手機刷臉被口罩擊潰,屏下指紋解鎖蓄勢待發

July 06th, 2020 ‧ 17 min read

口罩不離口讓手機刷臉解鎖面臨前所未有的挑戰,屏下指紋解鎖將挾著新一代的技術爭奪市占率,本文用專利解析哪些公司具有屏下指紋辨識技術專利? 後進的企業是否仍有搶佔市場的機會?

2020年是全球動盪不安的一年,因為Covid-19的影響,社交距離成為時下最熱門的詞語,戴上口罩也變成全民運動。人們被迫改變生活習慣,在既有的模式下引入新的變化,其中一項是手機使用者每天進行無數次的行為,就是人臉辨識解鎖手機,但現在卻遇到了戴上口罩難以辨識的問題。

Apple 在2017年推出具有Face ID的iPhone X後,等同宣告臉部辨識將取代指紋辨識作為手機解鎖的主要或唯一管道。然而在病毒肆虐下,將口罩取下進行人臉辨識可能使得自身暴露在極大的風險中,多次人臉辨識失敗後,只好使用密碼輸入解鎖,並且開始懷念起被遺忘的指紋解鎖。

圖1

實際上,指紋解鎖可能被消費者淡忘,但廠商並沒有遺棄這項生物辨識技術,反而在臉部辨識技術大紅大紫之時,積極發展屏下指紋辨識技術,讓使用者可以在全屏且無實體鍵的手機上,也能利用指紋觸碰螢幕解鎖手機。

屏下指紋辨識[註1]也是透過指紋進行使用者身份辨識,但不同以往將感測器設置在手機背面或是實體Home鍵上,而是將感測器放置在螢幕下方,透過光學辨識或超聲波(ultrasonic)辨識技術讀取指紋。

In-display fingerprint recognition
圖2(圖片來源:CNET)

常見的指紋辨識技術包括:電容式、光學式、超聲波、熱敏式,其中電容式指紋辨識由於穿透深度至多0.3mm至0.4mm,而手機螢幕玻璃厚度大約有0.5mm,如果再加上使用者貼膜後必定更厚,所以電容式指紋辨識應用在屏下指紋辨識並不合適,目前業界主流為光學式以及超聲波,其中採用光學式的廠商為大宗。

超聲波屏下指紋辨識的主要代表廠商為高通(Qualcomm),光學式屏下指紋辨識陣營除了主要代表廠商匯頂科技(Goodix)外,還有阜時科技(Fortsense)、籮箕(OXI)、思立微(SILEAD)以及台灣的神盾(Egis)與敦泰(Focaltech)。除了前述IC設計公司外,供應鏈上的各大廠商勢必不會錯失這塊大餅,鏡頭廠商歐菲光、面板廠京東方、以及各大手機品牌商蘋果、三星、OPPO、小米、OPPO、華為等,都已在煙硝升起前割據一方。

筆者使用專利雲(Patentcloud)提供的Patent Search以及Patent Vault匯集了屏下指紋辨識相關專利,分析各廠商在屏下指紋辨識專利的布局現況。

申請國分析

屏下指紋辨識專利申請數量最多的國家是中國(3,610件),再來依序是美國(614件)、PCT國際專利(517件)以及台灣(221件)等,其中中國的數量占比超過一半,隨著屏下指紋辨識的滲透率增長,可預期中國市場的專利侵權訴訟會進入白熱化時期。

屏下指紋辨識全球專利分布(依專利申請件數)
圖3 屏下指紋辨識全球專利分布(依專利申請件數) (資料來源:Patentcloud

主要專利權人分析

前十大專利權人中,申請量最多的為匯頂科技(491件),緊追在後的是OPPO(合計368件)以及京東方(234件)。值得注意的是,除了南韓的三星電子以及美國的高通以外,另外八個專利權人都是中國公司。

屏下指紋辨識前十大專利權人(依專利申請件數)
圖4 屏下指紋辨識前十大專利權人(依專利申請件數) (資料來源:Patentcloud

專利權人專利申請年分析

專利權人(高通、匯頂、蘋果)申請年分布(依專利申請件數)
圖5 專利權人(高通、匯頂、蘋果)申請年分布(依專利申請件數) (資料來源: 世博科技顧問, 2020年)

由於屏下指紋辨識專利的專利權人為數眾多,本文挑選三間公司進行專利申請年分析。如圖5所示,高通在2014年開始有顯著的屏下指紋辨識技術專利申請,2017年申請量來到高峰後開始減緩。早期由聯發科投資的匯頂科技,其屏下指紋辨識專利從2017年開始有明顯成長,2018至2019年則是專利申請量爆發年,此兩年度之申請量占該公司此技術專利總量的93%,使其躍升為屏下指紋辨識專利申請量一哥。至於家喻戶曉的蘋果公司,其在屏下指紋辨識技術並無太多專利佈局,扣除其繼受取得的相關專利(例如2015年收購生物識別科技創業公司Privaris[註2]),可發現蘋果在2008年就有屏下指紋辨識的構想(如圖6中的元件620即為指紋辨識感測器),但後續只有零星的專利申請量。

美國專利號US8943580B2中FIG. 6;專利權人APPLE INC;申請日2008年9月9日
圖6 美國專利號US8943580B2中FIG. 6;專利權人APPLE INC;申請日2008年9月9日 (資料來源: Patentcloud

屏下指紋辨識專利解析

分析完屏下指紋辨識專利全體概況後,筆者從前述兩大技術各挑選了一篇專利進行解析,分別為蘋果(光學式)以及高通(超聲波)的屏下指紋辨識專利。

(1)蘋果屏下指紋辨識專利

蘋果於2018年9月26號申請的美國發明專利「Shortwave Infrared Optical Imaging through an Electronic Device Display」(U.S. Patent #. US20200097695)透漏了蘋果可能會將飛時測距(Time of Flight,ToF)所使用的短波紅外線應用在未來iPhone的屏下指紋辨識。

在這篇專利中,影像辨識感測器是放在面板下方。如圖7所示,顯示器堆疊400包括外保護層402、畫素層404、視場角(Field of view ,FOV)過濾器408、光感測堆疊410、薄膜電晶體層412、以及泛光(floodlight)波導414。

當手機感應到使用者手指406觸碰手機的外保護層402時,發光元素416發射短波紅外線(波長介於1100奈米至3000奈米),透過波導414經由泛光孔418穿透畫素層404空隙照射使用者手指406,反射的短波紅外線由視場角過濾器408導引至光感測元件410a以進行指紋識別。

美國專利號US20200097695專利解析
圖7 美國專利號US20200097695專利解析 (資料來源:世博科技顧問, 2020年)

(2)高通屏下指紋辨識專利

2019年7月29日,高通申請了美國發明專利「ULTRASONIC FINGERPRINT SENSOR WITH FLEXIBLE SUBSTRATE」(U.S. Patent #. US20200125815),這篇專利是採用超聲波感測器進行屏下指紋辨識。

由於超聲波的物理傳遞限制,感測器至指紋之間不能存在空氣介質,所以超聲波感測系統500透過黏接層560緊貼在面板(可用OLED或AMOLED面板)下方,其中發送層520使用聚偏氟乙烯(PVDF)壓電材料,厚度介於5微米至15微米。

美國專利號US20200125815專利解析
圖8 美國專利號US20200125815專利解析 (source: 世博科技顧問, 2020年)

超聲波感測系統500之接收指紋反射的超聲波後即可進行指紋辨識,在這篇專利中,也展示了除了單指紋辨識外,使用者甚至可使用全螢幕範圍進行多指紋的辨識,藉此可提升更安全的手機解鎖功能。

美國專利號US20200125815專利解析
圖9 美國專利號US20200125815專利解析 (資料來源:Patentcloud)

小結

屏下指紋解鎖手機勢必會在後疫情(post-coronavirus)時代百家爭鳴,但屏下指紋辨識技術在概念上容易理解,應用在寸土寸金的手機內部空間時依然具有待克服的技術課題。本文透過專利雲(Patentcloud)來分析哪些廠商已經進行專利佈局,包含其專利數量與申請年等。筆者建議後進企業在規劃研發資源投入前,應運用專利數據分析競爭對手之專利佈局,並進一步分析自家產品是否有潛在專利侵權風險,讓企業達到技術自主與營運自由。後續,筆者將運用前述專利數據,分析匯頂與其競爭者的專利訴訟,以及雙方專利之價值與品質分布。

參考資料:

  1. 屏下指紋辨識技術若是從感測器角度,常見的英文技術用語為in-display fingerprint recognition或under-display fingerprint recognition,又若是從使用者角度,也被稱為fingerprint on display (FoD)。
  2. https://www.businessinsider.com/apple-acquired-privaris-biometric-security-patents-2015-6
曾 志偉

世博集團董事長
賽恩倍吉集團主席

曾志偉先生為現任世博董事長暨賽恩倍吉集團主席,帶領世博團隊為企業提供整合專業服務,含商業模式及智慧財產策略、投資併購盡職調查、專利組合佈局策略、專利風險分析、專利貨幣化。

周 靜

副總經理

周靜現為世博副總經理,目前兼任中華民國專利師公會企業智權管理委員會主委、編輯委員會委員、無形資產委員會委員。

蘇 之勤
蘇 之勤

分析師

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