識別方式：聚焦兩大關(guān)鍵領(lǐng)域

 

 

 

  指紋識別常用感知方式包括電容、光學、超聲波等。電容是利用微小電容感知指紋凸起靠近而產(chǎn)生的電荷變化進行識別。光學和超聲波的技術(shù)原理是射出的光線和聲波在指紋凸起（脊）與表面板接觸位置及指紋凹陷（谷）不與表面接觸位置發(fā)生不同折射和反射并探測回波來進行識別。

 

 

 

  屏下指紋技術(shù)雖然是近兩年隨著大屏智能手機火熱起來，但其在中國的專利申請很早出現(xiàn)了。公開號為CN1689025A的專利申請是三星于2003年提交的一項光學屏下指紋技術(shù)，該專利申請在LCD屏液晶層上面制作了光學敏感層用于感測指紋，該專利申請于2007年獲得授權(quán)并于2012年失效。公開號為CN101065755A的專利申請是飛利浦提交的一項超聲波屏下指紋技術(shù)，其將超聲波指紋探頭設(shè)置于LCD屏幕背后用于醫(yī)療設(shè)備操作認證，該專利申請于2009年獲得授權(quán)并處于有效狀態(tài)。

 

 

 

  筆者對截至2018年9月1日的屏下指紋技術(shù)領(lǐng)域的中國專利申請進行分析發(fā)現(xiàn)，雖然屏下指紋技術(shù)出現(xiàn)專利申請的年份較早，但數(shù)量非常少，直到2014年專利申請數(shù)量才開始急速增加，其中光學屏下指紋技術(shù)專利申請量最多，超聲波其次，電容和通用或其他類存在少量專利申請。光學屏下指紋識別技術(shù)的成本較低、技術(shù)難度也較低，因此，該領(lǐng)域的專利申請數(shù)量上遠超過了其他領(lǐng)域。超聲波屏下指紋識別技術(shù)雖然技術(shù)難度和成本較高，但其可以識別出更多生物信息甚至辨識是否是活體生物信息，認證可靠性更高，因此也有大量的專利申請。而電容式指紋技術(shù)由于電容指紋識別的距離通常不超過0.3毫米，距離過小，甚至常用的手機玻璃保護膜都在0.3毫米，其應用范圍較小，所以該技術(shù)領(lǐng)域的專利申請量明顯小于光學和超聲波。目前，光學和超聲波屏下指紋識別已經(jīng)成為屏下指紋技術(shù)的兩大主流方式。

 

 

 

  光學識別：國內(nèi)企業(yè)占據(jù)優(yōu)勢

 

 

 

  目前，市場上已發(fā)售的智能手機大多采用光學屏下指紋識別技術(shù)，筆者通過對涉及屏下指紋技術(shù)的中國專利申請進行分析發(fā)現(xiàn)，京東方的專利申請量最多，排在國內(nèi)首位，天馬微電子、信煒科技、三星和歐菲分列第二名至第五名。從專利申請量來看，排名靠前的多是技術(shù)供應商，而小米、OPPO、vivo等手機生產(chǎn)商排名相對落后。光學屏下指紋技術(shù)主要的技術(shù)研發(fā)方主要是技術(shù)供應商，專利申請量較多的技術(shù)供應商多達十余家，技術(shù)競爭強度高。此外，小米、OPPO和vivo也在加大屏下顯示上的技術(shù)投入，小米和vivo是最早大規(guī)模應用光學屏下指紋技術(shù)的手機廠商。

 

 

 

  國外專利申請人中，三星的專利申請量最多，在光學屏下指紋技術(shù)領(lǐng)域擁有較強的技術(shù)實力。而蘋果公司在該技術(shù)領(lǐng)域上僅有一件于2016年提交的公開號為CN107430681A的專利申請。作為主要的供應商，韓國樂金、高通、辛納普蒂克斯（SYNAPTICS）在中國都提交了光學屏下指紋技術(shù)的相關(guān)專利申請，其中韓國樂金申請量最多，而高通、辛納普蒂克斯的申請量相對較少。目前，中國手機廠商使用的屏下指紋芯片主要來自辛納普蒂克斯、指紋卡（FPC）公司、匯頂和思立微，但這四家涉及屏下指紋技術(shù)的專利申請并不多。結(jié)合其相關(guān)專利申請文件分析，筆者發(fā)現(xiàn)他們的指紋識別元件結(jié)構(gòu)專利申請主要集中在指紋識別模組或單純指紋識別結(jié)構(gòu)，而與顯示屏結(jié)合結(jié)構(gòu)申請較少，可以推測目前手機廠商應用的屏下指紋技術(shù)主要是將指紋識別芯片作為獨立器件貼合或者安裝于屏幕元件下方，從而實現(xiàn)了屏下指紋識別。

 

 

 

  超聲波識別：國外企業(yè)技術(shù)領(lǐng)先

 

 

 

  超聲波具有較強的穿透性，可穿透皮膚表層，其識別細節(jié)豐富，不受手指污物如護手霜、水等的影響，識別結(jié)果也更加穩(wěn)定精確，因此創(chuàng)新主體也加強了對超聲波屏下指紋技術(shù)的研發(fā)力度。首個基于超聲波技術(shù)的3D指紋認證解決方案由高通在2015世界移動通信大會上正式推出。

 

 

 

  在超聲波屏下指紋技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)主要的專利申請人為歐菲、安瑞芯、京東方、小米和高通，專利申請數(shù)量遠遠少于光學屏下指紋技術(shù)。相比之下，歐菲和高通在超聲波領(lǐng)域的專利申請數(shù)量多于光學領(lǐng)域的專利申請數(shù)量，然而歐菲的大部分專利申請為實用新型專利申請，僅有4件發(fā)明專利申請，主要集中在超聲波識別裝置如何貼附于顯示屏和超聲波層與顯示裝置各層的集成方面。高通的專利申請主要集中在超聲波指紋識別，其涉及超聲波屏下指紋技術(shù)的專利申請均已進入中國。安瑞芯在該領(lǐng)域的專利申請中，一半為實用新型專利申請，主要集中在超聲波層與顯示裝置各層的集成。京東方的專利申請量小于其在光學方向的專利申請，基本為發(fā)明專利申請，多涉及換能器元件的與顯示裝置的集成工藝。筆者通過分析發(fā)現(xiàn)，高通在超聲波指紋識別方面的技術(shù)實力最為雄厚，其他公司與之相比技術(shù)差距明顯。

 

 

 

  超聲波屏下指紋測量元件是壓電微機械超聲波換能器（PMUT）陣列或電容式微機械超聲波換能器（CMUT）陣列，換能器在電壓激勵下振動產(chǎn)生超聲波并傳遞至顯示屏表面，測量被手反射回的波獲取圖像而進行識別，制造相對復雜的PMUT一般需要比CMUT更小的工作電壓即可生成相似的聲功率。來自高通的公開號為CN105980968A的專利申請中公開了換能器布置的多種方案，可以與顯示子像素定位在基本上相同的平面，也可以定位在子像素的上方或者下方，PMUT陣列同樣也可以整體布置在顯示裝置下面。同樣由于LCD屏中存在空氣層，不利于聲波穿透，換能器陣列位于顯示屏下方時，OLED屏也是超聲波指紋更好的選擇。

 

 

 

  目前，光學屏下指紋技術(shù)是國內(nèi)研究的熱點領(lǐng)域，市場競爭激烈，由于光學屏下指紋技術(shù)的成本相對較低，可以預測未來光學屏下指紋技術(shù)或?qū)⒊蔀槭謾C廠商屏下指紋的首選。此外，光學屏下指紋技術(shù)也在向高集成度和全屏指紋識別方向發(fā)展，未來光學屏下指紋將與顯示模組融合在一起，以便于制造超薄設(shè)備。超聲波屏下指紋技術(shù)方面，高通掌握了大量核心技術(shù)，未來高通將在識別精確方面進行技術(shù)研發(fā)，超聲波屏下指紋識別技術(shù)也將成為旗艦或者高端機的標配。（付強）

 

 

 

 

 

（編輯：高云翔）