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      1. 新聞資訊

        從匯頂科技與思立微互訴侵權案,看屏下指紋識別技術發展現狀

        摘要
         
               近年來,隨著全面屏的盛行與普及,屏下指紋識別技術備受關注,成為智能移動終端生物識別解決方案提供商的研發熱點。為更好的保護創新、增強市場競爭力,屏下指紋識別技術解決方案提供商在研發的同時,進行了積極的專利布局。本文借助匯頂科技與思立微間的侵權訴訟案,介紹屏下指紋識別技術解決方案,結合公開的專利文獻,對已經規?;逃玫钠料鹿鈱W指紋識別技術及終端應用進行分析,揭示屏下指紋識別技術的發展現狀。
         
        關鍵詞
         
               屏下,指紋,光學,超聲波,全屏幕
         
               2018年,匯頂科技與思立微發生互訴專利侵權案,涉案專利涉及智能移動終端的屏下指紋識別技術,又因短時間內雙方訴訟頻發且要求賠償額度之高而備受關注。本文通過匯頂科技與思立微二者間的互訴案情及市場背景,結合當前消費者對智能移動終端全面屏的追捧,檢索專利文獻,詳述屏下指紋識別技術的三種解決方案,并對當前已經規?;逃玫钠料鹿鈱W指紋識別技術及終端應用,從專利角度進一步分析,揭示屏下指紋識別技術的發展現狀。
         
        1、緒論
         
        1.1互訴專利侵權案情
         
               深圳市匯頂科技股份有限公司(以下簡稱“匯頂科技”),成立于2002年,總部位于深圳市福田區,目前主要面向智能移動終端市場提供人機交互和生物識別解決方案。上海思立微電子科技有限公司(以下簡稱“思立微”),成立于2010年,研發總部位于上海張江高科技園區,目前主營業務為生物識別傳感器SoC芯片和解決方案的研制開發。當前,指紋識別供應鏈廠商中,智能移動終端所采用的屏下指紋識別技術方案,國內僅有匯頂科技與思立微實現相應芯片的量產,思立微作為后起之秀,首次量產的屏下指紋識別芯片應用于OPPO公司的R17,從而與匯頂科技形成直接市場競爭關系?,F今,兩公司通過互訴專利侵權搶占屏下指紋芯片供應市場。在2018年9月至12月這短短四個月時間里,雙方先后四次提起專利侵權訴訟。其中:
         
               2018年9月12日,匯頂科技起訴思立微和深圳市鼎芯無限科技有限公司(以下簡稱“鼎芯”),侵犯其指紋芯片方面3項專利,包括2項發明專利:電容指紋感應電路和感應器(ZL201410105847.6)和基于指紋識別的終端及其待機狀態下的登錄方法、系統(ZL201410204545.4),1項實用新型專利:硅通孔芯片的二次封裝體(ZL201720925097.6)。要求法院判令思立微、鼎芯立即停止侵犯匯頂科技的專利權,銷毀侵權產品,每項專利分別索賠7000萬元人民幣,另加訴訟費用,總額超過2.1億元。
         
               2018年11月6日,匯頂科技起訴思立微、信利光電有限公司(以下簡稱“信利光電”)和深圳蘇寧易購銷售有限公司(以下簡稱“深圳蘇寧易購”),侵害其實用新型專利:屏下生物特征識別裝置和電子設備(ZL201821077979.2),要求判令三被告立即停止侵權行為,銷毀被控侵權產品,索賠經濟損失5000萬元人民幣,另加訴訟費用。
         
             二次訴訟半月后的11月20日,匯頂科技對上述三被告再次追加2項實用新型專利侵權訴訟,具體包括:屏下生物特征識別裝置和電子設備(ZL201821220420.0)和屏下生物特征識別裝置、生物特征識別組件和終端設備(ZL201820937410.2),同樣要求判令思立微、信利光電和深圳蘇寧易購立即停止侵犯匯頂科技的專利權,銷毀侵權產品,每項專利索賠經濟損失5000萬元人民幣,另加訴訟費用,總額超過1億元。
         
               上述,匯頂科技三次提交專利侵權訴訟,被告均包括思立微,要求賠償總額超過3.6億元。
         
               之后,2018年12月,思立微展開首次反擊。向上海知識產權法院提交專利侵權訴訟,起訴匯頂科技及上海魅之族數碼科技有限公司侵犯其2項發明、1項實用新型專利權,具體為:一種基于ESD保護的生物識別感應裝置(ZL201410263938.2)、具有模壓保護層的指紋識別器件及指紋識別組件(ZL201410353937.7)及指紋傳感電路(ZL201520753207.6)。要求法院判令被告停止侵權、銷毀侵權產品的同時,賠償經濟損失2.4億元人民幣,另加訴訟費用。
         
               至此,雙方間專利侵權訴訟多達4次,要求賠償總額高達6億元,互訴案情及雙方官方回應參見圖1。分析其涉及的專利技術發現,匯頂科技起訴思立微的專利涉及生物識別感應電路及模組結構(包括電容式指紋識別與屏下光學指紋識別);思立微反訴匯頂科技的專利同樣涉及指紋識別感應組件及傳感電路。進一步的,結合近兩年智能移動終端全面屏的普及,使得屏下指紋識別技術備受關注。因此,本文重點研究智能移動終端的屏下指紋識別技術。
         
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        圖1 匯頂科技與思立微互訴專利侵權案情
         
        1.2屏下指紋識別
         
               屏下指紋識別,也叫隱形指紋識別,是通過將屏下指紋識別裝置(比如指紋識別模組)安裝在顯示屏下方,從而實現在顯示屏的顯示區域內進行指紋識別操作,其為在屏幕玻璃下方完成指紋識別解鎖過程的新技術,主要利用超聲波、光學等穿透技術,可以穿透各種不同的材質,從而達到識別指紋的目的【1】。
         
               可見,屏下指紋是指在屏幕以下完成的指紋識別技術,無需手指與指紋模組接觸,也不需要在除顯示區域外的區域設置指紋采集區域。
         
               智能移動終端上指紋識別的應用,經歷有正面的Home按鍵處集成指紋特征識別按鍵,產品的背面增加單獨的指紋特征識別按鍵以及將指紋與開關按鈕結合在一起的側面指紋識別。上述方案都存有不完美之處,正面的Home按鍵已不適應全面屏的發展趨勢;背面留孔不利于機身背面的整體完整性;側面使用時幾乎只能習慣性用拇指,隨著機身變薄使用效果同樣不甚理想。無論以上哪種方式,技術上多采用傳統的電容式按壓識別,即通過微電流感應指紋圖像。
         
               但傳統的電容式指紋識別技術,能夠穿透的面板厚度較薄,僅為0.3mm,而目前智能手機正面蓋板玻璃的厚度普遍超過0.5mm,隨著全面屏的盛行與普及,傳統的電容式指紋識別技術逐漸被淘汰。而屏下指紋識別技術應運而生,可以有效提升屏占比,解決上述指紋識別前置、后置及側置中的各種問題,近乎完美的滿足用戶對全面屏的追求。
         
        2、解決方案
         
               屏下指紋識別技術當前主要存在三種不同的解決方案,分別為屏下光學指紋識別、屏下超聲波指紋識別和DFS全屏幕指紋識別。
         
        2.1屏下光學指紋識別
         
               屏下光學指紋識別是基于折反原理,在手指接觸屏幕時發出光線,穿透蓋板到屏幕表面,用背光照射指紋,接著再反射回屏幕下的指紋傳感器。適合與OLED屏配合。因為OLED面板具有自發光的特性,各像素之間留有一定間隔,保證光線透過,當手指接觸屏幕時,OLED屏幕發出的光線穿透蓋板將指紋紋理照亮,指紋反射光線穿透屏幕到達傳感器,最終形成指紋圖像進行識別。
         
               通過專利檢索,匯頂科技早在2014年12月24日即在美國申請了有關專利“FINGERPRINT SENSORS HAVING IN-PIXEL OPTICAL SENSORS”(具有像素內光學傳感器的指紋傳感器,US20160132712A1),主要由光源和傳感器像素陣列組成。其中,傳感器像素陣列又包括光檢測器、準直器和檢測電路(如圖2所示)。作為可集成到移動裝置內的超薄光學指紋傳感設計,能有效解決傳統電容傳感器在保護蓋板厚度增加時傳感信號降低的問題。另外,該專利還公開了包括該光學傳感器和電容傳感器的混合型指紋傳感器,及操作上述指紋傳感器完成指紋識別的方法(如圖3所示)。
         
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        圖2 指紋傳感器裝置示例
         
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        圖3 指紋感測過程的流程圖示例
         
               匯頂科技以要求優先權方式,于2015年11月12日在國內及韓國對該項技術申請專利保護(CN106462765A、KR1020160144453A),當前均為公開狀態。該專利應屬匯頂科技在光學指紋識別領域較早的創新突破。
         
               此外,美國Synaptics公司于2015年6月30日申請的專利OPTICAL FINGERPRINT IMAGING USING HOLOGRAPHY(采用全息術的光學指紋成像,US10042324B2),保護一包括照明器、反光鏡、生物計量傳感器陣列以及分束器的生物計量傳感器(如圖4所示),同時記載了一種對象成像系統及方法:分束器先將照明器發出的光分離成兩部分,分別反射到被成像對象和反光鏡,之后兩者的反射光在分束器組合,經傳感器中的處理系統處理,實現高分辨率對象成像,從而解決電容傳感器難以獲得高于大約500像素每英寸的分辨率、以及難以通過厚材料層進行指紋感測等問題。
         
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        圖4 全息光學傳感器的示例框圖
         
               上述專利申請于2016年6月27日以要求優先權方式在我國申請了發明專利CN106326831A,當前仍為公開狀態。
         
               至今,匯頂科技與美國Synaptics公司均在該技術領域申請多項專利,內容覆蓋屏下光學指紋識別所涉及的光學系統設計、圖像傳感器和指紋匹配算法等,推動了該技術的成熟與應用。
         
        2.2屏下超聲波指紋識別
         
               屏下超聲波指紋識別是由傳感器主動發出超聲波,穿透屏幕及玻璃達到人體皮膚,利用手指紋理和其他材質對超聲波吸收、反射和穿透作用的差異,感應指紋特有的脊和孔,接收反射回來的信號,構建出3D指紋圖像,進而完成指紋比對識別。由于形成的是3D圖像,準確性更高,另因是通過超聲波掃描指紋,因此在識別指紋時不用屏幕開啟最高亮度。適用范圍更廣,不受陽光干擾,穿透性更強,防手指濕潤、油污等的干擾。
         
               當前,高通公司屬于屏下超聲波指紋識別技術的研究代表。通過檢索專利,發現其2016年8月31日在美申請的專利US10140534B2,記載了超聲成像裝置和方法,該專利在中國也已申請保護(CN108024792A)。所述成像裝置包括超聲波傳感器陣列和控制系統,控制系統至少部分的耦合在超聲波傳感器陣列中(設備橫截面圖實例,參見圖5)。該方案利用超聲波的強穿透性,由超聲波傳感器陣列采集產生具有手指皮下特征的第一、第二圖像數據,進而進行認證識別(識別系統操作實例流程圖,參見圖6)。能夠有效解決假指紋、黑客攻擊等給智能手機產品中原有指紋識別造成的安全隱患。
         
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        圖5 設備的橫截面圖
         
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        圖6 生物識別系統操作流程圖
         
               至今,以高通為代表的企業,一直在該技術領域有所研究,并進行了相關專利申請。但通過智能移動終端市場了解,當前,該技術暫未在產品上實現規?;逃?,或許量產中還存在待完善和改進的地方。
         
        2.3DFS全屏幕指紋識別
         
               全屏幕指紋識別技術(Display FingerPrint Solution,DFS),顧名思義即使用者觸摸顯示屏幕的任何位置都能夠實現指紋識別。兼容OLED和LCD屏幕,也兼容光學指紋識別和傳統主流的電容指紋識別方案,是一種最為理想的屏下指紋識別方案。
         
               當前,韓國CrucialTec公司對該技術的研究較為深入。其2017年4月26日提交的國際申請WO2017188715A2,當前已進入韓國(KR1020170123578A)和中國(能夠適用隱藏式指紋識別的發光指紋識別面板及包括其的指紋識別顯示裝置,CN108604296A)。該專利請求保護一種發光指紋識別面板,由絕緣性基板、多個柵極配線、數據配線、單位發光-受光像素以及驅動電路部組成。該發光指紋識別面板與顯示面板重疊設置,實現識別區域不受設置面積制約的全屏幕可識別;另外,利用自體光源掃描反射的指紋圖像,能夠不受內、外光的影響來提高指紋識別準確度。(發光指紋識別面板配置于顯示面板上方的指紋識別顯示裝置示例及發光指紋識別面板檢測指紋圖案原理,如圖7所示)
         
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        圖7 CN108604296A附圖
         
               DFS方案技術性更強,對屏幕和指紋識別模組的整合要求也更高,當前仍處于研究實驗階段,暫未實現商用推廣。
         
        3、終端應用
         
               當前,上述三種解決方案中,得到規?;逃玫膬H有屏下光學指紋識別技術,且全球僅有匯頂科技、思立微以及美國Synaptics公司實現了屏下光學指紋識別芯片量產。本節從專利角度進一步分析當前已經規?;逃玫钠料鹿鈱W指紋識別技術及終端應用。
         
        3.1 Synaptics公司—全球首款屏幕指紋版手機技術提供商
         
               Synaptics公司,成立于1986年,總部位于美國加利福尼亞州圣何塞。是一家全球領先的移動計算、通信和娛樂設備人機界面交互開發解決方案設計制造公司。2013年11月,Synaptics公司以2.55億美元收購指紋識別傳感器制造商Validity Sensors,正式進入指紋識別市場。
         
               2017年12月,Synaptics公司正式實現屏下光學指紋識別傳感器的量產,并應用于全球首發的屏幕指紋版手機VivoX20Plus UD。關于這項應用于全球首發屏幕指紋版手機的黑科技,Synaptics公司有沒有進行相應的專利布局呢?帶著這樣的問題,筆者進行了專利檢索。
         
               果不其然,量產前一年的2016年11月30日,Synaptics即通過國際申請方式在我國同時布局了名為“用于顯示器中集成的光學傳感器”(CN108369135A)、“用于顯示底板上的集成的光學傳感器”(CN108291838A)的兩項發明專利。進一步查看兩項專利文獻內容,均申請保護的是能夠對感測區進行成像的光學傳感器(如圖8、圖9所示)、相應的顯示器以及該光學傳感器的制造方法,全面覆蓋了光學傳感器的成像、顯示及制造。
         
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        圖8 CN108369135A集成在顯示器中的光學傳感器示例
         
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        圖9 CN108291838A集成在顯示底板上的光學傳感器示例
         
               擴展查看上述專利的同族信息發現,其實,Synaptics公司早在2016年3月已有該技術成果。其首先在美國提交了兩項相關專利申請US20170161544A1,US20170161543A1,上述在美專利申請又要求全部引用2015年12月3日提交的美國臨時專利申請No.62/262,863,名稱為“帶有透明層的顯示器集成光學指紋傳感器”,目前兩項美國專利申請均已授權。
         
               由此可知,早在三年前,Synaptics公司即在該領域取得技術突破。而首發應用和消費者對全面屏的驚嘆與追捧,也讓Synaptics公司持續創新、不斷進步。具體的,專利US20180239941A1,通過安裝在顯示器下方的光學傳感器角度?的可旋轉布置結構,降低圖像上的莫爾效應,提高指紋特征的識別率;專利US20180357462A1,通過加入圓形偏振器吸收從顯示器反射的光,從而減少不需要的反射,提高信號檢測準確性;專利US20180373361A1,通過傳感器中加入的控制器,接收控制信號,以調節感測參數從而避免潛在的電干擾和光干擾等。
         
        3.2 匯頂科技—推動屏下光學指紋技術規?;逃玫呢暙I者
         
               匯頂科技,2018年3月開始屏下光學指紋識別技術的規?;逃?,截至2018年年底,包括vivo、華為、小米、一加、聯想等知名終端品牌廠商都已經在其產品上搭載該項新技術。
         
               本文以匯頂科技為vivo NEX旗艦版和HUAWEI Mate RS保時捷獨家提供的光學指紋方案作為研究對象,以此檢索、分析產品應用背后的專利技術。
         
        (1).Vivo NEX旗艦版
         
               匯頂科技官方介紹指出2018年6月12日起售的Vivo NEX旗艦版所搭載的匯頂屏下光學指紋方案,優化了指紋模組設計,開創性地將屏下指紋芯片設計為終端產品中的獨立器件,指紋模組無需再與屏幕貼合,為整機釋放更多空間【2】。
         
               筆者進一步檢索專利發現,匯頂科技在2018年2月6日申請了名為“屏下生物特征識別裝置、生物特征識別組件和終端設備”的發明專利(CN108323207A),該專利正是解決屏幕下生物特征識別模組和OLED屏幕固定在一起出現的維修難,易損壞屏幕,且貼合工藝成本高等問題,保護方案包括在生物特征識別模組與顯示屏之間存在間隙,通過一固定架(中框),將識別模組固定設置在顯示屏的下方,實現生物特征識別模組與顯示屏下表面的分離設計(如圖10所示),降低拆卸生物特征識別模組的難度,提高終端設備的可維修性。2018年6月15日又申請了實用新型專利CN208027381U,保護的同樣是在生物識別裝置中加入一固定架即終端設備的中框,實現
         
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        圖10 一種屏下生物特征識別裝置的示意性設計圖
         
               可見,匯頂科技作為終端產品的屏下光學指紋識別方案提供商,對于提供的最新方案所采用的新科技已積極進行專利布局,以最大可能保護創新成果。
         
        (2).HUAWEI Mate RS保時捷
         
               HUAWEI Mate RS保時捷設計選擇搭載由匯頂科技獨供的屏內光學指紋方案(IN-DISPLAY FINGERPRINT SENSOR)【3】,該款產品設計采用創新多級動態壓感屏內指紋技術,識別更準確,解鎖更迅速,智能學習用戶按壓力度,使用愈久,識別愈準【4】。
         
               專利檢索,同樣發現了創新的蹤影。作為屏內指紋識別技術提供商的匯頂科技于2017年6月2日已申請含有該技術的相關專利“指紋芯片封裝模組、指紋識別模組和封裝方法”(CN107438855A),該專利指出指紋識別芯片封裝模組包括指紋識別芯片201和N個壓阻式傳感器202(如圖11所示),通過壓阻式傳感器獲取用戶作用在指紋識別芯片上的壓力,可以減少校準壓阻式傳感器的次數和噪聲,還可以提高所使用的壓阻式傳感器的靈敏度,以識別更多等級的壓力。
         
         
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        圖11 一指紋芯片封裝模組的結構示意框圖
         
               通過上述兩款產品及對應的專利技術,我們了解產品背后屏下光學指紋識別技術的同時,也可得知,正是匯頂科技的研發投入及終端廠商的全力合作,才使得2018年成為了屏下光學指紋技術規模商用元年【5】,匯頂科技為該項技術的規?;逃米龀隽送怀鲐暙I。
         
        3.3 思立微—OPPO R17調焦結構單芯片指紋方案提供商
         
               思立微,在過去的2018年成為了屏下指紋識別技術領域的一匹“黑馬”,吸引了行業內眾多眼球。技術上最為突出的是其調焦結構的單芯片指紋方案獲得OPPO手機廠商信賴,成功應用于OPPO首款配置光感屏下指紋解鎖的旗艦機型R17中【6】,該機型于2018年8月23日開售。
         
               檢索專利發現,具有調焦結構的指紋識別技術同樣得到了專利保護。具體為2018年5月22日思立微申請的“指紋識別方法、光學指紋識別模組及電子設備”(CN108764103A)。該專利涉及的識別模組包括支架2,運動載座4,光學透鏡3,以及由導軌5、線圈6和永磁體構成的動力源和光學指紋傳感單元8(如圖12所示)
         
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        圖12 光學指紋識別模組的結構剖視圖
         
               在該模組中,光學透鏡3的位置可以調節,通過調節光學透鏡的位置調節光學指紋識別模組的焦距。因此,當用戶手指接觸或靠近電子設備的顯示屏時,光學指紋識別模組可以通過調節光學透鏡的位置來調節光學指紋識別模組的焦距,從而采集到清晰的指紋圖像。
         
               該專利同樣對如何獲取清晰度更高的指紋識別方法進行了保護申請,流程如下:
         
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        圖13 指紋識別方法流程圖
         
         
         
        4結語
         
               伴隨著全面屏手機的推廣盛行,屏下指紋識別技術得到快速發展,取得諸多創新突破。當前,光學指紋識別已經規?;逃?,并在成像清晰度、模組設計、多級動態壓感、調焦結構等方面持續改進;國內外廠商(例如,匯頂科技、思立微、Synaptics)加緊專利布局,通過專利布局實現技術與市場的壟斷,未來可能爆發更大規模的專利戰;屏下超聲波與DFS全屏幕指紋識別有待研究,可能成為未來的發展趨勢。
         
               最后,筆者對中國企業在屏下指紋識別技術領域取得世界矚目成績表示欽佩與贊賞的同時,不禁想借用古人的話,對互訴的兩家優秀企業說一句:“本自同根生,相煎何太急?市場誠可貴,未來更可期!”。
         
        北京品源知識產權管理咨詢公司 蔣一明
         
         
        參考文獻:
         
        [1] 百度經驗.屏下指紋[EB/OL].https://jingyan.baidu.com/.
         
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        [3] 匯頂科技.厲害了!匯頂科技屏內光學指紋獲華為Mate RS保時捷設計商用[EB/OL].[2018-03-27] https://www.goodix.com/news/detail1921.html
         
        [4] 華為.HUAWEI Mate 20 RS 保時捷設計[EB/OL].https://consumer.huawei.com/cn/phones/porsche-design-mate20-rs/
         
        [5] 匯頂科技.向小米8周年致敬 匯頂屏下指紋又雙叒獲商用![EB/OL].[2018-05-31] https://www.goodix.com/news/detail1998.html
         
        [6] MEMS.光學指紋識別讓思立微成為“屏下”焦點[EB/OL].[2018-12-20] http://www.sohu.com/a/283319056_256868