一、屏下指紋定義

　　由于全面屏概念的流行，傳統指紋解鎖無論采用正面刮擦或按壓方式解鎖，還是采用背面解鎖，都會影響手機等智能設備的外觀。指紋識別需要指紋采集窗，勢必會影響屏占比，因此屏下指紋應運而生。

　　屏下指紋識別技術，是通過屏幕玻璃下方完成指紋識別解鎖過程的新技術，主要利用超聲波、光學等穿透技術，可以穿透各種不同的材質，從而達到識別指紋的目的。

　　所謂屏下指紋，正是指的在屏幕以下完成的識別技術，無需手指與指紋模塊接觸。

　　二、屏下指紋的優勢

　　屏下指紋識別能提升屏占比

　　目前的手機、指紋鎖等設備宣傳的全面屏是指屏占比達到百分之八十以上的設計，實際上極少有手機達到該比例要求，即使是百分之八十的屏占比，也只是相對來說的全面屏，采用指紋識別依然會占據一部分面積，當然背部識別是一個較為妥協的解決方案，但是操作上比較反人類，也影響了一體化設計，操作體驗也不佳，不符合未來工業設計的要求。

　　因此屏下指紋識別可以進一步提升屏占比，促進全面屏真正普及。

　　操作更加衛生

　　屏下指紋識別無需接觸指紋模塊，因此不會留下指紋痕跡，不會殘留油污?？梢暂^大程度降低手指污垢、油脂以及汗水對解鎖的影響，讓指紋解鎖更加衛生。

　　識別更穩定

　　適應不同的使用環境。傳統的指紋識別，由于受到油污、污垢、遮擋物以及極端環境的影響，指紋識別過程有偏差，容易識別失敗，而屏下指紋識別則有望解決該難題，通過穿透識別技術，即使在水下，也能完成識別過程，可以在多個使用場景中正常使用。

　　三、市場概況：2018年屏下指紋手機出貨量講超過2000萬臺

　　根據IHS Markit最新的《2018年顯示屏指紋技術與市場報告》，預計2018年使用屏下指紋傳感器的智能手機出貨量至少將達到900萬臺，到2019年將會超過1億臺。 未來三年，市場將繼續保持高速增長;Vivo、華為、小米，以及三星等領導智能手機品牌將率先導入、走在市場前沿。

　　將指紋傳感器集成到智能手機的顯示屏下方后，手機就可以給18:9或更高比例的全面屏提供正面、隱形的指紋識別功能。 最先采用屏下指紋傳感器的智能手機(包括Vivo X20和X21以及華為Mate RS)已于3月下旬推出，預計2018年下半年將有更多的機種上市。

　　蘋果是首家引入指紋技術作為主要生物識別功能的公司;2013年蘋果在iPhone上推出Touch ID。 隨后，Android系統于2015年正式從系統端原生地支持指紋識別。 這些因素造成了指紋識別應用在過去幾年有了急劇增長。同時，也由于指紋識別的便利性和直觀的使用方式，廣受消費者喜愛。2017年智能手機總出貨量中，約有60%以上的比重采用了指紋識別技術。

　　因為使用者偏好更好的視覺體驗，智能手機品牌推動能顯示更多內容的全面屏。 但是，早期的機型很難將全面屏、指紋傳感器并列于手機正面。 而背面的指紋傳感器是為了克服全面屏智能手機局限所采用的折中方案。 現在，出現了屏下指紋解決方案，傳感器就可以重新回到智能手機的正面位置。

　　隨著Vivo和華為近期推出了幾款采用屏下指紋識別技術的機型，屏下指紋識別技術無疑正成為一種新的趨勢，”IHS Markit的觸摸屏和用戶界面研究總監Calvin Hsieh如是說。 “中國智能手機品牌的積極態度將對三星形成壓力，但三星可能尚未最終決定是否在其Galaxy Note 9中采用此解決方案。 ”

　　IHS Markit預測，如果三星將屏下指紋技術應用于Galaxy Note 9，則2018年采用此解決方案的智能手機出貨量將從目前預測的900萬臺增至2000萬臺以上。

　　幾乎所有的指紋IC制造商都對開發屏下指紋識別技術感興趣，因為其利潤率目前遠高于硅晶片的解決方案。 領先的解決方案制造商包括Synaptics、Goodix、Qualcomm和Egis，其次是三星LSI、FPC、VkanSee、CrucialTec、BeyondEyes和FocalTech。 在面板制造商中，擁有成熟的主動矩陣有機發光二極管(AMOLED)面板制造技術的三星顯示器占據了主導地位，其次是京東方(BOE)。因為目前屏下指紋技術僅能用于AMOLED，而這兩家公司在AMOLED與開發屏幕指紋技術相當積極。

　　四、屏下指紋技術路徑：光學、超聲波代表當下主流，off-chip或是未來

　　目前市場上能夠是實現商用的指紋識別方案主要有三種，分別是電容方案、光學方案和超聲波方案。但是電容式指紋方案的穿透深度僅為 0.3mm，而目前智能手機正面蓋板玻璃的厚度普遍超過 0.5mm，因此這一傳統方案不再適應屏下指紋的要求。

　　為應對電容式指紋面臨的困難，供應鏈廠商主要提出三種不同的解決方案，第一種是以匯頂、新思為代表的光學方案；第二種是以高通為代表的超聲波指紋識別方案；最后一種是以韓國廠商 CrucialTec 等為代表的 DFS 全屏幕識別方案。三種方案中，由于 DFS 方案對于屏幕和指紋識別模組的整合程度要求較高，可能帶來高成本等問題，目前方案仍處于試驗階段，存在不確定性。與之相比，光學方案和超聲方案相對成熟，其中光學方案兼容 OLED 軟硬屏，相對適用于軟屏的超聲波方案應用范圍更廣，成為目前屏下指紋方案的主流。

　　光學方案：AMOLED 已助力突入市場

　　目前vivo、華為已率先采用了光學屏下指紋，市場反饋良好，已成為智能手機全面屏的主要方案之一。隨著 vivo X20 Plus 屏幕指紋版的上市，vivo已成為第一個實現屏下指紋商用的手機制造商，此次指紋設備方案的提供商為美國新思（Synaptics），上市以來，包括 The Verge、Cnet、Digital Trends、Aandroid Central多家專業機構對該款手機的指紋識別功能進行了評測，其在便捷性、穩定性上均有不俗的表現。隨后，vivo又推出了X21，這款手機在采用Synaptics方案的同時，又新引入了匯頂科技作為供應商。

　　而繼 vivo 之后，國內外多家廠商也在自家即將問世的新機上提出采用屏下指紋識別方案。 2018 年3月，華為發布了新款手機 Mate RS 上又一次搭載了光學式屏下指紋方案，方案供應商為國內指紋識別大廠匯頂科技；此外，今年三星新機大概率也將搭載光學屏下指紋識別模組，可能會采用新思的屏下指紋方案。此外，盡管蘋果在其最新一代旗艦機 iPhoneX 上用人臉識別取代了 3D touch，但其子公司 AuthenTec 依然在光學屏下指紋領域積極探索，此前蘋果公司也曾表示未來可能將會在新機型上同時搭載人臉識別和屏下指紋兩種方案。

　　其實，光學方案技術由來已久，主要基于折反原理。在各類指紋識別方案中，光學方案其實是一種很早已就被廣泛應用的技術，只在 2017年之前，始終沒能應用到智能手機。究其原因主要是光學傳感器的體積過大及其識別系統無法對皮膚真皮層的識別，導致安全性相對較低，限制了其使用應用領域的拓展。

　　但是經過不斷的探索，光學指紋識別方案逐步改良，實現小型化、精準化、安全性等要求，隨著 2016 年以來新思、匯頂先后發布新一代的光學指紋識別方案，光學方案正式成為屏下指紋識別最重要的實現手段之一。新一代的光學指紋方案仍然是基于折反原理，另外疊加小孔成像和透鏡成像功能，以提高識別的精確度。

　　以匯頂的方案為例，匯頂光學指紋識別方案主要有AMOLED 屏、CMOS 以及 lens 組成。其中AMOLED 充當光學指紋識別系統的光源，通過自發光照亮指紋，之后折返光通過 lens 進行準直聚焦并穿過 OLED 像素點之間的縫隙成像至 CMOS 上，CMOS 將接收到的光學信號轉化為電信號，經過處理器芯片的分析比對以驗證指紋。通過光源集成和光路重新設計，新的方案能夠有效降低體積和功耗，同時匯頂的方案能夠支持活體檢測。此外，光學方案固有的穿透距離較長的特性也得到充分發揮，在屏下指紋領域得到了很好的應用。

　　AMOLED產能障壁打破，屏下指紋獲得廣闊發展空間。由于光學指紋方案的 CMOS 傳感器需要放置在顯示面板的下方，因此為了能夠有效接收指紋的反射光線，顯示面板需要具備一定的透光性。由于傳統的 TFT- LCD 面板需要背光模組，并且在背光 LED 下面增加導光板以增加屏幕亮度，導致光線無法穿透 TFT-LCD。而 AMOLED 則不存在這樣的問題，自發光特性無需背光模組，并且 RGB 像素點之間的縫隙可以使光線穿過，從而讓 CMOS 傳感器接收光信號。因此 AMOLED 屏成為實現光學屏下指紋識別的必選搭配。

　　此前，由于 AMOLED 產能被以三星為代表的韓國廠商壟斷，產量供給有限，價格處于高位，因此屏下指紋方案的推廣受到限制，但隨著國內京東方、維信諾、天馬、和輝等廠商的加入，AMOLED 產量和價格只是時間問題，相信隨著AMOLED 產能逐步開出以及和價格回落，光學屏下指紋將獲得更加廣闊的發展空間。

　　超聲波方案：技術逐漸成熟，但是應用不如光學方案

　　自2015 年高通的超聲波指紋方案發布之后，已經分別被小米 5s 和樂視 Max Pro 所采用（當時由于超聲波方案的穿透距離有限，提供的是類似于電容識別的 Home 鍵方案和背部指紋方案）。

　　到2017 年，高通的屏下指紋方案也曾經提交 vivo 進行測試，盡管最終并沒有被采納，但也顯示此方案正在逐步成熟。不過，最近據行業知名分析師郭麒麟表示，三星Galaxy S10將會完全拋棄目前的物理指紋識別模塊，轉而采用高通技術提供的超聲波屏下指紋識別方案。

　　超聲波方案利用回波強度識別指紋，防油防水、穿透性強。超聲波方案則是利用指紋模 組發出的特定頻率的超聲波掃描手指，由于超聲波到達不同材質表面時被吸收、穿透和反射的程度不同，因而可以利用皮膚和空氣對于聲波阻抗的差異，對指紋的嵴與峪所在的位置進行識別。超聲方案的優點在于其穿透性更強，能夠進行深層的皮下指紋識別且能夠辨別活體，因而方案的安全性更高；此外，從理論上來講，超聲波方案不易受到油漬和水漬以及強光的干擾，因而解鎖更加穩定可靠，有望成為指紋之別方案發展的一個重要方向。

　　巨頭高通領銜布局，穿透深度逐步加強。目前，涉足超聲波指紋方案的廠商主要有美國高通、FPC、Sonavation 和 ADI 等，不過除高通以外，其他廠商在該領域的探索尚處于產品研發階段。在 2015 年世界通信大會（MWC）上，高通首次推出基于超聲波 3D 指紋識別技術的產品，不過彼時由于穿透深度有限，超聲指紋方案未能實現屏下識別，但隨著研發的不斷深入，高通目前已能穿透 0.8mm 的玻璃，0.65mm 的金屬以及 1.2mm 的 OLED 屏，從而實現屏下識別。

　　從屏上到屏下，超聲波方案市場逐步拓展。2015 年高通的超聲波指紋方案發布，而后分別被小米 5s 和樂視 Max Pro 所采用，盡管當時由于超聲波方案的穿透距離有限，高通在小米 5s 和樂視手機上提供的并非屏下方案，而是類似于電容識別的 Home 鍵方案和背部指紋方案，但依然為超聲波指紋技術的應用積累了經驗。2017 年，高通的屏下指紋方案曾經提交 vivo 進行測試，盡管最終并沒有被采納，但也顯示此方案正在逐步成熟。

　　全屏幕識別：off-chip從半屏開始

　　▲JDI 玻璃式指紋傳感器

　　隨著半屏指紋識別技術的vivo APEX的概念機發布，指紋識別開始向半屏甚至全屏的方向發展。目前全屏幕指紋識別主要的相關方案有非硅基襯底方案（off-chip），即將電容指紋傳感器集成到玻璃面板上，以實現傳感器的透明化，目前模組精細化、小型化尚待提升。

　　代表性方案供應商包括JDI（已于 2018 年 CITE 展會上提出 Pixel eyes 指紋識別技術：透明傳感器被放置在顯示面板的上方，并利用硬度升級之后的偏光片代替傳統的玻璃蓋板，以保證傳感器上方蓋板的厚度保持在 0.2mm 左右因而解決了傳統電容方案穿透力不足的問題），以及韓國廠商 CrucialTec、挪威廠商 IDEX、國內廠商上海蘿箕等。

　　據一朋友在關于off-chip介紹時，這么寫道，“即使指紋識別芯片不與顯示面板集成，off-chip也是非常有必要的。因為硅片很昂貴，但是玻璃和塑料、樹脂卻很便宜。且硅片的wafer尺寸有限，而塑料、樹脂、玻璃的面積是無窮無盡的。這就意味著指紋識別的Sensor可以做得很大，Sensor做得大了以后，可以提取的指紋特征點就越多，這也就意味著指紋識別的安全級別就會越高?！?/p>

　　其認為，指紋識別功能的Full in-cell設計很難，因為Full in-cell的方案用電容式的做法顯然無法實現，只能用光學的方案。與外掛的方式不同，外掛的光學指紋識別芯片無論是硅基CMOS，還是玻璃基CMOS，都不會與顯示像素的制程集成在一起。如果采用Full in-cell的方式來設計光學式指紋識別芯片，則必須是off-chip的方式，而且是CMOS in Pixel的形式。但這會存在如下幾個問題；第一，光路的距離太短，無法形成有效的信號；第二，CMOS中的光電二極管分散在顯示像素中，無法設計或難以設計透鏡和鏡頭，無法對信號進行放大；第三，不會有上文中提到的小孔結構，不會出現小孔成像的信號放大效果；第四：CMOS靠近屏幕外部，環境光的干擾如何彌補？第五：即使我們在玻璃基上制備了光電二極管，那么產生的電信號如何導出到外圍的驅動芯片中？在導出的過程中如何避免信號的丟失？種種這些都表明了這種技術的大膽與難度。目前只停留在專利申請階段。

　　即便是蘋果申請的屏內指紋識別技術，也是歸于Si wafer的技術，并沒有提到off-chip的概念。至于指紋識別能不能與顯示屏集成，其實歸根結底，就是傳感器與屏幕的集成，具體一點來說就是傳感器off-chip的設計能否與display Panel的工藝制程集成。

　　五、產業鏈及供應商

　　光學指紋識別方案產業鏈市場格局（規模、主要廠商）：

　　光學指紋識別方案的產業鏈主要分為算法及芯片（核心領域）、CMOS （將光信號轉化為電信號）、Lens（主要是微透鏡陣列） 、濾光片以及產品封裝。總體來看，中信建投認為光學屏下指紋產業鏈中最值得關注的國內廠商包括上游方案提供商匯頂科技和下游獨家封裝廠商歐菲科技。

　　1、算法芯片：短期內匯頂、新思或將暫時瓜分光學屏下指紋市場，按照 2019 年光學方案與超聲方案市場占比 7:3，其中光學方案及芯片占總識別模組比 50%，模組單價 10 美元，有望為方案廠商帶來近 4 億美元收入規模。

　　2、Lens ：主要關注的境外廠商有大立光、玉晶光和關東辰美等，其中大立光是光學鏡片行業的傳統龍頭，關東辰美是蘋果產業鏈的重要供應商，舜宇是近年來手機和車用攝像等設備領域成長最快的一家企業。

　　3、CMOS ：國際上主要的提供商有括索尼、三星、海力士、豪威（被中國企業收購）和安森美等；國內主要關注格科微（在與中芯國際的合作下，公司到 2017 年已經成長為僅次于索尼的全球第二大 CMOS 芯片生產企業）。

　　4、封裝：主要的企業有歐菲科技（安卓系屏下指紋模組封裝的獨家供應商）、丘鈦科技、比亞迪電子、三星、TDK 等。預計 2019 年全球屏下指紋設備的出貨量將超過 1 億部，按照每套模組 10 美元，市場規模將近 10 億美元，其中假設歐菲科技市占 50%，則識別模組將公司帶來約 5 億美元營收。

　　超聲波指紋識別方案產業鏈市場狀態：

　　超聲波指紋識別方案的產業鏈可以分為算法芯片、傳感器以及封裝三部 分，而傳感器的上游主要是壓電材料。

　　1、算法芯片：目前高通是該領域唯一一個已經實現方案商用的企業，而除高通外，Sonovation、InvenSense 以及 FPC 等廠商也在探索相應的解決方案。

　　2、壓電材料：目前高通使用 PVDF 有機聚合物材料，Sonovation 和 InvenSense 使用壓電陶瓷材料；主要生產廠商有新加坡 IME 和國內的三環集團等。

　　3、傳感器：主要有 InvenSense、臺積電、意法半導體等境外企業生產。

　　4、封裝：目前高通的主要合作商為臺灣 GIS 和歐菲科技。