TW202109490A

TW202109490A - 有機發光顯示器後低亮度演算法

Info

Publication number: TW202109490A
Application number: TW109114176A
Authority: TW
Inventors: 大衛辛; 喬治凱立
Original assignee: 瑞士商Ａｍｓ國際公司
Priority date: 2019-05-01
Filing date: 2020-04-28
Publication date: 2021-03-01

Abstract

一種設備包含顯示螢幕、設置在顯示螢幕後之環境光感測器及電子控制單元。環境光感測器的積分時間與顯示螢幕的訊框率不同步。電子控制單元可操作以基於PWM遮沒訊號的工作週期來控制顯示螢幕的亮度，其中PWM遮沒訊號的至少一個關閉(OFF)時間完全地發生在環境光感測器的第一積分週期內，且其中PWM遮沒訊號的至少一個其他積分週期導通(ON)時間完全地發生在PWM遮沒訊號的導通時間的期間。電子控制單元更可操作以獲取環境光感測器的輸出的取樣值(sample)，以從連續的一組取樣值中識別出最高值和最低值，並至少部分基於最高值和最低值來估計環境光訊號的大小。

Description

有機發光顯示器後低亮度演算法

本揭露係關於環境光感測系統。

智慧型手機工業設計近來的趨勢是藉由減小邊框寬度並移除光學感測器的光閘口與麥克風、喇叭及/或指紋讀取裝置的孔以精簡剩餘的邊框區域，來最大化螢幕區域。另一方面，為了附加的功能性，增加光學感測器的數目亦為一種趨勢。舉例而言，環境光感測器(ambient light sensor；ALS)可被提供以便於根據周圍的照明環境，調整顯示螢幕的亮度，進而使得顯示器看起來更清晰，同時亦降低顯示器的整體能量損耗。智慧型手機市場進一步的趨勢是採用有機發光顯示器(OLED)。此趨勢創造了將ALS從智慧型手機的邊框移到OLED下方位置的機會。OLED主要是因為其背面有一層保護膜，故通常是不透光的。該膜可在非常小的區域中被移除，以讓環境光穿透OLED剩餘的層而到達ALS。然而，即使移除了該膜，OLED仍相當不透光，因此為使得環境光可被檢測到，需要一種相當感光的感測器。更多的困難存在，使得OLED的環境光檢測在技術上具有挑戰性。ALS感測器不僅會檢測到穿透顯示器的環境光(例如：背景光、陽光等)，還會檢測到顯示器本身產生的光。如此一來，顯示亮度因ALS的驅動而將隨著感測器正上方像素的亮度變化而產生波動。此種波動是令人不快的。

本揭露描述了包含環境光感測器系統的可攜式計算裝置和其他設備。本揭露中所描述的技術對於環境光感測器被設置在主機裝置的顯示螢幕後的情況特別有利，其使得感測器所檢測到的環境光在被感測器檢測到前就穿透發光顯示器。舉例而言，某層面上，本揭露描述了一種設備，該設備包含顯示螢幕、設置在顯示螢幕後的環境光感測器以及電子控制單元。環境光感測器的積分時間與顯示螢幕的訊框率不同步。電子控制單元可用於基於PWM遮沒訊號的工作週期來控制顯示螢幕的亮度，其中PWM遮沒訊號的至少一個關閉(OFF)時間完全地發生在環境光感測器的第一積分週期內，且其中PWM遮沒訊號的至少一個其他積分週期導通(ON)時間完全地發生在PWM遮沒訊號的導通時間的期間。電子控制單元更可用於獲取環境光感測器之輸出的取樣值(sample)，以從連續的一組取樣值中識別出最高值和最低值，並至少部分基於最高值和最低值來估計環境光訊號的大小。本揭露更描述了一種方法，其包含：獲取設置在顯示螢幕後的環境光感測器之輸出的多個取樣值，該顯示螢幕的亮度可藉由PWM遮沒訊號的工作週期來控制，其中環境光感測器的積分時間與顯示螢幕的訊框率並不同步。此方法更包含從該等取樣值其中之一組連續的取樣值中識別出最高值和最低值，以及至少部分地基於最高值和最低值來估計環境光訊號的大小。一些實施態樣包含一個或多個下述的特徵。舉例而言，在某些情況下，PWM遮沒波形和積分時間在周期P_b 內時而同相時而反相，以使得P_WTIME =P_b /[(P_b /P_PWM )-1]，其中P_WTIME 是積分時間與在環境光感測器的下一個積分時間開始之前的延遲之和，其中P_PWM 是PWM遮沒訊號的週期。在一些實施態樣中，電子控制單元可用於也基於環境光感測器之積分週期的時間長度和PWM遮沒訊號的關閉時間來估計環境光訊號的大小。在一些情況下，環境光感測器的積分週期小於或等於PWM遮沒訊號的導通時間與環境光感測器的下一個積分時間開始之前的延遲之間的差。此外，在一些情況下，環境光感測器的積分時間大於PWM遮沒訊號的關閉時間與環境光感測器的下一積分時間開始之前的延遲之和。電子控制單元可至少部分地基於環境光訊號的估計大小來調整顯示螢幕的亮度。本技術例如在非同步系統中十分有利，在非同步系統中，環境光感測器的積分時間不需要與顯示螢幕的訊框率同步。在某些情況下，取樣頻率可與顯示螢幕的訊框率略有差異，以允許感測器的積分時間在相對較短的時間內與顯示PWM遮沒時間時而同相時而反相。此特徵進而可使取樣時間幾乎增加到整個顯示螢幕關閉時間。基於以下實施方式、所附圖式及申請專利範圍，其他層面、特徵和優點將更清楚地呈現。

如第1圖所示，主機裝置10如可攜式計算裝置(例如：智慧型手機、個人數位助理(PDA)、筆記型電腦或穿戴式裝置)包含可設置在前玻璃20正下方的OLED型或其他型顯示螢幕12。環境光感測器(ALS)14設置於顯示螢幕12的一部分之正下方且可用於感測環境光(例如：陽光或其他背景光)。ALS 14亦可感測顯示螢幕12自身所產生的光。ALS 14可包含一個或多個光電二極體或其他光敏元件，其每一者對個別的波長或波長範圍感光，且彼此可能不同。電子控制單元(ECU)16可用於接收、處理及分析從ALS 14來的訊號，並控制顯示螢幕12的亮度。ECU 16可例如為用於感測器集線器的處理器或可攜式計算裝置10中的其他處理器。 OLED的整體亮度可被控制，例如：藉由施加於各個與電晶體串聯之像素的PWM調變，或者藉由調整可驅動各像素之電流總範圍。第2圖呈現用於單一OLED像素的OLED驅動電路的一範例。驅動各像素進而驅動各像素的亮度之電流係由第一電晶體TFT1根據儲存在電容器C₁ 上的電荷所控制。在導通各像素前，藉由將電壓SCAN1設置為低電壓而將電容器C₁ 充電到適當的準位V_DATA 。一旦電壓SCAN2變成高電壓，第二電晶體TFT2導通並使得電流被第一電晶體TFT1調變後而流經OLED像素。電壓SCAN2亦用於藉由施加週期性顯示器訊框率(例如：60Hz的倍數)的倍數之方波，施加PWM調變來降低整體顯示器亮度。方波的工作週期係設定顯示器亮度。工作週期越高，PWM遮沒訊號導通(即，數位高訊號)的時間越長。原則上，可藉由估計來自顯示螢幕的光貢獻並從全部測量到的光訊號(即，代表環境光與顯示螢幕亮度之和的訊號)中減去該值來確定環境光訊號。如果PWM遮沒訊號的工作週期相對較低(例如：在某些情況下小於40%)，則PWM訊號的工作週期關閉時間可能夠長，以在工作週期關閉時間內擷取完整的取樣值。然而，當工作週期相對較高時(例如：在某些情況下為40%或更高)，由於PWM訊號的遮沒關閉時間相對較短，因此在工作週期關閉時間內對來自ALS 14的輸出進行取樣變得更加困難。此外，使用較短的積分時間來擷取感測器的輸出取樣值往往會導致取樣值可靠性降低。本揭露描述易於將環境光分量與顯示螢幕亮度分離之非同步技術與系統。在本文，非同步操作指ALS 14的積分時間不需要與顯示螢幕的訊框率同步。第3圖呈現具有關閉時間102和導通時間104的PWM遮沒訊號100之一範例。於第3圖中，針對環境光感測器14的一組相繼的積分時間106被標記為1至9。本揭露描述使用與顯示螢幕訊框率具有些許差異之取樣頻率的技術。此特徵指積分時間在相對較短的時間內會與顯示PWM遮沒時間時而同相時而反相，並允許取樣時間幾乎增加到整個顯示關閉時間。為助於確保PWM遮沒波形與積分時間在期間P_b 內時而同相時而反相，可套用以下關係式：

，其中P_WTIME 為感測器的積分時間與感測器下一個積分時間開始之前的延遲(例如，等待時間)之和，以及其中P_PWM 為PWM遮沒週期。在某些實施態樣中，期間P_WTIME 由暫存器儲存與設定。在某些情況下，例如，從一個積分期間的結束至下一個積分期間的開始間的延遲時間是0.2777ms。此值在其他實施態樣中可不同。除了前述方程式1之限制外，至少一個積分時間106應完全地發生於PWM導通時間104內。因此，感測器的積分時間106應小於或等於PWM導通時間與感測器下一個積分時間開始之前的延遲之差。於積分時間得到的取樣值用於衡量環境光(A)與顯示螢幕光(D)的和。再者，至少一PWM關閉時間102應完全地發生於另一積分時間106內。因此，感測器的積分時間106應大於PWM關閉時間與感測器下一個積分時間開始之前的延遲之和。於一範例中，假設PWM週期為4.167ms且工作週期為90%，則PWM導通時間應約為3.75ms。進一步地假設，從一個積分時間的結束至感測器的下一個積分時間的開始之延遲時間是0.2777ms，則積分時間為(3.75ms-0.2777ms)=3.472ms且會符合前述兩個限制。 ECU 16可計算環境光準位(A_ambient )，例如使用以下關係式：

。積分時間可例如由驅動ALS感測器14的軟體設定。遮沒關閉時間可例如由下式所計算：遮沒關閉時間=

，其中d為工作週期且f為PWM頻率(即，P_PWM 的倒數) (例如：240Hz)。基於整合有感測器14之主機裝置(例如：智慧型手機)的作業系統內儲存的顯示器亮度值，ECU 16可例如從查找表或藉由使用方程式獲得d與f的值。VALUE H和VALUE L是測量值，以下將進一步描述。 ECU 16可用於從ALS 14讀出積分訊號並且將取樣的訊號儲存在例如記憶體(例如：RAM)18的陣列中。ECU 16更可用於識別最高和最低儲存值，分別為VALUE H和VALUE L。最高值(VALUE H)對應至在整個積分週期內PWM遮沒訊號為導通的取樣值。因而，該值只對應至在遮沒導通期間(即，當顯示螢幕開啟時)的ALS訊號的積分。因此，最高值代表環境光訊號和顯示螢幕光的組合。相對地，最低值(VALUE L)對應至積分週期包含PWM遮沒訊號的整個工作週期關閉時間的取樣值(即，於一積分週期中，PWM遮沒訊號至少在積分週期的一部分時間內處於低準位)。使用積分時間和遮沒關閉時間的值以及測量值VALUE H和VALUE L，ECU 16可確定一個積分週期內的總環境光訊號。可將該值除以積分週期的時間長度來獲得環境光訊號的光度(即，lux)。 ECU 16可使用環境光信號訊號的光度來調整顯示螢幕的亮度，以使顯示螢幕看起來清晰，同時還降低了顯示螢幕的整體能量損耗。因此，在某些情況下，可基於周圍的照明環境高精度地調整顯示螢幕的亮度。在某些情況下，ECU 16讀出N個(例如：16個)連續的取樣值並將其儲存在記憶體18的陣列中，並於儲存N個取樣值後，識別最高值和最低值(VALUE H和VALUE L)。隨後，ECU 16重複執行該程序，並基於計算出的環境光的光度，適當地調整顯示螢幕的亮度。在其他情況下，ECU 16使用滑動陣列，以自其陣列中移除最舊的取樣值，並將最新的取樣值加入至陣列。在這種操作模式下，ECU 16可以在測量和儲存每個新取樣值時確定最高值和最低值(VALUE H和VALUE L)。因而，在ECU 16適當的控制下，顯示螢幕12的亮度可更頻繁地更新。因此，如第4圖所示，本揭露描述一種方法，其包含在非同步系統中獲取環境光感測器之輸出的複數取樣值，其中感測器的積分時間不需要與顯示螢幕的訊框率同步，以及其中感測器設置在顯示螢幕後，顯示螢幕的亮度可藉由PWM遮沒訊號的工作週期來控制(150)。此方法包含從該等取樣值其中之一組連續的多個中識別出最高值和最低值(152)，以及至少部分地基於最高值和最低值來估計環境光訊號的大小(154)。第5圖根據一些實施態樣繪示進一步的細節。如第5圖所示，感測器集線器200包含控制ALS 14的驅動器204，ALS 14可經由匯流排206(例如：400kbit/s的匯流排)耦合到驅動器204。在感測器集線器驅動器(sensor hub driver)204中計算lux資訊。可跨感測器集線器200與應用處理器202提供各種軟體堆疊，在繪示範例中其包含核心空間208與使用者空間210。核心空間208包含作為控制感測器集線器200之主控的驅動器212和顯示驅動器214。使用者空間210包含硬體抽象層(HAL)216、具有感測器管理器的框架層218和應用層220。藉由驅動器204和感測器集線器框架(即，內嵌有驅動器204之一軟體堆疊)將lux資料從感測器集線器200發送到應用處理器202上的HAL 216。應用處理器使用者空間210包括顯示管理器222，其可用於使用lux讀數來確定顯示亮度。在一些實施態樣中，感測器集線器驅動器204實現應用中斷(interrupt)或計時器，以處理硬體類比數位(ADC)通道資料。如上所述，感測器集線器框架可用於向應用處理器報告lux、ADC通道資料、積分時間和增益設定。較佳地，感測器集線器驅動器204能夠在初始化期間接受配置參數以支持系統差異。顯示管理器222應可用於從框架層218中的感測器管理器(sensor manager)讀取lux資料。顯示管理器222亦應可用於獲取當前顯示器的亮度準位，進行lux至亮度的計算(或實現一介面以存取lux至亮度的演算法)，並設置顯示器的亮度準位。較佳地，lux至亮度的演算法在初始化期間能接受配置參數以支持系統差異。第6圖繪示針對第5圖的系統使用應用中斷之呼叫序列的一範例。在此範例中，感測器集線器驅動器204被註冊並執行其初始化序列，其配置ALS感測器硬體。當滿足硬體FIFO閾值時，感測器集線器驅動器204處理轉換後的數位通道資料以產生lux值。接著，感測器集線器驅動器204將lux值報告給感測器集線器框架205，並且若報告超過閾值，則框架205將lux計算值發佈(post)到應用處理器202。顯示管理器222週期性地檢查lux讀數，並且使用lux讀數以及當前的顯示器亮度來計算新的顯示器亮度設定。為此，顯示管理器222可存取主機裝置作業系統中的查找表或演算法。在本說明書所描述的標的及功能操作之各種層面可以數位電子電路、電腦軟體、韌體、硬體(包含說明書中所揭露之結構及其結構上的等同設備)、或其一個或多個的組合來實現。因此，本說明書中描述的標的之各層面可由一個或多個電腦程式產品來實現，即，一個或多個在電腦可讀取媒體上編碼的電腦程式指令模組，其供資料處理設備執行或控制資料處理設備之操作。電腦可讀取媒體可為機器可讀取儲存裝置、機器可讀取儲存基板、記憶體裝置、影響電腦可讀取傳播的訊號的物質組成、或其一個或多個的組合。除了硬體之外，設備可以包含為所述的電腦程式建立執行環境的程式碼，例如：構成處理器韌體的程式碼。電腦程式(也稱為程式，軟體，軟體應用程式，腳本或程式碼)可以用任何形式的程式語言(包含編譯式或直譯式語言)來撰寫，並且可以任何形式進行部署，包含作為獨立型的程式，或作為適用於計算環境的模組、組件、子常式或其他單元。電腦程式不一定與檔案系統中的檔案相對應。程式可儲存在保存其他程式或資料的檔案的一部分中(例如，儲存在標示語言文件中的一個或多個腳本)，或儲存在專用於所述的程式的單個檔案中，或儲存在多個協調檔案(例如：儲存有一個或多個模組、子程式或部分程式碼的檔案)。電腦程式可被部署以在位於一個地點上或分佈在多個地點上並藉由通訊網絡互連的一台電腦或多台電腦上被執行。本說明書中描述的程序和邏輯流程可以由執行一個或多個電腦程式以通過對輸入資料進行操作並產生輸出來執行功能的一個或多個可編程處理器來執行。程序和邏輯流程也可由特定用途的邏輯電路執行，並且設備也可實現為特定用途的邏輯電路，例如：FPGA(場域可程式化邏輯閘陣列)或ASIC(特殊應用積體電路)。適合於執行電腦程式的處理器可例如包含通用和特定用途的微處理器，以及任何種類的數位電腦的任何一個或多個處理器。一般而言，處理器將從唯讀記憶體、隨機存取記憶體或兩者接收指令和資料。電腦的基本元件是用於執行指令的處理器和用於儲存指令和資料的一個或多個記憶體裝置。適用於儲存電腦程式指令和資料的電腦可讀取媒體包含所有形式的非揮發性記憶體、介質和記憶體裝置(以半導體儲存裝置為例，例如包含：EPROM，EEPROM和快閃記憶體裝置)；磁碟(例如：內部硬碟或可卸式磁碟)；磁光碟；以及CD ROM和DVD-ROM磁碟。處理器和記憶體可由特定用途的邏輯電路附加或被結合至特定用途的邏輯電路中。儘管本說明書包含許多細節，但是這些細節不應解釋為對本發明的範圍或請求保護的範圍之限制，而應理解僅為描述本發明列舉的實施例中的特定特徵。本說明書中在不同實施例上下文中所描述的某些特徵亦可結合成單一實施例而實施。相反地，在單一實施例的上下文中所描述的某些特徵也可以分別在多個實施例中或以任何合適的子組合來實施。再者，儘管上文中描述的特徵以及甚至最初請求保護的特徵以某些組合方式實行，但是在某些情況下所請求保護的組合中的一個或多個特徵可從組合中移除，並且所請求保護的組合可為一子組合或一子組合之變化例。因此，其他實施態樣仍落入申請專利範圍內。

10:主機裝置 12:顯示螢幕 14:環境光感測器 16:電子控制單元 18:記憶體 20:前玻璃 SCAN1:電壓 SCAN2:電壓 V_DATA :準位 TFT1:第一電晶體 TFT2:第二電晶體 TFT3:第三電晶體 TFT4:第四電晶體 TFT5:第五電晶體 LED:發光二極體 VDD:電壓 VSS:電壓 C1:電容器 A:接點 B:接點 100:PWM遮沒訊號 102:關閉時間 104:導通時間 106:積分時間 1~9:相繼的積分時間 150:步驟 152:步驟 154:步驟 200:感測器集線器 202:應用處理器 204:驅動器 206:匯流排 208:核心空間 210:使用者空間 212:驅動器 214:顯示驅動器 216:硬體抽象層 218:框架層 220:應用層 222:顯示管理器

[第1圖]繪示主機裝置的各種特徵，該主機裝置包含在顯示螢幕後之環境光感測器。 [第2圖]呈現用於有機發光顯示器的驅動電路之一範例。 [第3圖]繪示PWM遮沒訊號之一範例。 [第4圖]係用於確定環境光訊號之方法的流程圖。 [第5圖]係一例示系統之方塊圖。 [第6圖]呈現呼叫序列之一範例。

100:PWM遮沒訊號

102:關閉時間

104:導通時間

106:積分時間

Claims

一種設備，包含：顯示螢幕；環境光感測器，設置在該顯示螢幕後，其中該環境光感測器之積分時間與該顯示螢幕之訊框率不同步；以及電子控制單元，可操作以基於PWM遮沒訊號之工作週期，控制該顯示螢幕之亮度，其中該PWM遮沒訊號之至少一個關閉時間完全地發生在該環境光感測器之第一積分週期內，且其中該PWM遮沒訊號的至少一個其他積分週期導通時間完全地發生在該PWM遮沒訊號的導通時間之期間，其中，該電子控制單元更可操作以獲取該環境光感測器之輸出的多個取樣值，以從該等取樣值其中之一組連續的取樣值中識別出最高值和最低值，並至少部分基於該最高值和該最低值，估計環境光訊號的大小。
如請求項1所述之設備，其中該PWM遮沒波形與該積分時間在期間P_b 內時而同相時而反相，以使
，其中P_WTIME 係該積分時間與在該環境光感測器的下一個積分時間開始之前的延遲之和，且其中 P_PWM 係該PWM遮沒訊號的週期。
如請求項2所述之設備，其中該電子控制單元可操作以也基於該環境光感測器之積分週期的時間長度來估計該環境光訊號的該大小。
如請求項3所述之設備，其中該電子控制單元可操作以也基於該PWM遮沒訊號之關閉時間來估計該環境光訊號的該大小。
如請求項4所述之設備，其中該環境光感測器之該積分週期小於或等於該PWM遮沒訊號的導通時間與該環境光感測器之該下一個積分時間開始之前的該延遲之間的差。
如請求項4所述之設備，其中該環境光感測器之該積分時間大於該PWM遮沒訊號的該關閉時間與該環境光感測器的該下一積分時間開始之前的該延遲之和。
如請求項1至6任一項所述之設備，其中該電子控制單元更可操作以至少部分地基於該環境光訊號之估計的該大小，調整該顯示螢幕之亮度。
一種方法，包含：獲取設置在顯示螢幕後之環境光感測器的輸出之多個取樣值，該顯示螢幕的亮度可藉由遮沒PWM訊號的工作週期來控制，其中，該環境光感測器的積分時間與該顯示螢幕的訊框率並不同步；從該等取樣值其中之一組連續的取樣值中，識別出最高值和最低值；以及至少部分地基於該最高值和該最低值，估計環境光訊號之大小。
如請求項8所述之方法，其中，該PWM遮沒波形與該積分時間在期間P_b 內時而同相時而反相，以使
，其中P_WTIME 係該積分時間與在該環境光感測器的下一個積分時間開始之前的延遲之和，且其中P_PWM 係該PWM遮沒訊號的週期。
如請求項9所述之方法，其中估計該環境光訊號的該大小也基於該環境光感測器之積分週期的時間長度。
如請求項10所述之方法，其中估計該環境光訊號的該大小也基於該PWM遮沒訊號之關閉時間。
如請求項11所述之方法，其中該環境光感測器之該積分週期小於或等於該PWM遮沒訊號的導通時間與該環境光感測器之該下一個積分時間開始之前的該延遲之間的差。
如請求項11所述之方法，其中該環境光感測器之該積分時間大於該PWM遮沒訊號的該關閉時間與該環境光感測器的該下一積分時間開始之前的該延遲之和。
如請求項8至13任一項所述之方法，包含至少部分地基於該環境光訊號之估計的該大小，調整該顯示螢幕之亮度。