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。
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。
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。
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。
專利權人專利申請年分析
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。
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。
（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。
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。
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：
- 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)。
- https://www.businessinsider.com/apple-acquired-privaris-biometric-security-patents-2015-6
