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“中国芯”引领安卓手机潮流,LCD屏千元机也能标配屏下指纹解锁

时间:2019-04-26 作者:顾正书 阅读:
4月24日,阜时科技正式对外发布其LCD屏下指纹方案。这一历时两年开发出来的屏下指纹识别技术包括:主动式高穿透发射光源、宽域波长光接收技术、LCD屏背光膜材组合,以及自主研发的神经网络图像重构算法。
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2017苹果发布采用OLED屏幕和3D结构光的iPhone X,以3D人脸识别Face ID彻底取代了Touch ID电容式指纹识别解锁,从此拉开了屏占比越来越大的战幕。多年来一直以苹果为风向标的国产手机厂商这下傻眼了,3D结构光技术难度高不说,即便能够克服技术壁垒,这么高的成本安卓手机也难以承受呀。mi0EETC-电子工程专辑

既然不能再像以前那样跟着领头羊走,那就要自主创新了。能否在屏幕上直接进行指纹解锁呢?这是几大主流厂商和指纹识别供应商一直在琢磨的问题。在指纹识别领域的“中国芯”代表汇顶科技和上海思立微率先推出屏下光学指纹识别方案,并于2018年在华为vivoOPPO和小米的高端OLED屏机型上绽放光芒。不用跟着苹果的屁股走,“中国芯”让中国手机厂商在全球市场上更加昂首挺胸,以更高的性价比赢得更多客户青睐。mi0EETC-电子工程专辑

为了追求更高的屏占比,屏下指纹解锁成为安卓手机的首选,而目前屏下指纹有光学和超声波两种技术方案,其中屏下光学指纹辨识技术已经成熟,将成为主流方案。屏下指纹成为引领安卓手机潮流的新标准,自然也带动了屏下指纹模组的爆发。据市场分析数据预测,未来四年屏下指纹模组出货量将保持77%年复合增长率(CAGR),到2022年将超过3亿片。然而这样的乐观预测是基于OLED屏幕供货充足和价格持续下降的前提,因为目前屏下指纹只适用于OLED屏幕。mi0EETC-电子工程专辑

目前行业主流的屏下指纹方案都是与OLED面板相配套的光学屏下指纹方案,其主要原理是将可见光摄像头通过特定的制程与显示面板结合起来,利用OLED面板的透光性,将指纹用“拍照”的方式获取。而LCD显示屏由于背光的存在,天然无法透光,市场上一直没有厂商推出支持LCD面板的屏下指纹。因此,业界分析人士认为屏下指纹本来就与LCD面板无缘,LCD手机只能继续采用传统的电容式指纹方案了。mi0EETC-电子工程专辑

屏占比随着全屏手机的推出越来越受到消费者关注,根据国金证券的统计,目前新推出的OLED 手机中,屏占比超过90% 的机型渗透率已逾65%。反观LCD 手机,屏占比超过90% 的机型渗透率还不到30%LCD屏手机如果只能采用电容式指纹识别方案,屏占比就难以提高,只能面临快速被OLED屏手机替代的命运。mi0EETC-电子工程专辑

然而,在2018年全球14.6亿部手机销售中,千元上下的中低端机型仍占绝地主流。若按照手机屏幕类型划分,LCD屏手机占据85%的绝对份额,OLED及其它屏幕的手机仅占15%mi0EETC-电子工程专辑

据专注于背光源和触控屏的宝明科技总经理李晗称,随着OLED技术逐渐成熟,产能会逐渐提升,中端机型也将开始使用OLED屏幕,其出货量和占比也会逐年增加。与此同时,国内主流面板厂仍在扩产投资LCD,比如BOE 10.5代线和华星11代线。此外,从面板供应商的角度看,LCD产线一般是10年的折旧。国内上一代的LCD产线基本上接近折旧期末,这意味着LCD屏的价格还可以进一步下降,这是利润本来就微薄的安卓手机厂商不得不考虑的因素。mi0EETC-电子工程专辑

未来几年,LCD面板无论是产能还是销量仍然会远超OLED面板。因此,过去2年来指纹芯片厂商针对LCD不透光这一问题一直在寻求突破,期望采用LCD屏的流行爆款也能有屏下指纹这一卖点。从结构上对比,OLED是自发光的,而LCD需要背光模组。背光是由多层光学膜和导光板及支撑框架构成,LCD显示模组实现光学屏下指纹最大的难点就是光线难以穿透背光多层结构成像。此外,LCD光线利用率也比较低,一般不超过10%。这些难题让开发LCD屏下指纹方案成了“Mission Impossible”,但是有一家初创公司竟然开发出来了,而且今年就可以投入量产。mi0EETC-电子工程专辑

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LCD背光模组的工作原理mi0EETC-电子工程专辑

424日,阜时科技正式对外发布其LCD屏下指纹方案。这一历时两年开发出来的屏下指纹识别技术包括:主动式高穿透发射光源、宽域波长光接收技术、LCD屏背光膜材组合,以及自主研发的神经网络图像重构算法。阜时科技累计申请了160多项LCD屏下指纹专利,目前正在与华为荣耀和小米等手机大厂抓紧测试模组方案,预计今年下半年即可投入量产,配备LCD屏下指纹解锁功能的主流手机即可面市。mi0EETC-电子工程专辑

据阜时科技总经理莫良华称,经过之前好几个失败的方案,研发团队并没有气馁,而是坚持大胆探索,小心求证,最终才有今日的成果。在2019年春节前后,第一个可以清晰看到指纹图像的LCD面板+屏下指纹方案终于出现在阜时科技的实验室中。在对应 LCD 屏下指纹采集的局限环境下,阜时科技采用了算法辅助的做法。通过采用最新的深度学习神经网络算法优化,实现了LCD屏下指纹的快速识别,目前得知其指纹识别率可媲美传统电容式指纹,并且算法还在不断进化中。mi0EETC-电子工程专辑

“在LCD屏下指纹开发上,坚持不懈是至关重要的,只有熬下去才能抓住最后的成功,” 阜时科技研发负责人林峰在发布会上感慨道。理论上需要严谨的推理和论证,这本身就需要强有力的专家型人才来实现。实践上需要不断打磨完善,考验工程技术团队的攻坚能力和忍耐力。基于过去在指纹、显示技术等方面的积累,阜时科技的研发团队经历了至少三次大的方案路线调整,才进入不断收获惊喜的发展期。在研究3D人脸识别方案时,研发团队总结了大量经验,被成功吸收到屏下指纹的研发中来,使得产品研发在经过一段时间的沉默期之后,迎来了一个又一个技术突破的机会,并成功转化成可以预见的技术成果。通过对LCD背光板的不断改造与尝试,对指纹光路方案的不断调整与改进,成功解决了显示效果、指纹成像效果等瓶颈问题。mi0EETC-电子工程专辑

产品研发过程中的协作也很重要,阜时科技与背光部件供应商宝明经过一年的合作研发攻坚,成功实现了红外光从背光背侧透过背光和LCD,照亮指纹,再将指纹图像以近乎准直方向反向穿透LCD和背光到达Sensor,从而实现指纹识别和解锁功能。mi0EETC-电子工程专辑

随着华米欧维等中国手机品牌的崛起,以及苹果和三星加速将手机显示屏采购转移到中国显示面板厂商,中国已经成为全球最大的显示屏生成和消费国,而LCD产业仍是国际重点扶持的行业。LCD相比OLED显示在成本和产能上有较大优势,随着LCD屏下指纹技术实现突破和量产,LCD在全面屏和高色域方面逐步接近OLED,未来数年LCD仍将占据手机显示屏的主导地位,包括背光和屏下指纹模组在内的部件需求也将持续增长。一旦阜时科技证明LCD屏下指纹的技术可行性和商业潜力,像汇顶和思立微等竞争对手也会跟进,屏下光学指纹与超声波指纹、结构光和TOF等解锁技术将在智能手机终端上展开新一轮的较量。mi0EETC-电子工程专辑

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顾正书
电子工程专辑(EETimes China)主分析师。以深圳为坐标原点,扫描全球电子和半导体行业。专注于China Fabless和SoC设计细分市场的分析和学习,欢迎交流。
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