屏下指紋產業全解析：國內外供應鏈逐漸完善，千元機標配可期

來源：微信公眾號 半導體那些事兒（ID：IC-008）

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自從智慧型手機面市以來，其螢幕就一直朝著大尺寸的方向演進，但過大的螢幕卻造成無法單手使用的困境，而全面屏的出現可以在不改變手機原有尺寸的情況下通過提高屏占比，在螢幕視野變大的同時不影響握持手感。

在蘋果iPhone X和三星Galaxy S8的影響下，兼具螢幕視覺效果最大化和手機握持手感最優化的全面屏手機將逐漸成為主流。

全面屏的出現提升了用戶的使用體驗，滲透率得到快速提升。

根據群智諮詢的預測，2018年全面屏手機將全面爆發，出貨量將達到9.1億部，在智慧型手機中的滲透率將達到61%，全面屏的大行其道將推動屏下指紋逐步走上標配之路。

2018年將是屏下指紋識別技術快速普及元年。

智慧型手機全面屏的趨勢意味著傳統的指紋識別技術必將逐漸被淘汰，可選擇的替代方案主要有屏下指紋識別、3D Sensing和虹膜識別。

3D Sensing由於採用光學方案，應用領域和特點與傳統指紋有所區別，而虹膜識別由於識別時的視角限制嚴格，導致目前已經使用虹膜識別技術的手機對於消費者來說的體驗感並不好，大規模普及受到限制。

屏下指紋識別技術則乘著全面屏的東風迅速發展。

指紋識別中電容式識別技術是目前手機廠商最普遍使用的。

但是，東北證券分析師指出，在手機全面屏的趨勢下，提高屏占比的同時指紋識別就不得不向屏下指紋識別的方向發展，而電容式指紋識別技術的穿透率大概在300μm左右，基本的玻璃蓋板都很難穿透，所以，電容式指紋識別方案必將探索新的應用技術及形式，否則在將來一定會受到其他識別方案的衝擊。

光學式與超聲波式指紋識別受益於較強的穿透能力，結合智慧型手機全面屏的大趨勢，現在及未來將會被更多地應用於屏下指紋識別方案中，推動指紋識別技術的革新。

三類屏下指紋主流技術分類解析

1.光學式屏下指紋識別技術

光學式屏下指紋識別技術是依靠光線反射探測指紋紋路。

其原理為：OLED面板具有自發光的特性使得各像素之間可以留有一定間隔，保證光線透過。

當用戶手指按壓螢幕時，OLED螢幕的RGB像素髮出光線，穿透蓋板到螢幕表面，將指紋紋理照亮，照亮指紋後反射的光線透過螢幕顯示像素的間隙傳遞到緊貼於屏下的傳感器上。

因為手指的不同紋路導致反射的光線不同，指紋傳感器會根據反射光線形成指紋圖像，進而與資料庫進行對比分析，最終識別指紋。

光學式屏下指紋識別技術具有以下優點: 環境光(太陽光等)抗干擾性能更強；極端環境(溫度、濕度等)下的穩定性更好。

同時，光學式屏下指紋識別還存在以下問題:

干手指識別率低：由於光學式屏下指紋識別技術仍然是基於光學原理，所以，其同樣存在傳統的光學式指紋識別技術對於干手指識別率低(拒真率高)的問題。

另外，手機螢幕貼保護膜、外界的干擾也會影響光學式屏下指紋的識別率；

指紋識別區域螢幕易老化：OLED螢幕在一個像素長時間顯示同一個色彩時， 像素顆粒會老化，導致將來在顯示其他內容時，會出現當初長時間顯示圖像的殘影，並且這一過程是不可逆的。

而指紋解鎖作為每天用戶最為常用的功能，手機的指紋識別區域像素點的使用也更為頻繁，在長期使用後，可能會比其他區域更容易老化；

功耗較大：相較於傳統的光學式指紋識別，光學式屏下指紋識別技術的功耗要高很多，比如指紋識別的過程需要瞬間提高識別區域的亮度。

2.超聲波式屏下指紋識別技術

超聲波式屏下指紋識別技術是基於超聲波原理，利用指紋表面脊線(皮 膚)和谷(空氣)之間的密度不同將指紋的形態構建出一個3D的圖像，進而與已經存在於終端上的信息對比，達到指紋識別的目的。

具體來說，其原理為：傳感器先向手指表面發射超聲波，並接收回波。

手指的不同紋路會產生不同的回波信號，根據回波信號的不同即可產生指紋圖像信號。

超聲波式屏下指紋識別技術的優點是：

穿透性強：由於具有較強的穿透性，超聲波式屏下指紋 識別技術相較於其他指紋識別技術在防水、防污等方面表現更加優異，有助於解決目前手機只能防水而不能在水下使用的難題，同時還支持用戶在極端濕手指的情況下檢測；

安全性強：由於可以得到3D指紋識別圖像，超聲波式屏下指紋識別的安全性大幅領先；

支持活體檢測：由於超聲波信號具有很好的穿透性，所以指紋識別時可以到達汗孔和皺褶起始的地方，靠心血管、心跳檢測判斷是否為活體。

同時，超聲波式屏下指紋識別技術存在成像質量低、技術不夠成熟、產量較低等問題。

3.電容式屏下指紋識別技術

電容式屏下指紋識別技術是將傳統的矽基指紋識別傳感器換為透明的玻璃基傳感器，並將其直接嵌入到LCD面板中，減少需要穿透的面板厚度，避開了電容的穿透能力差的難題。

當手指接觸螢幕時，指紋識別傳感器能夠檢測到這一信號，從而完成指紋識別過程。

相較於光學式屏下指紋識別，電容式屏下指紋識別技術具有以下優勢：

功耗低：電容式屏下指紋識別過程中無需螢幕發光，因此功耗相對較低；

成本低：由於目前要實現光學式和超聲波式屏下指紋識別就必須採用OLED螢幕，而電容式屏下指紋識別技術可以適用於成本較低的LCD螢幕。

同時，電容式屏下指紋識別技術也存在一些問題：現在的智慧型手機都採用的是電容式觸控技術，手機的顯示屏上都有一層用於識別觸控的觸摸屏(Touch Panel)， 而電容式屏下指紋識別傳感器也是基於電容式技術，那麼觸控的信號和指紋識別的信號則可能會產生相互干擾，這需要進一步地解決。

如果電容式屏下指紋識別技術能夠順利量產，並成功用於智慧型手機的話，將有望推動屏下指紋在中低端智慧型手機上的普及，加速全面屏手機的普及進程。

總體而言，光學式、超聲波式、電容式屏下指紋識別技術各具優勢。

從工藝方面來看，光學式屏下指紋識別技術可以適用於柔性和剛性OLED螢幕，目前，剛性OLED螢幕的價格在20美元左右，而柔性OLED螢幕的價格則要達到80-90美元，兩者差距仍較明顯。

從功耗方面來看，光學式屏下指紋方案在解鎖時需要螢幕開啟最高亮度以照亮指紋，功耗較高。

由於以光學原理為基礎，光學式屏下指紋識別技術同樣存在抗污漬和污染能力較差、受陽光干擾的問題。

不過從目前各大廠商的技術進度來看，光學式屏下指紋識別的進展更快，在產業鏈成熟度和精度上都有更好的表現，且供應商更多，有望成為全面屏的標配指紋識別技術。

由於受到穿透距離的限制，超聲波要實現屏下指紋識別，目前就只能用於柔性OLED屏上，因而將會帶來較高的成本。

由於超聲波式屏下指紋識別是通過超聲波掃描指紋，因此在識別指紋時不用螢幕開啟最高亮度，功耗較低。

受益於超聲波的強穿透力，超聲波式指紋識別技術不受手指上污漬和污染的影響。

雖然超聲波式屏下指紋識別的準確率還有待提升，但其無需開孔、無需直接接觸、不受濕手指和微髒污影響的優勢與更高的安全性能顯著增強用戶體驗。

在產業鏈進一步成熟、準確率進一步提升之後，超聲波式屏下指紋識別有望成為全面屏指紋識別非常可行的方案之一。

分析師指出，傳統的電容式指紋識別是目前最成熟的指紋識別技術，在採集、算法上均有一定的技術積累，而電容式屏下指紋識別傳感器在響應速度和識別率方面則更進一步。

由於電容式指紋識別技術可以搭載LCD屏，相對於只能適用OLED螢幕的光學式和超聲波式指紋識別技術則具有很大的成本優勢。

智慧型手機全面屏趨勢推動屏下指紋應用快速普及

在消費者越來越追求更高屏占比的趨勢下，各大手機廠商開始轉向屏下指紋識別的方案。

vivo在今年1月24日正式發布了全球首款搭載光學式屏下指紋識別技術的全面屏手機X20 Plus UD，該款手機是vivo與方案設計公司Synaptics合作， 採用Clear ID FS9500光學指紋方案，穿透0.68mm玻璃蓋板到達OLED螢幕，最後再到指紋處理器，實現屏下指紋識別。

這項屏下指紋識別技術可在防水、濕手狀態下操作，據vivo官方稱解鎖速度在0.6s左右。

vivo於今年3月19日發布的X21屏下指紋版手機採用的是匯頂科技的光學式屏下指紋識別方案，它需要可以自發光的OLED屏來配合，通過螢幕發射的光線對指紋進行照射，再由螢幕下方的傳感器來接收返回的光線並進行處理，最終得到指紋圖像。

據匯頂科技介紹，其屏下光學指紋方案通過優化光路結構設計，有效消除了顯示單元顯影和強光干擾，從而使得用戶在強光下也可以快速解鎖，並通過優化指紋識別算法，提升干手指及極端低溫環境下的指紋識別率。

相比vivo X20 Plus螢幕指紋版，vivo X21螢幕指紋版的指紋識別位置有所上移。

vivo採用匯頂科技提供的光學式屏下指紋識別方案，在vivo X21手機上實現屏下指紋的規模量產，這對於傳統指紋晶片行業來說帶來了新的增長點，是典型的技術升級推動行業二次成長。

另一方面，超聲波式屏下指紋也有望在2018年實現商用，電容式屏下指紋則有望於2019年迎來規模量產。

總體而言，全面屏的東風將推動屏下指紋進入新一輪的成長期。

全面屏手機全面爆發，屏下指紋市場需求預測

2017年全球指紋晶片的發貨量約9.8億顆，同比增幅超30%，其中FPC和匯頂科技的出貨量均超過2億顆。

指紋識別已經成為手機的標配部件。

隨著全面屏帶動屏下指紋的發展，預計未來指紋識別方案在所有識別方案中的占比將進一步擴大，今年將達到歷史最高的60%，市場需求將進一步擴大。

IHS Markit報告預測，2019年採用屏下指紋技術的手機將迎來快速增長，預計使用該技術的手機出貨量將達到1億部，是2018年預估出貨量900萬台的10倍多，彈性巨大。

如果三星將屏下指紋技術應用於Galaxy Note 9，則2018年採用此解決方案的智慧型手機出貨量將從目前預測的900萬台增至2000萬台以上。

其中，光學式屏下指紋方案將率先迎來爆發，2019年其指紋識別模組的出貨量將預計超過9000萬顆；2020年繼續保持高速增長，出貨量預計將超過1.75億顆；至2022年預計將超過2.8億顆，推動屏下指紋技術快速成長。

超聲波式指紋識別模組的出貨量在2019年預計將超過1000萬顆，此後不斷增長，在2022年預計將達到5000萬顆的出貨量水平。

群智諮詢預測，2018年全面屏手機將全面爆發，出貨量將達到9.1億部，在智慧型手機中的滲透率將達到61%；預計至2020年，全球全面屏智慧型手機出貨量將達到14.3億部，滲透率超過85%。

智慧型手機搭載全面屏的趨勢有力推動了屏下指紋識別技術的發展和應用，2018年將成為屏下指紋識別技術發展的元年。

目前發展較快的光學式屏下指紋識別技術已經實現商用，超聲波式屏下指紋也有望在2018年實現量產，電容式屏下指紋則有望於2019年迎來規模量產。

東北證券分析師表示，隨著供應鏈進一步完善，屏下指紋識別應用規模將顯著擴大。

同時，隨著國內OLED面板廠商的生產能力逐漸導入，目前只適用於OLED螢幕的光學式和超聲波式屏下指紋識別方案的成本將會逐漸下降，採用屏下指紋識別技術的手機將從中高端智慧型手機逐漸過渡到千元機，進一步擴大消費群體，行業的盈利能力有望持續得到提升。

供應鏈逐漸完善，屏下指紋識別將進一步滲透

目前國內外多家廠商均致力於發展屏下指紋技術，包括：

Synaptics 2017年12月表示，已經開發出了成熟的屏下光學指紋方案，其核心為被稱為Clear ID FS9500的傳感器，這一方案在CES 2018的展會中搭載於vivo X20 Plus UD手機上，首次實現量產。

三星於今年1月取得了屏下指紋識別的專利，該項技術是基於光學原理，適用於OLED螢幕。

由於三星是AMOLED螢幕的供應商，因此在成功研發屏下指紋技術後，可以將屏下指紋技術和螢幕打包一起出售，提升在供應鏈中的話語權。

對於其他手機廠商來說，有了三星的這套方案，便可以一次性解決螢幕的需求和屏下指紋的需求，也是一舉多得。

蘋果在去年12月被曝出，在歐美的一項屏下指紋專利被批准。

蘋果的這項專利的具體內容為：特別定製的OLED螢幕集成指紋識別模塊，實現全螢幕都能檢測並識別用戶手指指紋的功能。

與目前其他公司已經公布的屏下指紋識別不同，蘋果設計的屏下指紋識別方案不是在固定位置設置指紋傳感器，而是可識別整塊顯示屏，手指觸碰到螢幕即可解鎖。

蘋果的這項專利已經獲批，預計後期機型將配備。

高通公司是超聲波式指紋識別方案的踐行者，早在2015年時就推出了「Sense ID」3D超聲波指紋識別技術。

去年6月，高通發布新一代超聲波指紋識別方案，將支持驍龍800系列以及驍龍600系列處理器的手機。

此外，未來也可能會開放高通以外的平台。

FPC 於2017年11月正式發布了屏下紋識別技術，該技術基於超聲波原理，能夠在不同的表面材質捕捉指紋，還能夠在終端設備的顯示面板上的任意位置捕捉與識別使用者的指紋，從而消除終端廠商在設計上的物理空間限制，並且支持OLED屏和LCD顯示屏。

日本顯示面板廠商JDI於今年1月23日宣布其開發出了全球首款基於玻璃的全透明電容式指紋識別感應元件，這款傳感器尺寸為8mm×8mm，解析度為160×160，像素密度可達508dpi，並宣布會在2018 財年(2019年3月之前)以內將這款指紋識別傳感器正式投入商用。

作為生物識別及人機互動領域可靠的技術與解決方案提供商，匯頂科技陸續推出擁有自主智慧財產權的屏下光學指紋識別技術、活體指紋識別方案、指紋識別與觸控一體化的IFS技術、活體指紋檢測技術等。

今年匯頂科技攜各大手機廠商陸續推出的vivo X21螢幕指紋版、華為Mate RS保時捷設計、小米8探索版、vivo NEX多款手機均應用其IN-DISPLAY屏下光學指紋識別技術。

經過多年的潛心研究，匯頂科技的屏下光學指紋識別技術在抗強光干擾、低溫環境、干手指場景下表現出穩定的解鎖率和解鎖速度，並且在OLED軟、硬屏均已實現規模商用，是目前商用機型最多、累計發貨量最大的光學式屏下指紋識別方案。

敦泰子公司敦捷光電於今年1月8日在深圳發布並展示支持實現TFT-LCD、OLED、micro-LED等面板的屏下多點指紋讀取方案，該方案基於光學原理，同時解決了屏下指紋的SiP封裝難點，減小電源功耗和IC與模組厚度，突破了目前的技術瓶頸，使全面屏和前置指紋實現很好的結合，但目前尚未有終端廠商正式採用或推出新品。

綜上來看，現階段光學式屏下指紋識別方案較為成熟，供應商較多。

隨著屏下指紋識別應用的不斷普及，市場將持續保持高速增長。

東北證券分析師指出，雖然3D Sensing和屏下指紋識別技術將在2018年展開對未來中高端手機識別技術主導權的爭奪，兩者將同時並存，但由於目前較為成熟的屏下指紋識別技術均只能適用於OLED螢幕，所以短時間內預計中高端智慧型手機會更多採用屏下指紋識別技術，低端機型出於成本考慮則會繼續採用置於手機背面的電容式指紋識別方案。

不過，隨著OLED螢幕的普及，屏下指紋識別方案也必將會進一步普及。

來源：集微網