團隊的負責(zé)人這樣告訴芯扒客記者。

據(jù)了解，LCD屏下指紋的方案，在阜時科技的內(nèi)部研發(fā)團隊中前前后后進行了近2年的時間，積累了100多件專利，經(jīng)歷了至少三次比較重大的產(chǎn)品方向調(diào)整，最終確定了LCD屏下指紋將是2019年的重要方向。

最終點評：LCD屏下指紋元年，或加速千元機普及

在發(fā)布會現(xiàn)場，芯扒客記者第一時間試用了阜時科技的LCD屏下指紋樣機。可以看到LCD屏在正常工作的同時，手指觸摸屏幕內(nèi)部的指紋區(qū)域，可以看到清晰穩(wěn)定的指紋圖像，效果不錯。

記者從其他渠道了解到，目前已經(jīng)有國內(nèi)一線的手機廠商在與阜時科技合作開發(fā)。據(jù)了解，就在發(fā)布會舉辦的前后，研發(fā)團隊又將產(chǎn)品的方案進行了一次調(diào)整和迭代，以期獲得更大的手指檢測面積。與此同時，大區(qū)域、超薄OLED屏下指紋方案，以及第二代LCD屏內(nèi)指紋方案，都已經(jīng)開始與行業(yè)廠商配合攻關(guān)，加速研發(fā)落地。

不過莫良華對此并沒有正面回答，只是表示阜時科技歡迎所有新老客戶合作共贏，希望能夠為客戶創(chuàng)造價值。

筆者認為，這個基于LCD面板的屏下指紋方案的問世，填補了行業(yè)空白，手機廠商選擇余地更多了，安卓陣營第一次開始在硬件方案上和蘋果陣營正面pk，而不像以前只是簡單跟隨蘋果的硬件規(guī)劃。這也從側(cè)面看出，中國的手機廠商慢慢成熟起來，對自己的道路也有信心堅持和推廣了，比如這兩年小米首發(fā)的編碼結(jié)構(gòu)光攝像頭、華為的無開孔聽筒、VIVO和OPPO在攝像頭上的創(chuàng)新等等。期待國產(chǎn)芯片廠商，能夠推出更多新產(chǎn)品，展示自己的實力，為消費電子產(chǎn)品的升級換代做出更多重要貢獻，向著產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)的更高位置不斷進發(fā)！