“全面屏”時(shí)代的到來(lái)使得傳統(tǒng)的“Home鍵+電容式”指紋的生物識(shí)別方式無(wú)法滿足屏占比不斷擴(kuò)張的需要，移動(dòng)設(shè)備端生物識(shí)別面臨一場(chǎng)新的革命，也就是屏下指紋和3D識(shí)別的岔路口。

3D識(shí)別已被蘋果采用，并有望指向虛擬現(xiàn)實(shí)（VR/AR）和人工智能等新興技術(shù)，而屏下指紋操作便捷、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、符合用戶傳統(tǒng)使用習(xí)慣。

本文是來(lái)自中信建投的屏下指紋專題研究報(bào)告，著重介紹光學(xué)和超聲兩種屏下指紋方案以及結(jié)構(gòu)光和TOF兩種3D識(shí)別方案，對(duì)于幾種方案的技術(shù)路徑、方案優(yōu)劣、上下游產(chǎn)業(yè)鏈以及市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)行了詳細(xì)分析。

以下為智能內(nèi)參整理呈現(xiàn)的干貨：

全面屏?xí)r代開(kāi)啟20億美元市場(chǎng)

隨著智能化時(shí)代的到來(lái)以及人們對(duì)于信息管理的安全性和便捷性需求的提升，生物識(shí)別應(yīng)用日漸廣泛。生物識(shí)別主分 5種：指紋、虹膜、人臉、聲紋以及靜脈，特點(diǎn)、用途各不相同。

自 2013 年 iPhone5s 首次搭載指紋識(shí)別以后，帶有指紋識(shí)別功能的 Home 鍵模塊以其價(jià)格低廉、使用便捷、解鎖迅速等優(yōu)異性能迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。截止 2017 年，全球智能手機(jī)市場(chǎng)指紋方案的滲透率達(dá)到 55%，由“聽(tīng)筒/前置攝像頭+屏幕+指紋”構(gòu)成的三段式公模方案一度成為絕大多數(shù)手機(jī)的共同選擇。

但是，2016 年起智能手機(jī)全面屏趨勢(shì)使得傳統(tǒng)的機(jī)身正面指紋識(shí)別方案面臨挑戰(zhàn)：經(jīng)典指紋識(shí)別方案基于電容式模組，成本最低，識(shí)別速度最快且技術(shù)最為成熟，但穿透深度僅為 0.3mm，小于現(xiàn)有屏幕厚度（0.5mm），因此這一傳統(tǒng)方案不再適應(yīng)屏下指紋的要求。

因此，一場(chǎng)全新的生物識(shí)別革命正在展開(kāi)。

目前主流的替代方案主要有兩種——一種是以 iPhone X 為代表的 3D 面部識(shí)別方案，而另一種是以 vivoX21 為代表的屏下指紋識(shí)別方案。此外，還有技術(shù)難度較低的后置指紋方案，已被三星、小米、OV 等廠商采用，但其在便捷性、美觀性、背部整體性上有所不足，預(yù)計(jì)未來(lái)主要將用于一些低端機(jī)。

中信建投認(rèn)為，受到用戶習(xí)慣和使用便捷性的影響，加上方案成本和技術(shù)成熟度，未來(lái)在智能手機(jī)識(shí)別領(lǐng)域，屏下指紋仍然會(huì)在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)成為主流。

根據(jù) IHS Markit，預(yù)計(jì) 2019 年使用屏下指紋傳感器的智能手機(jī)出貨量至少將達(dá)到 1 億臺(tái)，到 2020 年則進(jìn)一步翻倍至 2 億臺(tái)，市場(chǎng)空間超 20 億美元，有望在未來(lái) 3 年保持高速增長(zhǎng)。中信建投預(yù)計(jì)，2018/2019/2020 年屏下指紋識(shí)別方案的滲透率將分別達(dá)到 1/8/15%，2020 年市場(chǎng)規(guī)模有望接近 20 億美元。

廠商如何 Pick 指紋方案

為應(yīng)對(duì)全面屏?xí)r代電容式指紋面臨的困難，供應(yīng)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(xué)方案，第二種是以高通為代表的超聲波指紋識(shí)別方案，最后一種是以韓國(guó)廠商 CrucialTec 等為代表的 DFS 全屏幕識(shí)別方案。

▲指紋識(shí)別有望引領(lǐng)全面屏?xí)r代

三種方案中， DFS 方案對(duì)于屏幕和指紋識(shí)別模組的整合程度要求較高，可能帶來(lái)高成本等問(wèn)題，目前方案仍處于試驗(yàn)階段，存在不確定性。與之相比，光學(xué)方案和超聲方案相對(duì)成熟，其中光學(xué)方案兼容 OLED 軟硬屏，相對(duì)適用于軟屏的超聲波方案應(yīng)用范圍更廣，預(yù)計(jì)將在一定將期間內(nèi)成為屏下指紋方案的主流。

光學(xué)方案：已突入市場(chǎng)

隨著 vivoX20Plus 屏幕指紋版的正式上市，vivo 成為第一個(gè)實(shí)現(xiàn)屏下指紋商用的手機(jī)制造商，設(shè)備方案的提供商為美國(guó)新思（Synaptics）；2018 年 3 月，華為發(fā)布了新款手機(jī) Mate RS 上又一次搭載了光學(xué)式屏下指紋方案，方案供應(yīng)商為國(guó)內(nèi)指紋識(shí)別大廠匯頂科技。

此外，今年三星新機(jī)大概率也將搭載光學(xué)屏下指紋識(shí)別模組（可能會(huì)采用新思的方案），蘋果子公司 AuthenTec 也依然在光學(xué)屏下指紋領(lǐng)域積極探索，并曾表示未來(lái)可能將會(huì)在新機(jī)型上同時(shí)搭載人臉識(shí)別和屏下指紋兩種方案。

光學(xué)方案技術(shù)由來(lái)已久，主要基于折反原理，但在 2017 年以前始終沒(méi)能應(yīng)用于智能手機(jī)，主要的原因是光學(xué)傳感器的體積過(guò)大，且系統(tǒng)無(wú)法對(duì)皮膚真皮層的識(shí)別，因而安全性相對(duì)較低。

隨著 2016 年以來(lái)新思、匯頂先后發(fā)布新一代的光學(xué)指紋識(shí)別方案，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(shí)別的精確度。得益于 OLED 產(chǎn)能障壁的打破、技術(shù)成熟度以及可預(yù)見(jiàn)的成本下降，光學(xué)方案正式成為屏下指紋識(shí)別最重要的實(shí)現(xiàn)手段之一。

以匯頂?shù)姆桨笧槔瑓R頂光學(xué)指紋識(shí)別方案主要由 OLED 屏、CMOS 以及 lens組成。其中 OLED 充當(dāng)光學(xué)指紋識(shí)別系統(tǒng)的光源，通過(guò)自發(fā)光照亮指紋，之后折返光通過(guò) lens 進(jìn)行準(zhǔn)直聚焦并穿過(guò) OLED 像素點(diǎn)之間的縫隙成像至 CMOS 上，CMOS 將接收到的光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理器芯片的分析比對(duì)以驗(yàn)證指紋。

通過(guò)光源集成和光路重新設(shè)計(jì)，新的方案能夠有效降低體積和功耗，同時(shí)匯頂?shù)姆桨改軌蛑С只铙w檢測(cè)。此外，光學(xué)方案固有的穿透距離較長(zhǎng)的特性也得到充分發(fā)揮，在屏下指紋領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。

超聲波方案利用回波強(qiáng)度識(shí)別指紋，優(yōu)點(diǎn)在于其穿透性更強(qiáng)，能夠進(jìn)行深層的皮下指紋識(shí)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(lái)講，超聲波方案不易受到油漬和水漬以及強(qiáng)光的干擾，因而解鎖更加穩(wěn)定可靠。

目前，涉足超聲波指紋方案的廠商主要有美國(guó)高通、FPC、Sonavation 和 ADI 等，不過(guò)除高通以外，其他廠商在該領(lǐng)域的探索尚處于產(chǎn)品研發(fā)階段。目前，高通的方案已能穿透 0.8mm 的玻璃，0.65mm 的金屬以及 1.2mm 的 OLED 屏，從而實(shí)現(xiàn)屏下識(shí)別。

2015 年高通的超聲波指紋方案發(fā)布，而后分別被小米 5s 和樂(lè)視 Max Pro 所采用（當(dāng)時(shí)由于超聲波方案的穿透距離有限，提供的是類似于電容識(shí)別的 Home 鍵方案和背部指紋方案）；2017 年，高通的屏下指紋方案曾經(jīng)提交 vivo 進(jìn)行測(cè)試，盡管最終并沒(méi)有被采納，但也顯示此方案正在逐步成熟。

從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)指紋識(shí)別可能會(huì)向半屏甚至全屏的方向發(fā)展。目前全屏幕指紋識(shí)別主要的相關(guān)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(shí)現(xiàn)傳感器的透明化，目前模組精細(xì)化、小型化尚待提升。

代表性方案供應(yīng)商包括JDI（已于 2018 年 CITE 展會(huì)上提出 Pixel eyes 指紋識(shí)別技術(shù)：透明傳感器被放置在顯示面板的上方，并利用硬度升級(jí)之后的偏光片代替?zhèn)鹘y(tǒng)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(tǒng)電容方案穿透力不足的問(wèn)題），以及韓國(guó)廠商 CrucialTec、挪威廠商 IDEX、國(guó)內(nèi)廠商上海蘿箕等。

產(chǎn)業(yè)鏈及供應(yīng)商

光學(xué)指紋識(shí)別方案的產(chǎn)業(yè)鏈主要分為算法及芯片（核心領(lǐng)域）、CMOS （將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)）、Lens（主要是微透鏡陣列） 、濾光片以及產(chǎn)品封裝。總體來(lái)看，中信建投認(rèn)為光學(xué)屏下指紋產(chǎn)業(yè)鏈中最值得關(guān)注的國(guó)內(nèi)廠商包括上游方案提供商匯頂科技和下游獨(dú)家封裝廠商歐菲科技。

以下是中信建投預(yù)估的光學(xué)指紋識(shí)別方案產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)袌?chǎng)格局（規(guī)模、主要廠商）：

1、算法芯片：短期內(nèi)匯頂、新思或?qū)簳r(shí)瓜分光學(xué)屏下指紋市場(chǎng)，按照 2019 年光學(xué)方案與超聲方案市場(chǎng)占比 7:3，其中光學(xué)方案及芯片占總識(shí)別模組比 50%，模組單價(jià) 10 美元，有望為方案廠商帶來(lái)近 4 億美元收入規(guī)模。

2、Lens ：主要關(guān)注的境外廠商有大立光、玉晶光和關(guān)東辰美等，其中大立光是光學(xué)鏡片行業(yè)的傳統(tǒng)龍頭，關(guān)東辰美是蘋果產(chǎn)業(yè)鏈的重要供應(yīng)商，舜宇是近年來(lái)手機(jī)和車用攝像等設(shè)備領(lǐng)域成長(zhǎng)最快的一家企業(yè)。

3、CMOS ：國(guó)際上主要的提供商有括索尼、三星、海力士、豪威（被中國(guó)企業(yè)收購(gòu)）和安森美等；國(guó)內(nèi)主要關(guān)注格科微（在與中芯國(guó)際的合作下，公司到 2017 年已經(jīng)成長(zhǎng)為僅次于索尼的全球第二大 CMOS 芯片生產(chǎn)企業(yè)）。

4、封裝：主要的企業(yè)有歐菲科技（安卓系屏下指紋模組封裝的獨(dú)家供應(yīng)商）、丘鈦科技、比亞迪電子、三星、TDK 等。預(yù)計(jì) 2019 年全球屏下指紋設(shè)備的出貨量將超過(guò) 1 億部，按照每套模組 10 美元，市場(chǎng)規(guī)模將近 10 億美元，其中假設(shè)歐菲科技市占 50%，則識(shí)別模組將公司帶來(lái)約 5 億美元營(yíng)收。

超聲波指紋識(shí)別方案的產(chǎn)業(yè)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。

以下是中信建投總結(jié)的超聲波指紋識(shí)別方案產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)袌?chǎng)狀態(tài)：

1、算法芯片：目前高通是該領(lǐng)域唯一一個(gè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)方案商用的企業(yè)，而除高通外，Sonovation、InvenSense 以及 FPC 等廠商也在探索相應(yīng)的解決方案。

2、壓電材料：目前高通使用 PVDF 有機(jī)聚合物材料，Sonovation 和 InvenSense 使用壓電陶瓷材料；主要生產(chǎn)廠商有新加坡 IME 和國(guó)內(nèi)的三環(huán)集團(tuán)等。

3、傳感器：主要有 InvenSense、臺(tái)積電、意法半導(dǎo)體等境外企業(yè)生產(chǎn)。

4、封裝：目前高通的主要合作商為*** GIS 和歐菲科技。

3D光學(xué)識(shí)別方案的技術(shù)路徑則主要分為結(jié)構(gòu)光方案（前置識(shí)別）和TOF（后置/動(dòng)態(tài)場(chǎng)景）。

結(jié)構(gòu)光算法芯片主要廠商有 Primesense、MV 和英特爾，國(guó)內(nèi)奧比中光擁有自主產(chǎn)權(quán)；發(fā)射端（激光器和光學(xué)元件）國(guó)外為主，行業(yè)壁壘較高；接收端（鏡頭和模組）國(guó)產(chǎn)化替代程度較大，水晶光電、舜宇光學(xué)、歐菲光、丘鈦科技等廠商已切入該領(lǐng)域并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

TOF 產(chǎn)業(yè)鏈主要包括紅外光源、紅外傳感器、紅外濾光片，以及傳統(tǒng)的光學(xué)組件和鏡頭。相較結(jié)構(gòu)光方案而言，TOF 方案在發(fā)射端不需要 DOE 和準(zhǔn)直鏡頭，而僅僅只需要 VCSEL 光源即可，算法芯片供應(yīng)商主要為微軟、TI 、三星等。

隨著3D面部識(shí)別的易用性、可靠性和技術(shù)成熟度獲得逐步認(rèn)證，以及相關(guān)VR/AR應(yīng)用的拓展，這將成為主流的全面屏?xí)r代生物識(shí)別方案，但在此之前，基于用戶習(xí)慣和使用便捷性，屏下指紋識(shí)別將在接下來(lái)幾年贏得市場(chǎng)，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程有望加速，且且未必會(huì)被3D面部識(shí)別方案擠壓（或如此前蘋果公司表示的：未來(lái)的新機(jī)型將同時(shí)搭載人臉識(shí)別和屏下指紋兩種方案）。