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OPPO R17智能手機 - 對比vivo X23
vivo X23智能手機 - 對比X21 目前量產機型中，不管是率先採用屏下指紋的vivo，還是兄弟企業OPPO，或是自稱黑科技的小米，還有魅族、華為等僅僅試水屏下指紋的廠商們，其方案均為光學屏下指紋。儘管市場有傳聞稱三星將在下一代S系列高端機型中採用高通第三代超聲波屏下指紋方案，然而三星最早採用的，依然是來自於國內指紋巨頭——匯頂科技的光學屏下指紋方案。 在[Doc]Link=00008094[/Doc]中，我提及了以下一段： 全球第一款量產的屏下指紋手機為X20 UD，其屏下指紋芯片由新思提供。今年的第一款是vivo的X21，屏下指紋由匯頂和新思供應，此時屏下指紋模組成本在15美金左右；第二款則是vivo NEX旗艦版，由匯頂科技獨家供應屏下指紋；第三款則是魅族16，屏下指紋芯片由新思獨供，指紋模組成本價格在17美金左右；第四款則是此次OPPO發佈的R 17系列，思立微獨供屏下指紋芯片，模組一供為信利二供為歐菲科技，此時的模組出廠成本，已經被壓縮到8-9美金左右。第五款則是vivo將在9月初發布的X23，屏下指紋芯片將由匯頂科技獨供，模組成本同樣已經下降到8-9美金左右。 為什麼屏下指紋模組會呈現兩檔差異較大的價格[幾美元對於手機生產成本來說已經有很大的差別]？這就是我們今天要介紹的內容。 光學屏下指紋識別的方法，都是利用屏幕照亮手指，隨後手指的成像透過OLED屏幕的小孔，被屏幕下方的光學傳感器所感知，進而比對識別。而光線在透過屏幕的過程中，阻擋、折射、反射光線的有玻璃蓋板、AMOLED 顯示層、濾光片等，因此光線不容易在屏幕下方的光學傳感器上清晰成像。因此，如何收集並進一步識別透過屏幕的光線，便成為各家廠商關注的焦點。 在匯頂的口徑下，目前匯頂一共有兩代光學屏下指紋方案。在更早[Doc]Link=00007597[/Doc]的文章中，我們曾提到過匯頂科技在美國申請的專利，這個方案便是第一代屏下指紋方案；而第二代採用的是攝像模組的方案。第一代手機光線的方法包括準直層方案和小孔成像方案。 準直層方案
vivo關於屏下指紋識別方案的專利報告書簡單點說，這種類型的方案是將光線傳感器直接放在OLED屏幕之下，通過微透鏡收集從OLED屏幕小孔透下來的光線成像，並判別指紋是否正確。這種方案的提供商主要有匯頂和新思。採用這種方案的手機型號不少，包括vivo X20Plus指紋版、vivo X21、華為Mate RS屏下指紋版、小米8探索版、魅族16th等等。 還是從vivo的專利開始說起。第一代屏下指紋方案中，vivo採用了準直層結構。如上圖所示，vivo在感光元件和AMOLED屏幕之間加入了一層準直層。那，什麼又是準直層？
準直層結構圖簡單點說，準直層就是一層板，在這層板上有若干個光通道，除了通道是透光的，其他區域都採用了遮光材料。這種結構下，來自指紋的光線通過蓋板玻璃、OLED層以後，進入準直層，進而過濾掉折射和散射光線，到達感光元件的光線便是準直光，得到相對清晰的指紋圖像，最終識別指紋。 小孔成像方案 儘管準直層方案解決了一部分成像問題，但由於手機結構中存在蓋板玻璃和OLED顯示屏，屏下指紋模塊到屏幕表面的距離大約有0.5毫米，得到的圖像依然相對較為模糊。因此，小孔成像方案應運而生。小孔成像方案是準直層方案基礎上的改進，相對於準直層方案，小孔成像方案清晰度更高，且模組厚度更薄。區別在哪？答案還得從vivo的專利說明書裡頭找。
小孔成像方案結構圖上圖中，左側是原來的準直層方案，右側則是新的小孔成像方案。小孔成像方案中，準直器不再是原來的厚板，而是由兩層帶有小孔的薄板（紅圈和藍圈內的薄板），以及夾在中間的透光材料組成。這種方案可以有效降低結構厚度，同時也能降低折返光線的損耗，增加透光量，使得到達光線傳感器的圖像更為清晰。當然，這種結構還能進一步降低生產成本。 當然，上面這種方案也有問題，最大的問題就是——貴。有多貴呢？多大指紋識別區域，就需要多大的指紋識別傳感器。面積通常在4x4mm或5x5mm，也就是16平方毫米或者25平方毫米，折算下來面積大約和1/3英寸，或1/2.3英寸的圖像傳感器面積差不多大，因此成本也就上去了。在降低成本的需求下，新的方案應運而生。 攝像模組方案
攝像機模組方案最新的攝像模組方案的實質，是屏下攝像頭。上圖同樣來自於vivo的專利報告書，這個屏下指紋模組中，12為光線傳感器，15為鏡頭組件。光線通過光圈均勻照射到手指後，然後聚焦到圖像傳感器上，進而進行比對，實現指紋識別。 相較於一代準直方案，屏下攝像頭方案的模組成像更為簡單，也相對更為清晰。主要優點在於： 1、屏幕貼合更簡單。一代準直方案中，模組必須和OLED屏幕緊密貼合，在貼合過程中有一定概率損壞屏幕，而貼合良率也存在一定問題；攝像模組方案中，模組無需貼合屏幕，僅需固定在中框上，貼合難度大大降低，成本也隨之降低。 2、模組更簡單，芯片尺寸更小。屏下指紋攝像模組類似傳統攝像頭模組，各類模組廠商均有能力生產，生產過程相對簡單，傳感器尺寸也更小。但屏下指紋攝像模組相對厚度更厚，一般都在2mm以上，結構組裝相對困難，因此需要電池設計配合繞開指紋模組。 3、成像更清晰。一代準直方案中，準直孔需要有一定尺寸，保證光線進入，同時還要保證準直孔與像素點對應，準直孔過大還會導致像素點過大，影響成像質量。攝像模組方案中，無需考慮準直孔的問題，提高像素即可解決。 當然，價格也更便宜了。我們前面提到，初代屏下指紋價格大約為15-17美元，其中芯片大約為8-9美元，模組大約為7-9美元；而二代屏下攝像模組方案，芯片目前大約為6美元，模組僅為約2美元。因此我們看到，在vivo X23上，屏下指紋的圖像密度提升至750PPI，這就是用提高感光器像素的方式解決問題。 這還沒完。既然是攝像頭，那麼相機的技術，就都能用上了。在NEX的屏幕指紋識別上，vivo用上了多幀合成、畸變校正、劃痕檢測等相機方面技術，並加入了多種指紋圖像算法；而在X23上，vivo和高通合作，在高通驍龍670的DSP的處理能力下，X23的解鎖速度又有了進一步提升，同時也加入了多項新的指紋識別算法。Vivo宣稱，這個方案已經從年初的是7－8％拒識率（FRR）， 降到與傳統電容指紋接近的2％。 屏下指紋識別技術方向展望 上一期，我們提到了來自FPC（FingerPrint Cards）的超聲波屏下指紋。這次我們再來聊聊基於TFT技術的屏下指紋識別：
半屏大面積指紋識別模組Vivo APEX那個半屏屏下指紋識別，下面就是那麼大的光線傳感器，有多大呢？從各路視頻上猜測，大約為50mm x 35mm，面積大約是兩個全畫幅（36mm x 24mm），或者，拿貴（通貨）的來說，2.3個英偉達GTX2080TI。根據佳能展示，12寸晶圓大約能切36片全畫幅傳感器，也就是說，如果用硅片來做，大約只能切15片左右APEX的屏下指紋識別傳感器，扣除良率影響，大約只能切10-12片。僅看晶圓成本，APEX的屏下指紋傳感器就在100-200美元，如果算上全過程，包含設計到最終制造，保守估計，成本可能超過500美元。 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（薄膜光學指紋傳感器技術）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。 總結 目前，光學屏下指紋已經走過了準直光方案，主流產品來到了屏下攝像模組方案。在屏下攝像模組方案的高毛利的驅使下，不斷有光學傳感器廠商殺入這個領域，近期傳聞國內攝像芯片傳感器龍頭思立微已經加入戰場，價格戰即將展開。 在硬件的逐漸成熟下，能否通過軟件算法提升識別速度與識別率，將成為屏下攝像模組方案中，區分各廠商未來屏下光學指紋識別產品體驗的關鍵點。未來，超聲波方案和TFT方案還在枕戈待旦，這兩種方案能實現更大面積的識別區域，當然，價格、功耗、成熟度都是制約這些方案的重要因素。根據IDC數據，2018年第三季度，全球手機銷量進一步下滑。手機行業已經成為殘酷的修羅場，讓我們期待這些屏下指紋的大招吧。
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