全面屏手机呼之欲出,指纹识别山雨欲来

不少国产手机品牌相继宣称将推出全面屏手机,毫无疑问,全面屏已成为手机最新的设计需求,其也将为手机带来一场全新的变革——从ID到结构到堆叠到各个元器件的变革。在这变革中,指纹识别无疑首当其冲。
   技术以人为本。综观手机产业,从功能机、智能机的更迭到智能机芯片、摄像头、屏、ROM&RAM、指纹识别等等新技术和硬件的出现并迭代,无不烙下深深的市场烙印,换句话说,市场的需求推动了技术与硬件的变革与发展。这些变革与发展,极大层面的满足了消费者对手机这一电子消费品的新需求和新体验。

  随着今年三星S8的发布,18:9的屏幕占比瞬时惊艳众人,并掀起关于手机全屏化的热议。全面屏带来的视觉体验和更为纤细美观的手机外观,无疑为时下创新乏力的手机产业注入了一剂强心针。

  全屏化是指在手机尺寸不变的情况下,增加屏幕的显示区域。在18:9之后,有消息称,索尼也将推出21:9的全面屏手机,甚至从频繁曝光的苹果手机设计图来看,苹果在今年也将推出21.75:9的全屏手机。

  另外,不少国产手机品牌也相继宣称将推出全面屏手机,毫无疑问,全面屏已成为手机最新的设计需求,其也将为手机带来一场全新的变革——从ID到结构到堆叠到各个元器件的变革。

  在这变革中,指纹识别无疑首当其冲。指纹识别技术在手机终端的应用,极大提升了消费者对手机终端的便捷体验和安全体验;也因之迅速获得市场的认同并成为中高端产品的标配。然而,其技术应用特点决定了其在全屏化变革中似乎尤为凸显。前置?后置?屏内?有些选择似乎无可奈何!

  自苹果iphone 5S首次搭载指纹识别技术以来,指纹识别终于迎来大爆发。2016年,各大手机品牌在发布的新机型中相继增加指纹识别,指纹识别开始得到快速普及。据旭日大数据显示,2016年,搭载指纹识别技术的手机出货量达6.4亿部,2017年,将有10亿部手机搭载指纹识别,渗透率达6成,到2020年,渗透率将达9成。由此可见,指纹识别必将成为手机的标配功能。

  可以说,指纹识别前景一片向好,但随着手机全屏化趋势的来临,指纹识别该如何应对全屏化带来的技术与硬件的新要求?

  此前,手机主要是提高左右两边的占比,边框越来越窄,直至目前左右边框的占比提升已经接近极限,并在2.5D或3D玻璃曲面屏的配合下,边缘更加圆润,增强手感。因此,左右边界的屏幕扩展已无改进空间。

  目前提升手机上下两方的屏占比是唯一解决之法,而要达到18:9甚至更大的屏幕显示比例,势必要压缩摄像头、指纹、听筒等正面主要模块的空间,那么,指纹识别模块该放哪儿?

  近期发布的三星S8则将指纹模块后置,这是目前较为多见的位置方案。正面指纹识别相对来说是一种比较受欢迎的方案,操作直观,更符合传统的交互审美。在全面屏趋势下,除成熟的指纹后置方案之外,正面指纹的应对之法也相继出现。在正、反面指纹放置上,目前共有三种方案可供选择,可简单的归纳为“闪”、“藏”、“缩”。“闪”即为指纹后置之法,“藏”、“缩”则需解决正面指纹技术难题。

  “闪”--改为后置coating

  这是最简单也是最成熟的做法,从技术和供应链上来讲几乎都是零难度,零风险,而且还降低了成本。对于全面屏、大屏手机来说,后置的指纹识别还带来了更好的手持体验。

  华为、诺基亚等厂商采用圆形、方形的ID设计,比较美观;三星S8则采用竖直长条型的ID设计,更适应用户指纹的方向,进而能获得更好的解锁体验。唯一的问题在于,对于部分厂商来说,和之前一贯坚持的设计风格不符,在设计理念和用户习惯上都需要重新考虑。

  目前传统的电容式指纹识别芯片,无论是主动式还是被动式,技术都已经成熟;能够提供成熟的支持coating产品的芯片厂商不下十家。进入2017年,价格竞争更加激烈,各家芯片价格普遍到1美金左右。据晶圆代工业人士分析1美金已经达到主动式芯片的成本线,距离被动式芯片的成本也只有30%左右的空间。

  所以各芯片厂家纷纷祭出最后两招,即缩小感应区面积和采用固定尺寸的QFN封装,不过这显然是以损失用户体验和ID设计的灵活性为代价的。

  “藏”--改为屏内指纹识别,挑战技术和供应链

  这是当下最火也是最时髦的做法,但是由于技术和供应链上的双重难度,目前还没有成熟量产的产品,三星S8已经放弃,苹果能否量产还是未知数。目前从芯片到模组到与屏幕的整合还没有成熟的产品。

  从技术方案上有两个方向:In Display和Under Display。区别在于In Display是将指纹的红外发光二极管、红外接收传感器都植入到OLED像素矩阵中;Under Display则是把指纹的红外发光二极管、红外接收传感器还做成一个独立的模组贴合在屏幕的下方。

  可见,不管是Under Display还是In Display,都必须配合OLED屏幕。OLED由于没有背光层,厚度比LCD模组薄很多。据笔者询问业内人士得知,OLED屏最薄一般可做到0.15mm,LCD模组最薄一般可做0.5mm,因此,为匹配OLED屏的厚度,正面盖板的指纹模组厚度也急需压缩。

  另外,因OLED屏幕自发光的特性,使得各像素之间可以留有一定间隔,保证光线透过(光学指纹识别就是依靠光线反射)。但我们知道,屏幕分辨率(ppi)越高,像素之间的间隔也就越小。因此高分辨率下如何保证指纹能准确识别也是一大难题。

  综合看来,Under Display和In Display两种技术各有优劣,也各有难度,从技术发展的顺序来看,Under Display会是目前各手机厂商较早能用上的选择。但要明确的是,Under Display是过渡方案,In Display则是终极方案。不过就目前而言,两者都受限于OLED资源和OLED供应商的研发配合程度,2-3年内难以大规模普及应用。

  “缩”--保持现有盖板模组设计,将模组的整体厚度和宽度降低

  这对于坚持前置指纹的手机厂商是比较务实的做法,既保持了产品原有的设计风格又不增加太大的实现难度。

  厚度的减薄主要通过改变芯片的封装方式来实现,目前可选的封装方式有TSV和fan out两种,厚度可以比传统的LGA芯片降低0.4-0.6mm。由于TSV和fan out都是晶圆级的封装,所以盖板贴合过程芯片容易受损,对模组厂的设备、工艺和环境要求比LGA要高。

  另外主动式芯片由于是多芯片方案,有driver 芯片的存在,对采用晶圆级封装带来了较大的难度,也给后续盖板贴合带来了诸多隐患。被动式单芯片方案在今年的盖板应用上反而具备优势。

  模组宽度的降低也是通过TSV封装和控制芯片Y方向的阵列宽度来实现。目前各厂家的前置跑道形盖板芯片的Y方向像素阵列一般为64或者56,采用TSV封装的芯片宽度小于4mm,极限可到3.2mm。比目前的LGA封装的跑道形芯片宽度降低一半左右,使全面屏和前置盖板可以兼得。

  全面屏在苹果、三星及众多国产手机厂商的大力推动下,将会加速到来,也将带来手机新一轮的变革。作为极大提升手机消费者手机终端体验度的核心功能之一——指纹识别,在此次变革中的角色之重要毋庸置疑,可谓是全面屏手机呼之欲出,指纹识别山雨欲来!以上介绍的三种方式是在手机全屏化变革中,指纹识别模块最有可能的放置方式,指纹相关的产业准备好了吗?确切的一点是,与指纹相关的芯片厂商此时的布局则显得尤为重要,具有前瞻性眼光的芯片厂商,势必在这场变革中占据制高点,赢得先机。
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