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屏下指纹识别技术的难点是什么?

日期:2021-1-21 标签:识别技术 类别: 阅读:1876 (来源:互联网)

电子光学指纹验证是在显示屏下方设置一个光学传感器,根据近红外线识别客户的指纹识别纹理。与丁晖计划不同,DFS适用于显示屏随机部分的指纹识别,甚至与三星全视图曲面屏幕等软OLED控制面板兼容。

指纹识别并不是一项“科技”。早在2013年,美国苹果公司就给iPhone5S增加了TouchID指纹验证。然后,安卓手机也慢慢跟踪,使得指纹验证成为智能手机的标准配置。然而,随着工业产品设计的进一步发展趋势,传统的指纹识别技术已经不能考虑更严格的技术水平规定。

屏下指纹识别系统不出现在iPhoneX上叫前接后接。在全新的iPhoneX上,iPhone选择了FaceID而不是原来的TouchID作为认证。但市场传言iPhone从未停止尝试筛选指纹。其实iPhone的屏下指纹识别并没有停止产品开发,只是时间段不够。

屏幕下指纹识别有什么难到苹果都不用的?

指纹识别技术是众多生物特征识别系统之一。现有的生物特征识别系统包括指纹识别、人脸识别、声纹识别、视网膜等。指纹识别是最流行的方法之一。目前,应用于智能机器的指纹识别和采集的关键技术有三种:电容式传感器、电光式和超声波式。其中,电容式传感器在智能机器的主要应用中仍然占有最大的市场份额。

因为每个人的指纹识别都是由瘦骨嶙峋的皮肤纹理组成的,每个手指的纹理是完全不同的,所以根据AD1845JST传感器可以得到不同的指纹图像。由于皮肤表面的凸凹性,指纹识别不同部位与传感器之间的距离不同,准确测量的电容也不同。最后,指纹图像被转换成集成电路能够理解的电子信号,从而完成准确的指纹识别测量。但是电容指纹传感器也有缺陷,因为它无法通过手机屏幕识别出按在显示屏上的指纹。关键原因是由于显示屏本身的厚度,传感器无法采集到足够有效的数据信号。这使得外置电容传感器的指纹验证方案在全屏手机上没有立足之地。

全屏手机,从字面上来说,就是手机正面全是显示屏,采用无边框设计,追求接近100%的完美屏幕比例。但由于目前的技术性原因,业界声称的全屏手机只是在屏幕比例极高的手机上,而不是在手机上能保证100%前屏比例的手机上。现在业内经常提到的全屏幕手机,指的是真正屏幕比例超过80%的超窄边框设计的手机。如果你想让全屏手机越来越“全方位”,甚至趋向于真正的“全屏手机”,那么屏幕下的指纹识别就必须被打破。

屏下指纹识别系统,又称隐藏式指纹识别技术,是一种在显示屏夹层玻璃下进行指纹验证和全程开启的新技术应用。关键是通过各种不同的材料,利用超声波、电光等技术,从而达到指纹识别的目的。

说白了,屏幕下的指纹是指通过屏幕采集的识别系统,手指与指纹模块没有直接接触。屏下指纹识别可以保证显示屏的一致性。手指粘在显示屏上后,可以立即识别和打开。另外,屏下指纹识别可以大大降低手指污渍、植物油、汗渍对开口的危害。

现阶段,离屏指纹识别有两个关键方案:一是使用OLED完成,即电子光学指纹验证;另一种是超声波指纹验证。

电子光学指纹验证是在显示屏下方设置一个光学传感器,根据近红外线识别客户的指纹识别纹理。超声波指纹验证是在显示屏底部设置一个超声波传感器,根据超声波进行指纹验证。

屏下指纹识别系统方案。

屏下指纹识别是将指纹验证集成ic放在显示触摸组下,可以完成全屏手机和指纹验证的功能;屏内指纹验证是屏外指纹识别的进一步发展趋势。指纹验证集成ic很难集成到OLED清晰度引流矩阵中。

由于电容传感器传输能力差,基础无法再这样工作,所以电光和超声波是屏下指纹验证和屏下指纹验证的最佳选择。

电子光学指纹验证是指中国的丁晖科技和韩国的CrucialTec的方案,超声波指纹识别是指美国的高通。

电子光学方案是利用光源反射面检测指纹识别纹理,因此电子光学综合屏/屏内指纹验证更适合与OLED屏配合使用。因为OLED控制面板具有自发光的特性,可以在所有定义之间做一定的距离,保证光源通过。目前,电子光学指纹验证在整个产业链的质量指标和精度上具有更强的主体性能,有望成为全屏手机的标准配置指纹验证技术。

在三星S7edge的样机上,丁晖科技在屏幕上演示了电子光学指纹识别的方案,将指纹验证集成到OLED显示屏中,客户可以通过触摸显示屏的特定部位来完成指纹验证。

三星的合作伙伴CrucialTec刚刚在中国获得了相关的DFS(显示指纹识别解决方案),并宣布将于2020年商业化。与丁晖计划不同,DFS适用于显示屏随机部分的指纹识别,甚至与三星全视图曲面屏幕等软OLED控制面板兼容。DFS不仅局限于电光方案,也适用于传统的电容方案。

由于厚度问题,位于显示屏下方的指纹传感器精度通常较低,仅用于显示屏的一部分。DFS可以在显示屏的任意区域打开,在精度和厚度上有优势。

超声波指纹验证首先由高通芯片发布,然后应用在小米手机5S上。根据超声波磁感应指纹识别,高通芯片显示集成ic,欧飞光显示整体解决方案。

高通芯片宣布第三代超声波指纹识别方案。该技术穿透金属材料、OLED软屏、夹层玻璃、塑料等物体,最大可以穿透OLED显示屏1200μm,因此可以通过屏幕识别。

虽然识别准确率有待提高,但其不打孔、不直接接触、不受湿手指和微污渍伤害的优点,可以明显提升客户体验。整个产业链进一步完善,准确率进一步提高后,有望成为全屏手机指纹验证的可行方案之一。

此外,三星提交了一份关于前屏下指纹识别系统的专利文件。这次提交的屏下指纹识别不仅仅是一个通用的电子光学指纹验证,更是一个带压力传感器的指纹验证系统软件。这意味着,采用这种技术的三星手机,可以在屏幕关闭时,根据轻按某个特定部位,激活显示屏,完成指纹验证,而不必像之前已经曝光过的类似技术那样,在指纹验证之前必须点亮显示屏。

屏下指纹识别系统原理。

目前已知的屏下指纹识别方案分为两个方向:一种是利用OLED实现,也就是光学式指纹识别;另一种是超声波式指纹识别。

电子光学指纹验证原理。

先说OLED。IPhone采用三星的OLED显示屏。苹果为什么选择OLED作为集团下最大产品的显示器?说明实际效果是,一方面市场传言的屏下指纹很可能是因为OLED的选择。但是为什么OLED可以在屏下完成指纹,而TFT-LCD不行?

智能手机指纹认证,市面上有很多材料,我们就不多说了,屏下指纹认证就是利用光学原理。电子光学指纹验证需要透光和磁感应设备,因为LCD和OLED都可以作为灯源,那么在显示屏下面放一个CMOS传感器就足够了吗?

众所周知,这并不简单。TFT-LCD很难识别屏幕下的指纹。是因为LCD是被动照明的,底部的LED背光是TFT照明的。这个TFT本身就没那么透明。如果不修改,马上把手指放进去,显示屏下面的传感器很难识别指纹。所以,如果用TFT-LCD来验证屏下的电子光学指纹,就需要对TFT层进行技术改进,或者开一些缝隙或者一个区域,让LED可以被太阳光照亮。但即使是 ,LED背光源也会对指纹识别反射面的光源产生很大影响。因此,TFT-LCD的全屏电子光学指纹验证很难完成。

另一方面,OLED是主动照明的,理论上可以精确控制每个子像素数。因此,OLED材料制成的显示屏是一种更理想的发光光源。此外,OLED显示触控组更薄,也可以缓解屏幕下放置指纹传感器导致的整体外壳增厚的问题。

现阶段,OLED显示器在整个产业链中有三个发展和设计方向:1、立即在显示屏下布置一个CMOS传感器,利用OLED的亚清晰度间隙让光源穿过去,从而识别指纹识别;2、缩小传感器,插入OLED像素数中间;3、使CMOS传感器完全透明,并立即粘贴在AMOLED屏幕上,使电子光学指纹验证成为一个识别层。

在电子光屏下的指纹识别层面,很多企业已经在逐步尝试,并有了基本的成果。丁晖科技展示了一个使用AMOLED屏幕在屏幕下完成指纹识别的例子。测试机型有三星GalaxyS7Edge和vivoXplay6。丁晖科技公司在显示屏下布置了一个互补金属氧化物半导体传感器。

图21A和图21B从俯视和侧视图的角度示出了放置指纹验证传感器的区域。

图24从外部经济角度看光源是如何穿过OLED显示屏的,顶部是手指;上面的深灰色区域是手机显示屏的一部分。通过显示屏的小圆孔,会议顶被称为“准直孔”,由手指反射面反射的光源光学传感器收集并求解。

如何保证光源采集的是指纹识别的返回光?因此,光源必须自准直。如图27所示,丁晖已经定制了专业的微透镜阵列和电子光学室内空间滤波器阵列,微透镜阵列必须经过微机电系统技术解决方案或有机化学解决方案。这两个阵列可以保证进入传感器的光源是基于指纹识别的返回光,而不是显示屏或是阳光。

屏幕指纹识别的另一个方向是使用超声波指纹识别。

高通的芯片计划叫做SenseID,指纹验证的骨干企业FPC刚刚宣布了它的计划。超声波既不用光敏元件,也不用电容磁感应,更适合屏下指纹识别。对于Vivo演示机应用的全屏指纹验证,高通芯片及其欧菲触控组的方案选择得很准确。

目前超声波指纹识别手机不多,主要是乐视的LeMax2和小米5s。LeMax2背面是指纹识别,小米5s正面。当时超声波无法穿透太厚的夹层玻璃,手机的盖玻片厚度在0.6mm~0.8mm左右,所以0.4mm的合理厚度无法穿透夹层玻璃+显示器的厚度(0.6mm+0.3mm)。小米手机只能和兰斯科技协商,在前面板上多挖一块夹层玻璃,以保证超声波可以通过,从而使指纹验证区的夹层玻璃变薄。根据高通官网公布的资料,新一代SenseID可以通过1.2毫米OLED显示屏,0.65毫米铝或0.8毫米夹层玻璃。那种工作能力目前可以用在夹层玻璃或者OLED显示屏上。

但是为什么vivo没有应用到X20等量产手机上?这是因为需要时间蚁群算法。新技术的应用必须在从出版到应用的全过程中进行调整。指纹验证是一种安全系数相对较高的生物特征识别技术,因此有必要及时优化算法,以提高安全系数、识别率和准确性。

众所周知,FPC刚刚宣布的计划更糟糕。FPC说,无论你的手是干是湿,无论你的显示屏是AMOLED还是LCD,甚至无论你的表面材料是夹层玻璃,每个人都可以识别它。能穿过多厚?20mm!20mm!20mm!关键的事情说三遍。对比一下,高通芯片第一代的SenseID是0.4mm,第二代可以通过1.2mm,FPC的厚度是高通芯片的16倍以上。

FPC新技术应用的优势包括:

1.适用于智能手机(其他所有机器设备),可以用来显示,也包括指纹验证,优化控制显示屏和手机的比例;

2.全屏可用于指纹验证。不需要在视觉效果或物理上突出智能机的特殊区域作为指纹验证;

3.当在厚的夹层玻璃和金属材料中工作时,该技术可以在不同的表面材料中捕获指纹识别。手指湿了或者吞在水里,也能跑。这种技术在所有不同玻璃的厚度下都非常好用,即使 是销售市场上较厚的夹层玻璃;

4.这项独特的技术可以运行以及液晶控制面板和有机发光二极管控制面板。