原標(biāo)題：屏幕解鎖新方式 專利分析來(lái)探秘

　　隨著用戶對(duì)于大屏幕智能手機(jī)的需求增大，全屏手機(jī)成為時(shí)下主流產(chǎn)品，屏幕解鎖方式也隨之變得五花八門，其中屏下指紋識(shí)別逐步成為屏幕解鎖的主流方式之一。中國(guó)的手機(jī)生產(chǎn)廠商率先大規(guī)模應(yīng)用了屏下指紋技術(shù)，vivo憑借屏下指紋吸引了大批用戶，小米和華為也在高端機(jī)型上配置了屏下指紋識(shí)別方式。目前，屏下指紋技術(shù)愈發(fā)受到各大手機(jī)廠商的關(guān)注。

　　識(shí)別方式：聚焦兩大關(guān)鍵領(lǐng)域

　　指紋識(shí)別常用感知方式包括電容、光學(xué)、超聲波等。電容是利用微小電容感知指紋凸起靠近而產(chǎn)生的電荷變化進(jìn)行識(shí)別。光學(xué)和超聲波的技術(shù)原理是射出的光線和聲波在指紋凸起（脊）與表面板接觸位置及指紋凹陷（谷）不與表面接觸位置發(fā)生不同折射和反射并探測(cè)回波來(lái)進(jìn)行識(shí)別。

　　屏下指紋技術(shù)雖然是近兩年隨著大屏智能手機(jī)火熱起來(lái)，但其在中國(guó)的專利申請(qǐng)很早出現(xiàn)了。公開(kāi)號(hào)為CN1689025A的專利申請(qǐng)是三星于2003年提交的一項(xiàng)光學(xué)屏下指紋技術(shù)，該專利申請(qǐng)?jiān)贚CD屏液晶層上面制作了光學(xué)敏感層用于感測(cè)指紋，該專利申請(qǐng)于2007年獲得授權(quán)并于2012年失效。公開(kāi)號(hào)為CN101065755A的專利申請(qǐng)是飛利浦提交的一項(xiàng)超聲波屏下指紋技術(shù)，其將超聲波指紋探頭設(shè)置于LCD屏幕背后用于醫(yī)療設(shè)備操作認(rèn)證，該專利申請(qǐng)于2009年獲得授權(quán)并處于有效狀態(tài)。

　　筆者對(duì)截至2018年9月1日的屏下指紋技術(shù)領(lǐng)域的中國(guó)專利申請(qǐng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，雖然屏下指紋技術(shù)出現(xiàn)專利申請(qǐng)的年份較早，但數(shù)量非常少，直到2014年專利申請(qǐng)數(shù)量才開(kāi)始急速增加，其中光學(xué)屏下指紋技術(shù)專利申請(qǐng)量最多，超聲波其次，電容和通用或其他類存在少量專利申請(qǐng)。光學(xué)屏下指紋識(shí)別技術(shù)的成本較低、技術(shù)難度也較低，因此，該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)數(shù)量上遠(yuǎn)超過(guò)了其他領(lǐng)域。超聲波屏下指紋識(shí)別技術(shù)雖然技術(shù)難度和成本較高，但其可以識(shí)別出更多生物信息甚至辨識(shí)是否是活體生物信息，認(rèn)證可靠性更高，因此也有大量的專利申請(qǐng)。而電容式指紋技術(shù)由于電容指紋識(shí)別的距離通常不超過(guò)0.3毫米，距離過(guò)小，甚至常用的手機(jī)玻璃保護(hù)膜都在0.3毫米，其應(yīng)用范圍較小，所以該技術(shù)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量明顯小于光學(xué)和超聲波。目前，光學(xué)和超聲波屏下指紋識(shí)別已經(jīng)成為屏下指紋技術(shù)的兩大主流方式。

　　光學(xué)識(shí)別：國(guó)內(nèi)企業(yè)占據(jù)優(yōu)勢(shì)

　　目前，市場(chǎng)上已發(fā)售的智能手機(jī)大多采用光學(xué)屏下指紋識(shí)別技術(shù)，筆者通過(guò)對(duì)涉及屏下指紋技術(shù)的中國(guó)專利申請(qǐng)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，京東方的專利申請(qǐng)量最多，排在國(guó)內(nèi)首位，天馬微電子、信煒科技、三星和歐菲分列第二名至第五名。從專利申請(qǐng)量來(lái)看，排名靠前的多是技術(shù)供應(yīng)商，而小米、OPPO、vivo等手機(jī)生產(chǎn)商排名相對(duì)落后。光學(xué)屏下指紋技術(shù)主要的技術(shù)研發(fā)方主要是技術(shù)供應(yīng)商，專利申請(qǐng)量較多的技術(shù)供應(yīng)商多達(dá)十余家，技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度高。此外，小米、OPPO和vivo也在加大屏下顯示上的技術(shù)投入，小米和vivo是最早大規(guī)模應(yīng)用光學(xué)屏下指紋技術(shù)的手機(jī)廠商。

　　國(guó)外專利申請(qǐng)人中，三星的專利申請(qǐng)量最多，在光學(xué)屏下指紋技術(shù)領(lǐng)域擁有較強(qiáng)的技術(shù)實(shí)力。而蘋果公司在該技術(shù)領(lǐng)域上僅有一件于2016年提交的公開(kāi)號(hào)為CN107430681A的專利申請(qǐng)。作為主要的供應(yīng)商，韓國(guó)樂(lè)金、高通、辛納普蒂克斯（SYNAPTICS）在中國(guó)都提交了光學(xué)屏下指紋技術(shù)的相關(guān)專利申請(qǐng)，其中韓國(guó)樂(lè)金申請(qǐng)量最多，而高通、辛納普蒂克斯的申請(qǐng)量相對(duì)較少。目前，中國(guó)手機(jī)廠商使用的屏下指紋芯片主要來(lái)自辛納普蒂克斯、指紋卡（FPC）公司、匯頂和思立微，但這四家涉及屏下指紋技術(shù)的專利申請(qǐng)并不多。結(jié)合其相關(guān)專利申請(qǐng)文件分析，筆者發(fā)現(xiàn)他們的指紋識(shí)別元件結(jié)構(gòu)專利申請(qǐng)主要集中在指紋識(shí)別模組或單純指紋識(shí)別結(jié)構(gòu)，而與顯示屏結(jié)合結(jié)構(gòu)申請(qǐng)較少，可以推測(cè)目前手機(jī)廠商應(yīng)用的屏下指紋技術(shù)主要是將指紋識(shí)別芯片作為獨(dú)立器件貼合或者安裝于屏幕元件下方，從而實(shí)現(xiàn)了屏下指紋識(shí)別。

　　超聲波識(shí)別：國(guó)外企業(yè)技術(shù)領(lǐng)先

　　超聲波具有較強(qiáng)的穿透性，可穿透皮膚表層，其識(shí)別細(xì)節(jié)豐富，不受手指污物如護(hù)手霜、水等的影響，識(shí)別結(jié)果也更加穩(wěn)定精確，因此創(chuàng)新主體也加強(qiáng)了對(duì)超聲波屏下指紋技術(shù)的研發(fā)力度。首個(gè)基于超聲波技術(shù)的3D指紋認(rèn)證解決方案由高通在2015世界移動(dòng)通信大會(huì)上正式推出。

　　在超聲波屏下指紋技術(shù)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)主要的專利申請(qǐng)人為歐菲、安瑞芯、京東方、小米和高通，專利申請(qǐng)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于光學(xué)屏下指紋技術(shù)。相比之下，歐菲和高通在超聲波領(lǐng)域的專利申請(qǐng)數(shù)量多于光學(xué)領(lǐng)域的專利申請(qǐng)數(shù)量，然而歐菲的大部分專利申請(qǐng)為實(shí)用新型專利申請(qǐng)，僅有4件發(fā)明專利申請(qǐng)，主要集中在超聲波識(shí)別裝置如何貼附于顯示屏和超聲波層與顯示裝置各層的集成方面。高通的專利申請(qǐng)主要集中在超聲波指紋識(shí)別，其涉及超聲波屏下指紋技術(shù)的專利申請(qǐng)均已進(jìn)入中國(guó)。安瑞芯在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)中，一半為實(shí)用新型專利申請(qǐng)，主要集中在超聲波層與顯示裝置各層的集成。京東方的專利申請(qǐng)量小于其在光學(xué)方向的專利申請(qǐng)，基本為發(fā)明專利申請(qǐng)，多涉及換能器元件的與顯示裝置的集成工藝。筆者通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，高通在超聲波指紋識(shí)別方面的技術(shù)實(shí)力最為雄厚，其他公司與之相比技術(shù)差距明顯。

　　超聲波屏下指紋測(cè)量元件是壓電微機(jī)械超聲波換能器（PMUT）陣列或電容式微機(jī)械超聲波換能器（CMUT）陣列，換能器在電壓激勵(lì)下振動(dòng)產(chǎn)生超聲波并傳遞至顯示屏表面，測(cè)量被手反射回的波獲取圖像而進(jìn)行識(shí)別，制造相對(duì)復(fù)雜的PMUT一般需要比CMUT更小的工作電壓即可生成相似的聲功率。來(lái)自高通的公開(kāi)號(hào)為CN105980968A的專利申請(qǐng)中公開(kāi)了換能器布置的多種方案，可以與顯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陣列同樣也可以整體布置在顯示裝置下面。同樣由于LCD屏中存在空氣層，不利于聲波穿透，換能器陣列位于顯示屏下方時(shí)，OLED屏也是超聲波指紋更好的選擇。

　　目前，光學(xué)屏下指紋技術(shù)是國(guó)內(nèi)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，由于光學(xué)屏下指紋技術(shù)的成本相對(duì)較低，可以預(yù)測(cè)未來(lái)光學(xué)屏下指紋技術(shù)或?qū)⒊蔀槭謾C(jī)廠商屏下指紋的首選。此外，光學(xué)屏下指紋技術(shù)也在向高集成度和全屏指紋識(shí)別方向發(fā)展，未來(lái)光學(xué)屏下指紋將與顯示模組融合在一起，以便于制造超薄設(shè)備。超聲波屏下指紋技術(shù)方面，高通掌握了大量核心技術(shù)，未來(lái)高通將在識(shí)別精確方面進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，超聲波屏下指紋識(shí)別技術(shù)也將成為旗艦或者高端機(jī)的標(biāo)配。（付強(qiáng)）

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