屏幕指紋(Fingerprint on Display)的市場與發展

屏幕指纹(Fingerprint on Display)的市场与发展

自2013年起,Apple首次採用指紋辨識Touch ID在iPhone 5S之後,開創了後續智能型手機應用生物辨識(biometric identification)的風潮,生物辨識從此取代傳統的密碼成為手機上主流的身分識別技術。除了最普遍使用的解鎖功能外,程序內的身分識別,特別是在線付款也是常用的功能。鑑於智能型手機透過傳輸、儲存與感測等使用,已經載有太多使用者個人的私密訊息,因此身分識別已經是個必要的功能。除了指紋外,近年來還興起其他的生物辨識技術,象是人臉辨識(Apple iPhone X)、虹膜辨識(Samsung Galaxy S and Note)與靜脈辨識(LG G8 ThinQ),但是使用的直覺、便利性上,未必勝過指紋。

IHS MARKIT

原本硅基的電容式指紋經過短暫幾年的價格崩跌,已經有超過六、七成以上的滲透率,但是在2017年時開始的全面屏(full-screen display)趨勢卻改變了這個現狀。由於全面屏排擠了原本指紋位於手機正面空間,使得指紋模塊不得不移到手機背面,但是這影響了原本的便利性。因此,自2018年開始,屏幕指紋方案陸續被提出,使用者終於又可以直接在屏幕上做指紋辨識,而且指紋按區是隱藏於屏幕上,並不需要有手機正面額外的空間。經過一年的改進,2019年的Samsung Galaxy S10已經正式將屏幕指紋導入。IHS Markit特別追蹤屏幕指紋模塊的2018年出貨量雖然約僅有3千萬,但2019年將有機會挑戰2億組的數量;除了技術、供應鏈與價格的成熟外,Apple以外的五大品牌均已經將屏幕指紋視為未來的、使用者可感受到的重要功能。

屏幕指紋的技術發展在2018年到2019年還在持續地變化中。雖然目前的主流技術還是採取硅基CIS(CMOS image sensor)做光學取像(optical imaging),但是卻已經歷經了新的里程碑。原本在2018年上半年,Synaptics、Goodix以及Egis多半採用特殊的半導體制程製作集光層(optical layer),並且疊加於CIS芯片上,但是這樣的作法在成本與模塊端都有不小的挑戰。在2018年第二季末左右,Goodix的改進是將集光層從半導體制作與封裝層次拉出到一般的光學鏡頭做法。如此,集光層就可以仰賴成熟的相機鏡頭供應鏈,模塊成本在未來就有進一步下探的空間,而且組裝於手機中框後就大幅降低了原本組裝於AMOLED面板下方的困難。雖然這個新的做法有厚度的問題(約3.8-3.9mm),但其優點明顯勝過了缺點。

不過也由於硅基CIS的做法還是有尺寸的侷限,另一種以薄膜晶體管TFT來發展的技術也已經躍上臺面。不同於光學取向原理,Qualcomm採用超聲波原理(ultrasound):利用LTPS TFT來驅動傳感器線路,而線路上的壓電材料就能主動發射超聲波訊號(Tx)並且接受經過指紋反射回來的訊號(Rx)。利用成熟的TFT製程來取代硅基的優點是容易製作更大面積的、甚至柔性的傳感器,而較大的傳感器對於手機的盲解(不需努力對準指紋案區以解鎖)與將來的多指指紋辨識都是必要的。Qualcomm的超聲波指紋模塊由深超供應TFT,並在業成與歐菲光完成壓電材料塗層與最終的模塊,將於2019年採用於三星的旗艦機種。

另一家新興的方案商OXI(籮箕)還是採取光學取向的原理,但是將原本的硅基方案改造成TFT方案,因此也具有大面積的優點,而且厚度也可以低於1mm。不同於Qualcomm,OXI採用天馬的a-Si TFT製程,並透過歐菲光負責模塊端,OXI預計在第二季末或第三季初左右推出方案,聯想可能會採用。因此,可以預期到,在2019年的下半年起,將是三種技術短兵相接的開始,而TFT技術的方案商將會以較大的傳感器面積來做相對於CIS技術的差異化。同時,CIS技術的方案商也正在研究以拼接方式來達到較大感測面積的可能。

2019年上半年有量產能力的方案商主要僅有Synaptics、Goodix、Silead與OXI,因此模塊價格不致有顯著的太大下滑。但預計到下半年開始,隨著傳統旺季的開始、品牌出貨量放大,模塊價格有機會進一步滑動。另外,新的方案商,象是Novatek、FPC也很可能於第4季開始加入戰局。其他潛在的方案商,包含ChipOne、Samsung LSI、FocalTech、Himax可能要再晚些才會有較明確的動向。不過,經歷過2019年後,並不是屏幕指紋技術的收斂完成,反而是另一波技術發展的開始。2019年的動向主要是技術成熟到一定程度後的市場開拓,包含市佔率、成長率、價格、質量優化等,但自2020年開始,除了較大的傳感器面積的追求外,LCD方案、內嵌式屏幕指紋方案(embedded FoD)將有機會面世。

因此,在2019年時,AMOLED佔有屏幕指紋的方案獨有性與制高點,可能於2020年之後較不再具有絕對的優勢。當屏幕指紋在面板技術、感測技術都在大步向前後,品牌的全面屏也將進一步拓展,而Apple的Face ID無法避免缺口的問題可能落入尷尬的處境,致使Apple必須重新思考結構光技術(structured light)或是時間飛行技術(ToF, time of flight),或許還是該用AR才比較能彰顯價值。


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