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LCD屏下指纹识别来了 小米又要“吃螃蟹”

时间:2020-03-25

屏幕下的指纹解锁是什么?这是手机行业“全屏”趋势早期的终极问题。当时,使用家庭钥匙的指纹解锁方案仍广泛用于手机。这个大胆的想法当时似乎是“科幻小说”。时代变了,它经历了几代解锁方案的演变。现在,屏幕下的指纹似乎已经几乎成为当前旗舰手机的标准,除了“顽固”的苹果。

3月9日,红米红米总经理陆在微博上发布了一条轰动消息,即红米的研发团队已经解锁了液晶屏上的离屏指纹,声称可以批量生产,并配有演示视频,这似乎表明红米的下一代中低端机型肯定会采用这项技术,因为熟悉小米营销流程的朋友都知道,一旦微博上有新技术升温,基本技术肯定会被采用。

在那之前,也许你会突然意识到,虽然屏幕下有很多解锁了指纹的手机,但AMOLED屏幕是用于所有不到1000元的荣耀20青年版或OPPO Find X2专业版刚刚发布的,售价近7000元,因为有理由说,液晶屏幕肯定会用于1000元的机器,以降低成本。为什么你必须使用AMOLED屏幕?显然,这是因为液晶显示器不能在屏幕下留下指纹。问题是,为什么液晶显示屏不能在屏幕下留下指纹?

首先,让我们了解一下目前手机指纹解锁的三种主流方案,即电容式指纹识别、光屏指纹识别和超声波指纹识别。通过下图,我们可以清楚地了解这三种方案的工作原理和优缺点。

电容式、光学、超声波工作原理及优缺点

电容式指纹识别

电容式指纹识别技术我们都应该熟悉。在全屏幕手机时代之前,几乎所有的手机指纹识别技术都是电容式指纹识别,比如旧的旗舰产品iPhone8和三星S9,它们使用电容式指纹识别。电容式指纹识别技术已经应用和发展了多年,具有很高的识别速度和准确性,可以说是相当成熟的。

但是,湿手不能开启电容识别,屏下指纹识别也不能通过复杂电场条件下的屏幕实现。将电容式指纹识别转移到屏幕上是非常困难的,因为其较差的渗透能力使其在全屏时代看起来不合适。

光学指纹识别

光学识别的应用非常普遍,如打卡机或日常通勤的门禁等。它们都是光学指纹识别技术,其原理是利用光的折射和反射。当手指按压屏幕时,由有机发光二极管屏幕发出的光照亮手指区域,照亮指纹的反射光通过屏幕像素的间隙返回到紧密附着在屏幕上的传感器。将获得的指纹图像与手机首先输入的图像进行比较,最后进行识别判断。光学屏幕下的指纹识别能有效避免环境光的干扰,在复杂环境下具有较好的稳定性。

最初使用光学指纹识别的手机品牌是Vivo。从2018年1月起,第一款大规模生产屏幕指纹技术的手机 vivo X20 Plus屏幕指纹版问世。此后,针对用户体验,屏幕下指纹技术得到了不断的改进,并取得了很大的进步。到目前为止,我们可以在电子商务上搜索数百部配备了屏幕光学指纹识别技术的手机。

First massive Production Screen指纹技术手机vivo X20 Plus

事实上,从这一点上,我们可以理解为什么液晶屏不能用作屏幕外指纹。我们可以看到下图。在液晶显示屏和有机发光二极管显示屏的构造中,由于液晶显示屏本身不能发光,因此需要背光模块来提供背光

目前,高通公司是超声波指纹识别领域的研发巨头。它的名字叫超声波指纹识别传感标识,它对手指表面的清洁度要求不高。此外,屏面板不需要打孔,不需要按压,可以实现湿手解锁。然而,目前应用这种技术的手机制造商并不多。三星的旗舰机型Galaxys S10去年是第一款使用超声波指纹识别技术的手机,今年的S20系列也继续采用这项技术。

三星S20继续推出超声波指纹识别

我们知道三种指纹识别技术,我们也知道为什么液晶显示器不能进行指纹识别,但我们能找到另一种方法实现它吗?如上所述,背光模块的存在阻碍了光信号的传输,但是光具有直接入射、反射和折射,因此在液晶显示屏下开发指纹技术的面板工厂几乎采用了“光折射”的原理。目前,作者发现的最早的信息是丁晖科技于10月15日申请的一项名为“指纹识别装置和屏幕下的电子设备”的发明专利。从图中可以看出,离屏指纹识别装置应用于具有背光模块420和液晶面板430的电子设备,背光模块位于液晶面板的下方。液晶面板包括显示区域和非显示区域,并且指纹检测区域440设置在液晶面板的显示区域上。其中,屏幕外指纹识别设备可以包括指纹传感器410。指纹传感器设置在液晶面板的非显示区域下方,接收背光模块发出的、由指纹检测区域上方的手指反射的光信号,并根据接收到的光信号生成手指的指纹信息。指纹传感器位于液晶面板下方,即指纹传感器位于玻璃盖板下方。

由于指纹传感器位于液晶面板的下方,而不是背光模块的下方,指纹传感器接收到的手指反射的光信号不需要通过背光模块,所以指纹传感器可以接收到手指反射的光信号进行指纹识别。另外,指纹传感器设置在液晶面板的非显示区域的下方,不会影响屏幕的显示效果。

犹大光电世界首款全屏光学嵌入式指纹扫描LTPS显示器

当然,这是一个实现区域屏幕指纹识别的方案。在全屏解锁方案中,犹大光电在参加2019美国显示周时展示了世界上首个全屏光学嵌入式指纹扫描LTPS显示器,但专家表示,其成本可能会限制全屏光学嵌入式指纹扫描LTPS显示器的推广速度。目前,所有整机制造商对此都感兴趣,但不能接受如此大幅度的成本增加。

各大厂商都在液晶显示器的离屏指纹识别技术上取得了突破。

可能的改进方向是将传感器重新定位在阵列侧,并沿着ITP发展的路线返回。目前,深圳天马、犹大、富士科技、丁晖科技、BOE等。在2019年相继发布了屏幕外指纹解决方案。从上游的角度来看,这项技术没有太多的技术问题。

上面提到的Redmi使用的离屏指纹方案被称为深度天马离屏指纹解决方案。小米应该是第一个宣布将成为液晶显示屏下的指纹手机的终端制造商。小米将成为第一个吃螃蟹的人,可以预见,这项技术将在未来应用于小米的中低端手机。每个人都有必要为这项新技术付费吗?

面板价格在疫情爆发前持续下降(数据来自奥维拉沃)

总之,我们也已经介绍了许多面板工厂已经有了这项技术的计划,所以它不再是一个实施的问题,只是成本和大规模生产,但在我看来,这最终不是一项技术创新。这是因为这是液晶面板厂为了解决液晶面板销售问题和厂家为了区分这两种产品而被迫推行的TO B行为

如今,对有机发光二极管面板的需求正在飙升,高端旗舰电视或手机都涌向有机发光二极管。因此,制造商的策略是,有机发光二极管可以做液晶显示器可以做的,如果液晶显示器可以做到,它可以做更多的噱头,使产品差异化和高溢价。因此,技术研发被提上日程。

最后,还有一个问题是这些产品将来是否值得购买。作者认为,由于有如此多的上游制造商参与这项技术的研发,在激烈的竞争下,解决方案的价格将不可避免地下降。目前,可以说半屏指纹解锁解决方案如果到达终端不会导致成本大幅增加,所以没有必要担心未来配备液晶屏指纹技术的手机价格会大幅上涨。

就解锁速度而言,应该类似于OLED屏幕下的指纹,因为它是基于光学指纹识别的原理。如果液晶显示器真的想与众不同,全屏液晶指纹解锁是在弯道超车的方法,但如上所述,它目前仅限于成本,不太可能大规模生产。

曝光红米液晶指纹手机

因此,如果有一天液晶显示屏下的指纹手机真的启动了,建议先体验一下液晶显示屏下指纹的解锁速度。如果价格绝对低于同类有机发光二极管产品,可以说有一定的性价比。此外,也有必要理性地看待屏幕下指纹的重要性。例如,苹果人脸识别系统已经持续了三年,却没有透露任何在屏幕下使用指纹识别技术的消息。当然,也不排除与高通公司达成和解的苹果公司将来会转向超声波指纹识别方案。

简而言之,就目前而言,屏幕下的指纹识别仍然是走向手机最终全屏的关键一步,技术竞争仍将长期存在。

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