[懶科技]從ZUK Edge看手機指紋識別的演進史

2017-01-07 14:37:33 by JS Yip @ Zing Gadget [引用來源]

2016年末,頗有幾分神秘色彩的聯想ZUK發布了新一代旗艦ZUK Edge。其最大的亮點就是第一次將指紋識別做到了屏幕面板下方且不開孔,保持了屏幕的一體性。但隱形指紋識別真的好嗎?有什麼缺點?用隱形指紋識別對ZUK以及指紋識別廠商各自的意義又是什麼?

一、指紋識別手機的前世今生

1998年,西門子(Siemens)研發出世界上第一款具有指紋識別功能的手機,原型機,未量產。但就在指紋識別剛興起不久的時候,西門子做了第一個吃螃蟹的人,向世界證明了手機搭載指紋識別的可能性。技術來自Bromba公司。

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2000年,法國SAGEM發布SAGEM MC 959手機,第一次實現了指紋識別手機的量產。技術來自ST Micro(意法半導體,已退出中國市場)。

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2001年,美國的Handspring公司發布Handspring Visor。指紋識別第一次被應用到了PDA產品上。技術來自FPC(FingerPrint Card)。

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2003年,日本富士通發布富士通 F505i。從2003年開始到之後將近十年時間里,富士通的指紋識別手機佔據了整個指紋識別手機70%的市場份額。技術來自Authentec。

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2011年,摩托羅拉發布MB860,這是世界上第一款搭載指紋識別功能的智能手機。技術來自Authentec。

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2011年之前,從功能性和美觀度來看,具有指紋識別功能的手機都華而不實。大多採用划擦式指紋識別。技術的落後,導致功能、美觀、體驗落後。堅持十年的富士通幾乎顆粒無收。

2013年,蘋果發布iPhone 5s,世界上第一款正面按壓式指紋識別手機。並且將home鍵、支付等功能融合進指紋識別。技術來自Authentec。

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也是在2013年,康佳K5發布,技術來自FPC。康佳是第一款做出正面滑動式指紋識別手機的合資企業。

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2014年12月,魅族發布MX4 Pro,中國手機中首款安卓正面按壓式指紋識別手機。成為除Authentec之外第一家做出正面按壓式指紋識別的廠商,技術來自匯頂科技,且designed by 匯頂 in China。

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二、正反之爭

由於技術的不成熟,指紋識別模組體積較大,為了減少對手機內部構造的影響,早期大多採用背面滑動式指紋識別。需要手指從上到下劃過指紋識別器,然後晶元對指紋進行「快照」,把指紋圖像拼接到一起,通過演演算法,判定指紋是否正確。滑動式指紋識別缺點是用戶的學習成本較高,識別時間較長,但優點是成本低。所以在一段時間內被眾多廠商採用。摩托羅拉、三星、HTC都採用過滑動指紋識別技術。

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隨著技術發展,智能手機逐漸走進大眾視野,按壓式指紋識別也隨之興起。只需要將手指放在指紋識別器上,晶元會在短時間內對指紋進行多次採集,效率更高,易操作,識別時間更短,整個指紋識別模組的體積也逐漸得到較好的控制。

與此同時出現的問題是,按壓式指紋識別在識別準確率、效率、易用性上都有了明顯改善,但一直到現在也有很多廠商將指紋識別模組做到手機背面。這是因為什麼?

1、Android系統經歷了漫長且繁榮的按鍵時代。從最初四個實體按鍵,到三個實體按鍵,再到三個虛擬按鍵,整個系統和第三方應用的設計規範、生態已經相當完善,如果這個時候在正面加上一個指紋識別,不單單是影響美觀和屏佔比,還影響Android的設計規範,廠商需要對自家的ROM進行修改,從而使指紋識別按鍵與Android按鍵的功能相結合。並且Google也並不喜歡大家把指紋做到正面。就如前不久剛剛發布的Google Pixel,指紋識別模組也在手機的背面。這也足以說明問題。

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2、專利,商業競爭的核武器。2012年初,Authentec率先研發出正面按壓指紋識別技術,向三星、蘋果、諾基亞、LG、富士等大客戶展示,然而只有蘋果對其感興趣,將Authentec收購,並且不對外銷售感測器,成了蘋果的「御用」。三星S5由於受到專利的影響,不得不使用Synaptics的正面滑動式指紋識別。

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3、雖然大屏手機橫行,但手機的內部空間一直是寸土寸金。沒有哪個手機廠商願意不斷地更改自家手機的內部結構設計,無論是資金還是人力,誰都不敢輕易說耗得起。而指紋識別技術對於手機本身的功能並沒有起到多大的提升,只是讓手機變得更加安全、體驗上有一些「創新」,不至於落後潮流。所以很多廠商就直接選擇把指紋識別做到背面,增加功能、維護用戶群的同時還能緊跟潮流,選擇了「將就過日子」。

魅族作為先行者邁出了第一步,雖然產品在當時賣的並不怎麼樣,但的確也是一次很好的品牌營銷,讓魅族追求設計上極致的態度得到了大眾認可。隨後就有廠商開始跟進,也把指紋做在正面。

三、隱形潮流

2016年9月,小米5s發布,雷軍花了半小時時間講來自高通的超聲波指紋識別技術,一時間也頗為轟動。但指紋識別的地方有一個凹陷,經查閱多方資料,個人判定:超聲波雖然具有穿透性,但由於超聲發生器大小、頻率和屏幕蓋板的材質、厚度的影響下,其穿透能力也非常有限。所以小米在屏幕放置指紋識別模組位置挖了一個向下的凹槽。以此來控制玻璃面板的厚度,保證指紋識別的識別率和準確率。雖然不完美,但卻使無孔指紋識別第一次受到如此高的關注。

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2016年12月,ZUK Edge發布,指紋識別第一次被做到屏幕下面,實現了屏幕不開孔。採用匯頂科技的IFS(Invisible Fingerprint Sensor指紋識別與觸控一體化技術)。但新的問題出現了,我們手機屏幕的玻璃蓋板,普通2D玻璃蓋板的厚度薄一點可以做到0.4mm,比較流行的2.5D玻璃蓋板厚度達到了0.7mm-0.8mm。指紋識別模組的識別信號不能穿透2.5D的玻璃蓋板,其實當厚度在0.3mm的時候如果沒有更加出色的演演算法進行補救,識別上已經是相當吃力了。

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為了解決厚度問題,FPC和LG嘗試在玻璃蓋板放置指紋識別模組的位置的反面,挖一個凹槽,把指紋識別模組放在凹槽裏面,從而解決蓋板厚度問題。

ZUK的解決方案就是挖凹槽。ZUK Edge的屏幕玻璃蓋板厚度為0.75mm,ZUK挖了一個0.45mm深的凹槽,成功的將指紋識別模組放在凹槽中,做到與屏幕平行,無突起,這得益於匯頂科技IFS指紋識別模組本身體積就很小。

三個方面看隱形指紋識別:

一、隱形指紋識別對屏幕蓋板有什麼影響?

1、玻璃品質要求高

屏幕反面要挖凹槽,只有玻璃的品質好,才能保證生產良品率和玻璃蓋板強度。並且挖凹槽需要的工藝,加工方的流程會直接影響成本提升。

2、玻璃可靠性打問號

一塊好好的玻璃被挖了個槽,就好像一面承重牆被挖了個洞。局部厚度只有0.3mm。雖然ZUK官方向外界公布了ZUK Edge經過嚴格的壓力、彎折和跌落實驗,但還是要對整塊玻璃的強度打上一個問號。

二、IFS對ZUK有什麼意義?

ZUK Edge其實對ZUK來說似乎也是一款「概念機」,極致的大屏佔比、高性能、隱形指紋識別……都不難看出這似乎就是未來ZUK手機產品設計的大方向。

聯想手機業務近年來歷經波折,業績萎靡的同時,聯想又在不斷發力,摸索市場和用戶,尋找新的切入點。在手機產品硬體差異化日趨減小的同時,有資本的廠商都希望開闢新的疆土。

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新產品的認同感,產品的銳度,話題的密度是當下ZUK最急需的三方面。IFS技術無疑都或多或少的滿足這三個條件。ZUK一直主打中高端,但自身並沒有太多硬體上的亮點,通過嘗試新鮮技術,抓住硬體、技術控的心,同時還能製造大量話題進行營銷,讓普通消費者認識ZUK品牌。

當然,ZUK在營銷方面一直欠缺,這次ZUK Edge還是沒能例外。

三、IFS對匯頂科技有什麼意義?

匯頂科技從最初奄奄一息的無名小廠,到如今盈利幾億且成功上市,技術的發展是根本因素。與魅族合作后一路走紅,不斷地增加研發支出,誕生了今天的IFS技術。使得國產廠商也有了與國際廠商相抗衡的資本。

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此外,ZUK此次採用匯頂科技的IFS技術,能夠幫助匯頂科技驗證IFS技術量產的可能性,並且可以收穫大量的市場反饋和信息,從而不斷對技術進行改進。

四、暢想未來

2014年9月,匯頂科技發布IFS指紋識別技術,經過兩年多的改進和等待,在2016年12月被成功量產商用。

2015 年 7 月挪威指紋識別廠商IDEX 開發出玻璃指紋技術,可以將指紋晶元做進玻璃中。但由於封裝、良率等因素,IDEX的方案並沒有受到青睞。

2015年11月,Synaptics宣布可實現隱藏式指紋識別,但並沒有成功在實體上進行技術驗證,不了了之。

2016年2月,FPC成功地將指紋感測器跟玻璃蓋板結合在一起。併發布工程機視頻,演示了這項技術(YouTube: FPC1268)。

2016年12月,Synaptics對外宣布首款移動設備的光學指紋感測器,不開孔的同時,支持最大1mm的玻璃蓋板。

如今已有消息傳出,已實現指紋識別與屏幕一體化技術,意味著真正的「全面屏」或許就在不遠的將來。

技術的創新帶來體驗的提升,而體驗的提升恰恰是用來促進技術創新的。

五、向偉大致敬

西門子Siemens向世界證實指紋識別手機的可行性;

SAGEM的指紋識別手機第一次得到成功量產;

富士通在03年起堅持近十年研發、設計指紋識別手機,幾乎顆粒無收,但卻不斷地促進指紋識別技術的發展,只有富士通陪著技術慢慢前進;

蘋果打造出Touch ID,向世界普及指紋識別技術的同時,帶來了史上最出色的指紋、home鍵體驗;

魅族因為執拗堅持設計上的合理和美觀,臨時打破原有背面指紋方案,找到了匯頂科技,二十名工程師駐廠三個月,打造出中國Android首款正面按壓式指紋識別手機;

……

在你我生長的這片大地上,出現過而且還將出現許多需要我們仰望的正直而優秀的靈魂,他們成就了而且還將成就許多我們永遠無法企及的事業。

多年後,誰還會記得西門子Siemens的「靈光一現」?誰還會記得SAGEM經歷的曾層阻礙?誰還會記得陪伴技術默默無聞慢慢走過將近十年的富士通?

即便現在,這些偉大也不曾被多少人關注。但我們科技的進步、技術的發展、體驗的提升,背後,誕生也犧牲了無數的悲情英雄。

作為一個寫字的人,能夠存在著,見證、記錄這些偉大,我心滿意足。

向創新者致敬,向堅守者致敬,向偉大致敬。

 作者:居然 Zing Gadget中國負責人 整理報道

參考文獻及資料:

1、touch-display-integration-smartphones-tabletsgCSf9H

2、基於ARM的指紋識別模塊的研究與開發_黃林波

3、基於嵌入式應用的指紋識別技術研究_趙應丁

4、指紋識別系統研究_楊雪

5、自動指紋識別系統關鍵技術研究_王瑋

6、自動指紋識別系統中若干關鍵問題研究_梅園

7、電容感應式指紋感測器工作原理和性能分析

8、國內外主要指紋識別晶元廠商分析-電子工程網

9、生物識別:按壓和滑動式指紋識別解析-全球安防網

10、隱藏式指紋識別離我們到底有多遠-筆戈科技

11、細聊指紋識別發展史:原來1998年的手機上就有了-筆戈科技

12、匯頂科技全系列指紋產品及戰略規劃全面解析-電子工程網

13、指紋儀的基本原理-長春方圓光電技術有限責任公司研發部

14、群雄割據 一圖看懂手機指紋識別行業大事記-電子工程網

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