TFT方案屏下指紋識別技術簡介劉延

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2018年，手機行業進入了寒冬，中國手機銷量同比下滑超過10%，全球智能手機行業銷量首次出現下滑。進入2019年，手機廠商紛紛拿出了壓箱底的技術，區域屏幕指紋識別就是其中之一。vivo、OPPO和小米均展示了自家的區域屏幕指紋識別技術，這項技術是如何實現的呢？相較於目前的屏下指紋識別方案又有什麼優劣？

因此，進入公曆2019年後，小米和OPPO不約而同的公布了自家最新的屏下指紋識別技術。小米林斌稱這項技術可以實現：

1) 一鍵錄入：只要做一次指紋錄入就能做屏幕指紋解鎖，而不需要反覆錄入多次。

2) 大範圍盲解：屏幕指紋解鎖面積高達25mm x 50.2mm，比市場上的主流手機FOD解鎖面積大很多倍，基本不用看屏幕就能解鎖。

OPPO的演示上則表示，這項光域屏幕指紋技術能再次革新生物識別體驗，其核心點在於：「黃金識別區域」——15倍於目前主流光學方案，黑屏盲操作、光域加密和雙指識別。

OPPO稱之為光域屏幕指紋，小米暫時沒給這項技術命名。雖然叫法不同，但從兩家的演示視頻上來看，兩家所採用的技術方案是相近的。解決的痛點也是類似的，即目前的屏幕指紋方案識別區域偏小的問題。

屏下指紋識別的先驅——vivo，在APEX 2018上展示的區域屏幕指紋識別區域就已經達到了50mm*50mm，而在最新的概念機APEX 2019上，展示了全屏幕指紋識別技術。vivo稱，這項技術是業內首次採用幾乎覆蓋整個屏幕的全尺寸指紋感測器，實現在屏幕任意位置單指、雙指自由解鎖。

根據供應鏈消息，vivo，OPPO，小米三家廠商的方案均採用的是OXI籮箕的屏下指紋方案。

區域指紋識別技術的原理

這項技術是如何實現的呢？ 我們又得去翻翻專利櫃了，原理上，TFT方案與我們之前介紹過的初代屏下指紋方案類似。同樣是收集光線，不過感測器從半導體，變成了非晶硅 TFT 感光面板。

根據籮箕公布的專利，上圖是採用非晶硅 TFT 圖像感測器採集指紋的示意圖，所述非晶硅 TFT 圖像感測 器包括非晶硅 TFT 感光面板 21 和讀取電路 22。進行指紋採集時，手指 23 貼附於所述非晶 硅 TFT 感光面板 21，光源發出的光照射在手指 23 上。手指 23 接受入射光線的照射，並將 入射光線反射出來，反射光線進入所述非晶硅 TFT 感光面板 21。所述非晶硅 TFT 感光面板 21 感知反射光線的強度分布，所述反射光線的強度分布被所述讀取電路 22 讀取，最終獲得 有效的指紋圖像。

籮箕的專利中，同樣也提到了準直層的存在，這層準直層是一層光纖面板。光纖面板是由大量 光纖規則排列而形成，因此具有數值孔徑大、級間耦合損失小、解析度高、光學零厚度等特點，能夠無失真地傳遞高清晰圖像。所以採用光纖面板作為所述上蓋板，能夠使所述指紋成 像模組中，透射所述上蓋板的光線受到所述光纖面板的準直作用，從而達到提高所述指紋 成像模組成像質量的目的。這項技術優點不言而喻：大。

但是，如果採用TFT方案就不一樣了。根據某些不那麼可信渠道的報道，APEX上那個半屏屏下指紋識別技術來自上海籮箕。目前採用TFT方案的，主要為日本的JDI和中國的上海籮箕。根據上海籮箕的說明，TFT方案（薄膜光學指紋感測器技術）技術原理為：

指紋信息經由蓋板玻璃反射後被像素的光敏器件獲取，光子轉換為電信號後通過特殊設計的16位模擬/數字電路進行數據分析，再由圖像處理技術處理後輸出清晰完整的指紋圖像。

這種技術成本更低，理論上說，只需要液晶面板生產線就能生產，無需硅晶圓。不僅能解決產能問題，還能解決成本問題。

TFT製程最高可以實現小於5um的間隙製程，可以滿足指紋所需，因此所以用面板產線完全可以實現，同時面板產線只需要4道光罩，大幅少於硅基的25-30道，實現一定的wafer成本優勢。

根據2017年孫昌旭對籮箕技術CEO顧鐵的採訪，OXi的光學指紋感測器，正是基於天馬的4.5代TFT產線上生產的。

這項技術另一個優點是透明。 籮箕技術的專利中顯示，TFT方案可以採用透明基板。如此一來，透明的感測器可以貼合於顯示屏幕和保護玻璃之間，相對於在顯示屏幕下方的方案來說，可大大提升圖像質量。因此便有了小米的一鍵錄入，即只要做一次指紋錄入就能做屏幕指紋解鎖，而不需要反覆錄入多次。

當然，這塊感測器不一定非要在屏幕上方，從APEX 2019的宣傳視頻上來看，感測器被置於屏幕下方。個人猜測，這種做法更多是出於全面屏的美觀考量。

那麼，這項技術這麼好，缺點在哪？貴。這裡的貴，一方面體現在物料成本上。根據東吳電子數據，基於TFT方案的區域屏下指紋方案，其物料成本數倍於目前屏下指紋的鏡頭方案，以展示的25*45mm為例，預計晶元成本20多美元。

另一方面是良率。由於貼合良率問題，目前區域屏下指紋識別模組價格又數倍於其物料成本。感測器、準直層和屏幕需要通過光學膠粘在一起。但是光學膠固化後，三者很難再分離。一旦有其中一個步驟沒有粘貼好，或者有一個結構本身有問題，就可能導致兩個結構或者三個結構全部報廢。例如等到貼合完成之後，才發現準直層或者指紋感測器存在損壞和故障，就很可能導致OLED面板一起報廢。而OLED顯示面板成本較高，因此貼合良率將從極大程度上影響區域屏下指紋識別成本。 同樣根據東吳電子數據，以展示的25*45mm為例，考慮到貼合良率，模組成本將上升至60美元。

無論是大面積屏幕指紋識別，還是全屏幕指紋識別，其成本均大大高於現有所有指紋方案。因此，無論哪家廠商量產，不僅是對技術實力的考驗，更是對品牌價值和信仰的考驗，希望未來還會有更多的「黑科技」出現。

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