全屏幕都能識別:超聲波指紋識別解決方案

　　2017年11月蘋(píng)果公司推出的iPhone X，其中，最引發(fā)民眾熱議、媒體爭先報導的首推「 臉部辨識解鎖技術(shù)」，蘋(píng)果也因此取消了Home鍵設計，實(shí)現滿(mǎn)板屏幕，與臉部解鎖相對應的指紋解鎖卻消失在蘋(píng)果手機上，難道指紋解鎖已經(jīng)過(guò)時(shí)了嗎?

　　傳統上的指紋解鎖，多是使用垂直感測的電容式技術(shù)，如蘋(píng)果的Touch ID，然而受限于穿透能力的限制(目前電容式技術(shù)約只能穿透300到350μm左右的厚度)，多家業(yè)者如高通(Qualcomm)和Fingerprint Cards(FPC)也開(kāi)始研發(fā)「指紋超音波傳感技術(shù)」(Fingerprints’ ultrasonic sensing technology)，而臺灣的指紋辨識芯片大廠(chǎng)神盾(Egis)積極研發(fā)「 光學(xué)式指紋辨識芯片」也在第三季送樣，預計2018年開(kāi)始供貨給三星旗艦機種。

　　以高通Snapdragon Sense ID指紋超音波辨識技術(shù)來(lái)說(shuō)，它可以直接嵌入在玻璃或金屬底下，并在顯示面板上的任何位置捕捉指紋，因此也不需要按鈕(HOME鍵)辨識指紋，正面玻璃從此無(wú)須開(kāi)孔，大大增加手機外觀(guān)的一致性。

　　當前的測試中，高通的技術(shù)是少數可以在A(yíng)MOLED及LCD面板上使用的屏內指紋(in-display)技術(shù)，即使是在手指潮濕的情況下，也能夠正常使用，今年6月在上海群雄集聚的世界移動(dòng)大會(huì )(MWC Shanghai)上， 中國手機大廠(chǎng)Vivo在展示機Xplay 6的面板中，加裝高通所研發(fā)的第二代超音波指紋辨識方案，艷驚四方，并提供民眾實(shí)體測試，現場(chǎng)還備有專(zhuān)用水缸，以供測試水下的指紋解鎖技術(shù)。

　　圖1 : 新型指紋辨識可以應用于OLED/LCD面板上。 (source:FPC)

　　除此之外，高通的超音波指紋辨識技術(shù)還可以運用在各種材料(包括金屬)上，其中一項測試結果顯示，厚玻璃也能夠正常感應，新一代的超音波指紋辨識模塊得以穿透厚度達800μm的保護玻璃，或者是厚度達650μm的鋁板， Vivo手機甚至能用超音波的穿透能力來(lái)偵測血流與心跳。

　　高通的指紋辨識技術(shù)是有能力感測到手指指紋的表皮層、真皮層，能夠防止橡膠手套做假，抗污、抗汗、防塵干擾的能力更強，前景備受看好。 雖然Vivo在世界移動(dòng)大會(huì )上已向民眾展示高通超音波辨識技術(shù)的應用，然而當前的成本高于電容式模塊的3到5倍，未來(lái)具體發(fā)布的時(shí)程也仍未公布。

　　生物辨識技術(shù)成為兵家必爭地

　　生物辨識技術(shù)一直是全球手機大廠(chǎng)爭相研發(fā)，奠定主場(chǎng)的新興領(lǐng)域，其中包括指紋、虹膜、臉部、聲音等不同類(lèi)型，自從2013年蘋(píng)果iPhone 5s率先采用電容式的指紋辨識，并結合了手機開(kāi)鎖、電子付款、身分確認等功能應用， 才開(kāi)始在智能型手機上引發(fā)熱議，各大手機品牌大廠(chǎng)也隨之跟進(jìn)，如今，多項品牌旗艦機也已經(jīng)導入指紋辨識系統。

　　研發(fā)初期因為成本過(guò)高，并非每一家手機品牌商都有機會(huì )跟進(jìn)，一直到2015年Android 5.0才內建原生指紋辨識，在指紋模塊的價(jià)格降低后(近兩年下跌近50%)，使用滲透率才大幅提升。

　　為了因應手機品牌商的需求，上游的IC設計商也積極搶食大餅，除了早期的新思(Synopsys)、Fingerprint Cards(FPC)，還有臺灣廠(chǎng)商神盾、義隆、敦泰，大陸廠(chǎng)商匯頂、思立微， 以及實(shí)力雄厚的全球手機芯片龍頭高通。

　　為了做出產(chǎn)品區隔，各家品牌商的按鍵設計不一，有人設置在HOME鍵，有人設置在手機背面，或是側邊位置，然而做法都難以?xún)扇?/p>

　　Home鍵的設計，會(huì )占用一部分的屏幕空間;然而移到手機背部，使用的便利性就會(huì )稍差，也缺乏直覺(jué);移到側面與電源按鈕結合，則會(huì )讓邊框厚度增加，因此，各家手機品牌商都在努力尋求最佳解方。

　　如今，三星、蘋(píng)果兩大品牌爭相研發(fā)的成果──超音波式指紋辨識，是最有可能讓指紋辨識功能隱藏在手機面板之下的技術(shù)。

　　可惜的是，此一技術(shù)仍不成熟，原本有意率先導入的三星S8，因為測試結果顯示的客戶(hù)體驗性不高，而未實(shí)時(shí)采用，而蘋(píng)果的iPhone X則直接轉往臉部辨識發(fā)展。

　　然而臉部的成本高，便利性也存有疑慮，因此許多芯片廠(chǎng)仍持續研發(fā)指紋辨識技術(shù)。 目前第一階段的超音波指紋辨識將隱身于手機屏幕上的特定位置，第二階段才有機會(huì )讓客戶(hù)在手機上的任何位置實(shí)時(shí)辨識。

　　圖2 : 感測指紋的能力也大幅提升。 (source:FPC)

　　當前的觸控解鎖競賽中，電容式技術(shù)已屆成熟，神盾、新思等既有指紋辨識芯片供貨商，正轉而研發(fā)光學(xué)式取像技術(shù)(Optical Imaging or Optical Sensing)，而高通則直攻超音波技術(shù)，若高通方案被品牌商接受， 將會(huì )極大地排擠神盾、敦泰、義隆等臺灣廠(chǎng)商。

　　業(yè)界指出，神盾明年僅可能接獲三星旗艦機種中，傳統電容式指紋辨識芯片訂單，光學(xué)式指紋辨識芯片恐怕是由進(jìn)度較快的新思拿到三星訂單。 法人則表示，iPhone X在11月的熱賣(mài)，恐怕將帶起臉部辨識的風(fēng)潮，若是手機品牌商群起跟風(fēng)，則會(huì )降低其他形態(tài)指紋辨識的采用意愿，如在蘋(píng)果發(fā)布會(huì )后，神盾的股價(jià)便應聲下跌，從306.5元下滑至240.5元，跌幅高達21%。

　　整合面板的內嵌式技術(shù)

　　未來(lái)的屏幕辨識趨勢，也有朝向內嵌式觸控(Embedded Touch)前進(jìn)的呼聲，讓屏幕面板不僅僅只有顯示功能，還能增加互動(dòng)能力，將指紋模塊的組件整合進(jìn)面板上，降低手機內部的空間。

　　近年來(lái)，面板的功能性也大幅提升，從長(cháng)方形的面板，提升到曲面屏幕，甚至是高占比化(Screen-to-body)的無(wú)邊框，加強了視覺(jué)體驗。 此外，手機的功能鍵也漸漸地融入屏幕面板，相關(guān)指紋傳感器也從硅芯片(電容式技術(shù)以8吋晶圓為主)轉為面板的薄膜晶體管(TFT)，轉由軟件來(lái)設定屏幕上的感測區，安全性也大幅提升。

　　高通的超音波式指紋辨識，是以壓電材料PVDF(Poly-vinylidene Fluoride)作為發(fā)射端(Tx)與接收端(Rx)，接收端布以TFT線(xiàn)路、匯流至后端的特定應用集成電路(ASIC)轉成指紋影像判讀 ;作為指紋傳感器接收端線(xiàn)路的TFT，將取代昂貴的硅晶圓線(xiàn)路，期中合作的項目與鴻海相關(guān)。 目前的光學(xué)式、電容式都是應用在光源之上，但超音波式則可以應用于光源之下。

　　雖然蘋(píng)果發(fā)表iPhone X后，引起面板廠(chǎng)一片風(fēng)聲鶴唳，尤其是以指紋辨識研發(fā)為主的廠(chǎng)商，更是擔憂(yōu)未來(lái)趨勢是否將以臉部辨識為主，尤其在電容式技術(shù)已發(fā)展成熟，卻受限于穿透能力不佳，而光學(xué)式、 超音波式指紋解鎖技術(shù)還尚未普及問(wèn)世之際，前路十分渺茫。

　　現在正時(shí)值重新定義供應鏈與生態(tài)圈的世代，各大面板紛紛以用戶(hù)體驗為最高宗旨，并積極較勁創(chuàng )新，對于消費大眾來(lái)說(shuō)，未必不是一件好事，同時(shí)對蓄力已久的臺廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，也是接受全球化市場(chǎng)的一次檢驗機會(huì )， 2018年即將看出哪家廠(chǎng)牌的的眼光獨到且精準。