面板廠將指紋識別晶元革命到底|半導體行業觀察

n 全面屏無疑是目前最火的話題。無論是三星推出的18.5：9的Galaxy S8，還是傳說中也會使用全面屏的Apple iPhone8，都吸引不少用戶的目光。n

n 而若使用全面屏， 手機廠商就需要解決聽筒，距離感測器，攝像頭和指紋如何擺放的問題。前三者我們今天不做過多的討論，尤其聽筒和距離感測器，小米已經給出了比較好的完整解決方案。我們今天重點來看看指紋的發展。n

n 目前指紋識別已經成為智能手機的最常見的功能之一。手機解鎖，安全支付，休眠喚醒，一指一應用等功能使得人們越來越離不開指紋識別。n

n 有數據顯示，2016年的指紋識別感測器的出貨量已達6.89億顆，相較2013年的2300萬顆，CAGR達到210%。調研機構Yole預測，未來5年，指紋識別市場的複合年增率（CAGR）將達到19%，市場規模有望從2016年的28億美元，增加到2022年的47億美元。n

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n n 從技術方面來看：n n n n

n 指紋識別目前主要有三種技術：n n n 電容式，光學式和超聲波式n n n 。n

n 目前市面上看到最成熟的指紋手機基本都是電容式的。Apple採用的生物射頻原理類似電容式的原理。而小米採用的則是為數不多已量產的高通的超聲波式指紋識別晶元。n

n 電容式/射頻式：n n n

n 電容式指紋模塊是利用指紋sensor與導電的皮下電解液形成電場，指紋的高低起伏會導致二者之間的壓差出現不同的變化，藉此可實現準確的指紋測定。該方式適應能力強，對使用環境無特殊要求，同時，硅晶元以及相關的感測原件對空間的佔用在手機設計的可接受範圍內，因而使得該技術在手機端得到了比較好的推廣。n

n 做電容式指紋識別的晶元供應有：n

n Apple：n n

n Apple在 2012年7月以3.56億美元收購了AuthenTec，並在 2015年6月從倒閉的生物識別安全公司Privaris購買了大量與指紋識別及觸控屏技術相關的專利，使得Apple在指紋方面有著非常強的技術專利和技術能力。Apple的指紋識別晶元是由台積電完成晶圓代工，台灣精材、晶方科技完成晶圓級封裝，日月光負責後續封裝與測試以及SiP模組製作。n

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n FPC：n n

n 得益於AuthenTec只對Apple提供產品和技術，FPC成了非Apple手機陣營中指紋識別晶元的老大。國內第一款帶有指紋識別的手機康佳K5就是採用了FPC的指紋晶元，2014年華為Mate 7也採用了FPC指紋晶元。隨後國內越來越多的品牌客戶開始採用FPC的指紋晶元。但隨著國內Goodix，Silead等國內指紋識別公司的崛起，2017年開始FPC先在華為P10上輸給了Goodix，後又在Mate 10上輸給了Silead，只成為這兩個項目的Second Source，日子變得不太好過。今年FPC也開始通過低價來搶回市場。n

n Goodix：n n

n 2002年成立，2006年進軍觸控領域。雖然經歷了過2014年魅族MX4 Pro性能風波，但大的品牌手機廠商不願意看到FPC一家獨大，所以Goodix去年開始得到了國內的華為、OPPO、vivo、樂視、中興、小米等眾多公司的認可。憑藉多年的技術積累和孰知中國市場，Goodix今年極有可能挑落FPC，成為安卓手機市場里指紋識別晶元的新老大。n

n Silead：n n

n 最早做觸摸屏晶元，在平板觸摸屏晶元上佔有很高的市佔。2014年開始研髮指紋晶元。由於進入指紋晶元領域較早，獲得了不少的技術積累，所以今年被華為多款機型採用。2017年有機會月出貨10M以上。n

n 神盾：n n

n 2007年成立，專註於被動電容式指紋識別晶元的開發和銷售。由於自家演算法做的很好，所以其演算法很早就被Samsung手機所採用。目前Samsung低端手機也開始採用神盾的指紋晶元。但由於國內市場做的不夠好，在國內很少聽到神盾的聲音。n

n Synaptics：n n

n 1986年成立。2013年10月，Synaptics以2.55億美元收購Validity。主要客戶為Samsung，hTC和ASUS。但是在國內基本沒有公司採用其指紋晶元。近期Synaptics宣布投資上海蘿箕技術有限公司，並達成獨家合作關係，進入光學指紋領域。n

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n 邁瑞微：n n

n 在指紋晶元設計和生產上有自己獨到的見解，但主要客戶都是做PCBA的小公司，並沒有做進品牌客戶。n

n Chipone：n n

n 憑藉與聯芯的合作，在部分品牌客戶上有一定份額。但是自身的品牌知名度一直沒有建立起來。n

n Focal敦泰：n n

n 2014年底敦泰推出指紋晶元，但是之後敦泰的指紋業務差不多就陷入了停滯。目前敦泰指紋晶元出貨非常少。主要原因則是其原有指紋識別技術團隊大部分骨幹的出走。一部分人跟著莫良華（敦泰原副總）成立了信煒科技，另外一批人則成立了芯啟航，這兩家公司都定位於指紋識別領域。n

n 信煒：n n

n 前敦泰莫良華成立的公司，技術實力不錯。但由於存在與老東家敦泰說不清的過往，後續的發展是否會有影響，尚不得知。n

n 費恩格爾：n n

n 華虹集團是費恩格爾的大股東，當前費恩格爾所有的指紋晶元產品均在華虹集團自己的 Foundry工廠華虹宏力生產，使得費恩格爾指紋識別晶元在品質和產能有了很好的保障。但由於進入這個市場比較晚，只能通過打價格戰來佔有一席之地。n

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n BOE：n n

n BOE的指紋晶元，今年開始量產。由於還沒開始大規模推廣，所以知道的人並不多。BOE將Sensor部分用自家擅長的TFT製程工藝替代了傳統的矽片工藝，再外加一顆簡單的轉換晶元COB到玻璃上，從而實現指紋功能。這樣做降低了指紋對晶元的消耗，避免在指紋大規模生產時需要跟Camera Sensor搶產線的詬病。畢竟BOE有充足的TFT產線，並且這樣也可以將指紋晶元做的更薄。 BOE通過這樣的方式，與主流產品相同性能的情況下，價格更具殺傷力。n

n 電容式指紋還有IDEX，韓國的CanvasBio，義隆，比亞迪，貝特萊，芯啟航，茂丞，圖正等指紋晶元公司，由於份額比較小，就不一一陳列。n

n 光學式：n n n

n 光學式指紋模塊是利用光線反射成像識別用戶指紋，該類型指紋模塊對使用環境的溫度濕度都有一定的要求，並且在識別準確度上並不理想，所以剛開始大家並沒有考慮採用光學式。但隨著UnderGlass，UnderDisplay的出現，穿透率很強的光學式又開始被大家研究起來。n

n 採用光學技術採集指紋歷史最悠久，使用最廣泛。目前用於門禁的指紋都是用光學技術。但在手機上，由於需要內置光源，需要外加觸控喚醒而一直沒有流行起來。n

n 目前光學指紋識別晶元方面，目前主要已知的是上海蘿箕（OXI），Goodix，和印象認知在研發。兩家公司在去年就已經在推廣，但並沒有受到關注。今年UnderGlass和UnderDisplay的出現，使的光學指紋穿透能力強的優勢發揮出來，相信隨著技術的成熟，光學指紋會有一定的市場份額。另外，匯頂和思立微等傳統指紋公司也在考慮光學指紋方案。n

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n 超聲波：n n n

n 射頻式，原理與探測海底物質的的聲納類似，是靠特定頻率的信號反射來探知指紋的具體形態的。這一類指紋模塊最大的優點是穿透力強， 可實現3D指紋。但由於目前整個生態鏈還不夠完善，沒有看到太成熟的解決方案。n

n 超聲波指紋識別晶元方面，除了Qualcomm外，Sonavation和InvenSense也在研發超聲波技術。但除了Qualcomm，另外兩家還未看到可量產的產品。InvenSense最快將於2017年下半年推出超聲波指紋晶元。n

n n 從指紋晶元的擺放位置來看：n n n n

n 指紋晶元的擺放位置更是直接影響著指紋技術未來的發展方向。n

n 指紋識別晶元在手機中的擺放位置從去年開始有些變化。最早的時候，很多手機如Apple 一樣將指紋晶元正常放在手機正面（如下圖）或背面。n

n n 可以看出，是把手機表面的表層玻璃上打一個通孔，然後將指紋晶元嵌入其中。但將指紋識別放在Home鍵的位置也有些問題：Home鍵容易損壞，不宜做到防水防塵，而且ID配色較難，使得取消Home鍵成為行業發展的大趨勢。若將Home鍵取消，Under Glass技術（如下圖）是不錯的選擇 。n n

n 但目前電容式指紋識別晶元僅能穿透300um的玻璃蓋板，而一般的玻璃蓋板厚度都在500um左右，若做2.5D/3D屏時，厚度甚至超過了700um。於是在電容式方案沒有解決穿透性能前，各家的做法則是挖一個盲孔在需要放指紋識別晶元的地方，也就是將玻璃局部打薄，使得指紋識別晶元可以工作。按上面一種方式（即上層打薄）做還有一個好處就是方便用戶找到指紋識別晶元的位置。n

n 局部打薄也並非萬無一失，這樣會導致表層玻璃更容易摔碎。光學指紋和超聲波指紋則有機會穿透的更厚的玻璃，所以成為大家關注的焦。n

n 而今年開始，很多品牌手機廠商開始採用全面屏，因為更高的屏佔比為用戶帶來更好的用戶體驗，但更高的屏佔比也使得指紋識別晶元的擺放位置變的更加緊張。目前看到的一種解決方案則是Under Display（如下圖）。n

n 將指紋識別晶元放在屏幕的下方則是一個不錯的選擇。但電容式穿透能力差，在這種模式下基本已無法工作。光學式和超聲波式則是最佳選擇方案。相對超聲波方案的產業鏈不夠成熟，目前光學指紋更具可實現性，只是目前的光學指紋識別技術並不成熟，而且AMOLED的透光率不高，並不能使的指紋晶元準確識別，這可能也是Samsung未選擇光學指紋，而將指紋放在背面的最主要的原因吧。n

n 不過即使光學指紋克服了自身的技術缺陷，若還是像普通指紋識別一樣只有很小一個區域去做指紋識別區域的話，用戶不易找到識別區域則會帶來非常差的用戶體驗。所以UnderDisplay方案極有可能需要一個較大面積做指紋識別區域。n

n 而UnderDisplay後，下一個技術發展方向則是InDisplay，即類似In-Cell一樣，將指紋識別晶元埋入AMOLED裡面（如下圖）。n

n 不過如UnderDisplay一樣，InDisplay也會有用戶體驗問題，所以可能也需要一個很大的指紋感應區域。n

n 按Yole的分析，2017年指紋還主要是以UnderGlass為主。到了2019年UnderDisplay技術才會成熟，而InDisplay技術則需要到2021年才會變成熟。n

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n 不管是UnderDisplay，還是InDisplay，若採用光學式指紋識別技術，在TFT LCM上使用還是難度很大，主要還是得用AMOLED。n

n 為什麼必須用AMOLED？n n n

n 這個是跟這兩種屏的結構有很大的關係：n

n 先看看TFT LCM的結構。由於TFT LCM需要背光（Backlight），一般都是將背光LED下面增加導光板，這樣可以將LED的光線更好的向液晶方向反射出去，實現更高的亮度。正因為導光板的存在，使得光線無法穿透TFT LCM，而無法實現光學指紋識別。n

n n 而AMOLED則不會有這樣問題。因為AMOLED是自發光，自身不需要背光LED和反射板。而且AMOLED的RGB像素點之間的縫隙可以通過一些工藝，使得光線穿過去。光學指紋晶元接收到這些光線後，再做運行相關演算法去識別指紋，實現UnderGlass。同理，AMOLED的RGB像素點之間也有機會放下光學指紋的sensor，實現InGlass。n n

n 不過無論UnderDisplay還是InDisplay，若用光學指紋，都會存在解析度與指紋識別平衡的問題。解析度越高，留給光學指紋的縫隙越小，光學指紋越難實現。據傳言，Apple的5.8『 屏幕，僅上面5.15』 可以使用，屬於高解析度區域。而下方的指紋區域只是做了一個觸摸區域。若真是這樣，光學指紋的UnderDisplay還有很長的路要走。n

n 對於超聲波部分，由於超聲波自身的特點可以穿透玻璃、陶瓷、塑料，甚至金屬，因此也成為除光學外另外一種可實現UnderGlass和InGlass的技術。但由於在技術成熟度和製造工藝方面的問題，目前超聲波的穿透厚度還達不到理想狀態（如採用高通超聲波方案的小米5S正面仍然有減薄挖孔）。而且超聲波用到的壓電材料可量產公司少，價格貴，也會制約超聲波技術向前發展。n

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n 指紋識別的未來如何？n n n

n 全面屏的到來，將指紋識別技術從電容式轉向光學式和超聲波發展。但小編認為電容式指紋並不會那麼快消亡。n

n 低端指紋晶元方面：由於目前電容指紋模組價格非常便宜，都已經低於2個美金以內，很快有可能降至1個美金左右。如此低的價格，相信短期內電容指紋晶元不僅不會被替代，還會推動指紋識別的普及率。今年低端指紋晶元市場里，將會是一場惡戰。被Goodix和Silead搶去華為訂單的FPC已經放下了高姿態，信誓旦旦的想通過低價，半標準化產品搶回市場。另外一方面擁有自己Fab的BOE，以及華宏投資的費恩格爾也會給那些量不大，跟Fab關係一般的指紋晶元公司，不小的衝擊。n

n 高端指紋晶元方面：為了獲得更好的用戶體驗，無論是UnderDisplay還是InDisplay，都需要比普通指紋晶元面積大很多，其成本勢必會增長。UnderDisplay/InDisplay目前都需要AMOLED的配合，在目前AMOLED主要供貨只有Samsung的情況下，指紋廠商需要發展UnderDisplay和InDisplay技術還是很難。如何在高解析度下做到真正的UnderDisplay和InDisplay還要一段時間去發展。而且國內使用AMOLED的機型也肯定都是高端機型。所以光學式和超聲波方案預計前期主要應用在高端機型上。n

n 從長遠發展來看，由於做UnderDisplay/InDisplay，都需要跟面板廠商完美配合才能實現最好的性能。當各家的光學/超聲波方案都變得成熟起來的時候，用誰家的指紋晶元，面板廠商將會有一定的話語權。n

n 而且目前指紋Sensor也可以做在玻璃上，做電容式的BOE用自家的TFT工藝；上海蘿箕（OXI）採用了天馬的4.5代線；據傳高通的sensor部分也是高通設計超聲用TFT代工，都說明指紋的Sensor部分可以採用TFT工藝來取代傳統的指紋矽片工藝。而面板廠商可以採用較低規格的4代線，4.5代線生產指紋sensor，成本非常低，甚至可以自己設計指紋Sensor部分。其實相比camera sensor，晶圓廠更願意為指紋sensor代工，因為指紋相對面積更大，工藝更難。現如今面板廠要搶晶圓廠的飯碗，勢必讓晶圓廠非常難受。n

n 據群智諮詢保守測算2017年全球使用全面屏的智能手機的出貨規模約為1.3-1.5億台，佔比約為10%。不僅Samsung，Apple會採用18：9的全面屏，LG，Sony，國內的華為，OPPO，VIVO，小米，金立，聯想和魅族都有可能在今年推出全面屏手機。一方面是高端的全面屏，一方面是BOE，天馬已經進入指紋Sensor領域，長遠來看，面板廠商將會影響指紋sensor，LCD driver IC，觸摸屏driver IC供應商未來技術和生產的發展。n

n n 今天是《半導體行業觀察》為您分享的第1251期內容，歡迎關注。

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