CN111627378B - 具有用于亮度补偿的光学传感器的显示器 - Google Patents

具有用于亮度补偿的光学传感器的显示器 Download PDF

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Abstract

本公开涉及具有用于亮度补偿的光学传感器的显示器。为了帮助避免在该显示器的操作期间由烧屏引起的可见伪影，可将补偿电路用于补偿该显示器的图像数据。光学传感器可包括在该像素后面以直接测量像素亮度水平。该光学传感器可将来自测试操作的光学传感器数据提供给该补偿电路。该光学传感器可在烧屏测试操作期间收集数据。在该烧屏测试操作期间，包括高使用率像素和低使用率像素两者的像素组可在该光学传感器收集数据时顺序地发射光。该高使用率像素和该低使用率像素之间的亮度差异可用于表征该显示器中的像素老化并且补偿图像数据以减轻由烧屏引起的可见伪影。该光学传感器还可在全局亮度测试操作期间收集数据。

Description

具有用于亮度补偿的光学传感器的显示器
背景技术
本公开整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有显示器的电子设备。
电子设备通常包括显示器。例如，电子设备可具有基于发光二极管像素的发光二极管(LED)显示器。在这种类型的显示器中，每个像素都包括发光二极管和薄膜晶体管，薄膜晶体管用于控制向发光二极管施加信号以产生光。发光二极管可包括定位在阳极和阴极之间的OLED层。为了从发光二极管显示器中的给定像素发射光，可向给定像素的阳极施加电压。
正是在这种情况下，产生本文的实施方案。
发明内容
电子设备诸如腕表设备或其他设备可具有显示器。显示器可用于显示信息诸如表盘信息。例如，在腕表设备工作期间，表盘图像可连续地显示在显示器上。
显示器上的表盘图像可包含表盘元素，诸如表盘指针、表盘时标(刻度标记)和表盘复杂功能块。显示器可包括像素阵列。像素可以是易受老化效应(烧屏(burn-in))影响的发光二极管像素。为了帮助避免在显示器的操作期间由烧屏引起的可见伪影，可将补偿电路用于补偿显示器的图像数据。
光学传感器可包括在显示器中以直接测量像素亮度水平。光学传感器可将来自测试操作的光学传感器数据提供给补偿电路。补偿电路继而可使用(除了使用历史信息之外的)光学传感器数据来补偿显示器的图像数据。
光学传感器可在烧屏测试操作期间收集数据。在烧屏测试操作期间，包括高使用率像素和低使用率像素两者的像素组可在光学传感器收集数据时顺序地发射光。由光学传感器在高使用率像素和低使用率像素之间观察到的亮度差异可用于表征显示器中的像素老化并且补偿图像数据以减轻由烧屏引起的可见伪影。
光学传感器还可在全局亮度测试操作期间收集数据。在全局亮度测试操作期间，可显示预先确定的测试图案。光学传感器可用于基于预先确定的测试图案的亮度来检测显示器中的亮度随时间推移的下降。补偿电路还可使用该信息来补偿显示器的图像数据。
附图说明
图1是根据一个实施方案的具有显示器的例示性电子设备的示意图。
图2是根据一个实施方案的示例性显示器的示意图。
图3为根据实施方案的显示在显示器上的例示性表盘的图示。
图4是根据实施方案的显示器的峰值亮度与使用的关系的例示性曲线的图。
图5是根据实施方案的包括显示面板下方的光学传感器的例示性电子设备的横截面侧视图。
图6是根据实施方案的示出光学传感器可如何被表盘元素重叠的例示性显示器的顶视图。
图7是根据实施方案的具有补偿电路的例示性电子设备的示意图，该补偿电路基于使用历史信息和光学传感器数据来补偿像素数据。
图8是根据实施方案的示出像素组可如何在烧屏测试操作期间顺序地发射光的例示性显示器的顶视图。
图9是根据实施方案的用于在烧屏测试操作期间操作电子设备的例示性方法步骤的流程图。
图10是根据实施方案的示出可如何在全局亮度测试操作期间显示预先确定的图案的例示性显示器的顶视图。
图11是根据实施方案的用于在全局亮度测试操作期间操作电子设备的例示性方法步骤的流程图。
图12是根据实施方案的示出用于操作补偿电路的例示性方法步骤的流程图，该补偿电路基于使用历史信息和光学传感器数据来补偿像素数据。
图13是根据实施方案的示出用于在环境光感测和测试操作期间操作光学传感器的例示性方法步骤的流程图。
图14是根据实施方案的例示性电子设备的横截面侧视图，该例示性电子设备包括显示面板下方的光学传感器以及用于将光引导到光学传感器的波导。
具体实施方式
图1中示出了可具有显示器的类型的例示性电子设备。电子设备10可为计算设备诸如膝上型计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、蜂窝电话、媒体播放器或其他手持式或便携式电子设备、较小的设备(诸如腕表设备、挂式设备、耳机或听筒设备、被嵌入在眼镜中的设备或者佩戴在用户的头部上的其他设备，或其他可穿戴式或微型设备)、显示器、包含嵌入式计算机的计算机显示器、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、嵌入式系统(诸如其中具有显示器的电子设备被安装在售货亭或汽车中的系统)、或其他电子设备。电子设备10可具有一副眼镜(例如，支撑框架)的形状，可形成具有头盔形状的外壳，或者可具有用于帮助将一个或多个显示器的部件安装和固定在用户的头部上或眼睛附近的其他构型。
如图1所示，电子设备10可包括控制电路16用于支持设备10的操作。控制电路16可包括存储器，诸如硬盘驱动器存储器、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态随机存取存储器或动态随机存取存储器)等等。控制电路16中的处理电路可用于控制设备10的操作。该处理电路可基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器、电源管理单元、音频芯片、专用集成电路等。
设备10中的输入-输出电路诸如输入-输出设备12可用于允许将数据提供至设备10，并且允许将数据从设备10提供至外部设备。输入-输出设备12可包括按钮、操纵杆、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、扬声器、音频发生器、振动器、相机、传感器、发光二极管和其他状态指示器、数据端口等。用户可由通过输入-输出设备12的输入资源供应命令来控制设备10的操作，并且可使用输入输出设备12的输出资源从设备10接收状态信息和其他输出。
输入-输出设备12可包括一个或多个显示器，诸如显示器14。显示器14可为包括用于采集来自用户的触摸输入的触摸传感器的触摸屏显示器，或者显示器14可对触摸不敏感。显示器14的触摸传感器可基于电容性触摸传感器电极的阵列、声学触摸传感器结构、电阻性触摸部件、基于力的触摸传感器结构、基于光的触摸传感器，或其他合适的触摸传感器布置。用于显示器14的触摸传感器可由在具有显示器14的显示像素的公共显示器基底上形成的电极形成，或可由与显示器14的像素重叠的的独立触摸传感器面板形成。如果需要，显示器14可对触摸不敏感(即，触摸传感器可被省略)。电子设备10中的显示器14可以是抬头显示器，其可在不需要用户远离典型视点的情况下观看，或者可以是结合到佩戴在用户头部的设备中的头戴式显示器。如果需要，显示器14也可以是用于显示全息图的全息显示器。
可使用控制电路16来在设备10上运行软件，诸如操作系统代码和应用程序。在设备10的操作期间，运行在控制电路16上的软件可在显示器14上显示图像。
显示器14可以是有机发光二极管显示器、由各自由晶体半导体模片形成的分立的发光二极管的阵列形成的显示器、或任何其他合适类型的显示器。其中显示器14的像素包括发光二极管的配置在本文中有时作为示例来描述。然而，这仅为例示性的。如果需要，可针对显示器10使用任何合适类型的显示器(例如，液晶显示器)。
在一些情况下，电子设备10可以是手表设备。手表设备的显示器14可以定位于壳体中。手表设备可被耦接到壳体。
图2为例示性显示器14的图示。如图2所示，显示器14可包括层，诸如基底层26。基底层诸如层26可由矩形平面材料层或具有其他形状(例如，圆形或具有一个或多个弯曲边缘和/或直边缘的其他形状)的材料层形成。显示器14的基底层可包括玻璃层、聚合物层、硅层、包括聚合物材料和无机材料的复合膜、金属箔等。
显示器14可具有用于为用户显示图像的像素22的阵列，诸如像素阵列28。阵列28中的像素22可被布置成行和列。阵列28的边缘可以是直的或者弯曲的(即，阵列28中的像素22的每行和/或像素22的每列可具有相同的长度或者可具有不同的长度)。在阵列28中可存在任何合适数量的行和列(例如，十个或更多个、一百个或更多个，或者一千个或更多个等等)。显示器14可包括不同颜色的像素22。例如，显示器14可包括红色像素、绿色像素、和蓝色像素。也可使用其他颜色的像素，诸如青色、品红色和黄色。
显示驱动器电路20可用于控制阵列28的操作。显示驱动器电路20可由集成电路、薄膜晶体管电路、和/或其他合适的电路形成。图2的示例性显示驱动器电路20包括显示驱动器电路20A、和附加显示驱动器电路诸如栅极驱动器电路20B。栅极驱动器电路20B可沿显示器14的一个或多个边缘形成。例如，栅极驱动器电路20B可沿显示器14的左侧和右侧布置，如图2所示。
如图2所示，显示驱动器电路20A(例如，一个或多个显示驱动器集成电路、薄膜晶体管电路等)可包含用于通过信号路径24与系统控制电路进行通信的通信电路。路径24可由柔性印刷电路上的迹线或其他缆线形成。控制电路可被定位在电子设备10中的一个或多个印刷电路上。在操作期间，控制电路(例如，图1的控制电路16)可为电路诸如电路20中的显示驱动器集成电路提供图像数据，以用于使图像被显示在显示器14上。图2的显示驱动器电路20A被定位在显示器14的顶部处。这仅是例示性的。显示驱动器电路20A可被定位在显示器14的顶部和底部两者处，或者被定位在设备10的其他部分中。
为了在像素22上显示图像，显示驱动器电路20A可在通过信号路径30向支持性显示驱动器电路诸如栅极驱动器电路20B发出控制信号时将对应图像数据供应到数据线D。利用图2的示例性布置，数据线D竖直延伸穿过显示器14，并且与像素22的相应列相关联。
栅极驱动器电路20B(有时被称为栅极线驱动器电路或水平控制信号电路)可使用一个或多个集成电路来实现，和/或可使用基底26上的薄膜晶体管电路来实现。水平控制线G(有时被称为栅极线、扫描线、发射控制线等)水平延伸穿过显示器14。每个栅极线G与像素22的相应行相关联。如果需要，可存在多个水平控制线诸如与像素的每行相关联的栅极线G。显示器14中的单独控制的信号路径和/或全局信号路径也可用于发布其他信号(例如，电源信号等)。
栅极驱动器电路20B可断言显示器14中的栅极线G上的控制信号。例如，栅极驱动器电路20B可在路径30上接收来自电路20A的时钟信号和其他控制信号，并可响应于所接收到的信号，从阵列28中的像素22的第一行中的栅极线信号G开始顺序断言栅极线G上的栅极线信号。在每个栅极线被断言时，来自数据线D的数据可被加载到像素的对应行中。通过这种方式，控制电路诸如显示驱动器电路20A和20B可为像素22提供用于指示像素22在显示器14上显示期望图像的信号。每个像素22可具有对来自显示驱动器电路20的控制信号和数据信号进行响应的发光二极管和电路(例如，基底26上的薄膜电路)。
栅极驱动器电路20B可包括栅极驱动器电路块，诸如栅极驱动器行块。每个栅极驱动器行块可包括电路诸如输出缓冲器和其他输出驱动器电路、寄存器电路(例如，可链接在一起形成移位寄存器的寄存器)，以及信号线、电力线和其他互连器。每个栅极驱动器行块可向显示器14的有效区域中的像素阵列的对应像素行中的一个或多个相应栅极线提供一个或多个栅极信号。
可能有利的是在显示器14上长时间显示信息。例如，当设备10为腕表时，可能期望每当设备10正在工作以及正被用户戴着时，在显示器14上连续或几乎连续地显示表盘图像。通过长时间(例如，不间断持续至少100秒、至少10分钟、至少100分钟、至少10小时、至少100小时、少于50小时或其他长时间段)显示表盘图像，设备10的用户将方便地被提供以表盘信息并且将不需要进行任何特定运动(例如，腕部运动)来打开表盘(例如，表盘可连续地显示，而不是响应于以加速度计或其他运动传感器测量的用户身体活动而短暂地显示)。在设备10上存在连续显示的表盘图像也可增强设备10的外观。
然而，在显示表盘图像持续长时间时，存在烧屏的风险，在烧屏中，显示器14的像素由于受损而劣化。例如，当像素以高亮度工作持续长时间时，可经历像素受损。对于不同颜色的子像素，可不同地经受像素受损(有时被称为像素老化)。例如，红色像素(有时称为红色子像素)可以与蓝色和绿色像素(子像素)不同的速率受损。像素受损作为输出光强度的函数可为非线性的。例如，以亮度L工作持续一时间段T的像素可经历比以亮度L/2工作持续该时间段T的像素不止多两倍的受损。像素受损可根据工作时间而累积。例如，在三个连续的断开的时间段T工作的像素可能与工作持续长度为3T的单个时间段的像素受损相同的量。
基于这些考虑，可降低或消除可见的烧屏效应。例如，可通过跟踪随时间推移的像素使用并且补偿每个像素的使用来减少或消除烧屏效应。这种类型的预测补偿可减轻显示器中的可见烧屏效应。可通过使用光学传感器主动测量烧屏效应来实现显示器中可见烧屏效应的进一步减轻。光学传感器可定位在显示器下方，并且可检测不同像素之间的亮度水平差异。因此，光学传感器数据可用于烧屏效应的主动补偿。
作为示例，考虑图3的例示性表盘图像。如图3所示，表盘图像31可包括背景，诸如背景32。背景32可为黑色，可具有非中性颜色(例如，红色、绿色、蓝色、黄色等)，可为灰色，可为白色，可包含静态或活动图像诸如人的照片、图形图像(例如，动画)、相机图像、装饰性图案或其他合适的背景内容。使用暗的背景色诸如黑色或深灰色可帮助降低功耗。
表盘图像31也可包含时间时标34，诸如小时时标36和分钟时标38。时标34(有时可被称为刻度标记)可用于帮助表示一天中各个小时的位置。如果需要，时标34可包含相关联的小时标记(例如，用于对表盘上3:00刻度标记加标签的“3”等等)。表盘图像31具有指针42，诸如分针46、时针44和秒针(如果需要的话)。指针42围绕中心表盘元素40(例如，按顺时针方向)移动，使得指针42的位置可与时标34的位置进行比较，由此用来指示一天中的当前时间。如果需要，表盘图像31还可包含复杂功能块，诸如复杂功能块48或其他辅助内容。复杂功能块48可包括天气信息、可选择图标、温度信息、倒计时计时器、用于启动应用程序的可选择按钮、飞行状态信息、股票价格、体育得分和/或其他信息。该信息可显示在显示器14的角部，显示在显示器的中央(例如，在由时标34形成的环内)，并且/或者显示在表盘图像31内的其他合适位置。
像素老化的速率可变化。由于多种因素(例如，制造期间存在的条件)，每个显示器可具有独特的老化速率。图4是示出该现象的峰值亮度随使用而变化的图。曲线50示出了第一电子设备中的第一显示器的老化曲线。曲线52示出了第二电子设备中的第二显示器的老化曲线。曲线54示出了第三电子设备中的第三显示器的老化曲线。如图4所示，每个显示器老化的速率略有不同。在显示器寿命开始时，可能难以确定显示器的精确老化曲线。然而，随着使用增加，老化曲线的差异可以是能够检测的。可包括光学传感器以帮助确定特定显示器的老化曲线并且基于识别的老化曲线来补偿像素。
图5为包括显示器下方的光学传感器60的例示性电子设备的横截面侧视图。如图所示，电子设备10包括具有在基底26上形成的像素22的显示器14。基底26和像素22可统称为显示面板29。基底26可包括一个或多个玻璃层、聚合物层、硅层、包括聚合物和无机材料的复合膜、金属箔等。像素22可为有机发光二极管(OLED)像素或另一期望类型的像素。
像素22可沿方向62(例如，沿正Z方向)朝向观看者64发射光，观看者沿方向66看去以观看显示器。然而，像素22还可沿方向68(例如，沿负Z方向)发射一些光。光学传感器60可定位在显示面板29下方。因此，光学传感器60可检测由像素沿方向68朝向光学传感器发射的光的亮度。随着显示器像素由于受损而随时间推移劣化，可由光学传感器60跟踪像素亮度以用于补偿目的。
光学传感器60也可用于感测环境光。如图5所示，环境光可从电子设备的外部沿方向70行进穿过显示面板29。显示面板29可阻挡大多数环境光。然而，某些环境光(72)可穿过显示面板，在该显示面板处由光学传感器60所感测。显示面板29的透射率可小于20％、小于10％、小于5％、小于3％等。然而，即使该小部分的环境光也可足以使光学传感器60确定电子设备10周围的环境光的亮度。
光学传感器60可以是相机、接近传感器、环境光传感器、指纹传感器或其他基于光的传感器。光学传感器可包括用于感测光的一个或多个光电二极管，并且可任选地具有多于一个颜色通道。
在电子设备的操作期间，光学传感器60可用作测量环境光水平的环境光传感器。该信息可用于例如控制显示器的总体亮度(例如，当环境光水平较高时可增加显示器亮度，并且当环境光水平较低时可降低显示器亮度)。此外，光学传感器60可间歇性地用于基于一个或多个像素22的亮度水平来获得校准数据。如前所述，连续显示单个图像诸如图3中的表盘图像31可导致一些像素比其他像素老化得更快。光学传感器60可识别像素之间的亮度差异以表征像素老化并且最终补偿像素老化。
图6是显示器14的一部分的顶视图，该部分显示了图3的表盘图像的一部分。具体地，小时时标36和两个分钟时标38显示在显示器14的该部分中。在显示器的整个寿命中，表盘图像可长时间显示。这可导致用于显示小时时标36和分钟时标38的像素比显示背景32的像素老化得更多。因此，在时标36和38的像素已老化之后，即使在尝试显示均匀图像时，显示器也可能具有不均匀性。例如，图6可示出显示器尝试显示均匀白色图像的场景。然而，因为时标区域36和38中的像素比其他像素老化得更多，所以时标区域36和38中的像素可能比其他像素更暗(如交叉阴影线区域所指示)。这使得即使当显示器尝试提供均匀图像时，时标36和38还是看起来不同于背景。这种现象可被称为重影(ghosting)。
光学传感器60可被定位成与背景像素32和小时时标36中的预期高使用率像素两者重叠。这使得光学传感器能够主动测量高使用率像素和低使用率像素之间由老化引起的亮度劣化。光学传感器60与表盘图像的小时时标36重叠的示例仅为例示性的。一般来讲，光学传感器60可定位在显示器中预期包括高使用率像素和低使用率像素两者的任何位置。例如，光学传感器60可与表盘图像31的任何表盘元素重叠。将光学传感器60定位成与高使用率像素和低使用率像素两者重叠，允许光学传感器更好地确定老化效应。
在不存在光学传感器60的情况下，像素使用信息可用于预测地补偿像素受损。然而，像素受损的确切速率根据显示器而变化(如结合图4所示)。因此，在不存在光学传感器60的情况下，预测补偿可能不如期望的准确，并且可能随时间推移(随着使用增加并且预测的老化曲线与实际老化曲线之间的差异增加)而变得不太准确。
然而，在存在光学传感器60的情况下，光学传感器数据可用于主动检测实时的像素老化。通过将以相同目标亮度水平显示的高使用率像素的实际亮度与低使用率像素的实际亮度(例如，峰值亮度下的均匀图像)进行比较，光学传感器60可测量老化的实时效应。该实时光学传感器数据可用于在显示器的操作期间补偿像素数据。
图7是示出如何用补偿电路来使用像素使用历史信息和光学传感器数据补偿像素数据的示意图。如图7所示，设备10包括补偿电路74。补偿电路74可将像素数据作为输入接收。针对给定帧，像素数据可包括显示器中的每个像素的相应亮度值。像素数据(有时被称为像素亮度值、像素帧数据、图像数据等)可由图形处理单元(GPU)或任何其他期望的设备部件(例如，控制电路16中的部件)提供。补偿电路74也可被认为是图1中的控制电路16的一部分。
除了像素数据(有时被称为原始像素数据或未补偿像素数据)之外，补偿电路74还接收使用历史信息和光学传感器数据。在设备10操作期间，控制电路16中的存储器(例如，与应用处理器相关联的系统存储器、图形处理单元存储器、显示驱动器集成电路存储器和/或设备10中的其他存储装置)可用于维持显示器14的像素的使用历史信息。可利用任何合适的度量来测量像素使用。例如，可根据亮度(例如，非线性受损函数或其他合适的函数可用于根据亮度来测量像素受损)和/或使用时间(例如，线性函数或其他合适的函数可用于根据使用时间来测量像素受损)对像素使用值进行加权。最终，像素使用信息可存储在任何期望的存储器中，然后被提供给补偿电路74，其中该补偿电路使用该使用历史信息来补偿接收到的像素数据。
除了像素使用历史信息之外，补偿电路还可基于光学传感器数据来补偿像素数据。光学传感器数据可以是例如来自测试操作的数据，在该测试操作中，像素被测试以识别不同像素之间的老化的实际效应。观察到的老化可用于细化利用使用历史信息来执行的预测补偿。例如，光学传感器数据可用于识别显示器的老化曲线(例如，图4中的曲线中的一个曲线)。所识别的老化曲线可用于改善利用使用历史信息来执行的后续预测补偿的效果。该补偿可以是考虑到像素之间不同的使用的局部补偿。
光学传感器数据也可由补偿电路74用于全局亮度补偿。例如，可在显示器的寿命开始时显示测试图案，并且可存储由光学传感器检测到的对应亮度。然后，在稍后的某个时间，可(例如，在测试操作中)再次显示测试图案以使用光学传感器来确定对应亮度。如果亮度已下降，则亮度下降的量值可由补偿电路74用于全局亮度补偿。
因此，补偿电路可利用使用历史和/或光学传感器数据来输出经补偿像素数据。应当指出的是，补偿电路可包括多个补偿块(例如，用于考虑到由不同像素使用引起的亮度变化的局部补偿块以及用于考虑到随时间推移的全局亮度下降的全局补偿块)。这些不同的补偿步骤可并行或连续地发生。
可将来自补偿电路74的经补偿像素数据提供给显示驱动器电路20。然后，显示驱动器电路20可将经补偿像素数据提供给显示器像素阵列以用于显示。图7中所示的补偿电路74的示例仅为例示性的。如果需要，补偿电路可形成为显示驱动器电路20的一部分。
光学传感器可用于在像素老化测试过程期间收集数据。在像素老化测试过程期间，一个或多个像素组可顺序地发射光，同时光学传感器获得每个像素组的亮度测量结果。图8是示出可如何在像素老化测试程序期间操作显示器的示意图。
如图8所示，显示器14可在测试区域78中被分成多个像素组76。每个像素组76可包括任何期望数量的像素(例如，m列像素22和n行像素22)。在一些例示性示例中，每个像素组76可包括1×1像素组(例如，总共1个像素)、2×2像素组(例如，总共4个像素)、3×3像素组(例如，总共9个像素)、7×7像素组(例如，总共49个像素)、10×10像素组(例如，总共100个像素)等。一般来讲，m和n两者均可等于1、大于1、大于2、大于4、大于6、大于10、大于50、大于100等。m和n的量值可相同或不同。每个像素组中的像素总数可等于1、大于1、大于3、大于8、大于20、大于50、大于100、大于300、大于1000、大于2000、小于300、在1和100之间等。
测试区域78可包括任何期望数量的像素组(例如，x列像素组和y行像素组)。测试区域78可包括至少2个像素组、至少3个像素组、至少4个像素组、至少9个像素组、至少16个像素组、至少25个像素组、至少36个像素组、至少49个像素组、至少100个像素组、在4和64个像素组之间、小于100个像素组等。一般来讲，x和y两者均可等于1、大于1、大于2、大于4、大于6、大于10、大于50、大于100等。x和y的量值可相同或不同。
给定像素组中的像素可发射光，而显示器中的所有其他像素组关闭。例如，左上像素组可首先发射光，而其余组关闭。光学传感器60可在左上像素组发射光时获得该左上像素组的亮度测量结果。然后，第一行和第二列中的像素组可发射光，而其余组关闭。光学传感器60可获得该像素组的相关联的亮度测量结果。可逐个(例如，顺序地)扫描像素组，直到获得每个像素组的亮度测量结果。可扫描每行像素组，从左到右沿着测试区域78向下移动一次扫描一个像素组，直到测试了(例如，可使用光栅扫描)所有像素组。该示例仅为例示性的。一般来讲，可以任何期望的顺序测试像素组。
可在显示器的测试操作期间单个地测试每个像素组。还应当指出的是，每个像素可具有多个子像素(例如，红色子像素、绿色子像素、黄色子像素、蓝色子像素、白色子像素等)。在一些情况下，传感器60可不具有特定颜色通道。因此，可任选地基于每种颜色来单个地测试子像素。例如，考虑每个像素包括红色、绿色和蓝色子像素的示例。在测试操作期间，可测试每个像素组中的红色子像素(例如，当给定像素组中的红色子像素发射光时，可由传感器60获得亮度测量结果)。可单独地测试每个像素组中的蓝色子像素。可单独地测试每个像素组中的绿色子像素。如果需要，每个像素组中的红色、蓝色和绿色子像素可立刻发射光以测试像素的总体白点/亮度。
还应当指出的是，像素组可包括相同量的像素或不同量的像素。先前，每个像素组被描述为包括相同数量的像素。然而，在另选实施方案中，不同像素组可具有不同数量的像素。像素组的尺寸可取决于该像素组相对于光学传感器60的视场的位置。一般来讲，与传感器60直接重叠的像素的亮度变化将易于由传感器60检测到。然而，随着像素与传感器60的占有面积之间的间距增大，传感器60感测像素亮度的能力降低。因此，在测试操作期间由光学传感器60测试的像素可集中在与传感器60的占有面积重叠的区域中。如图8所示，测试区域包括与传感器60的占位面积重叠的像素组以及未与传感器60的占位面积重叠的一些相邻像素组。
在一个例示性示例中，所测试的像素组的尺寸可随着距光学传感器的距离增加而增加。可存在像素组的同心环，其中每个环具有像素组，这些像素组具有随着距光学传感器的距离增加而增加的更多像素。例如，与传感器重叠的每个组可包括第一数量的像素。不与传感器重叠并且与该传感器占用面积分开第一距离的每个组可包括大于第一数量的像素的第二数量的像素。不与传感器重叠并且与该传感器占用面积分开大于第一距离的第二距离的每个组可包括大于第二数量的像素的第三数量的像素。
图9是示出用于使用光学传感器60来进行测试操作的例示性方法步骤的流程图。图9所示的测试操作可用于测试显示器中的像素之间的差分老化。在步骤102中，可在多个不同的像素组处显示测试图案。换句话讲，(串联的)每个像素组可显示测试图案。每个像素组的测试图案可相同，以允许在像素组之间进行比较。在步骤104处，光学传感器60可在像素组正在显示测试图案时从每个像素组获得测量结果。最后，在步骤106处，可将光学传感器测量结果提供给补偿电路诸如图7中的补偿电路74。
提供给补偿电路的光学传感器测量结果可包括例如与测试区域中的每个像素组相关联的一个亮度值。另选地，如果独立地测试每个像素组的多种颜色，则光学传感器测量结果可包括测试区域中的每个像素组的多个亮度值(例如，每个像素组的一个红色亮度值、一个蓝色亮度值、一个绿色亮度值和一个白色亮度值)。这些光学传感器测量结果可用于量化显示器中的像素之间的烧屏效应(老化影响)。
可以任何期望的频率(例如，每月一次、每年一次、每两年一次、在每月一次和每两年一次之间等)来执行图9的差分老化测试。可在经过给定的时间量之后(不管显示器使用如何)或在完成给定的显示器使用量(例如，给定的显示器操作小时数)之后执行测试。根据先前的测试或显示器寿命的开始(在该显示器寿命开始之后执行测试操作)，可存在(例如，时间、显示器操作时间的)阈值。在达到阈值之后，可在下一个可能的机会执行测试操作。
由于显示器必须在测试操作期间显示预先确定的测试图案，因此可在对用户造成的干扰最小化时执行差分老化测试操作(有时被称为烧屏测试操作)。例如，测试操作可在启动或关闭电子设备期间、在设备更新期间、作为在设备电池充电期间呈现的用户通知的一部分等执行。可将其他因素考虑在内来确定何时执行测试操作。例如，可能期望环境光低于给定阈值以执行测试操作。设备中的控制电路可仅在环境光低于给定阈值的情况下执行测试操作。又如，可基于电子设备的位置来执行测试操作。例如，测试操作可当电子设备进入预先确定的服务位置时或当电子设备未位于用户的主要住宅中时执行。又如，可基于用户指令(例如，使用输入-输出设备12提供的用户输入)来执行测试操作。
除了在差分老化测试操作期间使用光学传感器60之外，光学传感器60还可在全局亮度测试操作期间使用。在全局亮度测试操作期间，可在显示器14上显示预先确定的图案80，如图10所示。可使用任何期望的预先确定的图案。环境光传感器60可与预先确定的图案的一部分重叠。通常，可能期望图案包括光学传感器60上方的亮像素，以增加提供给光学传感器的光量(以及相应地，信噪比)。
图11是示出用于使用光学传感器60进行全局亮度测试操作的例示性方法步骤的流程图。如图所示，在步骤112处，光学传感器(例如，传感器60)可用于基于显示的测试图案来获得T0处的测量结果。换句话讲，预先确定的图案可显示在显示器上，并且传感器可测量相关联的亮度。该测试可在T0处显示器的寿命开始时(例如，在显示器的制造期间，在用户初始设置设备时等)执行。然后，在步骤114期间，传感器可在后续时间TNEW处获得在显示相同的测试图案期间测量的的测量结果。后续时间TNEW可在(例如，从先前的测试)经过某个阈值的时间之后。可根据实时(例如，一个月、一年、两年、在6个月和2年之间、在1个月和2年之间等)或根据显示器使用(例如，给定的显示器操作小时数)中的任一者给出阈值。
一旦经过阈值时间，就可在步骤114处显示与步骤112中相同的测试图案。TNEW处的光学传感器测量结果可示出在T0和TNEW之间是否存在显示器亮度的减小。可在步骤116处将来自步骤112和/或114的光学传感器数据提供给补偿电路(例如，图7中的电路74)。补偿电路可使用T0和Tnew之间的亮度变化来补偿显示器随时间推移的全局亮度下降。
如果需要，该方法可循环回到步骤114并且在另外的时间点收集附加光学传感器测量结果。可存在在其之前重复进行测试操作的(例如，时间、显示器操作时间的)阈值。例如，可每个月、每六个月、每年、每两年、在一个月和两年之间等获得与测试图案相关联的更新的亮度数据。每次获得更新的光学传感器测量结果时，可将数据提供给补偿电路以优化亮度补偿过程。
由于显示器必须在图11的测试操作期间显示预先确定的测试图案，因此可在对用户的干扰最小化时执行全局亮度测试操作。例如，测试操作可在启动或关闭电子设备期间、在设备更新期间、作为在设备电池充电期间呈现的用户通知的一部分等执行。可将其他因素考虑在内来确定何时执行测试操作。例如，可能期望环境光低于给定阈值以执行测试操作。设备中的控制电路可仅在环境光低于给定阈值的情况下执行测试操作。又如，可基于电子设备的位置来执行测试操作。例如，测试操作可当电子设备进入预先确定的服务位置时或当电子设备未位于用户的主要住宅中时执行。又如，可基于用户指令(例如，使用输入-输出设备12提供的用户输入)来执行测试操作。
图12是示出用于操作补偿电路诸如图12中的补偿电路74的例示性方法步骤的流程图。如图所示，在步骤122处，补偿电路可接收光学传感器数据和使用历史信息。补偿电路可以不同频率来接收不同类型的数据。例如，可以相对高的频率(例如，每秒至少一次、每十秒、每分钟等)来更新使用历史。相比之下，可以相对低的频率来更新光学数据。如结合图9和图11所讨论的，可以每月一次、每六个月、每年、每两年等的频率来获得光学数据。
接下来，在步骤124处，补偿电路74可使用在步骤122处获得的光学传感器数据(和使用历史)来补偿像素数据。补偿电路74可以多种方式使用光学传感器数据来最终输出用于显示器的补偿像素值。作为一个示例，补偿电路可使用来自烧屏测试操作的光学数据来进行局部像素补偿。换句话讲，来自(例如，如图9所示的)差分老化测试操作的光学数据可用于基于每个像素的使用以不同量来补偿不同像素。如结合图8和图9所讨论的，光学传感器可能够从仅显示器中的像素子集(例如，光学传感器的视场中的像素)获得像素老化测试结果。然而，这些测试结果可指示显示器的总体老化曲线(例如，补偿电路可基于这些测试结果来识别代表性老化曲线)。因此，这些测试结果可用于补偿显示器中的所有像素(甚至在老化测试操作期间未直接测试的那些像素)。在烧屏测试操作期间未直接测试的像素仍可基于相应像素的使用以不同量来补偿(例如，低使用率像素可能不补偿或以较少量来补偿，而高使用率像素可以较大量来补偿)。换句话讲，光学数据可用于将使用量与补偿量相关联。
又如，补偿电路可使用来自亮度测试的光学数据来进行全局像素补偿。换句话讲，来自(例如，如图11所示的)全局亮度测试操作的光学数据可用于补偿显示器中的所有像素。如结合图10和图11所讨论的，光学传感器可能够从仅显示器中的像素(例如，光学传感器的视场中的像素)的子集获得测试结果。然而，这些测试结果可指示显示器总体上的亮度下降。因此，这些测试结果可用于补偿显示器中的所有像素(甚至在全局亮度测试操作期间未直接测试的那些像素)。光学数据可用于选择均匀地应用到所有像素值的全局亮度补偿值。
图13为示出用于操作光学传感器诸如光学传感器60的例示性方法步骤的流程图。如图所示，在步骤132处，光学传感器可用于获得环境光数据。光学传感器可在显示器的操作期间定期获得环境光传感器数据。换句话讲，当显示器用于(在正常操作模式下)向观看者显示内容时，光学传感器可定期获得环境光传感器数据。光学传感器获得环境光数据的频率可为每秒、大于每秒、大于每十秒、大于每分钟、大于每0.1秒、小于每0.1秒等。
在步骤134处，光学传感器可用于在测试操作期间获得局部亮度变化数据。测试操作(有时被称为烧屏测试操作、差分老化测试操作、像素老化测试操作等)可以任何期望的频率来执行。例如，可使用图8和图9所示类型的测试操作。
另外，在步骤136处，光学传感器可用于在测试操作期间获得全局亮度数据。测试操作(有时被称为全局测试操作、亮度测试操作等)可以任何期望的频率来执行。例如可使用图10和图11所示类型的测试操作。
应该指出的是，图9和图11至图13所示的步骤顺序仅为例示性的。一般来讲，示出的步骤可以任何顺序来执行。
如先前所指出的，光学传感器可仅能够有效地从光学传感器的视场内的像素获得亮度数据。因此，这可限制能够在显示器内被有意义地测试的像素数量。因此，为了增加向光学传感器60提供光的像素数量(以及因此可被有效测试的像素数量)，可将一个或多个波导结合到显示器中。
图14是具有带有波导的显示器的例示性电子设备的横截面侧视图。如图14所示，光学传感器60在显示面板29下方形成(类似于如图5所示)。光学传感器60具有视场92。为了将更多光引导到视场92中，显示器包括一个或多个波导94。波导可将XY平面内(例如，平行于像素阵列)的光朝向光学传感器60引导。可在光学传感器60上方(例如，通过光提取元件)提取光并且将其导向光学传感器60。因此，波导将来自不与传感器60重叠的像素的光重新导向到传感器60，从而增加传感器60在测试显示器像素中的能力。来自第一区域98(具有第一宽度)的像素的光被导向光学传感器的视场，该视场具有比第一区域98小的第二区域99(其具有小于第一宽度的第二宽度)。
可使用任何期望的部件来实现用于将光引导到光学传感器60的波导94。波导可使用全内反射来将光引导到光学传感器60。在图14的示例中，波导直接在显示器基底26中形成(例如，波导与显示器基底26成一体)。在该示例中，波导可以是体积波导(例如，计算机生成的全息图)，并且基底可由透明聚合物诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成。反射层诸如反射层96也可在基底26的背面上形成，以促进光朝向光学传感器60的横向传播。反射层可以是分布式布拉格反射器(也任选地与基底26一体形成)，可由光子晶体形成，或者可由另一种期望的材料(例如，反射金属层)形成。显示器中可结合任何期望数量的波导。
图14中使用的体积波导(volumetric waveguide)的示例仅为例示性的。如果需要，可使用其他类型的波导(例如，将光横向引导到光学传感器60的光纤，该光纤具有存在折射率差的包层和芯)。
前文仅为例示性的，并且在不脱离所述实施方案的范围和实质的情况下，本领域的技术人员可作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (20)

1.一种电子设备，包括：
显示面板，所述显示面板具有像素阵列；
光学传感器，所述光学传感器定位在所述显示面板下方，其中所述光学传感器被配置为获得像素亮度信息；以及
控制电路，所述控制电路被配置为基于由所述光学传感器获得的所述像素亮度信息来针对给定帧补偿所述像素阵列的亮度值，其中基于每个相应像素的使用以不同量来补偿未由所述光学传感器直接测试的像素，
其中所述光学传感器定位成与高使用率像素和低使用率像素两者重叠。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述控制电路被配置为执行第一测试操作，在所述第一测试操作期间，多个离散的像素组各自顺序地显示一个或多个测试图案。
3.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述控制电路被配置为基于所述多个离散的像素组中的不同像素组之间的亮度差异来针对所述给定帧补偿所述像素阵列的所述亮度值。
4.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述第一测试操作是被配置为测试老化和像素亮度之间的相关性的差分老化测试操作。
5.根据权利要求4所述的电子设备，其中所述控制电路被配置为基于老化和像素亮度之间的所述相关性来针对所述给定帧补偿所述像素阵列的所述亮度值。
6.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述像素阵列被配置为显示表盘图像，其中所述光学传感器与所述像素阵列中在显示所述表盘图像时具有第一亮度的第一像素重叠，并且其中所述光学传感器与所述像素阵列中在显示所述表盘图像时具有不同于所述第一亮度的第二亮度的第二像素重叠。
7.根据权利要求6所述的电子设备，其中所述表盘图像包括小时时标、分钟时标、中央表盘元素、围绕所述中央表盘元素移动的时针以及围绕所述中央表盘元素移动的分针，并且其中所述光学传感器与表盘元素重叠，所述表盘元素选自由以下各项组成的组：所述小时时标中的小时时标、所述分钟时标中的分钟时标和所述中央表盘元素。
8.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述控制电路被配置为执行第二测试操作，在所述第二测试操作期间，显示预先确定的测试图案并且所述光学传感器获得第一亮度水平。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其中所述控制电路被配置为：
在执行所述第二测试操作之后，执行第三测试操作，在所述第三测试操作期间，显示所述预先确定的测试图案并且所述光学传感器获得第二亮度水平。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述控制电路被配置为基于所述第一亮度水平和所述第二亮度水平之间的差异来针对所述给定帧补偿所述像素阵列的所述亮度值。
11.根据权利要求10所述的电子设备，其中在执行所述第二测试操作和所述第三测试操作之间间隔至少一个月。
12.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述光学传感器被配置为测量穿过所述显示面板的环境光的亮度。
13.根据权利要求1所述的电子设备，还包括：
波导，所述波导被配置为将光从所述像素阵列中的像素朝向所述光学传感器横向引导。
14.根据权利要求13所述的电子设备，其中所述显示面板包括基底，并且其中所述波导包括与所述基底一体形成的体积波导。
15.一种操作具有显示器和光学传感器的电子设备的方法，所述显示器具有像素，所述方法包括：
使用所述显示器来显示图像；
使用所述光学传感器来测量穿过所述显示器到达所述光学传感器的环境光的第一亮度水平；
执行像素老化测试操作，其中执行所述像素老化测试操作包括使用所述光学传感器来测量多个第二亮度水平，所述多个第二亮度水平各自与所述显示器中的像素的不同子集相关联；以及
执行全局亮度测试操作，其中执行所述全局亮度测试操作包括使用所述光学传感器来测量与测试图像相关联的第三亮度水平。
16.根据权利要求15所述的方法，其中执行所述像素老化测试操作包括使用每个像素子集来顺序地发射光，以及获得所述像素子集的对应第二亮度水平。
17.根据权利要求15所述的方法，其中执行所述像素老化测试操作包括：在单独的时间，针对每个不同像素子集，使用不同颜色的至少两个不同子像素来发射光。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括：
基于来自所述像素老化测试操作的所述多个第二亮度水平并且基于与所述像素相关联的使用历史信息，为不同像素补偿不同量。
19.根据权利要求15所述的方法，还包括：
基于所述全局亮度测试操作来将全局补偿应用到所述显示器中的所有所述像素。
20.一种电子设备，包括：
显示器，所述显示器包括在基底上形成的像素阵列；
光学传感器，其中所述基底插置在所述像素阵列和所述光学传感器之间；以及
补偿电路，所述补偿电路被配置为基于帧的原始像素数据、像素使用历史信息和来自所述光学传感器的数据来输出所述帧的经补偿像素数据，
其中该电子设备执行权利要求15-19任一项所述的方法。
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