解密京東方全屏指紋識(shí)別技術(shù)

現(xiàn)如今，屏下指紋識(shí)別逐漸成了流行趨勢(shì)，最近不久推出的OPPO、小米等手機(jī)都搭載了屏下指紋識(shí)別。而在19年，上游廠商京東方也推出了可用于AMOLED屏幕的屏下指紋解決方案，與目前一些屏下指紋識(shí)別不同的是，該指紋識(shí)別集成在顯示屏內(nèi)部，除了更加輕薄外，“小孔”光路設(shè)計(jì)遍布整個(gè)顯示屏，這樣做使得該方案還可以支持全屏幕指紋識(shí)別，不局限于一個(gè)區(qū)域。

指紋識(shí)別技術(shù)是生物識(shí)別技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)，其應(yīng)用方向主要分為以下四類：一是需要高度安全防護(hù)的涉密系統(tǒng)，二是針對(duì)大規(guī)模人群的身份鑒別技術(shù)，三是針對(duì)城市公共事務(wù)的市民應(yīng)用，四是從現(xiàn)實(shí)生活進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)虛擬世界的認(rèn)證應(yīng)用。

目前指紋圖像的獲取設(shè)備主要包括光學(xué)掃描設(shè)備例如微型三棱鏡矩陣、溫差感應(yīng)式指紋傳感器、半導(dǎo)體指紋傳感器（電容式和壓感式）、以及超聲波指紋掃描四大類，其中半導(dǎo)體指紋傳感器尤其是電容式指紋識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用最為普遍。

京東方這次推出的AMOLED屏下指紋解決方案，可增加自家小尺寸面板在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。尤其是將屏下指紋與屏幕整合，京東方可以給出更加完整的屏幕解決方案，幫助終端廠商減少成本。

就在18年1月24日，京東方申請(qǐng)了一項(xiàng)名為“具有指紋識(shí)別功能的觸控屏、指紋識(shí)別方法、顯示裝置”的發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)枺?01810067916.7），申請(qǐng)人為成都京東方光電科技有限公司。

根據(jù)目前該專利公開的資料，讓我們一起來看看這項(xiàng)全屏幕指紋解鎖技術(shù)吧。

如上圖，為現(xiàn)有技術(shù)中電容式指紋傳感器的工作原理圖，半導(dǎo)體電容傳感器可根據(jù)指紋的嵴和峪與半導(dǎo)體電容感應(yīng)顆粒所形成的不同電容值來判斷指紋的嵴和峪的位置。

其工作過程如下：先對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)上的電容感應(yīng)顆粒100預(yù)充電至一參考電壓，當(dāng)手指接觸到半導(dǎo)體電容傳感器的表面時(shí)，由于指紋的嵴101凸起、指紋的峪102凹陷，因此根據(jù)電容值與距離的關(guān)系便會(huì)在嵴和峪的位置分別形成不同的電容值。

指紋的嵴對(duì)應(yīng)的像素電容較大、放電較慢，指紋的峪對(duì)應(yīng)的像素電容較小、放電較快?；谶@個(gè)原理，通過檢測(cè)電容的放電速度即可探測(cè)到嵴和峪的位置，從而形成相應(yīng)的指紋圖像數(shù)據(jù)。

目前，相較于傳統(tǒng)的指紋識(shí)別技術(shù)，屏幕指紋識(shí)別技術(shù)具有指紋傳感器體積小、功耗低、以及采用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用接口的優(yōu)勢(shì)，而且能夠大幅度提高顯示設(shè)備的屏占比，因此能為用戶帶來全新的體驗(yàn)。但是，當(dāng)前的屏幕指紋識(shí)別技術(shù)或采用超聲波指紋識(shí)別，其器件成本相對(duì)較高，并且需要采用附加的指紋電容傳感器，尤其是固定在屏幕的一較小區(qū)域，而且會(huì)增加屏幕厚度并影響光學(xué)透過率，這些因素都使屏幕指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展受到了一定程度的限制。

如上圖，為該專利中發(fā)明的具有指紋識(shí)別功能的觸控屏的平面結(jié)構(gòu)示意圖，觸控屏包括襯底基板10、陣列排布在襯底基板上方的多個(gè)觸控單元20、以及位于襯底基板下方的多個(gè)指紋識(shí)別底電極301。

觸控單元包括電連接的觸控網(wǎng)格200，底電極在襯底基板上的投影位于觸控網(wǎng)格的內(nèi)部區(qū)域在襯底基板上的投影之內(nèi)，觸控網(wǎng)格的內(nèi)部區(qū)域與指紋識(shí)別底電極關(guān)于襯底基板呈上下對(duì)稱設(shè)置，即指紋識(shí)別底電極設(shè)置在與觸控網(wǎng)格的內(nèi)部區(qū)域相對(duì)應(yīng)的位置處。

其中，由觸控網(wǎng)格構(gòu)成的觸控單元可作為觸控電極，而對(duì)應(yīng)觸控網(wǎng)格內(nèi)部區(qū)域的指紋識(shí)別底電極可作為指紋識(shí)別感應(yīng)層，觸控電極的結(jié)構(gòu)如下圖所示。

出于觸控消影的需求，圖中的單層自電容觸控電極70采用蛇形結(jié)構(gòu)的圖案設(shè)計(jì)，且觸控電極以及觸控走線700也均采用該蛇形圖案設(shè)計(jì)，這樣便可達(dá)到很好的消影效果。

如上圖就是這種指紋識(shí)別電容的示意圖，指紋識(shí)別電容可以僅由指紋識(shí)別底電極301構(gòu)成。在此情況下，控制模塊所檢測(cè)的電容是指紋識(shí)別底電極對(duì)地的電容，當(dāng)手指進(jìn)行觸摸操作時(shí)，手指的電容與指紋識(shí)別底電極對(duì)地的電容并聯(lián)，在指紋的嵴的位置，指紋識(shí)別底電極對(duì)地的電容發(fā)生變化，從而可進(jìn)行指紋識(shí)別。

最后，來看看這種指紋識(shí)別的方法流程圖，首先獲取任意連續(xù)區(qū)域中的多個(gè)指紋識(shí)別底電極接收到的電容變化信號(hào)，以響應(yīng)該多個(gè)電容變化信號(hào)生成參考指紋信息。再根據(jù)所生成的參考指紋信息與系統(tǒng)預(yù)存的標(biāo)準(zhǔn)指紋信息進(jìn)行對(duì)比，以識(shí)別該指紋信息是否與標(biāo)準(zhǔn)指紋信息一致。

以上就是京東方發(fā)明的全屏幕指紋識(shí)別技術(shù)，這種方案將用于進(jìn)行指紋識(shí)別感應(yīng)的指紋識(shí)別底電極與用于進(jìn)行觸控感應(yīng)的觸控網(wǎng)格均設(shè)置在觸控屏的顯示區(qū)域內(nèi)，并使指紋識(shí)別底電極對(duì)應(yīng)觸控網(wǎng)格的內(nèi)部區(qū)域設(shè)置。以達(dá)到凡是具有觸控功能圖案的地方都有指紋識(shí)別圖案，使得觸控屏能夠兼具觸控和指紋識(shí)別的雙重功能，從而實(shí)現(xiàn)全屏的指紋識(shí)別功能。