2018年中國屏下指紋識別市場發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景分析【圖】

    隨著智能化時代的到來以及人們對于信息管理的安全性和便捷性需求的提升，生物識別應用日漸廣泛。而自 2013 年 iPhone5s 首次搭載指紋識別以后，帶有指紋識別功能的 Home鍵模塊以其價格低廉、使用便捷、解鎖迅速等優(yōu)異性能迅速占領市場。 但是， 2016 年起智能手機全面屏趨勢使得傳統(tǒng)的機身正面指紋識別方案面臨挑戰(zhàn)，同時也孕育了一場全新的生物識別革命。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 面部識別方案，而另一種是以 vivoX21 為代表的屏下指紋識別方案。

    我們通過這篇報告，重點介紹了光學和超聲兩種屏下指紋方案以及結構光和 TOF 兩種 3D 識別方案，對于幾種方案的技術路徑、方案優(yōu)劣、上下游產(chǎn)業(yè)鏈以及市場規(guī)模進行了詳細分析。我們認為受到用戶習慣和使用便捷性的影響，未來在智能手機識別領域，屏下指紋仍然會在較長的時間內(nèi)成為主流，且光學方案會在一定期間內(nèi)略優(yōu)于超聲方案，而 3D 方案未來應用可能會向 VR/AR、人工智能和后置攝像等方向發(fā)展，在新的應用領域打開局面。

    生物識別主分 5 種：指紋、虹膜、人臉、聲紋以及靜脈，特點、用途各不相同。 進入智能化時代以來，隨著現(xiàn)代計算機技術的大量使用和人們對于身份認證、安全管理的安全性、便捷性要求的提升，生物識別逐漸受到關注。生物識別主要分為 5 種，分別是指紋識別、虹膜識別、人臉識別、聲紋識別和靜脈識別。其中指紋識別具有體積小、解鎖迅速、成本低等特點，被廣泛應用于智能手機等領域；靜脈識別和虹膜識別是安全性最高的兩種生物識別方式，誤識率僅為百萬分之一，因此市場主要布局于專用門禁、公安系統(tǒng)、保險柜等領域；人臉識別種類繁多，原理各不相同，應用領域也較為廣闊，覆蓋門禁、消費、簽到、手機應用等多個領域；聲紋識別的優(yōu)勢在于可實現(xiàn)遠距離識別，缺點是誤識率高、易受干擾，多應用于人機交互領域。

    智能手機領域電容式指紋快速滲透， 非全面屏時代“三段式”方案成為共同選擇。 自2013 年 iPhone5s 首次搭載指紋識別以后，帶有指紋識別功能的 Home 鍵模塊以其價格低廉、使用便捷、解鎖迅速等優(yōu)異性能迅速占領市場， 截止 2017 年，全球智能手機市場指紋方案的滲透率達到 55%，除指紋方案外，面部識別和虹膜識別作為補充方案，也被部份智能手機占比搭載，但占比相對較小。過去，指紋方案的布局方式主要有兩種，一種是與 Home鍵相結合的正面式指紋方案，另一種則是背部指紋方案，由于背部方案便捷性不足且容易破壞手機的整體性，因此在全面屏時代到來之前，前置方案逐步成為主流，從 2016 年初到 2017 年初，國內(nèi)市場暢銷手機 TOP20 中，搭載前置指紋識別的機型由 5 款提升至 9 款，后置指紋機型則維持 7 款不變，在主要廠商的旗艦機型上，由“聽筒/前置攝像頭+屏幕+指紋”構成的三段式公模方案一度成為絕大多數(shù)手機的共同選擇。

全球智能手機指紋識別手機出貨量及滲透率（單位：億部）

資料來源：公開資料整理

    “全面屏”時代，經(jīng)典設計遭遇挑戰(zhàn)，屏下指紋、 3D 面部識別、背部指紋成為現(xiàn)階段3 種主要備選方案。 盡管“三段式”公模曾一度成就了無數(shù)經(jīng)典，然而全面屏的到來，卻讓這種“公模”徹底瓦解。從小米 MIX 開始，三星 S8、 iPhone X、 vivo X20、 OPPO R11、魅族 S6 以及華為 P20 等紛紛追求最大化屏占比，而在此目標下，前置鏡頭、聽筒、光線傳感器、指紋鍵乃至品牌 logo 等元素都面臨縮小或者從手機正面移除的要求， 其中首當其沖的便是指紋識別模塊。為應對全面屏需求，目前市場上主流的解決方案有三種，分別是以 vivoX20 Plus 為代表的光學式屏下指紋解鎖方案，以 iPhone X 為代表的 3D 結構光方案和以三星、小米、 OV 等為代表的后置指紋方案。

全面屏手機出貨量及滲透率（單位：百萬部）

資料來源：公開資料整理

    屏下指紋或成生物識別發(fā)展趨勢， 3D 光學面向 AR/VR、 AI 新領域。 在屏下指紋、 3D光學和背部指紋三種方案中，背部指紋方案由于在便捷性上不及正面指紋方案，且會破壞機身背部整體性，在美觀程度上也有所不足，因而我們認為該方案未來主要將用于一些低端機型上，而就高端機型而言，該方案大概率作為一種過渡性的方案； 3D 光學方案自被 iPhoneX 采用以來一直爭議不斷，該方案面臨的主要問題包括識別前需要喚醒屏幕，識別易受手機握持角度、距離、周圍環(huán)境的影響，從而導致使用不夠便捷等，但是生物識別只是 3D 方案的一個起點，與 AR/VR 以及人工智能的結合將是一個更廣闊的市場，現(xiàn)實中的 3D 信息直接輸入處理而非降維成 2D 信息，將促進各行業(yè)智能化解決方案的發(fā)展。目前 iPhone X 前置 3D Sensing 采用點陣結構光方案，預計 2018 年下半年 A 客戶新機將采用后置 3D 方案，而國產(chǎn)安卓廠商方面也將進一步在旗艦機中加入此類功能。與前面兩種方案相比，屏下指紋識別方案既滿足了全面屏時代對于取消手機 Home 鍵的要求，同時也符合用戶傳統(tǒng)的操作習慣，此外，由于模組整體的價格預計未來將降低到 8 美元以內(nèi)，有望成為手機生物識別發(fā)展的新趨勢，我們預計 2018/2019/2020 年屏下指紋識別方案的滲透率將分別達到 1/8/15%，2020 年市場規(guī)模有望接近 20 億美元。

    全面屏時代，電容方案受限， 光學與超聲方案有望成為發(fā)展主流。 目前市場上能夠是實現(xiàn)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。三種方案中，電容方案成本最低，識別速度最快且技術最為成熟，因而在智能手機市場上一度處于壟斷地位。但是，由于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(tǒng)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早已被廣泛應用的技術，例如之前很多考勤機、門禁都采用該技術，傳統(tǒng)指紋識別方案主要由光源、三棱鏡和感光組件構成——通過光源照亮指紋，然后利用三棱鏡將指紋投射到感光組件上進行識別。不過在 2017 年以前，光學方案始終沒能應用于智能手機，主要的原因是光學傳感器的體積過大，通常是電容式指紋設備的幾倍乃是 10 幾倍的大小，此外，光學式指紋識別系統(tǒng)無法對皮膚真皮層的識別，因而安全性相對較低，限制了其使用領域的拓展。

    小型化、精準化識別取得突破， 光學舊方案煥發(fā)新活力。經(jīng)過不斷的探索，光學指紋識別方案逐步改良， 實現(xiàn)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(fā)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(xiàn)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?shù)姆桨笧槔?，匯頂光學指紋識別方案主要有 OLED 屏、 CMOS 以及 lens組成。其中 OLED 充當光學指紋識別系統(tǒng)的光源，通過自發(fā)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(jīng)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?shù)姆桨改軌蛑С只铙w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(fā)揮，在屏下指紋領域得到了很好的應用。

    OLED 產(chǎn)能障壁打破，屏下指紋獲得廣闊發(fā)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(tǒng)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(fā)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(xiàn)光學屏下指紋識別的必選搭配。此前，由于 AMOLED產(chǎn)能被以三星為代表的韓國廠商壟斷，產(chǎn)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(nèi)京東方、天馬等廠商的加入， AMOLED 產(chǎn)量和價格的問題基本已經(jīng)解決， 2017 年 OLED 屏（柔性+硬性） 在智能手機領域的滲透率已經(jīng)達到 30%，預計2018 年這一數(shù)值將達到 55%左右。隨著 OLED 產(chǎn)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(fā)展空間。

OLED 在智能手機領域的滲透率

資料來源：公開資料整理

    解鎖穩(wěn)定、迅速，成本有望進一步下降。 光學屏下指紋方案具有諸多優(yōu)良的性質：首先，相比于此前在小米和樂視手機上采用的超聲波識別方案，光學方案解鎖時間更短——通常情況下光學方案的識別時間在 0.7s 左右，與第一代電容式指紋方案的識別速度相當，并且通過率也較高，解鎖更加方便。在誤識率方面，光學方案的誤識率僅為五萬分之一，能夠滿足用戶的使用要求。而在價格方面， vivoX21 機型上使用的匯頂光學方案的模組價格大概在 20美元左右，但根據(jù)我們通過調研得知今年下半年光學模組的價格有望下降到 8 美元，而目前電容式指紋方案均價在 3 美元左右。并且由于光學指紋模組的結構構成并不復雜， 未來隨著前期研發(fā)成本的攤銷，方案整體的價格還將有望進一步降低， 帶動該技術滲透率快速提升。

    全屏識別：目前尚無應用，后續(xù)發(fā)展可期。 盡管光學方案和超聲波方案都能夠在一定程度上實現(xiàn)屏下指紋識別，但是識別區(qū)域卻仍然受到限制。從發(fā)展趨勢來看，未來指紋識別可能會向半屏甚至全屏的方向發(fā)展。在 2018 年 CITE 展會上， JDI 提出了一種基于非硅基襯底的指紋識別技術——Pixel eyes 指紋識別技術。方案實現(xiàn)的關鍵在于將電容指紋傳感器集成到玻璃面板上，以實現(xiàn)傳感器的透明化，在 JDI 的方案中，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?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題。除了 JDI 之外，在非硅基襯底方案（off-chip）方面展開研發(fā)的公司還有很多，比如韓國廠商 CrucialTec、挪威廠商 IDEX以及國內(nèi)廠商上海蘿箕等。

    精細化、小型化尚待提升，未來有望成為新趨勢。 目前， off-chip 方案已經(jīng)在安防等領域使用，但在移動終端的應用仍然面臨一些挑戰(zhàn)——例如，電容式 off-chip 方案要求蓋板厚度足夠小，這對手機偏振片的硬度提出了更高的要求，并且手機膜等配件甚至會無法使用，第二， off-chip 模組所需要的放置空間依然較大，可能需要進一步進行小型化的處理，第三，玻璃基傳感器識別的精度可能不及硅基傳感器，由此導致識別質量相對不足等。綜合來看，全屏幕識別是一種仍需不斷完善的技術，但從理論上來講，該技術能夠為用戶帶來更好的體驗，未來隨著技術的成熟，該方案有望成為指紋識別發(fā)展的新趨勢。

    用量或超 1 億， 2019 年屏下指紋方案有望迎接爆發(fā)。 屏下指紋方案具有美觀、便捷、解鎖迅速、符合用戶習慣等優(yōu)點，目前方案的整體成本基本能夠有效控制，已經(jīng)被不少中端機型采用，我們認為未來隨著屏下指紋方案的不斷成熟和價格的下降，方案滲透率有望快速提升。預計 2019 年使用屏下指紋傳感器的智能手機出貨量至少將達到 1億臺， 到 2020 年則進一步翻倍至 2 億臺，市場空間超 20 億美元， 有望在未來 3 年保持高速增長。

屏下指紋模組出貨量及增速預測

資料來源：公開資料整理

    光學方案占得先機，兼容 OLED 軟硬屏，短期內(nèi)將成為主流。由于目前“off-chip”全屏幕指紋識別方案在移動客戶端的研發(fā)尚不成熟，正式使用還需要較長的時間，因此短期來看光學和超聲兩種方案成為當下屏下指紋角逐的焦點。在兩種方案中，光學方案應用的時間較早，在市場開拓方面具有一定的先發(fā)優(yōu)勢，且方案解鎖成功率相對較高，軟件系統(tǒng)較為成熟；而超聲波方案的優(yōu)勢則在于方案的安全性更好，對指紋的干濕度要求較低， 并且可以檢測到手指表面的深層次紋理而不受外界干擾。 成本方面， 光學和超聲方案的價格預計在 8-10美元。但是光學方案兼容 OLED 軟屏和硬屏，但超聲方案受到穿透距離的限制，目前只能搭配 OLED 軟屏。目前， OLED 硬屏的價格在 20 美元左右，而軟屏的價格則要達到 80-90 美元，兩者差距仍較為明顯， 導致柔性 OLED+超聲方案短期之內(nèi)無法在中低端機型上大量使用。因此，我們判斷短期之內(nèi)光學方案仍將是屏下指紋識別方案的主流。而超聲方案如能夠對解鎖成功率進行有效優(yōu)化，或將成為高端機型的一個重要選擇方案，我們預計短期內(nèi)兩種方案的市場份額占比大致為 7:3 左右。

    相關報告：智研咨詢網(wǎng)發(fā)布的《2018-2024年中國屏下指紋識別市場專項調研及投資前景分析報告》