vivo APEX 2019发布：全屏指纹到底是如何实现的？
1月24日下午，vivo在北京召开APEX2019媒体沟通会，正式发布了新一代的APEX概念手机。相对于去年MWC上发布的第一代的APEX概念机来说，APEX2019可谓是更加的令人惊艳，不仅拥有接近100%的屏占比，还采用了一体化的无孔机身设计，配备了骁龙855，12GB内存，512GB存储等顶级硬件，支持5G网络（采用3D复式堆叠结构，增加布板面积，以容纳5G芯片和基带），同时还融入了全屏幕指纹识别、全屏幕发声技术等黑科技。
一体化无孔机身是如何炼成的？
APEX 2019采用的是双面玻璃设计，背面更是采用了“目前市场上加工难度最高”的G2连续曲率玻璃后壳，结合热弯和CNC玻璃精加工工艺，再加上无孔的机身设计，使得APEX 2019不论是整体的观感和手感上都非常的圆润。那么APEX 2019的一体化无孔机身是如何炼成的呢？
首先，为了做到一体化的无孔的机身设计，APEX 2019取消了传统的音量键和电源键，创造性的在机身内壁用电容与压力按键间隔排布的方式，实现了隐藏式的将音量键和电源键，同时震动马达的加入，也实现了对于触控按键的反馈。
不过，需要指出的是，由于采用了电容与压力按键，使得按键将变得更加的灵敏，而当用户正常持握手机，或者拿起手机时，可能会经常出现误触发的问题。
其次，对于手机来说，通话功能是必不可少的，所以前置的听筒一般都是标配，而这往往需要在机身上进行开孔。虽然小米MIX一代采用了骨传导技术拿掉了传统的前置听筒，但是在音质音效上却打了折扣，所以小米MIX2系列之后就改为采用微导管技术的听筒，但是这也使得正面上方留下了一个细长的缝隙。
而APEX2019为了实现无孔式一体机身设计，所以采用了此前vivo NEX曾采用的全屏幕发声技术。我们都知道，声音的产生是源于震动，而声音传播也需要介质。vivo NEX则采用了内置的微振动单元驱动屏幕振动发声，并且通过整个屏幕进行传导，用户只需贴近屏幕即可听到清晰的声音。
据芯智讯的了解，此前vivo NEX的全屏幕发声技术是源自于国内的技术厂商艾为的“smart K”技术。目前不清楚vivo APEX2019的全面屏发声技术是否依旧由艾为提供。
在数据传输与充电方面，vivo APEX 2019则通过背面的“自锁定磁吸接口”方案，实现了机身底部无孔设计，而且这种方案支持盲插、传输更安全快捷。
此外，对于声音外放需求，vivo APEX 2019还在机身背面内部加入了“零孔扬声器”。
正是由于以上的这些全新的设计，使得APEX2019在保证用户各项体验的同时，做到了机身一体化无孔设计。
全屏幕指纹识别是如何实现的？
早在去年MWC展会上，vivo展示第一代APEX概念手机就已经实现了“半屏指纹识别”，即在接近一半的屏幕区域内实现了屏幕指纹识别。而此次APEX2019则进一步实现了全屏幕指纹识别，用户再也不需要再屏幕上找特定的指纹识别区域，可以实现在屏幕任意位置单指、双指自由解锁，更能一键解锁直达应用。
▲APEX2019的全屏指纹识别演示
那么APEX2019的全屏指纹识别是如何实现的呢？
目前能够实现全屏指纹识别的技术主要有以下几种：一种是超声波，理论上采用大面积覆盖全屏的Sensor即可；另一种就是采用现有的基于光学指纹技术的硅基的CMOS传感器阵列组合，覆盖整个屏幕来实现。
以此前Synaptics的光学屏下指纹传感器为例，其图像传感器与玻璃基板（集成滤波片）组装在一起，在传感器芯片上沉积了准直器层（把杂乱的散射光转变成平行光）。如果要实现全屏指纹，理论上可以将该传感器做得足够的大，或者采用多个传感器组合来实现。
同样，目前汇顶、思立微所采用的基于超短焦镜头（直接对指纹进行拍照）的光学屏下指纹方案，也可以通过多个超短焦镜头阵列组合来实现全屏指纹，而且其相对于Synaptics的准直器方案成本更低（目前汇顶的光学屏下指纹的价格可能已经降到了5-6美金）。不过，可能会对手机机身的厚度产生一定影响。
▲vivo X23的光学屏下指纹模组
还有一种则是基于光学的off-chip的方案，即利用TFT制程做一层基于玻璃基的a-Si驱动的sensor（光电转换二极管），来替代传统的硅基传感器，将其置于盖板玻璃和屏之间进行贴合。其优势在于，可以轻松实现大面积的指纹识别，而且玻璃的成本远低于硅基传感器的成本，同时由于其位于盖板玻璃和屏之间，所以其取得的指纹图像更为简单和清晰。此前，vivo第一代APEX的半屏指纹识别以及此次发布的APEX2019均基于此方案，而其技术提供商也都是上海箩箕。
根据箩箕官网的资料显示，其所采用的似乎是“薄膜光学指纹传感器技术”，其光学指纹传感器隐藏于盖板玻璃下方（玻璃厚度＜1mm）。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。
基于TFT指纹详细的技术实现原理如下：
当用户的指纹接触屏幕时，指纹脊和谷的结构差异会导致照射光（Backlight）在光学传感部分的传输光路有所区别，因此指纹脊和指纹谷反射到光学传感元件（下图的Sensor TFT）的光强不同。通过对采集到的反射光强进行数据处理，即可实现指纹信息的提取。指纹信息提取主要由TFT信号读取部分实现，每个像素点中的光学传感部分通过一个开关（SwitchTFT）以及电容器（Storage Capacitor）与TFT信号读取部分相连。
通常指纹脊和谷之间的间距是550um，要实现指纹识别，需要sensor的精度在10倍以上（像素间隙50um，对应500ppi），TFT制程最高可以实现小于5um的间隙制程，所以用面板产线完全可以实现，同时面板产线只需要4道光罩，大幅少于硅基的25-30道，实现一定的wafer成本优势。
注：该部分内容源自东吴电子谢恒团队
当然该技术方案也有一些劣势，比如对于贴合度要求较高，一个没贴好可能就等于报废了。另外，由于其原理基于是TFT驱动的光电转换，所以识别速度相对较慢。从上面的视频，我们明显可以感觉到，APEX2019在指纹识别速度上要远低现有的光学屏下指纹方案，所以vivo还特意为APEX2019指纹识别过程做了一个特效动画。
另外，如果整个屏幕都做成了可以指纹识别，那么它怎么才能够知道用户的手指在那个位置，是否要进行指纹识别呢？总不能整个屏幕的指纹识别时刻都保持在开启状态，那样的话功耗将会非常的高。这里可能就需要通过压力传感器或者电容屏对于触控位置的捕捉来进行配合了。
成本方面，正如我们前面所说，理论上off-chip的方案要比硅基CMOS的方案成本要低，但是，还需要考虑的是，目前这种off-chip的指纹方案本身应用较少，而箩箕的这个Sensor和IC应该也是新开出来的，更何况整个Sensor还要做到覆盖整个屏幕，成本必定很高。
按照东吴证券研究所谢恒团队的预计，此前APEX一代的25*45mm尺寸的指纹传感器成本可能在20多美金，如果考虑到贴合良率，模组成本可能更是会高达60美金。如果要实现全面屏指纹识别，成本将会更高。
而根据芯智讯通过业内相关人士了解到的信息也显示，APEX2019的全屏指纹成本可能要超过400元人民币。
随后，芯智讯也联系了箩箕内部人士，对方对于这个成本预计不置可否。
显然，如此之高的成本，恐怕任何一家手机厂商都难以承受。所以，我们看到，vivo也只是将该技术应用到了APEX系列概念机上（不会量产），作为技术展示。另外从目前来看，全屏指纹虽然很炫酷，但是实际意义有限，特别是当成本还没有降到足够低的情况下。
当然，目前的主流的光学屏下指纹，仍然必须在屏幕某一个特定位置才能进行指纹识别，这样的用户体验并不很好（经常要找对屏幕指纹的位置才能识别）。而对于手机厂商来说，不必一定要做到全屏指纹，只需在屏幕内特定区域内，实现任意位置指纹识别即可解决这个问题，而且成本相对全屏指纹也将会得到大幅降低。所以，今年区域性屏幕指纹或将会成为指纹厂商努力的一个方向，可能会有手机厂商会将其用到量产机上。
编辑：芯智讯-浪客剑
PS.如果您是从事生物识别技术或AI技术相关的专业人士，可以通过添加微信icsmart01,申请加入芯智讯AI+生物识别技术讨论微信群。
行业交流、合作请加微信：xintiyan001
投稿请发至：yj@padnews.cn
芯智讯官方交流：221807116