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

    隨著智能化時(shí)代的到來以及人們對(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。而自 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)。 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)，同時(shí)也孕育了一場(chǎng)全新的生物識(shí)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(shí)別方案，而另一種是以 vivoX21 為代表的屏下指紋識(shí)別方案。

    我們通過這篇報(bào)告，重點(diǎn)介紹了光學(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。我們認(rèn)為受到用戶習(xí)慣和使用便捷性的影響，未來在智能手機(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，且光學(xué)方案會(huì)在一定期間內(nèi)略優(yōu)于超聲方案，而 3D 方案未來應(yīng)用可能會(huì)向 VR/AR、人工智能和后置攝像等方向發(fā)展，在新的應(yīng)用領(lǐng)域打開局面。

    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。 進(jìn)入智能化時(shí)代以來，隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的大量使用和人們對(duì)于身份認(rèn)證、安全管理的安全性、便捷性要求的提升，生物識(shí)別逐漸受到關(guān)注。生物識(shí)別主要分為 5 種，分別是指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別、人臉識(shí)別、聲紋識(shí)別和靜脈識(shí)別。其中指紋識(shí)別具有體積小、解鎖迅速、成本低等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)等領(lǐng)域；靜脈識(shí)別和虹膜識(shí)別是安全性最高的兩種生物識(shí)別方式，誤識(shí)率僅為百萬分之一，因此市場(chǎng)主要布局于專用門禁、公安系統(tǒng)、保險(xiǎn)柜等領(lǐng)域；人臉識(shí)別種類繁多，原理各不相同，應(yīng)用領(lǐng)域也較為廣闊，覆蓋門禁、消費(fèi)、簽到、手機(jī)應(yīng)用等多個(gè)領(lǐng)域；聲紋識(shí)別的優(yōu)勢(shì)在于可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離識(shí)別，缺點(diǎn)是誤識(shí)率高、易受干擾，多應(yīng)用于人機(jī)交互領(lǐng)域。

    智能手機(jī)領(lǐng)域電容式指紋快速滲透， 非全面屏?xí)r代“三段式”方案成為共同選擇。 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%，除指紋方案外，面部識(shí)別和虹膜識(shí)別作為補(bǔ)充方案，也被部份智能手機(jī)占比搭載，但占比相對(duì)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(jié)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(jī)的整體性，因此在全面屏?xí)r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(chǎng)暢銷手機(jī) TOP20 中，搭載前置指紋識(shí)別的機(jī)型由 5 款提升至 9 款，后置指紋機(jī)型則維持 7 款不變，在主要廠商的旗艦機(jī)型上，由“聽筒/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。

全球智能手機(jī)指紋識(shí)別手機(jī)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(shí)代，經(jīng)典設(shè)計(jì)遭遇挑戰(zhàn)，屏下指紋、 3D 面部識(shí)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(biāo)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(jī)正面移除的要求， 其中首當(dāng)其沖的便是指紋識(shí)別模塊。為應(yīng)對(duì)全面屏需求，目前市場(chǎng)上主流的解決方案有三種，分別是以 vivoX20 Plus 為代表的光學(xué)式屏下指紋解鎖方案，以 iPhone X 為代表的 3D 結(jié)構(gòu)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(jī)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(shí)別發(fā)展趨勢(shì)， 3D 光學(xué)面向 AR/VR、 AI 新領(lǐng)域。 在屏下指紋、 3D光學(xué)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(huì)破壞機(jī)身背部整體性，在美觀程度上也有所不足，因而我們認(rèn)為該方案未來主要將用于一些低端機(jī)型上，而就高端機(jī)型而言，該方案大概率作為一種過渡性的方案； 3D 光學(xué)方案自被 iPhoneX 采用以來一直爭(zhēng)議不斷，該方案面臨的主要問題包括識(shí)別前需要喚醒屏幕，識(shí)別易受手機(jī)握持角度、距離、周圍環(huán)境的影響，從而導(dǎo)致使用不夠便捷等，但是生物識(shí)別只是 3D 方案的一個(gè)起點(diǎn)，與 AR/VR 以及人工智能的結(jié)合將是一個(gè)更廣闊的市場(chǎng)，現(xiàn)實(shí)中的 3D 信息直接輸入處理而非降維成 2D 信息，將促進(jìn)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(diǎn)陣結(jié)構(gòu)光方案，預(yù)計(jì) 2018 年下半年 A 客戶新機(jī)將采用后置 3D 方案，而國產(chǎn)安卓廠商方面也將進(jìn)一步在旗艦機(jī)中加入此類功能。與前面兩種方案相比，屏下指紋識(shí)別方案既滿足了全面屏?xí)r代對(duì)于取消手機(jī) Home 鍵的要求，同時(shí)也符合用戶傳統(tǒng)的操作習(xí)慣，此外，由于模組整體的價(jià)格預(yù)計(jì)未來將降低到 8 美元以內(nèi)，有望成為手機(jī)生物識(shí)別發(fā)展的新趨勢(shì)，我們預(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。

    全面屏?xí)r代，電容方案受限， 光學(xué)與超聲方案有望成為發(fā)展主流。 目前市場(chǎng)上能夠是實(shí)現(xiàn)商用的指紋識(shí)別方案主要有三種，分別是電容方案、光學(xué)方案和超聲波方案。三種方案中，電容方案成本最低，識(shí)別速度最快且技術(shù)最為成熟，因而在智能手機(jī)市場(chǎng)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(jī)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(yīng)屏下指紋的要求。為應(yīng)對(duì)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，最后一種是以韓國廠商 CrucialTec等為代表的 DFS 全屏幕識(shí)別方案。三種方案中，由于 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，可能帶來高成本等問題， 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， 成為目前屏下指紋方案的主流。

    光學(xué)方案技術(shù)由來已久，主要基于折反原理。 在各類指紋識(shí)別方案中，光學(xué)方案其實(shí)是一種早已被廣泛應(yīng)用的技術(shù)，例如之前很多考勤機(jī)、門禁都采用該技術(shù)，傳統(tǒng)指紋識(shí)別方案主要由光源、三棱鏡和感光組件構(gòu)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(jìn)行識(shí)別。不過在 2017 年以前，光學(xué)方案始終沒能應(yīng)用于智能手機(jī)，主要的原因是光學(xué)傳感器的體積過大，通常是電容式指紋設(shè)備的幾倍乃是 10 幾倍的大小，此外，光學(xué)式指紋識(shí)別系統(tǒng)無法對(duì)皮膚真皮層的識(shí)別，因而安全性相對(duì)較低，限制了其使用領(lǐng)域的拓展。

    小型化、精準(zhǔn)化識(shí)別取得突破， 光學(xué)舊方案煥發(fā)新活力。經(jīng)過不斷的探索，光學(xué)指紋識(shí)別方案逐步改良， 實(shí)現(xiàn)小型化、精準(zhǔn)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(xué)指紋識(shí)別方案，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。新一代的光學(xué)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(shí)別的精確度。以匯頂?shù)姆桨笧槔瑓R頂光學(xué)指紋識(shí)別方案主要有 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，通過自發(fā)光照亮指紋，之后折返光通過lens進(jìn)行準(zhǔn)直聚焦并穿過 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)過處理器芯片的分析比對(duì)以驗(yàn)證指紋。通過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。

    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(xué)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(dǎo)光板以增加屏幕亮度， 導(dǎo)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(diǎn)之間的縫隙可以使光線穿過，從而讓 CMOS 傳感器接收光信號(hào)。因此 AMOLED 屏成為實(shí)現(xiàn)光學(xué)屏下指紋識(shí)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(jià)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(jià)格的問題基本已經(jīng)解決， 2017 年 OLED 屏（柔性+硬性） 在智能手機(jī)領(lǐng)域的滲透率已經(jīng)達(dá)到 30%，預(yù)計(jì)2018 年這一數(shù)值將達(dá)到 55%左右。隨著 OLED 產(chǎn)能逐步開出以及和價(jià)格回落， 光學(xué)屏下指紋將獲得更加廣闊的發(fā)展空間。

OLED 在智能手機(jī)領(lǐng)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(jìn)一步下降。 光學(xué)屏下指紋方案具有諸多優(yōu)良的性質(zhì)：首先，相比于此前在小米和樂視手機(jī)上采用的超聲波識(shí)別方案，光學(xué)方案解鎖時(shí)間更短——通常情況下光學(xué)方案的識(shí)別時(shí)間在 0.7s 左右，與第一代電容式指紋方案的識(shí)別速度相當(dāng)，并且通過率也較高，解鎖更加方便。在誤識(shí)率方面，光學(xué)方案的誤識(shí)率僅為五萬分之一，能夠滿足用戶的使用要求。而在價(jià)格方面， vivoX21 機(jī)型上使用的匯頂光學(xué)方案的模組價(jià)格大概在 20美元左右，但根據(jù)我們通過調(diào)研得知今年下半年光學(xué)模組的價(jià)格有望下降到 8 美元，而目前電容式指紋方案均價(jià)在 3 美元左右。并且由于光學(xué)指紋模組的結(jié)構(gòu)構(gòu)成并不復(fù)雜， 未來隨著前期研發(fā)成本的攤銷，方案整體的價(jià)格還將有望進(jìn)一步降低， 帶動(dòng)該技術(shù)滲透率快速提升。

    全屏識(shí)別：目前尚無應(yīng)用，后續(xù)發(fā)展可期。 盡管光學(xué)方案和超聲波方案都能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)屏下指紋識(shí)別，但是識(shí)別區(qū)域卻仍然受到限制。從發(fā)展趨勢(shì)來看，未來指紋識(shí)別可能會(huì)向半屏甚至全屏的方向發(fā)展。在 2018 年 CITE 展會(huì)上， JDI 提出了一種基于非硅基襯底的指紋識(shí)別技術(shù)——Pixel eyes 指紋識(shí)別技術(shù)。方案實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于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，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(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(xì)化、小型化尚待提升，未來有望成為新趨勢(shì)。 目前， off-chip 方案已經(jīng)在安防等領(lǐng)域使用，但在移動(dòng)終端的應(yīng)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(duì)手機(jī)偏振片的硬度提出了更高的要求，并且手機(jī)膜等配件甚至?xí)o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(jìn)一步進(jìn)行小型化的處理，第三，玻璃基傳感器識(shí)別的精度可能不及硅基傳感器，由此導(dǎo)致識(shí)別質(zhì)量相對(duì)不足等。綜合來看，全屏幕識(shí)別是一種仍需不斷完善的技術(shù)，但從理論上來講，該技術(shù)能夠?yàn)橛脩魩砀玫捏w驗(yàn)，未來隨著技術(shù)的成熟，該方案有望成為指紋識(shí)別發(fā)展的新趨勢(shì)。

    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(xí)慣等優(yōu)點(diǎn)，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(jī)型采用，我們認(rèn)為未來隨著屏下指紋方案的不斷成熟和價(jià)格的下降，方案滲透率有望快速提升。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 3 年保持高速增長(zhǎng)。

屏下指紋模組出貨量及增速預(yù)測(cè)

資料來源：公開資料整理

    光學(xué)方案占得先機(jī)，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(shí)別方案在移動(dòng)客戶端的研發(fā)尚不成熟，正式使用還需要較長(zhǎng)的時(shí)間，因此短期來看光學(xué)和超聲兩種方案成為當(dāng)下屏下指紋角逐的焦點(diǎn)。在兩種方案中，光學(xué)方案應(yīng)用的時(shí)間較早，在市場(chǎng)開拓方面具有一定的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，且方案解鎖成功率相對(duì)較高，軟件系統(tǒng)較為成熟；而超聲波方案的優(yōu)勢(shì)則在于方案的安全性更好，對(duì)指紋的干濕度要求較低， 并且可以檢測(cè)到手指表面的深層次紋理而不受外界干擾。 成本方面， 光學(xué)和超聲方案的價(jià)格預(yù)計(jì)在 8-10美元。但是光學(xué)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(jià)格在 20 美元左右，而軟屏的價(jià)格則要達(dá)到 80-90 美元，兩者差距仍較為明顯， 導(dǎo)致柔性 OLED+超聲方案短期之內(nèi)無法在中低端機(jī)型上大量使用。因此，我們判斷短期之內(nèi)光學(xué)方案仍將是屏下指紋識(shí)別方案的主流。而超聲方案如能夠?qū)怄i成功率進(jìn)行有效優(yōu)化，或?qū)⒊蔀楦叨藱C(jī)型的一個(gè)重要選擇方案，我們預(yù)計(jì)短期內(nèi)兩種方案的市場(chǎng)份額占比大致為 7:3 左右。

    相關(guān)報(bào)告：智研咨詢網(wǎng)發(fā)布的《2018-2024年中國屏下指紋識(shí)別市場(chǎng)專項(xiàng)調(diào)研及投資前景分析報(bào)告》