TFT方案屏下指纹识别技术简介 [刘延]

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小米展示大区域指纹解锁 - 图片来自互联网

OPPO展示区域指纹解锁 - 图片来自互联网 因此,进入公历2019年后,小米和OPPO不约而同的公布了自家最新的屏下指纹识别技术。小米林斌称这项技术可以实现: 1) 一键录入:只要做一次指纹录入就能做屏幕指纹解锁,而不需要反复录入多次。 2) 大范围盲解:屏幕指纹解锁面积高达25mm x 50.2mm,比市场上的主流手机FOD解锁面积大很多倍,基本不用看屏幕就能解锁。 OPPO的演示上则表示,这项光域屏幕指纹技术能再次革新生物识别体验,其核心点在于:“黄金识别区域”——15倍于目前主流光学方案,黑屏盲操作、光域加密和双指识别。 OPPO称之为光域屏幕指纹,小米暂时没给这项技术命名。虽然叫法不同,但从两家的演示视频上来看,两家所采用的技术方案是相近的。解决的痛点也是类似的,即目前的屏幕指纹方案识别区域偏小的问题。

vivo APEX2019区域指纹解锁 - 图片来自互联网屏下指纹识别的先驱——vivo,在APEX 2018上展示的区域屏幕指纹识别区域就已经达到了50mm*50mm,而在最新的概念机APEX 2019上,展示了全屏幕指纹识别技术。vivo称,这项技术是业内首次采用几乎覆盖整个屏幕的全尺寸指纹传感器,实现在屏幕任意位置单指、双指自由解锁。 根据供应链消息,vivo,OPPO,小米三家厂商的方案均采用的是OXI箩箕的屏下指纹方案。 区域指纹识别技术的原理 这项技术是如何实现的呢? 我们又得去翻翻专利柜了,原理上,TFT方案与我们之前介绍过的初代屏下指纹方案类似。同样是收集光线,不过传感器从半导体,变成了非晶硅 TFT 感光面板。

OXI箩箕的屏下区域指纹专利图示

OXI箩箕的屏下区域指纹专利图示 根据箩箕公布的专利,上图是采用非晶硅 TFT 图像传感器采集指纹的示意图,所述非晶硅 TFT 图像传感 器包括非晶硅 TFT 感光面板 21 和读取电路 22。进行指纹采集时,手指 23 贴附于所述非晶 硅 TFT 感光面板 21,光源发出的光照射在手指 23 上。手指 23 接受入射光线的照射,并将 入射光线反射出来,反射光线进入所述非晶硅 TFT 感光面板 21。所述非晶硅 TFT 感光面板 21 感知反射光线的强度分布,所述反射光线的强度分布被所述读取电路 22 读取,最终获得 有效的指纹图像。 箩箕的专利中,同样也提到了准直层的存在,这层准直层是一层光纤面板。光纤面板是由大量 光纤规则排列而形成,因此具有数值孔径大、级间耦合损失小、分辨率高、光学零厚度等特点,能够无失真地传递高清晰图像。所以采用光纤面板作为所述上盖板,能够使所述指纹成 像模组中,透射所述上盖板的光线受到所述光纤面板的准直作用,从而达到提高所述指纹 成像模组成像质量的目的。这项技术优点不言而喻:大。 上篇文章中[Doc]Link=00008179[/Doc],我们提到: 但是,如果采用TFT方案就不一样了。根据某些不那么可信渠道的报道,APEX上那个半屏屏下指纹识别技术来自上海箩箕。目前采用TFT方案的,主要为日本的JDI和中国的上海箩箕。根据上海箩箕的说明,TFT方案(薄膜光学指纹传感器技术)技术原理为:

指纹信息经由盖板玻璃反射后被像素的光敏器件获取,光子转换为电信号后通过特殊设计的16位模拟/数字电路进行数据分析,再由图像处理技术处理后输出清晰完整的指纹图像。

这种技术成本更低,理论上说,只需要液晶面板生产线就能生产,无需硅晶圆。不仅能解决产能问题,还能解决成本问题。

TFT制程最高可以实现小于5um的间隙制程,可以满足指纹所需,因此所以用面板产线完全可以实现,同时面板产线只需要4道光罩,大幅少于硅基的25-30道,实现一定的wafer成本优势。

根据2017年孙昌旭对箩箕技术CEO顾铁的采访,OXi的光学指纹传感器,正是基于天马的4.5代TFT产线上生产的。

这项技术另一个优点是透明。 箩箕技术的专利中显示,TFT方案可以采用透明基板。如此一来,透明的传感器可以贴合于显示屏幕和保护玻璃之间,相对于在显示屏幕下方的方案来说,可大大提升图像质量。因此便有了小米的一键录入,即只要做一次指纹录入就能做屏幕指纹解锁,而不需要反复录入多次。

当然,这块传感器不一定非要在屏幕上方,从APEX 2019的宣传视频上来看,传感器被置于屏幕下方。个人猜测,这种做法更多是出于全面屏的美观考量。

那么,这项技术这么好,缺点在哪?贵。这里的贵,一方面体现在物料成本上。根据东吴电子数据,基于TFT方案的区域屏下指纹方案,其物料成本数倍于目前屏下指纹的镜头方案,以展示的25*45mm为例,预计芯片成本20多美元。

另一方面是良率。由于贴合良率问题,目前区域屏下指纹识别模组价格又数倍于其物料成本。传感器、准直层和屏幕需要通过光学胶粘在一起。但是光学胶固化后,三者很难再分离。一旦有其中一个步骤没有粘贴好,或者有一个结构本身有问题,就可能导致两个结构或者三个结构全部报废。例如等到贴合完成之后,才发现准直层或者指纹传感器存在损坏和故障,就很可能导致OLED面板一起报废。而OLED显示面板成本较高,因此贴合良率将从极大程度上影响区域屏下指纹识别成本。 同样根据东吴电子数据,以展示的25*45mm为例,考虑到贴合良率,模组成本将上升至60美元。

vivo APEX2019智能手机

无论是大面积屏幕指纹识别,还是全屏幕指纹识别,其成本均大大高于现有所有指纹方案。因此,无论哪家厂商量产,不仅是对技术实力的考验,更是对品牌价值和信仰的考验,希望未来还会有更多的“黑科技”出现。

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