小米的LCD屏下指纹解锁技术解密
·日前，小米爆料lcd屏下指纹技术具备可量产性，再加上早先汇顶对外透露的lcd屏下指纹解锁技术量产消息，已经有两家公司具备量产能力，技术运用指日可待。
集微网消息，3月9日，redmi红米总经理卢伟冰在微博上发布了一则重磅消息，即redmi的研发团队已经在lcd屏幕上实现了屏下指纹解锁，并称具备可量产性，同时还配有演示视频。
现有的指纹识别技术主要有电容式指纹识别、光学式屏幕指纹识别和超声波式指纹识别这三种，关于光学式屏幕指纹识别和超声波式指纹识别在之前的专利解密系列中有过介绍。但是目前这些技术都只在oled屏上所使用，为何lcd屏无法完成现有的指纹识别技术呢？
这是由于lcd屏幕和oled屏幕的结构差异所造成的，由于lcd屏幕不能自己发光，所需需要背光模组来提供背光，也正是这层背光模组阻碍了屏下指纹的识别，因此想要实现lcd屏的指纹识别就要彻底对于传统的方案进行技术创新！
为了攻克这个难题，小米在17年5月31日申请了一项名为“lcd面板、lcm、指纹识别方法、装置及存储介质”的发明专利（申请号：201710405301.6），申请人为北京小米移动软件有限公司。
根据目前公开的专利资料，让我们一起来看看这项lcd指纹解锁方案吧。
如上图为lcd面板的结构示意图，该lcd面板包括背光源1、cf层2和红外光检测单元3，如下图（左上）所示，背光源还包括用于发射红外光的红外灯11，如下图（右上）所示，cf层包括多个滤光片21，图下图（正下）所示，红外光检测单元包括红外光检测阵列31，红外光检测阵列包括多个红外光检测器311，这些检测器就是用于检测红外光的。
背光源用于为lcd面板提供充足的亮度与分布均匀的平面光源，使得lcd面板能够正常显示画面。由于lcd面板中的各个组件对红外光有较高的透过率，因此背光源中的红外灯11发射的红外光可以顺利穿透该lcd面板到达手指。
cf层用于显示画面，射入cf层的光可以经由cf层中的多个滤光片转变混合成不同颜色的光，从而形成各种画面。
红外光检测器中的每个红外光检测器可以通过对应的tft（薄膜晶体管）来检测红外光，例如可以对红外光检测器对应的tft的栅极施加电压，以开启该tft，该tft开启后，再向该tft的源极施加电压，则红外光检测器可以检测红外光，这些红外光就代表了用户输入的指纹信息，因此这个红外光检测器是整个系统中极为关键的一部分！
如何具体进行指纹检测呢？安装有lcd面板的手机在进行指纹、掌纹等手纹的识别时，用户无需使用额外的物理按键来进行识别（例如我们熟知的前置或者后置指纹），而是可以直接通过位于lcd面板的显示区域内的红外光检测阵列来进行识别。
这样设计的好处，则是而可以避免物理按键对lcd面板的额外占用，增大屏幕在lcd面板上占用的面积，进而增大了手机的屏占比，提高了手机的显示性能。
接下来我们再来看看液晶显示模组（lcm）的结构吧，如下图所示。
可以看到该lcm包括我们刚刚介绍的lcd面板61以及驱动电路，知道了lcd面板的结构及功能，这里主要介绍驱动电路，这个驱动电路主要是用于驱动红外灯以及红外检测器以便于完成指纹识别。
在lcd面板的介绍中提及用户可以直接在手机屏幕上进行指纹检测，利用红外检测器来捕捉用户的指纹，这个过程具体是怎样的呢？
当设备检测到用户进行指纹识别的触摸操作时，用户的手指正贴近在lcd面板上，所以此时可以使用背光源中的红外灯和多个红外光检测器来进行指纹识别。由于手指的表皮层和真皮层对红外光的反射时间不同，并且红外光在手指的表皮层和真皮层的各个纹线处反射后会形成强度不同的反射光，因此可以根据多个红外光检测器检测到反射光的时间和检测到的反射光的强度，确定指纹图像中表皮层和真皮层的纹线位置，确定指纹图像中表皮层和真皮层的纹线位置后，也就得到了该指纹图像。这也就是利用红外来检测指纹的原理所在。
最后我们再整体来了解一下指纹识别的整个流程。
首先，当检测到用户进行指纹识别的触摸操作时，驱动电路驱动红外灯，通过背光源中的红外灯发射红外光。
其次，通过红外光检测器检测该红外灯发射的红外光的反射光。
最后，根据多个红外光检测器的位置、多个红外光检测器检测到反射光的时间和检测到的反射光的强度，确定指纹图像。
以上就是小米发明的屏下指纹技术，可以看到该方案中主要介绍了配置在lcd面板中的各种组件是如何进行指纹检测的，在检测到用户的指纹图像后，后续还要和存储在手机内部的用户指纹信息进行比对，才能完成整个检测过程！
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这是由于lcd屏幕和oled屏幕的结构差异所造成的，由于lcd屏幕不能自己发光，所需需要背光模组来提供背光，也正是这层背光模组阻碍了屏下指纹的识别，因此想要实现lcd屏的指纹识别就要彻底对于传统的方案进行技术创新！
为了攻克这个难题，小米在17年5月31日申请了一项名为“lcd面板、lcm、指纹识别方法、装置及存储介质”的发明专利（申请号：201710405301.6），申请人为北京小米移动软件有限公司。
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如上图为lcd面板的结构示意图，该lcd面板包括背光源1、cf层2和红外光检测单元3，如下图（左上）所示，背光源还包括用于发射红外光的红外灯11，如下图（右上）所示，cf层包括多个滤光片21，图下图（正下）所示，红外光检测单元包括红外光检测阵列31，红外光检测阵列包括多个红外光检测器311，这些检测器就是用于检测红外光的。
背光源用于为lcd面板提供充足的亮度与分布均匀的平面光源，使得lcd面板能够正常显示画面。由于lcd面板中的各个组件对红外光有较高的透过率，因此背光源中的红外灯11发射的红外光可以顺利穿透该lcd面板到达手指。
cf层用于显示画面，射入cf层的光可以经由cf层中的多个滤光片转变混合成不同颜色的光，从而形成各种画面。
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