技術的な問題を克服すれば、LCD画面は指紋認証にも使用できます

「オフスクリーン指紋認証機能を備えた携帯電話は、携帯電話の指定されたエリアを直接押すことで指紋認証のプロセスを完了することができます。」と、第一携帯電話研究所の院長である孫延彪氏は指摘しました。この設計により、物理ボタンによってスクリーンパネルが余分に占有されることがなくなり、携帯電話の画面比率が増加し、表示性能が向上します。

指紋認証技術には、主に3種類の技術があります。それは、静電容量式指紋認証、光学指紋認証、超音波指紋認証です。では、どの指紋認証技術が画面下の指紋ロック解除に最適なのでしょうか？

「超音波指紋認証は強い透過性を持ち、金属やガラスなどの一般的な携帯電話の素材を透過することができますが、現在その市場シェアは低く、研究開発も難しいです。静電容量式指紋認証技術は成熟していますが、指が濡れている場合に誤動作することがあり、認識率が低いという問題があります。また、厚い物を透過することができません。」と、天馬マイクロエレクトロニクスの研究開発シニアディレクターである李俊毅氏は述べました。光学指紋認証技術はより成熟しており、速い認識が可能です。現在の技術と市場の観点からは、光学指紋認証が携帯電話の画面下の指紋認証問題を解決するのに最適です。

光学指紋認証技術の原理は光の屈折と反射を利用する

指紋認証技術は、画面を押すと、画面が指の領域を照らす光を発し、その照射された光が画面のピクセルの隙間を通じて近くにあるセンサーに反射して戻り、得られた指紋画像と最初に入力された画像を比較し、最終的に認識・判断します。光学スクリーン下の指紋認証は周囲光の干渉を効果的に避け、複雑な環境でも安定性が良いです。

光学スクリーン下の指紋認証にはOLEDスクリーンが必要だった理由

従来、スマートフォンに適用される光学スクリーン下の指紋認証は、OLEDスクリーンとの協力が必要でした。それでは、なぜLCDスクリーンでは完了できなかったのでしょうか？

「光学指紋認証にはセンサーとレンズの間の距離に関する特定の要件があります。」と李俊毅氏は説明しました。「従来のLCDスクリーンには複雑な構造があり、バックライトモジュールがバックライトを提供する必要があります。まさにこのバックライトモジュールがLCDスクリーンの光の透過を妨げ、画面下の指紋認証ができなくなってしまうのです。OLEDスクリーンはバックライトを発する必要がなく、より薄く、光の透過率が良いため、OLEDスクリーンの下で指紋認識センサーはユーザーの指紋を照らして反射する光を正確にキャッチし、スムーズに指紋認識を実現できるのです。」

赤外線イメージング技術が低コストのLCDスクリーンの再評価を助ける

「OLEDスクリーンは光学スクリーン下の指紋認証において優れた性能を持っていますが、コストの面では、LCDスクリーンの方が製造コストが低く、寿命も長いです。」と孫延彪氏は述べました。

スマートフォンの機能と性能は常に進化しています。LCDスクリーンはスマートフォンの重要な構成要素の一つであり、小さな穴開きや高リフレッシュレートなどの新しい技術がLCDスクリーンの付加価値を増加させており、多くのメーカーがLCDスクリーンに対応するオフスクリーン指紋認証技術を開発し始めています。

今年の1月初め、天馬マイクロエレクトロニクスは、米国の消費者電子機器ショーで、LTPS LCD技術に基づくオフスクリーン指紋認証技術を展示しました。数日前、Redmiブランドの総経理であるル・ウェイビン氏がWeiboで発表した情報によると、RedmiのR&DチームもLCDスクリーンでオフスクリーン指紋ロック解除を実現し、量産を開始したと述べました。

「バックライトが存在するため、LCDスクリーンが可視光で光学的な指紋認証を実現しようとすると、透過性が悪く、バックライトの干渉という問題に直面します。」と孫延彪氏は説明しました。

赤外線イメージング技術による解決策

業界から以前に発表された解決策によると、画面下の赤外線イメージング技術を使用することで上記の問題を解決することができます。具体的には、赤外線送信機、赤外線指紋受信機、赤外線光学材料システムを使用し、赤外線透過率と指紋イメージングの感度を大幅に向上させ、最終的に高い認識レベルを実現するものです。

李俊毅氏は、「表示効果を確保した上で、より良い赤外線透過率と指紋認識効果を実現するためには、LCDスクリーンの光学フィルムとガラスを最適化し、フィルム構造を変更して赤外線の透過率を向上させる必要があります。」と説明しました。さらに、指紋認識性能を向上させるためには、画面下の特定の位置にあったセンサーと赤外線信号送信機も特別に改良する必要があります。

ラボでの突破はあくまで第一歩

「画面下指紋LCDスクリーンは、通常のLCDスクリーンよりも全体的なコストが少し高いですが、画面下指紋OLEDスクリーンよりもコスト面で有利です。LCDスクリーンに画面下指紋認証機能を組み込むことによって、これらは従来のLCDスクリーンに比べてカスタマイズされており、将来的に本格的な量産を実現するためには、上流と下流のメーカー間の緊密な協力が必要で、端末ブランドの供給チェーンの管理と制御能力に高い要求を突きつけることになります。」と李俊毅氏は言いました。