2017手机产业年度颁奖盛典

全面屏下指纹的较量:In Display突破无期 Under Display笑傲一时

屏内指纹的技术难度之大,但是手机从功能机时代发展到现在,每一次变革都在技术挑战及突破中前行。屏内指纹虽难,但也不是不可能。
   全面屏手机在今年的手机市场可谓是炙手可热,继夏普、小米三星之后,各大国产手机厂商也纷纷宣称将在今年下半年推出全面屏手机,因此,全面屏将成为各家旗舰机追求的大方向。

  实际上,全面屏并不是横空出世的全新概念,而是窄边框这一设计理念达到极致的必然结果。目前市场对全面屏没有明确的定义,但粗略而言,全面屏手机是指正面屏占比达到80%以上的手机,相比普通手机,具备更窄的顶部和尾部区域,边框也更窄。

  窄边框、高屏占比可以实现更好的显示效果,以及极佳的大屏操作体验,所以窄边框一直是手机外观创新的重点。但是此前的窄边框一直是在尽力缩窄左右边框,而避开缩窄上下边框。这是因为缩窄左右边框只需要改进显示面板的布线设计和点胶,而缩窄上下边框则需要对整个手机的正面部件全部重新设计,难度太大。

  但是随着面板、指纹识别、受话器、前置摄像头、天线等零组件技术与工艺的不断改进,实现超窄上下边框已经成为了可能,这样具有超窄四边框、超高屏占比的屏幕就是全面屏。

  虽然全面屏随着工艺的改进,已有几款全面屏机型推出,小米MIX屏占比为91.3%,三星S8屏占比为83%,但要实现更高的屏占比势必会面临更大的技术挑战,以指纹识别为例,其技术路线也因放置位置不同而各有不同,其中屏内指纹识别是全面屏背景下最终的解决方案,当然,也是最难的。

  综合此前已经发布的几款全面屏手机可知,指纹识别纷纷后置,在用户逐渐习惯前置指纹时,后置方案可谓是非常不讨巧,以牺牲用户体验为代价的全面屏手机,不得不说是一种遗憾。

  就目前来说,指纹识别除后置外,前置可大致分为盖板方案、under glass方案及屏内指纹方案。在全面屏背景下,盖板方案需要芯片缩小面积,做薄做窄,使之适用于压缩后的手机下方区域,但是众所周知,由于手机上的指纹识别传感器要保证一定的面积大小,如果面积过小,只能识别手指的部分指纹,而为了解锁的准确率,手机需要存储手指的多个部分的指纹,这也就大大提高了碎片化指纹出现匹配错误的几率,增加了很大的安全风险。

  在盖板方案之后,under glass方案出现,并成功用于华为P10等机型。由于按压式指纹识别具有易损坏、不防水的缺点,指纹识别正在向Under Glass过渡。但Under Glass方案仅仅是在盖板玻璃下挖盲孔,识别区域无法集成显示模组,所以Under Glass仍然有较大的非显示区域。因此,Under Glass并不适合全面屏,它只是屏内指纹的过渡方案。

  相较而言,屏内指纹识别在屏幕内即可实现指纹识别,无需开孔,也不会占用手机前置空间,可谓是全面屏下的最佳指纹方案。

  其实,此前在S8发布之初,三星是考虑过兼顾全面屏与前置指纹的,即屏内指纹识别,但研发进度不及,暂时无法解决技术难点,而发布时间又逐渐临近,因此,三星无奈之下,只得放弃,取消HOME键的同时也将指纹后置。

  而这也看出,屏内指纹的技术难度之大,但是手机从功能机时代发展到现在,每一次变革都在技术挑战及突破中前行。屏内指纹虽难,但也不是不可能。

  为十周年纪念的产品,有消息称,苹果iphone8也将搭载全面屏,也在积极研发屏内指纹识别。此前,一度有消息称,苹果或因搞不定屏幕内指纹识别,导致iPhone 8或许要延期,甚至有可能会采用后置指纹识别。但从最新曝光的设计图来看,iPhone 8支持光学指纹识别,可见苹果已经突破了技术难点,实现了屏内指纹识别。

  屏内指纹有两种技术方案,即In Display和Under Display,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。

  有业内人士称,iPhone 8可能使用的是Under Display的指纹识别方案,在苹果的带动下,相信Under Display将很快成为未来主流。

  从技术方向上来说,Under display和In Display实现路线不同,其各自需要寻求突破的技术难点也各有不同。

  Under display是将指纹模组贴于显示屏下方。其以光学为原理,利用可见光反射,使模组接受到带有指纹信息的光量,并分析还原图像,继而进行匹配。由于模块放在显示屏下,所以目前只能搭配OLED屏,否则反射光无法到达接收模块,这对sensor的设计、算法提出很高的要求。

  其中,光学式的屏下指纹还涉及到对光谱的选择,如引用红外光,则红外光为夜用型光线,在阳光下不可使用。而日用型的可见光,技术上还存在难度。

  In Display是将指纹模块置于显示屏内,运用电容式识别原理,需将sensor和display的生产制程结合在一起,制成一体化产品。这需要和Panel厂商一起共同开发,一如In cell触控IC的开发,研发、生产难度都较大。

  笔者采访相关技术人员得知,目前看来,Under display更容易实现一点。Under Display 目前在硬件方面的难度在于,其Sensor需要高信噪比,还要考虑红外光对于使用场景的限制,结构堆叠等;软件方面的难度在于,需要算法辅助还原分析图像。这些都可以在目前的技术领域突破或升级来实现。

  而In display的难题并非一时就能解决,其不仅面临技术难点,更在于需要产业链上企业的配合。该技术人员表示,In display不仅需要Panel厂的配合,还要同时考虑到显示、触控,这三者需要完美共存,因此,整合难度更大。

  另外,In display主要还是运用电容式技术,需要在原有基础上突破几个数量级技术指标才可实现,最终结果受材料、工艺等其他因素影响大,在目前条件下实现难度较高。

  除上述技术难题外,需要强调的是,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。

  Under display要求sensor能有高信噪比以提取出高清晰图像,同时算法要具备较强的还原和抗噪能力,最终使得误识率不会高于目前电容式的1.5%。而In display因为研发、制造难度较高,所以暂时还无法预估误识率。

  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只能在固定区域实现,而In display则可以在屏幕任意区域实现指纹识别,因此,可以说,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。
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