画面指紋認証解除は新たな突破口を達成し、LCDとOLEDの両方を利用可能にしました

指紋認証とロック解除は、ほとんどのスマートフォンのデフォルトソリューションとなっています。しかし、従来の指紋認証に必要な指紋採取ウィンドウは、携帯電話の画面比率にある程度影響を与えます。フルスクリーンスマートフォンが主流になるにつれて、より多くの「見えない」オフスクリーン指紋認証が市場に溢れています。

数日前、研究機関のデータによると、2020年はLCDスクリーン下での指紋認識携帯電話の量産初年になると予想されています。アナリストは、この機能を搭載したスマートフォンの年間出荷台数が600万台を超えると予測しており、市場での受け入れが期待されています。2024年には1億9,000万台に達する見込みです。

画面下指紋認証とは何で、なぜこの機能が共通のLCD画面に搭載されて今年話題になっているのでしょうか?これらの質問に対し、Science and Technology Dailyの記者が関係する専門家にインタビューを行いました。

過去には、光学スクリーン下での指紋認証にはOLEDスクリーンが必要でした

「オフスクリーン指紋認証機能を持つ携帯電話は、画面上の指定エリアを押すだけで指紋認証のプロセスを直接完了できます。」第一モバイルフォン研究所の院長である孫延彪氏は、この設計により物理的なボタンによる画面パネルの余分な占有を回避できると指摘しました。さらに、携帯電話の画面比率が増加し、表示性能も向上します。

主流の指紋認識技術には、静電容量指紋認識、光学指紋認識、超音波指紋認識の3つが主流とされています。では、どの指紋認証技術が画面下の指紋ロックとより「コロケーション」されているのでしょうか?

「超音波指紋認証は強い貫通性を持ち、金属やガラスなどの一般的な携帯電話素材にも浸透可能です。しかし、現在の市場シェアは低く、研究開発も困難です。静電容量式指紋認識技術は成熟していますが、指が濡れているときに認識されます。故障した場合、認識率は低く、厚いものには貫通できません。「天馬マイクロエレクトロニクスの研究開発シニアディレクター、李俊毅氏は、光学指紋認証技術はより成熟し、より高速であると述べました。現在の技術と市場の観点から見ると、光学式指紋認識は携帯電話の画面下での指紋認識問題の解決により適しています。

光学指紋認識技術の原理は、光の屈折と反射を利用することです。指が画面を押すと、画面は指の部分を照らす光を放ち、指紋を照らす反射光は画面のピクセルの隙間を通じて画面近くのセンサーに戻り、得られた指紋画像を携帯電話が最初に入力した画像と比較し、最終的に識別・判断します。光学スクリーン下での指紋認識は、周囲の光の干渉を効果的に回避でき、複雑な環境下での安定性も優れています。

長い間、スマートフォンに適用された光学スクリーン下の指紋認証にはOLEDスクリーンの協力が必要でした。なぜLCDスクリーンが完成できないのでしょうか?

光学式指紋認識にはセンサーとレンズの距離に一定の要件があることがわかりました。「従来のLCDスクリーンは構造が複雑で、バックライトを提供するためのバックライトモジュールが必要です。このバックライトモジュールの層が、LCD画面に光が入るのを防ぎ、画面下での指紋認証の失敗を引き起こします。OLEDスクリーンはバックライトなしで光を発することができます。光源は薄く、光の透過率も優れています。「李俊怡がこう言っていた

OLED画面下の指紋認識センサーは、ユーザーの指紋を照射した後にOLED画面から発せられる光を正確に捉え、その光を反射させることで指紋認証を実現できます。

赤外線イメージングは低コストのLCDスクリーンの人気を取り戻すのに役立っています

「光学スクリーンの下での指紋認識はOLEDスクリーンが優れた性能を持つが、コスト面ではLCDスクリーンの方が製造コストが低く、使用期間も長い。」燕燕彪が言った。

スマートフォンの機能や性能は常にアップグレードされています。液晶画面はスマートフォンの重要な構成要素の一つです。小口径や高リフレッシュレートといった新しいプロセスの導入により、LCDスクリーンの付加価値はますます高まっており、多くのメーカーがLCD画面に適用可能なオフスクリーン指紋認証技術の開発を始めました。

今年1月初旬、天馬マイクロエレクトロニクスは米国コンシューマーエレクトロニクスショーで、LTPS液晶技術に基づくオフスクリーン指紋認証表示製品を発表しました。数日前、WeiboでRedmiブランドのゼネラルマネージャーである陸偉冰氏が発表したニュースによると、Redmiの研究開発チームはLCD画面にオフスクリーンの指紋認証も実装し、量産化を発表しました。

「バックライトが存在するため、LCD画面が可視光を使って画面下の光学指紋認証を実現した場合、浸透力の低下やバックライトの干渉という克服が難しい問題に直面します。」孫延彪が言った。

業界が以前に公開した解決策によると、アンダースクリーン赤外線イメージング技術の利用により上記の問題を解決できるとされています。具体的には、赤外線送信機、赤外線指紋受信機、赤外線光学材料システムが用いられ、赤外線透過率と指紋イメージングの感度を大幅に向上させ、最終的には高い認識レベルを実現しています。

李俊怡氏は、表示効果を確保するために、赤外線透過率と指紋認識の効果を向上させるためには、LCD画面の光学フィルムとガラスを最適化し、さらには赤外線浸透率を向上させるためにフィルム構造を変更する必要があると説明しました。次に、指紋認識性能を向上させるために、画面下の特定の位置にあったセンサーと赤外線信号送信機も特別に改造する必要があります。

実験室での突破口はあくまで第一歩に過ぎません。「画面下の指紋LCDスクリーンは、通常のLCD画面よりもやや高い総合コストを持ちますが、それでも画面下の指紋OLED画面よりもコスト面で優位性があります。液晶画面は画面下の指紋によるカスタマイズであるため、より伝統的なLCD画面であり、将来的に真に量産を実現するためには、上流・下流メーカー間の緊密な協力が必要であり、ターミナルブランドのサプライチェーン管理・管理能力に対する要求が高まっています。「李俊怡が言った。