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屏下指纹识别技术详解

2023-06-20
457 次

屏下光学指纹已经成为确定性技术方向,在全面屏的趋势下,该芯片市场也快速发展。根据 IHS 预计,2019年屏下指纹芯片出货量将增至1.8亿片,预计未来三年该技术将在市场保持高速增长。



由于手机全面屏概念的流行,传统指纹解锁无论采用正面刮擦或按压方式解锁,还是采用背面解锁,都会影响手机等智能设备的外观。指纹识别需要指纹采集窗,势必会影响屏占比,因此屏下指纹识别技术应运而生。



指纹识别的实现方式


 

目前的手机指纹识别所实现的途径,大致可以分为三种:


1.第一种是目前使用率最高的电容式指纹识别方案 


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。该方式适应能力强,对使用环境无特殊要求,同时,硅晶元以及相关的传感原件对空间的占用在手机设计的可接受范围内。





目前的电容式指纹模块也分为划擦式与按压式两种,前者虽然占用体积较小,但在识别率以及便捷性方面有很大的劣势,这也直接导致厂商全都将目光锁定在了操作更加随意、识别率更高的按压式电容指纹模块。因为普及范围广,所以技术非常成熟,但在被炒的火热的全面屏手机概念,电容式似乎显得有些格格不入。

指纹识别集成在手机上的形式无外乎就是这几种:后置和前置,还有侧边等,当然还有罗老师的坚果pro2(把指纹识别镶嵌在logo中)独领风骚。


2.第二种是超声波指纹识别方案



超声波指纹识别与电容式需要检测指纹表面不同,超声波具有穿透性,利用指纹模组发出的特定频率的超声波扫描手指,利用指纹的不同对超声波反射的不同,能够建立3D指纹图形,因此对手指表面的清洁程度并不用太过考虑。

另外,由于超声波可以穿透金属、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。

不过由于技术不是特别成熟,超声波虽然具有穿透性,但在超声发生器大小、频率和屏幕盖板的材质、厚度的影响下,其穿透能力也非常有限。

3.第三种便是光学指纹识别方案



光学识别是应用比较早的一种指纹识别技术,比如之前很多的考勤机、门禁都采用的就是光学指纹识别技术。 主要是利用光的折摄和反射原理,将手指放在光学镜片上,手指在内置光源照射下,光从底部射向三棱镜,并经棱镜射出,射出的光线在手指表面指纹凹凸不平的线纹上折射的角度及反射回去的光线明暗就会不一样。

用棱镜将其投射在电荷耦合器件上CMOS或者CCD上,进而形成脊线(指纹图像中具有一定宽度和走向的纹线)呈黑色、谷线(纹线之间的凹陷部分)呈白色的数字化的、可被指纹设备算法处理的多灰度指纹图像。然后对比资料库看是否一致。  



屏下指纹识别技术的发展趋势



目前来看,光学式屏下指纹识别技术更加成熟。未来很长一段时间内,光学式屏下指纹识别都会是市场中绝对的主流。



超声波式屏下指纹识别方案目前尚未量产。


但是,无论是哪一种超声波指纹识别技术,都面临着量产商用的难题。而且在当下的光学式屏下指纹识别占据绝对市场优势的当下,即使最终其克服困难实现量产,智能机厂商是否会舍弃已经成熟的光学式屏下指纹识别而转向超声波式屏下指纹识别,着实难以判断。因此,对于超声波式屏下指纹识别技术的未来,着实难以乐观。




未来很长一段时间内,光学式指纹识别技术都会是屏下指纹识别市场的绝对霸主。超声波式屏下指纹识别技术与电容式屏下指纹识别技术想要实现弯道超车,一方面需要尽快解决自身存在的技术问题。另一方面也可以期待下一代显示屏技术(如MicroLED)的登场。




屏下指纹识别技术的核心部件——光纤传像材料

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低数值孔径光准直材料http://www.gxtechnology.com.cn/txgd/97.html

我公司(中建材光芯科技)研发的光准直材料由微米级光导规则排列而成的二维光波导阵列,相邻光波导之间具有优异的光绝缘特性,可实现光学图像穿透3mm以上的透明层而像质不恶化,并能有效阻断环境杂散光进入图像传感器,确保图像信号提取的精准度。


产品性能:

准直单元尺寸 : 6-70μm

垂直观测透过率:≥35%

倾斜5°观测透过率 : ≤5%

光绝缘波长范围:300-1000nm

光绝缘效率:≥99.5%

最大面阵尺寸:146mm×146mm

厚度:0.12mm-1.0mm (按用户需求定制)


产品应用:

可应用于智能手机屏下指纹识别系统,实现全面屏指纹识别。产品尺寸可以根据需求进行定制。


来源:公众号“传感器技术”(ID:WW_CGQJS)

作者:法拉第



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