屏下指纹识别的概念、技术与发展

李鹏飞　淡美俊

摘 要：随着人们对手机屏占比的追求，屏下指纹识别技术应运而生。文章介绍了屏下指纹识别技术的概念、光学屏下指纹技术和超声波屏下指纹技术及其实现原理，并指出了两种方式的优缺点。

关键词：屏下指纹，光学，超声波，OLED

中图分类号：N04；TN27 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1673-8578.2018.04.016

Abstract： With a great demand for a higher screentobody ratio， the technology of under screen fingerprint has been developed. This paper introduces the concept of under screen fingerprint， explains implementation principle of optical screen fingerprint technology and ultrasonic screen fingerprint technology， and points out advantages and disadvantages of the two technologies.

Keywords： under screen fingerprint， optical， ultrasonic， OLED

引 言

指纹识别技术是移动终端目前所搭载的最主流的生物识别方式，其应用普及程度远超过其他识别手段，比如虹膜识别、静脉识别、人脸识别等。由于全面屏概念的流行，传统指纹解锁无论采用正面刮擦或按压方式解锁，还是采用背面解锁，都会影响手机等智能设备的外观。指纹识别需要指纹采集窗，势必会影响屏占比，因此屏下指纹识别应运而生。

一 屏下指纹识别的概念

屏下指纹识别技术，也称为“隐形指纹技术”，是通过将指纹识别传感器放置于屏幕玻璃下方，从而完成指纹识别解锁过程的新技术。相比传统的指纹识别，屏下指纹无须在手机正面设置额外的指纹识别窗，因而可以极大地提高手机的屏占比，带来震撼的视觉效果和极佳的使用体验。由于反射光和超声波可以穿透一定厚度的玻璃，所以目前的屏下指纹识别技术主要采用这两种方式：将光学感应器或超声波传感器置于屏幕下方，利用其可穿透性，从而达到识别指纹的目的。

二 屏下指纹识别的主流技术

屏下指纹识别技术按照其工作原理可以分为光学屏下指纹和超声波屏下指纹两种方式。

1.光学屏下指纹技术

光学屏下指纹技术目前主要分为专门针对有机发光二极管（organic light emitting diode，OLED）显示面板的屏下指纹模组和针对传统液晶面板（LCD）的屏下指纹模组。在OLED显示面板中，由于每个像素是否发光可以单独控制，理论上讲，可以将指纹模组置于任一像素下方，在指纹识别模式激活时，相应的像素发光，照亮位于面板玻璃上方的指纹，被指纹反射后的光线经过透镜准直，被位于发光像素下方的光学识别模组接收，转化成微弱的电流信号被识别，由于指纹存在脊和谷，其对应的光电流有所不同，通过识别该光电流就可以实现指纹识别。OLED显示面板屏下指纹识别的好处在于可以将指纹置于任一像素下方，仅依靠某几个像素提供照明光，功耗较低。但是，由于屏下指纹识别模组和OLED显示面板成本都比较高，所以，整体成本偏高。目前，中国手机厂商维沃（VIVO）已经推出了基于屏下指纹识别技术的手机，其采用了OLED面板，这是全球首款采用屏下指纹识别技术的手机。同时，维沃于2017年9月28日提交了国家发明专利申请（公开号为CN107644215A）。

基于光学原理的屏下指纹识别方式也可以应用于传统的液晶面板，一般的做法是在液晶面板的每一像素处均设置光学感应器。其优点是可以实现真正意义上的全屏指纹识别，但是，由于液晶面板不能对单个像素的发光进行控制，所以，在指纹识别模式激活时，必须点亮整个背光模组，由此带来了较高的功耗。此外，由于在每一像素处均设置有光学感应器，所以，整体布线极其复杂，对生产工艺要求较高，较难实现量产。

2.超声波屏下指纹技术

基于超声波原理的屏下指纹识别技术也是目前应用较多的一种屏下指纹识别方式。超声指纹识别是利用了超声波具有穿透材料的能力，所使用的超声波频率为1×10.4～1×10.9Hz，能量被控制在对人体无损的程度。在进行指纹识别时，超声波传感器发射超声波，入射到手指上，由于指纹存在脊和谷，导致超声波传播路径长度不同，所以，被指纹的脊和谷所反射的回波到达超声波接收器的时间就有所差异，分析处理这些差异就可以描绘出指纹图谱。由于超声波传感器的尺寸很小，所以，在屏下指紋识别领域具有广阔的应用前景。目前的超声波屏下指纹技术主要包括两种实现方式，第一种是将超声波传感器置于屏幕的非显示区域，例如手机的四个边框内部，通过多个传感器的协同工作识别指纹，这种技术记载于2018年3月23日公开的专利CN107832599A中；另一种方式是将超声波传感器阵列直接置于手机屏幕下方，实现真正意义上的屏下指纹识别，该技术已经被苹果公司申请专利，记载于美国专利US9747488B2中。

基于超声波原理的屏下指纹识别具有如下优点：相比光学指纹模组而言，其体积较小，且可以实现全屏指纹识别，即不管手指放置于屏幕上的任何位置，理论上都可以识别。但是，超声波对于玻璃的穿透性并不好，对玻璃盖板的厚度有较高要求，并且，屏幕面板内部存在复杂的布线，这些都会使超声回波信号衰减，影响超声波指纹识别的速度和精度。

三 结 语

随着全面屏时代的开启，传统指纹识别方案中需要独立实体触摸区的设计将逐渐被替代，屏下指纹具有广阔的应用前景。在同质化严重、竞争惨烈的手机行业，率先推出成熟的屏下指纹识别方案，将是对行业的引领和自身实力的佐证[1]。光学屏下指纹和超声波屏下指纹是目前屏下指纹识别的两种主要方式，各有优点和不足。其中，OLED 显示面板相比传统的液晶面板在屏下指纹领域表现出巨大的优势，因为它不需要背光模组，且可控制像素单独发光。目前已经商用的屏下指纹识别技术均采用了OLED面板，并基于光学指纹识别技术，例如，维沃推出的智能手机X21UD、NEX等。另外，基于超声波技术的屏下指纹识别已经取得了技术突破，即将实现量产。可以预见，在不久的将来，超声波屏下指纹识别将大放异彩，因为其可以实现真正意义上的全屏指纹识别。

参考文献

[1] 藏瑾. 全面屏手机将至 厂商备战“屏下指纹”[N]. 21世纪经济报道.2017-06-23（16）.