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OPPO R17智能手机 - 对比vivo X23

vivo X23智能手机 - 对比X21 目前量产机型中，不管是率先采用屏下指纹的vivo，还是兄弟企业OPPO，或是自称黑科技的小米，还有魅族、华为等仅仅试水屏下指纹的厂商们，其方案均为光学屏下指纹。尽管市场有传闻称三星将在下一代S系列高端机型中采用高通第三代超声波屏下指纹方案，然而三星最早采用的，依然是来自于国内指纹巨头——汇顶科技的光学屏下指纹方案。 在[Doc]Link=00008094[/Doc]中，我提及了以下一段： 全球第一款量产的屏下指纹手机为X20 UD，其屏下指纹芯片由新思提供。今年的第一款是vivo的X21，屏下指纹由汇顶和新思供应，此时屏下指纹模组成本在15美金左右；第二款则是vivo NEX旗舰版，由汇顶科技独家供应屏下指纹；第三款则是魅族16，屏下指纹芯片由新思独供，指纹模组成本价格在17美金左右；第四款则是此次OPPO发布的R 17系列，思立微独供屏下指纹芯片，模组一供为信利二供为欧菲科技，此时的模组出厂成本，已经被压缩到8-9美金左右。第五款则是vivo将在9月初发布的X23，屏下指纹芯片将由汇顶科技独供，模组成本同样已经下降到8-9美金左右。 为什么屏下指纹模组会呈现两档差异较大的价格[几美元对于手机生产成本来说已经有很大的差别]？这就是我们今天要介绍的内容。 光学屏下指纹识别的方法，都是利用屏幕照亮手指，随后手指的成像透过OLED屏幕的小孔，被屏幕下方的光学传感器所感知，进而比对识别。而光线在透过屏幕的过程中，阻挡、折射、反射光线的有玻璃盖板、AMOLED 显示层、滤光片等，因此光线不容易在屏幕下方的光学传感器上清晰成像。因此，如何收集并进一步识别透过屏幕的光线，便成为各家厂商关注的焦点。 在汇顶的口径下，目前汇顶一共有两代光学屏下指纹方案。在更早[Doc]Link=00007597[/Doc]的文章中，我们曾提到过汇顶科技在美国申请的专利，这个方案便是第一代屏下指纹方案；而第二代采用的是摄像模组的方案。第一代手机光线的方法包括准直层方案和小孔成像方案。 准直层方案

vivo关于屏下指纹识别方案的专利报告书简单点说，这种类型的方案是将光线传感器直接放在OLED屏幕之下，通过微透镜收集从OLED屏幕小孔透下来的光线成像，并判别指纹是否正确。这种方案的提供商主要有汇顶和新思。采用这种方案的手机型号不少，包括vivo X20Plus指纹版、vivo X21、华为Mate RS屏下指纹版、小米8探索版、魅族16th等等。 还是从vivo的专利开始说起。第一代屏下指纹方案中，vivo采用了准直层结构。如上图所示，vivo在感光元件和AMOLED屏幕之间加入了一层准直层。那，什么又是准直层？

准直层结构图简单点说，准直层就是一层板，在这层板上有若干个光通道，除了通道是透光的，其他区域都采用了遮光材料。这种结构下，来自指纹的光线通过盖板玻璃、OLED层以后，进入准直层，进而过滤掉折射和散射光线，到达感光元件的光线便是准直光，得到相对清晰的指纹图像，最终识别指纹。 小孔成像方案 尽管准直层方案解决了一部分成像问题，但由于手机结构中存在盖板玻璃和OLED显示屏，屏下指纹模块到屏幕表面的距离大约有0.5毫米，得到的图像依然相对较为模糊。因此，小孔成像方案应运而生。小孔成像方案是准直层方案基础上的改进，相对于准直层方案，小孔成像方案清晰度更高，且模组厚度更薄。区别在哪？答案还得从vivo的专利说明书里头找。

小孔成像方案结构图上图中，左侧是原来的准直层方案，右侧则是新的小孔成像方案。小孔成像方案中，准直器不再是原来的厚板，而是由两层带有小孔的薄板（红圈和蓝圈内的薄板），以及夹在中间的透光材料组成。这种方案可以有效降低结构厚度，同时也能降低折返光线的损耗，增加透光量，使得到达光线传感器的图像更为清晰。当然，这种结构还能进一步降低生产成本。 当然，上面这种方案也有问题，最大的问题就是——贵。有多贵呢？多大指纹识别区域，就需要多大的指纹识别传感器。面积通常在4x4mm或5x5mm，也就是16平方毫米或者25平方毫米，折算下来面积大约和1/3英寸，或1/2.3英寸的图像传感器面积差不多大，因此成本也就上去了。在降低成本的需求下，新的方案应运而生。 摄像模组方案

摄像机模组方案最新的摄像模组方案的实质，是屏下摄像头。上图同样来自于vivo的专利报告书，这个屏下指纹模组中，12为光线传感器，15为镜头组件。光线通过光圈均匀照射到手指后，然后聚焦到图像传感器上，进而进行比对，实现指纹识别。 相较于一代准直方案，屏下摄像头方案的模组成像更为简单，也相对更为清晰。主要优点在于： 1、屏幕贴合更简单。一代准直方案中，模组必须和OLED屏幕紧密贴合，在贴合过程中有一定概率损坏屏幕，而贴合良率也存在一定问题；摄像模组方案中，模组无需贴合屏幕，仅需固定在中框上，贴合难度大大降低，成本也随之降低。 2、模组更简单，芯片尺寸更小。屏下指纹摄像模组类似传统摄像头模组，各类模组厂商均有能力生产，生产过程相对简单，传感器尺寸也更小。但屏下指纹摄像模组相对厚度更厚，一般都在2mm以上，结构组装相对困难，因此需要电池设计配合绕开指纹模组。 3、成像更清晰。一代准直方案中，准直孔需要有一定尺寸，保证光线进入，同时还要保证准直孔与像素点对应，准直孔过大还会导致像素点过大，影响成像质量。摄像模组方案中，无需考虑准直孔的问题，提高像素即可解决。 当然，价格也更便宜了。我们前面提到，初代屏下指纹价格大约为15-17美元，其中芯片大约为8-9美元，模组大约为7-9美元；而二代屏下摄像模组方案，芯片目前大约为6美元，模组仅为约2美元。因此我们看到，在vivo X23上，屏下指纹的图像密度提升至750PPI，这就是用提高感光器像素的方式解决问题。 这还没完。既然是摄像头，那么相机的技术，就都能用上了。在NEX的屏幕指纹识别上，vivo用上了多帧合成、畸变校正、划痕检测等相机方面技术，并加入了多种指纹图像算法；而在X23上，vivo和高通合作，在高通骁龙670的DSP的处理能力下，X23的解锁速度又有了进一步提升，同时也加入了多项新的指纹识别算法。Vivo宣称，这个方案已经从年初的是7－8％拒识率（FRR）， 降到与传统电容指纹接近的2％。 屏下指纹识别技术方向展望 上一期，我们提到了来自FPC（FingerPrint Cards）的超声波屏下指纹。这次我们再来聊聊基于TFT技术的屏下指纹识别：

半屏大面积指纹识别模组Vivo APEX那个半屏屏下指纹识别，下面就是那么大的光线传感器，有多大呢？从各路视频上猜测，大约为50mm x 35mm，面积大约是两个全画幅（36mm x 24mm），或者，拿贵（通货）的来说，2.3个英伟达GTX2080TI。根据佳能展示，12寸晶圆大约能切36片全画幅传感器，也就是说，如果用硅片来做，大约只能切15片左右APEX的屏下指纹识别传感器，扣除良率影响，大约只能切10-12片。仅看晶圆成本，APEX的屏下指纹传感器就在100-200美元，如果算上全过程，包含设计到最终制造，保守估计，成本可能超过500美元。 但是，如果采用TFT方案就不一样了。根据某些不那么可信渠道的报道，APEX上那个半屏屏下指纹识别技术来自上海箩箕。目前采用TFT方案的，主要为日本的JDI和中国的上海箩箕。根据上海箩箕的说明，TFT方案（薄膜光学指纹传感器技术）技术原理为： 指纹信息经由盖板玻璃反射后被像素的光敏器件获取，光子转换为电信号后通过特殊设计的16位模拟/数字电路进行数据分析，再由图像处理技术处理后输出清晰完整的指纹图像。 这种技术成本更低，理论上说，只需要液晶面板生产线就能生产，无需硅晶圆。不仅能解决产能问题，还能解决成本问题。 总结 目前，光学屏下指纹已经走过了准直光方案，主流产品来到了屏下摄像模组方案。在屏下摄像模组方案的高毛利的驱使下，不断有光学传感器厂商杀入这个领域，近期传闻国内摄像芯片传感器龙头思立微已经加入战场，价格战即将展开。 在硬件的逐渐成熟下，能否通过软件算法提升识别速度与识别率，将成为屏下摄像模组方案中，区分各厂商未来屏下光学指纹识别产品体验的关键点。未来，超声波方案和TFT方案还在枕戈待旦，这两种方案能实现更大面积的识别区域，当然，价格、功耗、成熟度都是制约这些方案的重要因素。根据IDC数据，2018年第三季度，全球手机销量进一步下滑。手机行业已经成为残酷的修罗场，让我们期待这些屏下指纹的大招吧。