隨著全面屏手機的全面興起，指紋識別技術也開始了進化。不論是高通的超聲波指紋識別，還是Synaptics、匯頂科技的光學式屏下指紋，都可以支持全面屏手機在屏幕上直接進行指紋識別。與此同時，一些新的基于玻璃基板的透明的電容式指紋識別傳感器也開始出現，這也意味著 ，未來指紋識別可能會像觸摸屏一樣被現實屏技術融合。

在談論指紋識別技術的未來走向之前，我們還是有必要從指紋識別的技術分類來談起吧。雖然這很炒冷飯了！

指紋識別的技術分為三大類：電容式、光學式、超聲波式。看過芯智訊此前一些關于指紋識別技術相關文章的讀者們恐怕再熟悉不過了。

電容式指紋識別

我們先來聊聊電容式，太多技術細節的原理筆者不想多談了，大家可以把電容式的指紋識別想像為dpi達到了508以上的電容式Touch。從技術原理上來講，你們可以把電容式的Touch和電容式的Fingerprint劃等號。但為什么電容式的指紋識別芯片卻不能向電容式的Touch那樣很好地和Display Panel結合呢？

筆者認為這是指紋識別與電容式Touch的技術需求所帶來的。對Touch來說，我們的通道數要少，精細度也遠遠沒有指紋的要求，我們只需驅動IC衡量且監測Rx和Tx之間的電容變化就可以了，技術需求簡單，且通道少信噪比要求低。但往往就是這樣，我們在調試Touch時，Display和Touch的信號相互干擾，優化信噪比也是一個比較頭疼的話題。所以，對于電容式的Fingerprint來說，通道數更多，信噪比更難優化，對介質的穿透能力也大大降低。我們不僅要識別每一個通道的電容量，還要將它們繪制成用戶手指指紋的形貌。所以電容式指紋識別技術想像電容式Touch技術那樣集成進Display Panel內部的難度就可想而知了。

這也是為什么市面上絕大部分的指紋識別產品都是以Si-Wafer襯底來加工了。在硅片上可以輕松制備dpi508以上的指紋識別Sensor陣列，并很好的集成外圍的存儲和驅動單元。所以在全面屏時代到來之前，我們看到的指紋識別芯片往往在Display Panel的外部，外掛一顆油墨涂布，或者藍寶石玻璃封裝的Si-Wafer指紋識別芯片。當然這顆芯片可以放在正面Home鍵的位置，也可以放置在手機的背面。

全面屏的到來，把指紋識別技術逼上了絕境，一旦手機的A面全部變為屏幕，意味著電容式指紋識別芯片就要藏在玻璃下方。這恐怕是它的穿透能力所不能實現的。我們都知道，電容式指紋識別模組的極限穿透能力僅僅在350微米，而且這還不考慮用戶自定義為手機貼膜。

我想這個穿透能力幾乎等于在全面屏時代在手機A面判了電容式指紋識別技術的死刑。筆者曾經和各個指紋識別方案商討論過，詢問他們的電容式指紋識別的極限穿透能力是多少？得到的答案讓筆者寒心，能達到350微米的公司也不多呀！所以一些公司如Goodix早期的產品設想為開盲孔的方案，在Display內部開一個槽，這個槽專門用來存放電容指紋識別模塊，以應付350微米的穿透要求。

所以就在這個時刻，光學式指紋識別的第二春到來了。因為光學式指紋識別不存在信號穿透的問題，只要是透光的介質，下面都可以藏光學指紋識別的芯片。而且，現在我們的光學CMOS傳感器發展得這樣成熟，在銀行系統和大型商用系統中應用的光學指紋識別技術在智能手機中的應用就理所應當了。

光學式指紋識別

這里需要強調的是，光學指紋識別所應用的CMOS傳感器比我們照相機成像攝像頭的CMOS傳感器要簡單很多。因為照相機攝像頭的目的是成像，需要我們把真實世界中的顏色通過CMOS傳感器用電位的信號表達出來，所以需要在CMOS中的光電二極管上制備紅綠藍彩膜。而指紋識別不需要完美的成像，只需要把指紋信息的信號用CMOS傳感器表達為電位信號即可。所以我們可以把光學指紋識別的CMOS傳感器理解為低配版的照相機CMOS傳感器。

這時，我們只需要我們的Display是透明的就行了。或者說，局部透明，也或者說，局部滿足光學指紋識別臨界信噪比的閾值透過率就可以了。且Display的透明區域呈小孔分布，小孔成像的原理不難理解——小孔對信號有增強的效果，且小孔成的是實像。這對我們的光電轉換是十分有利的。

小孔成像技術是天文愛好者的必備職業素質

三星指紋識別專利，預計在note9中使用，專利中詮釋了小孔的作用

所以，這也就是為什么我們近期發布的機型大都偏偏喜歡OLED屏幕的原因了。LCD顯示模式需要光學部件，需要背光結構，很難在Display的內部設計一個透明的結構出來。而OLED顯示屏，只有在發光區域內部是不透明的微腔結構，在外圍驅動電路的位置，排開金屬走線，其他區域都是透明的。也可以說，OLED面板的設計結構完全滿足光學指紋識別芯片的透光率要求。我們只需要在模組設計時，將那個區域的泡棉和導熱石墨片挖空即可。

vivo X20Play暴力拆機！

vivo發布的x20plus和x21就采用了這種光學式的指紋識別芯片。Synpatics和Goodix的出貨比例各占46成。其實，早在vivo20發布的時候，本來vivo的計劃就是上一顆光學指紋識別芯片，但是最后在品質關沒有通過，也就是和量產要求差了0.1%左右，可以說已經做得很不錯了。據說這最后的0.1%僅僅在極端環境下，如手上沾滿了稻草，或手指大量出汗的前提下才無法解鎖。但最后無奈還是將指紋識別放在了手機背面，采用電容式做法。（別問我怎么知道的，我才不說呢，但是我們可以認識到，vivo的內部品控實在是嚴格）。至于vivo發布的APEX概念機，據說指紋識別的設計可以滿足半個屏幕的可用區域，那究竟是如何做的呢？請等筆者在下文中慢慢道來。

vivo APEX半屏指紋識別示意圖

超聲波指紋識別

最后再來聊聊超聲波指紋識別，其實超聲波指紋識別比光學式指紋識別更早地應用在了手機中，小米5s和樂視樂Max都采用了這種技術。但是這種技術的并沒有令消費者滿意：

對比小米5的指紋識別，5S的超聲波指紋黑科技的確讓手機正面更好看了一些，但是指紋識別體驗可以說是大倒退啊。小米5的指紋識別速度很高，也就0.1秒到0.2秒左右，然后不管是識別成功還是失敗，就會有反饋。

而5S的超聲波指紋的識別速度就非常不穩定，有的時候0.5秒內就能成功解鎖，有的時候手指放上去要等大概2秒才會解鎖，更要命的是如果識別失敗，至少也要等1秒多才會有反饋，而且有的時候根本就沒有反饋。

這樣在使用5S指紋解鎖的時候，經常是手指放上去，等個2，3秒，發現沒有反饋，就換個姿勢再把手指放上去等著，直到成功解鎖。

說實話，指紋識別率的高低倒是沒有感到太大的差距，但是反饋速度的差距實在是太大了，而且經常會有識別失敗卻沒有反饋的情況，導致整體的指紋解鎖體驗比小米5差了很多啊。

可見，超聲波技術并沒有我們想象的那樣成熟，因為聲波為機械波，用MEMS器件制備機械波發射器，壽命和信賴性能否達到消費電子的需求是個很大的問題。且似乎必須要搭載高通的平臺才可以使用，這恐怕對于一些非高通平臺的產品來說有些尷尬。但是我們還是應當尊重超聲波技術，他的穿透能力和抗干擾能力都是光學和電容式指紋識別無法比擬的。

指紋識別技術的未來

現在讓筆者帶著大家來談談未來，指紋識別技術應當如何去發展呢？這次在廣州和IHS的朋友聊了很久，我們都認為，指紋識別技術會遵循Touch和顯示屏結合的思路，從外掛，到半集成，最后走向全集成。

談到指紋識別與面板技術集成，就不得不聊聊off-chip的指紋識別方案。chip，特指基于硅基wafer襯底的的芯片技術，但是讀者們有沒有想過，芯片并不是必須做在硅片上的呀！所以，基于非硅片襯底的芯片技術我們在這里歸為off-chip技術。顯然指紋識別技術要想與顯示技術結合，就必須要把指紋識別的傳感器制備在玻璃上，也就必須要采取off-chip技術了。

所以，JDI公司將他們在顯示屏中使用的Pixel eyes技術的dpi提升，提出了基于玻璃基的Pixel eyes指紋識別技術。這也就不難想象，為什么JDI的Pixel eyes指紋識別技術一開始的產品定位是安防市場，而并非手機市場了。因為安防產品不需要移動，不需要跌落，不需要經常頻繁使用。且不需要使用厚度較大的Coverlens蓋板，用油墨或塑料膜之類的蓋板保護就可以了。

JDI玻璃基透明指紋識別芯片參數

JDI玻璃基透明指紋識別芯片

芯智訊記者現場體驗JDI玻璃基透明指紋識別芯片，

可以看到，得到的指紋圖形還是非常清晰的

在日前的CITE2018展會上，JDI工作人員還向芯智訊透露，接下來計劃將這種透明的玻璃基電容式指紋識別技術應用到智能手機領域。

筆者猜測，他們很可能通過提高Hybrid in-cell Touch的dpi到508以上的方式來制備，并且摒棄傳統的玻璃蓋板方案，將偏光片的硬度提高，以偏光片來充當蓋板，這時的偏光片厚度在200微米左右，足以滿足350微米的電容式指紋識別穿透能力。

除了JDI以外，off-chip方案的公司還有很多，比如挪威專利鯊魚公司IDEX，他們的專利布局非常廣，且一直熱衷于收購專利，至于產品，并沒有見到很多。

其實筆者認為，即使指紋識別芯片不與顯示面板集成，off-chip也是非常有必要的。因為硅片很昂貴，但是玻璃和塑料、樹脂卻很便宜。且硅片的wafer尺寸有限，而塑料、樹脂、玻璃的面積是無窮無盡的。這就意味著指紋識別的Sensor可以做得很大，Sensor做得大了以后，可以提取的指紋特征點就越多，這也就意味著指紋識別的安全級別就會越高。

筆者與IDEX公司溝通之時，恰逢他們有一款off-chip的產品在向華為送樣，可后來卻沒有在市面上看到這款產品，不知道這種技術為何會不了了知，很可能可手機內部結構空間位置有限有關。這似乎也是JDI將off-chip的產品首先放到安防市場的原因——Sensor越大，安全級別越高。其實呢，IDEX一開始的off-chip指紋識別芯片的最初產品定位也是在智能IC卡上，并非手機產品中。

IDEX最初的產品設想——黑色的區域為塑料基板指紋識別芯片

還記得上文中我們說到的vivo APEX半個屏幕都支持指紋識別的做法嗎？我想當你們知道off-chip的方案時，就不會覺得半個屏幕的指紋識別有什么難度了，如果可以的話，整個屏幕的指紋識別也是沒有問題的。

現在，筆者了解到的是，vivo APEX的半屏指紋識別可能采取兩種方案，第一種就是硅基的CMOS傳感器陣列，一個CMOS面積太小，那我就多來幾個嘛，CMOS的陣列能夠對應滿足半個屏幕的大小就可以了。另一種方式就是off-chip的方式，而這個off-chip的方案商，芯智訊此前就曾爆料過，它就是上海籮箕（OXI）。目前OXI的玻璃基光學指紋識別傳感器已經在OXI的官網上宣傳了，而OXI正是從天馬的低溫多晶硅背板中走出來的——顯示技術的非顯示應用。用低溫多晶硅TFT制備玻璃基的CMOS光學傳感器。

另外，需要指出的是，玻璃和硅之間存著一個微妙的灰色地帶，這個地帶屬于硅片生態環境中的低工藝節點，卻恰恰是玻璃基生態環境的高工藝節點。在這個灰色地帶，硅片做起來不賺錢，而玻璃基做起來卻能消耗產能。這樣一來，玻璃基傳感技術自然而然地就成為了硅片生態環境中低端產品的繼承者。且玻璃的大面積優勢又會帶來單個傳感器成本的降低。也就有了類似GOA，Full in-cell等一系列基于玻璃基的傳感器應用，OXI就恰恰抓住了這個巧妙的灰色地帶，開始了基于玻璃基的光學指紋識別芯片技術的研究。我們可以想象，只要玻璃基的工藝能力一直提升，是足夠有能力繼續分食硅生態環境中的應用，但我們還是要明確差距，畢竟硅片的工藝節點和玻璃的工藝節點要相差1000倍。

至于指紋識別功能的Full in-cell設計，筆者認為很難，因為Full in-cell的方案用電容式的做法顯然無法實現，只能用光學的方案。與外掛的方式不同，外掛的光學指紋識別芯片無論是硅基CMOS，還是玻璃基CMOS，都不會與顯示像素的制程集成在一起。如果采用Full in-cell的方式來設計光學式指紋識別芯片，則必須是off-chip的方式，而且是CMOS in Pixel的形式。這會存在如下幾個問題，第一，光路的距離太短，無法形成有效的信號；第二，CMOS中的光電二極管分散在顯示像素中，無法設計或難以設計透鏡和鏡頭，無法對信號進行放大；第三，不會有上文中提到的小孔結構，不會出現小孔成像的信號放大效果；第四：CMOS靠近屏幕外部，環境光的干擾如何彌補？第五：即使我們在玻璃基上制備了光電二極管，那么產生的電信號如何導出到外圍的驅動芯片中？在導出的過程中如何避免信號的丟失？種種這些都表明了這種技術的大膽與難度。目前只停留在專利申請階段。

即便是蘋果申請的屏內指紋識別技術，

也是歸于Si wafer的技術，并沒有提到off-chip的概念

我們聊了這么多指紋識別與顯示屏集成的話題，其實歸根結底，就是傳感器與屏幕的集成，再具體一些就是傳感器off-chip的設計能否與display Panel的工藝制程集成。再落地一些，就是玻璃基的傳感器制程能力和外圍驅動電路設計能力能否達到硅基生態環境的標準。