超薄屏下光学指纹技术成助燃5G新动力

作者：杨超月

　　什么是屏下指纹技术？

　　当苹果发布了新款iphone的人脸识别解锁机制时，不少人认为传统的指纹识别方法很快就会被遗忘。此时，android手机厂商正大力探索一项功能更先进的技术更新，将其作为生物识别技术的首选，标志着指纹传感技术的某种程度的回归。

　　这种新机制被称为屏下指纹技术(fingerprint-on-display)，也就是常说的FoD。较量一触即发，FoD技术的诞生早就埋下了竞争的种子，旨在取代手机中其他生物识别方法，如虹膜识别和面部识别。

　　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。

　　屏下指纹技术有哪些？

　　目前常用的指纹识别方式分为四种：光学式、超声波式、电容式和热感式，其中超声波和光学方案为主流的屏下指纹方案。

　　电容式指纹技术是一种利用指纹sensor与导电的皮下电解液形成电场，指纹的高低起伏会导致二者之间的压差出现不同的变化，借此可实现准确的指纹测定。电容式指纹技术成熟，成本低廉，但穿透力较弱。

　　光学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。屏下光学指纹系统包含光学系统设计、图像传感器、算法三个部分。

　　超声波指纹技术是一种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1×104 ——1×109Hz，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，因此抗污能力高。由于超声波传感器的尺寸很小，所以在屏下指纹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，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。另外，由于超声波具有比较强的穿透性，可以穿透金属、玻璃等常用手机材质，因此对手机外观方面也不会有太多限制，但成本较高。

　　5G时代，光学指纹重返战场

　　某项技术出现的早并不与“OUT”划等号，就像光学指纹一样，它的诞生早于其他几种指纹识别方案，但曾经的光学指纹识别由于其防伪度低、功耗大、识别精度较低、体积大等缺点，很快被电容屏赶超，促就了一段电容式指纹技术霸市的历史。

　　而今，5G时代到来，各项相关也太也在悄悄改变。其中，5G手机的三大“特色”与屏下光学指纹技术的发展息息相关。

　　“电老虎”：由于5G通信频段的固有特性， 5G手机耗电量较4G而言高了不少，这对电池的容量提出了挑战，而在技术相当的条件下，容量越大，电池体积也就越大，同时由于5G手机功耗大导致散热成为行业热点，此时采用尺寸更小的元器件无疑至关重要，有效的利用内部结构则也变得愈发重要。

　　“天线阵列扩张”：5G手机中除了主通信芯片用于访问运营商网络需要天线阵列外，手机还有Wi-Fi功能、蓝牙功能、GPS功能、NFC功能以及无线充电功能，都需要不同的天线。因此要在本来就已经很拥挤的手机里面塞进去这么多天线，就必须在其他项目的空间上有所牺牲；同时天线设计的变更对屏下指纹也对抗干扰性能提出了新的挑战。