2018年中国屏下指纹识别市场发展现状及发展前景分析【图】

    随着智能化时代的到来以及人们对于信息管理的安全性和便捷性需求的提升，生物识别应用日渐广泛。而自 2013 年 iPhone5s 首次搭载指纹识别以后，带有指纹识别功能的 Home键模块以其价格低廉、使用便捷、解锁迅速等优异性能迅速占领市场。 但是， 2016 年起智能手机全面屏趋势使得传统的机身正面指纹识别方案面临挑战，同时也孕育了一场全新的生物识别革命。目前主流的替代方案主要有两种——一种是以 iPhone X 为代表的 3D 面部识别方案，而另一种是以 vivoX21 为代表的屏下指纹识别方案。

    我们通过这篇报告，重点介绍了光学和超声两种屏下指纹方案以及结构光和 TOF 两种 3D 识别方案，对于几种方案的技术路径、方案优劣、上下游产业链以及市场规模进行了详细分析。我们认为受到用户习惯和使用便捷性的影响，未来在智能手机识别领域，屏下指纹仍然会在较长的时间内成为主流，且光学方案会在一定期间内略优于超声方案，而 3D 方案未来应用可能会向 VR/AR、人工智能和后置摄像等方向发展，在新的应用领域打开局面。

    生物识别主分 5 种：指纹、虹膜、人脸、声纹以及静脉，特点、用途各不相同。 进入智能化时代以来，随着现代计算机技术的大量使用和人们对于身份认证、安全管理的安全性、便捷性要求的提升，生物识别逐渐受到关注。生物识别主要分为 5 种，分别是指纹识别、虹膜识别、人脸识别、声纹识别和静脉识别。其中指纹识别具有体积小、解锁迅速、成本低等特点，被广泛应用于智能手机等领域；静脉识别和虹膜识别是安全性最高的两种生物识别方式，误识率仅为百万分之一，因此市场主要布局于专用门禁、公安系统、保险柜等领域；人脸识别种类繁多，原理各不相同，应用领域也较为广阔，覆盖门禁、消费、签到、手机应用等多个领域；声纹识别的优势在于可实现远距离识别，缺点是误识率高、易受干扰，多应用于人机交互领域。

    智能手机领域电容式指纹快速渗透， 非全面屏时代“三段式”方案成为共同选择。 自2013 年 iPhone5s 首次搭载指纹识别以后，带有指纹识别功能的 Home 键模块以其价格低廉、使用便捷、解锁迅速等优异性能迅速占领市场， 截止 2017 年，全球智能手机市场指纹方案的渗透率达到 55%，除指纹方案外，面部识别和虹膜识别作为补充方案，也被部份智能手机占比搭载，但占比相对较小。过去，指纹方案的布局方式主要有两种，一种是与 Home键相结合的正面式指纹方案，另一种则是背部指纹方案，由于背部方案便捷性不足且容易破坏手机的整体性，因此在全面屏时代到来之前，前置方案逐步成为主流，从 2016 年初到 2017 年初，国内市场畅销手机 TOP20 中，搭载前置指纹识别的机型由 5 款提升至 9 款，后置指纹机型则维持 7 款不变，在主要厂商的旗舰机型上，由“听筒/前置摄像头+屏幕+指纹”构成的三段式公模方案一度成为绝大多数手机的共同选择。

全球智能手机指纹识别手机出货量及渗透率（单位：亿部）

资料来源：公开资料整理

    “全面屏”时代，经典设计遭遇挑战，屏下指纹、 3D 面部识别、背部指纹成为现阶段3 种主要备选方案。 尽管“三段式”公模曾一度成就了无数经典，然而全面屏的到来，却让这种“公模”彻底瓦解。从小米 MIX 开始，三星 S8、 iPhone X、 vivo X20、 OPPO R11、魅族 S6 以及华为 P20 等纷纷追求最大化屏占比，而在此目标下，前置镜头、听筒、光线传感器、指纹键乃至品牌 logo 等元素都面临缩小或者从手机正面移除的要求， 其中首当其冲的便是指纹识别模块。为应对全面屏需求，目前市场上主流的解决方案有三种，分别是以 vivoX20 Plus 为代表的光学式屏下指纹解锁方案，以 iPhone X 为代表的 3D 结构光方案和以三星、小米、 OV 等为代表的后置指纹方案。

全面屏手机出货量及渗透率（单位：百万部）

资料来源：公开资料整理

    屏下指纹或成生物识别发展趋势， 3D 光学面向 AR/VR、 AI 新领域。 在屏下指纹、 3D光学和背部指纹三种方案中，背部指纹方案由于在便捷性上不及正面指纹方案，且会破坏机身背部整体性，在美观程度上也有所不足，因而我们认为该方案未来主要将用于一些低端机型上，而就高端机型而言，该方案大概率作为一种过渡性的方案； 3D 光学方案自被 iPhoneX 采用以来一直争议不断，该方案面临的主要问题包括识别前需要唤醒屏幕，识别易受手机握持角度、距离、周围环境的影响，从而导致使用不够便捷等，但是生物识别只是 3D 方案的一个起点，与 AR/VR 以及人工智能的结合将是一个更广阔的市场，现实中的 3D 信息直接输入处理而非降维成 2D 信息，将促进各行业智能化解决方案的发展。目前 iPhone X 前置 3D Sensing 采用点阵结构光方案，预计 2018 年下半年 A 客户新机将采用后置 3D 方案，而国产安卓厂商方面也将进一步在旗舰机中加入此类功能。与前面两种方案相比，屏下指纹识别方案既满足了全面屏时代对于取消手机 Home 键的要求，同时也符合用户传统的操作习惯，此外，由于模组整体的价格预计未来将降低到 8 美元以内，有望成为手机生物识别发展的新趋势，我们预计 2018/2019/2020 年屏下指纹识别方案的渗透率将分别达到 1/8/15%，2020 年市场规模有望接近 20 亿美元。

    全面屏时代，电容方案受限， 光学与超声方案有望成为发展主流。 目前市场上能够是实现商用的指纹识别方案主要有三种，分别是电容方案、光学方案和超声波方案。三种方案中，电容方案成本最低，识别速度最快且技术最为成熟，因而在智能手机市场上一度处于垄断地位。但是，由于电容式指纹方案的穿透深度仅为 0.3mm，而目前智能手机正面盖板玻璃的厚度普遍超过 0.5mm，因此这一传统方案不再适应屏下指纹的要求。为应对电容式指纹面临的困难，供应链厂商主要提出三种不同的解决方案，第一种是以汇顶、新思为代表的光学方案，第二种是以高通为代表的超声波指纹识别方案，最后一种是以韩国厂商 CrucialTec等为代表的 DFS 全屏幕识别方案。三种方案中，由于 DFS 方案对于屏幕和指纹识别模组的整合程度要求较高，可能带来高成本等问题， 目前方案仍处于试验阶段，存在不确定性。与之相比，光学方案和超声方案相对成熟， 其中光学方案兼容 OLED 软硬屏，相对适用于软屏的超声波方案应用范围更广， 成为目前屏下指纹方案的主流。

    光学方案技术由来已久，主要基于折反原理。 在各类指纹识别方案中，光学方案其实是一种早已被广泛应用的技术，例如之前很多考勤机、门禁都采用该技术，传统指纹识别方案主要由光源、三棱镜和感光组件构成——通过光源照亮指纹，然后利用三棱镜将指纹投射到感光组件上进行识别。不过在 2017 年以前，光学方案始终没能应用于智能手机，主要的原因是光学传感器的体积过大，通常是电容式指纹设备的几倍乃是 10 几倍的大小，此外，光学式指纹识别系统无法对皮肤真皮层的识别，因而安全性相对较低，限制了其使用领域的拓展。

    小型化、精准化识别取得突破， 光学旧方案焕发新活力。经过不断的探索，光学指纹识别方案逐步改良， 实现小型化、精准化、安全性等要求，随着 2016 年以来新思、 汇顶先后发布新一代的光学指纹识别方案，光学方案正式成为屏下指纹识别最重要的实现手段之一。新一代的光学指纹方案仍然是基于折反原理，另外叠加小孔成像和透镜成像功能，以提高识别的精确度。以汇顶的方案为例，汇顶光学指纹识别方案主要有 OLED 屏、 CMOS 以及 lens组成。其中 OLED 充当光学指纹识别系统的光源，通过自发光照亮指纹，之后折返光通过lens进行准直聚焦并穿过 OLED 像素点之间的缝隙成像至 CMOS 上， CMOS 将接收到的光学信号转化为电信号，经过处理器芯片的分析比对以验证指纹。通过光源集成和光路重新设计，新的方案能够有效降低体积和功耗，同时汇顶的方案能够支持活体检测。此外，光学方案固有的穿透距离较长的特性也得到充分发挥，在屏下指纹领域得到了很好的应用。

    OLED 产能障壁打破，屏下指纹获得广阔发展空间。 由于光学指纹方案的 CMOS 传感器需要放置在显示面板的下方， 因此为了能够有效接收指纹的反射光线，显示面板需要具备一定的透光性。由于传统的 TFT LCD 面板需要背光模组，并且在背光 LED 下面增加导光板以增加屏幕亮度， 导致光线无法穿透 TFT LCD。 而 AMOLED 则不存在这样的问题， 自发光特性无需背光模组，并且 RGB 像素点之间的缝隙可以使光线穿过，从而让 CMOS 传感器接收光信号。因此 AMOLED 屏成为实现光学屏下指纹识别的必选搭配。此前，由于 AMOLED产能被以三星为代表的韩国厂商垄断，产量供给有限，价格处于高位，因此屏下指纹方案的推广受到限制，但随着国内京东方、天马等厂商的加入， AMOLED 产量和价格的问题基本已经解决， 2017 年 OLED 屏（柔性+硬性） 在智能手机领域的渗透率已经达到 30%，预计2018 年这一数值将达到 55%左右。随着 OLED 产能逐步开出以及和价格回落， 光学屏下指纹将获得更加广阔的发展空间。

OLED 在智能手机领域的渗透率

资料来源：公开资料整理

    解锁稳定、迅速，成本有望进一步下降。 光学屏下指纹方案具有诸多优良的性质：首先，相比于此前在小米和乐视手机上采用的超声波识别方案，光学方案解锁时间更短——通常情况下光学方案的识别时间在 0.7s 左右，与第一代电容式指纹方案的识别速度相当，并且通过率也较高，解锁更加方便。在误识率方面，光学方案的误识率仅为五万分之一，能够满足用户的使用要求。而在价格方面， vivoX21 机型上使用的汇顶光学方案的模组价格大概在 20美元左右，但根据我们通过调研得知今年下半年光学模组的价格有望下降到 8 美元，而目前电容式指纹方案均价在 3 美元左右。并且由于光学指纹模组的结构构成并不复杂， 未来随着前期研发成本的摊销，方案整体的价格还将有望进一步降低， 带动该技术渗透率快速提升。

    全屏识别：目前尚无应用，后续发展可期。 尽管光学方案和超声波方案都能够在一定程度上实现屏下指纹识别，但是识别区域却仍然受到限制。从发展趋势来看，未来指纹识别可能会向半屏甚至全屏的方向发展。在 2018 年 CITE 展会上， JDI 提出了一种基于非硅基衬底的指纹识别技术——Pixel eyes 指纹识别技术。方案实现的关键在于将电容指纹传感器集成到玻璃面板上，以实现传感器的透明化，在 JDI 的方案中，透明传感器被放置在显示面板的上方，并利用硬度升级之后的偏光片代替传统的玻璃盖板，以保证传感器上方盖板的厚度保持在 0.2mm 左右因而解决了传统电容方案穿透力不足的问题。除了 JDI 之外，在非硅基衬底方案（off-chip）方面展开研发的公司还有很多，比如韩国厂商 CrucialTec、挪威厂商 IDEX以及国内厂商上海萝箕等。

    精细化、小型化尚待提升，未来有望成为新趋势。 目前， off-chip 方案已经在安防等领域使用，但在移动终端的应用仍然面临一些挑战——例如，电容式 off-chip 方案要求盖板厚度足够小，这对手机偏振片的硬度提出了更高的要求，并且手机膜等配件甚至会无法使用，第二， off-chip 模组所需要的放置空间依然较大，可能需要进一步进行小型化的处理，第三，玻璃基传感器识别的精度可能不及硅基传感器，由此导致识别质量相对不足等。综合来看，全屏幕识别是一种仍需不断完善的技术，但从理论上来讲，该技术能够为用户带来更好的体验，未来随着技术的成熟，该方案有望成为指纹识别发展的新趋势。

    用量或超 1 亿， 2019 年屏下指纹方案有望迎接爆发。 屏下指纹方案具有美观、便捷、解锁迅速、符合用户习惯等优点，目前方案的整体成本基本能够有效控制，已经被不少中端机型采用，我们认为未来随着屏下指纹方案的不断成熟和价格的下降，方案渗透率有望快速提升。预计 2019 年使用屏下指纹传感器的智能手机出货量至少将达到 1亿台， 到 2020 年则进一步翻倍至 2 亿台，市场空间超 20 亿美元， 有望在未来 3 年保持高速增长。

屏下指纹模组出货量及增速预测

资料来源：公开资料整理

    光学方案占得先机，兼容 OLED 软硬屏，短期内将成为主流。由于目前“off-chip”全屏幕指纹识别方案在移动客户端的研发尚不成熟，正式使用还需要较长的时间，因此短期来看光学和超声两种方案成为当下屏下指纹角逐的焦点。在两种方案中，光学方案应用的时间较早，在市场开拓方面具有一定的先发优势，且方案解锁成功率相对较高，软件系统较为成熟；而超声波方案的优势则在于方案的安全性更好，对指纹的干湿度要求较低， 并且可以检测到手指表面的深层次纹理而不受外界干扰。 成本方面， 光学和超声方案的价格预计在 8-10美元。但是光学方案兼容 OLED 软屏和硬屏，但超声方案受到穿透距离的限制，目前只能搭配 OLED 软屏。目前， OLED 硬屏的价格在 20 美元左右，而软屏的价格则要达到 80-90 美元，两者差距仍较为明显， 导致柔性 OLED+超声方案短期之内无法在中低端机型上大量使用。因此，我们判断短期之内光学方案仍将是屏下指纹识别方案的主流。而超声方案如能够对解锁成功率进行有效优化，或将成为高端机型的一个重要选择方案，我们预计短期内两种方案的市场份额占比大致为 7:3 左右。

    相关报告：智研咨询网发布的《2018-2024年中国屏下指纹识别市场专项调研及投资前景分析报告》