iPhone12为什么没采取超声波屏下指纹？（附屏下指纹产业链）

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目前已知的屏下指纹识别方案主要分为两种：一是光学式屏下指纹识别，利用光学实现；另一个则是超声波式屏下指纹识别，利用超声波实现。

▲光学指纹识别方案的产业链主要分为算法及芯片（核心领域）、CMOS （将光信号转化为电信号）、Lens（主要是微透镜阵列）、滤光片以及产品封装。

▲超声波指纹识别方案的产业链可以分为算法芯片、传感器以及封装三部分，而传感器的上游主要是压电材料。

其实，屏下指纹识别技术常见的三种：光学式、电容式、超声波式。

（1）光学式屏下指纹识别

光学式指纹识别在生活中很常见，比如日常上班中的打卡机利用的就是光学指纹识别技术，主要是依靠光线反射来探测指纹回路。智能机中的光学式屏下指纹受限于智能机的体积，只能抛弃原有的光学系统而借助手机屏幕的光作为光源。同时由于LCD屏幕无法自发光，因此目前支持光学屏下指纹识别的产品都采用的是OLED屏幕。

其技术原理为，由于OLED屏幕像素间天生具有一定的间隔，能够保证光线透过。当用户手指按压屏幕时，OLED屏幕发出光线将手指区域照亮，照亮指纹的反射光线透过屏幕像素的间隙返回到紧贴于屏下的传感器上。最终形成的图像通过与数据库中已存的图像进行对比分析，进行识别判断。　　

光学式屏下指纹传感器的优势在于可以最大程度上避免环境光的干扰，在极端环境下的稳定性更好。但其同样面临干手指识别率的问题。此外，由于是点亮屏幕特定区域，不可避免面会出现屏幕易老化的问题(比如烧屏)。而且，光学式屏下指纹的功耗相对传统光学式指纹要高很多，这些都是有待解决的问题。

(2)电容式屏下指纹识别

电容式指纹识别技术想必我们都不陌生，目前几乎所用商用的指纹识别技术(除去屏下指纹)都是利用电容式指纹识别技术。其相对而言更加成熟，但想要将电容式指纹识别转移到屏下却有着不小的困难，其较弱的穿透能力正限制着其发展。

目前一种解决方案是，通过将传统的硅基指纹识别传感器换为透明的玻璃基传感器，并将其直接嵌入到LCD面板中，以此减少需要穿透的面板厚度，避开其穿透能力差的难题。当手指接触到屏幕时，指纹识别传感器便能感知到这一信号，从而完成识别。

相对来说，由于电容式屏下指纹识别在识别过程中不需要屏幕发光，因此其支持LCD屏幕，相对而言成本更低。但由于智能机显示屏上都有一层用于识别、触控的触摸层，由此可能会产生触控信号和指纹识别信号相互干扰的情况，这一问题有待解决。

(3)超声波式屏下指纹识别

超声波式屏下指纹识别技术基于超声波，通过传感器先向手指表面发射超声波，并接受回波。利用指纹表面皮肤和空气之间密度不同构建出一个3D图像，进而与已经存在于终端上的信息进行对比，以此达到识别指纹的目的。

超声波式屏下指纹识别的优势在于具有较强的穿透性，抗污渍的能力较高。即使是湿手指与污手指的状况依旧能完美识别。此外，依靠超声波极好的穿透性，其还支持活体检测。由于能够得到3D指纹识别图像，安全性相较于其它屏下指纹识别方案更高。

　　都是屏下指纹，三大方案有啥不同？

但是，超声波式屏下指纹识别同样有诸多急需解决的难题。比如成像质量低、技术不够成熟、产量较低等。目前，超声波式屏下指纹识别没能得到大范围推广商用，便是由于上述原因。

电容式没办法隔着手机屏识别按在屏幕上的指纹，主要是因为屏幕模组本身的厚度导致传感器收集不到足够多有用的信号。超声波指纹传感器，其原理是直接扫描并测绘指纹纹理，甚至连毛孔都能测绘出来。因此超声波获得的指纹是3D立体的，而电容指纹是2D平面的。超声波不仅识别速度更快、而且不受汗水油污的干扰、指纹细节更丰富难以破解。

这样一来，屏下指纹识别就只能通过穿透力更强的光学和超声波两种方案来实现。

那么iPhone12为什么没采取超声波屏下指纹？

超声波屏下指纹：巨头高通领衔。相对于光学方案，超声波方案可以适配于LCD 屏和OLED 软屏，并且在手指油污、水渍甚至浸没水中时均能使用，但由于其无法在低价的OLED 硬屏应用导致进展相对缓慢。目前主要参与方案商为高通、FPC、思立微，其中高通方案已能穿透0.8mm 玻璃、0.65mm 金属以及1.2mm 的OLED 屏，通过前期小米5s 和乐视Max2 应用，虽然并非屏下方案但已有技术积累。

按照高通的说法，这种超声波屏下指纹识别技术可以穿透 1200 微米厚的 OLED 屏幕、800 微米的玻璃和 650 微米的铝合金。

足够强的穿透性能，就意味着更高的功耗和更大的模组体积。据了解，为高通提供超声波指纹识别模组封装的欧菲光等公司，目前还无法将体积缩到足够小，识别准确率和速度也需要大幅提升。

原理参照声呐：

指纹传感器发出超声波，接收被手指反射回来的信号，就能绘制出指纹的“高低起伏”了。

具体一点讲，其原理是利用超声波具有穿透材料的能力，且随材料的不同产生大小不同的回波(超声波到达不同材质表面时，被吸收、穿透与反射的程度不同)。因此，利用皮肤与空气对于声波阻抗的差异，就可以区分指纹嵴与峪所在的位置。超声波技术所使用的超声波频率为1×104Hz-1×109Hz，能量被控制在对人体无损的程度(与医学诊断的强度相同)。

目前大规模应用的超声波指纹识别手机并不太多，主要是乐视的LeMax2和小米5s的前期使用，但是没没成功。LeMax2将指纹放在了后面，而小米5s则是在正面，当时超声波还穿透不了太厚的玻璃，最厚大约是0.4mm左右，而手机盖板玻璃厚度大约为0.6mm~0.9mm，因此0.4mm的有效厚度不足以穿透玻璃+显示屏（0.6mm+0.3mm）的厚度。小米只好和蓝思科技商量，给前面板玻璃多挖一块走，这样才能保证超声波能穿透，因此把指纹识别区域的玻璃削薄了一些。根据高通官网公开的资料显示，新一代的Sense ID可以穿透1.2mm的OLED屏幕或0.65mm的铝或0.8mm的玻璃。这样的穿透能力，用在目前的玻璃或OLED屏幕上也够了。

但为什么此技术还没开始在量产的Phone12手机上使用？这是因为还需要时间优化算法。新技术从发布到正式应用还需要一个调试的过程，指纹识别是一项对安全性要求相对较高的生物识别技术，因此需要时间对算法优化以提高安全性、识别速度、识别率等。

其实，近年来苹果迟迟不肯跟进屏下指纹，早已惹得消费者不满，尤其是在疫情爆发后。虽然Face ID的体验很出色，但越来越多的人习惯佩戴口罩，iPhone手机何时配备屏下指纹技术，再一次成为热议话题。下一代苹果手机能采用超声波屏下指纹？亦或是光学屏下指纹？我们不得而知！

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