屏下指紋技術挑戰在于：光學傳感技術、顯示驅動器、觸控控制器三者集成

不久前，蘋果X的發布未采用指紋識別而用了人臉識別，引發關注與猜測。早前，國際電子商情詢問指紋芯片廠商Synaptics,其光學指紋傳感器將于明年2、3月左右量產上市。未來全面屏的屏下指紋將從最初在指定位置，最終在玻璃下的任何地方。隨著時間推移，三大功能 — 觸控、顯示和指紋識別將可能全部集成進單一IC。

智能手機已經成為每個人的貼身助理，在生活的方方面面都扮演著重要的角色。無論是基本的語音和數據通信，還是復雜的金融交易、地圖導航甚至娛樂游戲等應用程序，我們需要通過手機這一設備完成。對于大多數應用程序來說，用戶都希望通過一塊盡可能大的屏幕來獲得更引人入勝的體驗。但是，因為用戶在處理許多個人事務時非常依賴手機，因此他們也需要確保手機能擁有最可靠的安全性。這種雙重期望就為設備制造商帶來了一些挑戰。

讓顯示區域最大化，則意味著需要移除現在智能手機正面的絕大部分硬件。結果就得到了我們所說的“全面屏”，也就是消除了左右邊框，僅在頂部和底部的保留很窄的邊框。取消側面邊框之后，顯示屏便可以做到從左至右的全屏顯示，而且兩側的屏幕甚至還能夠彎曲，從而提升許多現有的應用，甚至還能實現一些創新的應用。

物理Home鍵將因為“全面屏”的設計而消失，隨之消失的是通常放置在這一按鍵下的指紋傳感器。由于多種原因，指紋已變成最主要的生物識別認證方式，而且用戶也期望指紋識別能夠繼續保留在全面屏手機上。因此，我們必須要用某種方式，在其他某個地方放入指紋傳感器。最近Synaptics分析了全面屏的屏下指紋技術以及趨勢。

僅有的兩種穿透700微米蓋板玻璃的光學指紋和超聲波指紋

高分辨率的大屏幕是優質用戶體驗的基礎，不過稱心如意的用戶體驗也需要簡單、便捷和高度的安全，這都要求終端設備將指紋識別保留在正面。原因是：當終端放在桌上而且屏幕朝上時，只有正面的傳感器才能夠讓用戶簡單地一觸便解鎖。指紋識別后置的最大缺點，就在于用戶必須拿起手機才能解鎖。

隨著全面屏上部和底部邊框區域的縮減（有可能完全消失），指紋傳感器將需要被放置于顯示區域內，而做到這一點需要攻克一些極有難度的工程挑戰。其中一個挑戰是，指紋要能夠透過蓋板玻璃可靠地掃描，并實現需要的分辨率，分辨出指紋圖像中微小的突起和溝壑。電容式指紋識別技術能穿透的最大厚度約為300-400微米（0.3-0.4毫米）。對于任何一塊更厚的蓋板玻璃，電容式指紋傳感器都無能為力。

但值得注意的是，盡管電容式傳感器或許不適用于全面屏指紋識別，但其仍將是觸屏控制的最理想技術，無論全面屏手機與否。電容式傳感器成為最主流的觸屏技術，因為其性能良好而且價格便宜，特別是在其獲得主流地位后實現規模效益。在可預見的未來，情況還將繼續如此。

僅有的兩種可以穿透厚達700微米（0.7毫米）蓋板玻璃并進行指紋識別的技術，一個是超聲波，一個是光學。超聲波非常靈敏，但高功耗和高成本可能會讓這一技術僅適用于某些特定設備上。光學傳感技術已經成功且經濟地在商業和政府應用中使用了多年，而且最新的技術進步也能讓硬件小到足以放入智能手機顯示屏下。這種全新用法還可以抵消光學技術需要背光源的劣勢，因為將傳感器置于顯示屏內便不再需要單獨的背光源。

屏下指紋從指定位置到任意位置的挑戰在于：光學傳感技術、顯示驅動器、觸控控制器三者集成

盡管技術挑戰是艱巨的，但并非無法克服。正如觸控和顯示集成在分階段地演進，預計在全面觸控顯示屏中額外集成指紋傳感器也將分階段演進 — 最初在指定位置，最終在玻璃下的任何地方。

光學指紋傳感器將在初步階段位于屏幕中的某一指定位置，我們有理由期待這種方案的商業可行性，因為在指定顯示區域中，圖像二極管傳感器能夠利用顯示屏本身作為必要光源。為了鼓勵市場接受度，此類設計可做成相當于Home鍵的虛擬按鍵。用戶已經熟悉并且習慣于使用Home鍵，因此顯示屏上出現虛擬Home鍵能延續良好的用戶體驗。

出于下一部分要解釋的原因，能夠在顯示屏上任何地方識別指紋將會是終極需求。這就引出了一系列難度更大的挑戰。實際上，實現全屏識別指紋所需的工程量是巨大的。光學傳感技術需要與顯示驅動器和觸控控制器進行集成，此類顯示集成很可能需要模仿此前在堆疊架構中集成顯示和觸控功能的技術演進。

實現最初的專用掃描區域（虛擬Home鍵）可能會采用分離式設計，光學指紋傳感器可能被置于顯示層之上或之下，類似于分離式觸控或on-cell觸控技術。在屏幕上任何地方進行指紋識別的下一代設計可能將傳感器直接集成到顯示層，類似于in-cell觸控技術。

隨著顯示堆疊集成度的不斷演進，輔助性電路也會演進發展。當今智能手機的最先進的技術是觸控與顯示驅動集成（TDDI)，也就一顆IC同時處理觸控和顯示功能。對于全面屏，預計最初TDDI可以與獨立指紋傳感器IC共存，就像目前手機中TDDI和Home鍵中集成指紋傳感器共存一樣。隨著時間推移，三大功能 — 觸控、顯示和指紋識別 — 將可能全部集成進單一IC。利用傳感器矩陣中的通用顯示像素導線，并在單一IC中集成全部三大基本功能，通過簡化工程與制造，顯著降低了成本。

面部識別、虹膜識別方案對指紋識別形成補充

“全面屏”手機正面依然需要保留的一個硬件就是攝像頭，因為自拍以及視頻通話都需要通過前置攝像頭來完成。同一顆攝像頭還可以用于面部識別或虹膜識別，這些其他的生物識別方案將作為額外的生物特征，對指紋識別的形成補充。

越多越多的用戶已經接受使用生物特征的方式來解鎖設備和授權交易。掃描手指比起創建和牢記“復雜”的密碼也要方便得多，而且在提升移動設備的安全性方面還有很多其他優勢。目前幾乎所有高端和中端智能手機都支持指紋識別。用戶們都很喜愛也信任指紋，而且還期待在他們的新手機上也能繼續使用這種成熟可靠的認證方法。

在顯示屏上任何地方識別指紋，將同時提升安全性和用戶體驗。集成在屏幕中之后，傳感器掃描的指紋圖像不再受限于Home鍵的尺寸大小，而可以得到更大也更完整的指紋圖像，因此更難被偽造或冒用，從而實現更可靠的匹配和更低的誤拒率，提升了安全性。更大指紋圖像也可以降低匹配時延，減少錄入時可能需要的按壓次數。此外，在任意位置識別指紋的功能也能讓用戶在應用中操作或付款時，不打斷操作邏輯地自動完成身份認證。

此類運行在后臺或著持續的認證將提升用戶體驗。例如，當你劃動解鎖的時候，手機就會自動完成識別和認證?；蛘弋斈爿斎敫犊罱痤~的時候，就可以完成認證交易（多次）。還有另一種交互方式，比如對某些交易來說，需要更明顯的認證過程并且要保證用戶的認證操作是有意識的，那么就可以在屏幕上顯示一個虛擬按鍵，引導用戶“觸摸這里進行授權”。

安全性還能通過像Synaptics MultiMatch等技術結合多種生物特征的形式得到進一步提升。這一多重特征融合引擎結合來自指紋和面部掃描的結果，讓終端級和應用級的認證幾乎萬無一失、并且還能保證良好的用戶體驗。防偽造和人工智能技術可偵測用假體指紋和/或圖像來欺騙生物特征匹配過程的企圖。這些基礎的技術全都具備擴展性，可以在未來支持其他生物特征身份形式，例如語音識別以及甚至DNA。

因為能夠提供更富沉浸感的用戶體驗（三星蓋樂世S8發布所引發的興奮足以證明這一點），超大顯示屏成為全新高端手機的關鍵競爭力。而且隨著相關技術的發展并實現了規模經濟，甚至中低端機型也將配備全面屏。

但也正如用戶吐槽蓋樂世S8指紋識別于背面所說明的，消費者期待搭載全面屏的未來機型將讓指紋識別回歸手機正面。這將通過實現連貫和多重特征認證提升用戶體驗和安全性。在屏下指紋技術方面，Synaptics表示準備充分，作為智能手機人機界面的開創性領軍企業，Synaptics擁有在全面屏設備中集成指紋傳感器和觸控所需的核心競爭力和知識產權。