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屏幕解锁新方式 专利分析来探秘 [复制链接]

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发表于 2018-10-11 17:28:05 |显示全部楼层

随着用户对于大屏幕智能手机的需求增大,全屏手机成为时下主流产品,屏幕解锁方式也随之变得五花八门,其中屏下指纹识别逐步成为屏幕解锁的主流方式之一。中国的手机生产厂商率先大规模应用了屏下指纹技术,vivo凭借屏下指纹吸引了大批用户,小米和华为也在高端机型上配置了屏下指纹识别方式。目前,屏下指纹技术愈发受到各大手机产商的关注。


识别方式:聚焦两大关键领域


指纹识别常用感知方式包括电容、光学、超声波等。电容是利用微小电容感知指纹凸起靠近而产生的电荷变化进行识别。光学和超声波的技术原理是射出的光线和声波在指纹凸起(脊)与表面板接触位置及指纹凹陷(谷)不与表面接触位置发生不同折射和反射并探测回波来进行识别。


屏下指纹技术虽然是近两年随着大屏智能手机火热起来,但其在中国的专利申请很早出现了。公开号为CN1689025A的专利申请是三星于2003年提交的一项光学屏下指纹技术,该专利申请在LCD屏液晶层上面制作了光学敏感层用于感测指纹,该专利申请于2007年获得授权并于2012年失效。公开号为CN101065755A的专利申请是飞利浦提交的一项超声波屏下指纹技术,其将超声波指纹探头设置于LCD屏幕背后用于医疗设备操作认证,该专利申请于2009年获得授权并处于有效状态。


笔者对截至2018年9月1日的屏下指纹技术领域的中国专利申请进行分析发现,虽然屏下指纹技术出现专利申请的年份较早,但数量非常少,直到2014年专利申请数量才开始急速增加,其中光学屏下指纹技术专利申请量最多,超声波其次,电容和通用或其他类存在少量专利申请。光学屏下指纹识别技术的成本较低、技术难度也较低,因此,该领域的专利申请数量上远超过了其他领域。超声波屏下指纹识别技术虽然技术难度和成本较高,但其可以识别出更多生物信息甚至辨识是否是活体生物信息,认证可靠性更高,因此也有大量的专利申请。而电容式指纹技术由于电容指纹识别的距离通常不超过0.3毫米,距离过小,甚至常用的手机玻璃保护膜都在0.3毫米,其应用范围较小,所以该技术领域的专利申请量明显小于光学和超声波。目前,光学和超声波屏下指纹识别已经成为屏下指纹技术的两大主流方式。


光学识别:国内企业占据优势


目前,市场上已发售的智能手机大多采用光学屏下指纹识别技术,笔者通过对涉及屏下指纹技术的中国专利申请进行分析发现,京东方的专利申请量最多,排在国内首位,天马微电子、信炜科技、三星和欧菲分列第二名至第五名。从专利申请量来看,排名靠前的多是技术供应商,而小米、OPPO、vivo等手机生产商排名相对落后。光学屏下指纹技术主要的技术研发方主要是技术供应商,专利申请量较多的技术供应商多达十余家,技术竞争强度高。此外,小米、OPPO和vivo也在加大屏下显示上的技术投入,小米和vivo是最早大规模应用光学屏下指纹技术的手机厂商。


国外专利申请人中,三星的专利申请量最多,在光学屏下指纹技术领域拥有较强的技术实力。而苹果公司在该技术领域上仅有一件于2016年提交的公开号为CN107430681A的专利申请。作为主要的供应商,韩国乐金、高通、辛纳普蒂克斯(SYNAPTICS)在中国都提交了光学屏下指纹技术的相关专利申请,其中韩国乐金申请量最多,而高通、辛纳普蒂克斯的申请量相对较少。目前,中国手机厂商使用的屏下指纹芯片主要来自辛纳普蒂克斯、指纹卡(FPC)公司、汇顶和思立微,但这四家涉及屏下指纹技术的专利申请并不多。结合其相关专利申请文件分析,笔者发现他们的指纹识别元件结构专利申请主要集中在指纹识别模组或单纯指纹识别结构,而与显示屏结合结构申请较少,可以推测目前手机厂商应用的屏下指纹技术主要是将指纹识别芯片作为独立器件贴合或者安装于屏幕元件下方,从而实现了屏下指纹识别。


超声波识别:国外企业技术领先


超声波具有较强的穿透性,可穿透皮肤表层,其识别细节丰富,不受手指污物如护手霜、水等的影响,识别结果也更加稳定精确,因此创新主体也加强了对超声波屏下指纹技术的研发力度。首个基于超声波技术的3D指纹认证解决方案由高通在2015世界移动通信大会上正式推出。


在超声波屏下指纹技术领域,国内主要的专利申请人为欧菲、安瑞芯、京东方、小米和高通,专利申请数量远远少于光学屏下指纹技术。相比之下,欧菲和高通在超声波领域的专利申请数量多于光学领域的专利申请数量,然而欧菲的大部分专利申请为实用新型专利申请,仅有4件发明专利申请,主要集中在超声波识别装置如何贴附于显示屏和超声波层与显示装置各层的集成方面。高通的专利申请主要集中在超声波指纹识别,其涉及超声波屏下指纹技术的专利申请均已进入中国。安瑞芯在该领域的专利申请中,一半为实用新型专利申请,主要集中在超声波层与显示装置各层的集成。京东方的专利申请量小于其在光学方向的专利申请,基本为发明专利申请,多涉及换能器元件的与显示装置的集成工艺。笔者通过分析发现,高通在超声波指纹识别方面的技术实力最为雄厚,其他公司与之相比技术差距明显。


超声波屏下指纹测量元件是压电微机械超声波换能器(PMUT)阵列或电容式微机械超声波换能器(CMUT)阵列,换能器在电压激励下振动产生超声波并传递至显示屏表面,测量被手反射回的波获取图像而进行识别,制造相对复杂的PMUT一般需要比CMUT更小的工作电压即可生成相似的声功率。来自高通的公开号为CN105980968A的专利申请中公开了换能器布置的多种方案,可以与显示子像素定位在基本上相同的平面,也可以定位在子像素的上方或者下方,PMUT阵列同样也可以整体布置在显示装置下面。同样由于LCD屏中存在空气层,不利于声波穿透,换能器阵列位于显示屏下方时,OLED屏也是超声波指纹更好的选择。


目前,光学屏下指纹技术是国内研究的热点领域,市场竞争激烈,由于光学屏下指纹技术的成本相对较低,可以预测未来光学屏下指纹技术或将成为手机厂商屏下指纹的首选。此外,光学屏下指纹技术也在向高集成度和全屏指纹识别方向发展,未来光学屏下指纹将与显示模组融合在一起,以便于制造超薄设备。超声波屏下指纹技术方面,高通掌握了大量核心技术,未来高通将在识别精确方面进行技术研发,超声波屏下指纹识别技术也将成为旗舰或者高端机的标配。(作者:付强)







来源:中国知识产权报-人民网

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