簡(jiǎn)述指紋識(shí)別技術(shù)的工作原理和過(guò)程

熱心網(wǎng)友：蘋果采用來(lái)自三星的OLED屏幕，為什么蘋果要選擇OLED作為旗下最高端產(chǎn)品的屏幕呢？顯示效果是一方面，坊間傳聞的屏下指紋，也很可能是選擇OLED的原因。但為何OLED能實(shí)現(xiàn)屏下指紋，而TFT-LCD不行？然而沒(méi)那么簡(jiǎn)單，TFT-LCD做屏下指紋識(shí)別很難。這是由于LCD是被動(dòng)發(fā)光，通過(guò)底部的LED背光源透過(guò)TFT發(fā)光。這層TFT本身并不是那么透光，如果不做改動(dòng)，直接把手指放上去，屏幕底下的傳感器很難識(shí)別到指紋。因此如果用TFT-LCD做屏下光學(xué)指紋識(shí)別，必須給TFT層做技術(shù)改進(jìn)，如加一些縫隙或是打開(kāi)一個(gè)區(qū)域，讓LED背光照上來(lái)。但即使這樣，LED背光光源也會(huì)很大的干擾指紋反射的光線。所以TFT-LCD屏下光學(xué)指紋識(shí)別很難實(shí)現(xiàn)。而OLED則是主動(dòng)發(fā)光，理論上說(shuō)可以精確控制到每一個(gè)子像素點(diǎn),所以O(shè)LED材質(zhì)的屏幕是更理想的發(fā)射光光源，此外，OLED顯示模組更薄，也可以減輕由于放置屏下指紋傳感器帶來(lái)的整體機(jī)身變厚的問(wèn)題。目前產(chǎn)業(yè)鏈有三種利用OLED屏幕的開(kāi)發(fā)方向：1，直接在屏幕下方布置一個(gè)CMOS傳感器，利用OLED的子像素之間縫隙讓光線穿透過(guò)去，進(jìn)而識(shí)別指紋；2，縮小傳感器，插入OLED的像素點(diǎn)之間；3，將CMOS傳感器做成透明的，直接貼裝于AMOLED屏幕上方，將光學(xué)指紋識(shí)別做成一層識(shí)別層。在光學(xué)屏下指紋識(shí)別方面，很多公司已經(jīng)開(kāi)始做出了嘗試，并有了初步結(jié)果。匯頂科技就展示過(guò)利用AMOLED屏幕實(shí)現(xiàn)屏下指紋識(shí)別的案例，演示機(jī)型為三星Galaxy S7 Edge和vivo Xplay6。而匯頂科技就是在屏幕下方布置了一個(gè)CMOS傳感器，根據(jù)匯頂科技在美帝注冊(cè)的專利： 玄機(jī)就在這三張圖里了。目前大規(guī)模應(yīng)用的超聲波指紋識(shí)別手機(jī)并不太多，主要是樂(lè)視的LeMax2和小米5s。LeMax2將指紋放在了后面，而小米5s則是在正面，當(dāng)時(shí)超聲波還穿透不了太厚的玻璃，最厚大約是0.4mm左右，而手機(jī)蓋板玻璃厚度大約為0.6mm~0.9mm，因此0.4mm的有效厚度不足以穿透玻璃+顯示屏（0.6mm+0.3mm）的厚度。小米只好和藍(lán)思科技商量，給前面板玻璃多挖一塊走，這樣才能保證超聲波能穿透，因此把指紋識(shí)別區(qū)域的玻璃削薄了一些。根據(jù)高通官網(wǎng)公開(kāi)的資料顯示，新一代的Sense ID可以穿透1.2mm的OLED屏幕或0.65mm的鋁或0.8mm的玻璃。這樣的穿透能力，用在目前的玻璃或OLED屏幕上也夠了。但為什么vivo還沒(méi)開(kāi)始在量產(chǎn)的X20等手機(jī)上使用？這是因?yàn)檫€需要時(shí)間優(yōu)化算法。新技術(shù)從發(fā)布到正式應(yīng)用還需要一個(gè)調(diào)試的過(guò)程，指紋識(shí)別是一項(xiàng)對(duì)安全性要求相對(duì)較高的生物識(shí)別技術(shù)，因此需要時(shí)間對(duì)算法優(yōu)化以提高安全性、識(shí)別速度、識(shí)別率等。然而FPC剛發(fā)布的方案更喪心病狂，F(xiàn)PC稱，不管手是干的還是濕的，不管你屏幕是AMOLED還是LCD的，甚至不管你表面材質(zhì)是不是玻璃，我們都能識(shí)別。能穿透多厚呢？20mm！20mm！20mm！重要的事情說(shuō)三遍。作為對(duì)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。FPC新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)包括：1、支持智能手機(jī)（任何其他設(shè)備）干凈正面外觀設(shè)計(jì)，可用于顯示，并且還包含指紋識(shí)別功能，以最優(yōu)化屏幕與手機(jī)的比例；2、全屏幕可用于指紋識(shí)別。無(wú)需在視覺(jué)上或物理上突出智能手機(jī)的特定區(qū)域做為指紋識(shí)別；3、該技術(shù)能夠在不同的表面材質(zhì)捕獲指紋，如在厚玻璃和金屬運(yùn)行。當(dāng)手指濕潤(rùn)或手指淹沒(méi)在水下時(shí)，它也能夠運(yùn)作，這種技術(shù)在所有不同的玻璃厚度下工作得很好，即使是市場(chǎng)上最厚的玻璃；4、這獨(dú)特的技術(shù)在LCD面板以及OLED面板同樣能夠出色運(yùn)作。FIG.21A和FIG.21B從俯視和側(cè)視兩個(gè)角度說(shuō)明了指紋識(shí)別傳感器放置的地方。FIG.24從微觀角度則說(shuō)明了光線是如何穿透OLED屏幕的，最上面的就是手指；偏上這層灰色區(qū)域就是手機(jī)的屏幕部分。透過(guò)屏幕的小孔，匯頂稱之為“準(zhǔn)直孔（Collimator Hole）”，手指反射回的光線光學(xué)傳感器搜集、處理。怎么保證光線搜集到的就是來(lái)自指紋的反光呢？這就需要對(duì)光線準(zhǔn)直處理。如圖FIG.27，匯頂定制了專門的微透鏡陣列（MicroLens Array）、光學(xué)空間濾光器陣列（Spatial Filter Array），微透鏡陣列需要經(jīng)過(guò)MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）技術(shù)處理或化學(xué)處理。這兩個(gè)陣列能夠保證進(jìn)入傳感器的光線基本都是來(lái)自指紋的反光，而非屏幕或是陽(yáng)光。另一個(gè)屏下指紋識(shí)別方向則是利用超聲波指紋識(shí)別高通方案稱其為Sense ID，指紋識(shí)別的龍頭企業(yè)FPC也剛剛發(fā)布了他們的方案。超聲波既不需要感光元件也不需要電容感應(yīng)，因此更適合做屏下指紋識(shí)別。Vivo演示機(jī)使用的全屏幕指紋識(shí)別，采用的正是高通的方案以及歐菲的模組。