“隐藏”环境光传感器,助力屏占比向100%迈进
作者 | 电子发烧友观察2021-12-31

环境光传感器是一种感光元件,多与消费类电子搭配使用,通过捕获当前环境光线强度,实现屏幕调光和色温调节的功能。环境光传感器的引入有助于带来更佳的显示效果,以及降低设备功耗和延长设备的续航时间。

随着全面屏的爆发,超高屏占比已成为了消费类电子厂商的宣传筹码,提高屏占比已成为各厂商之间不成文的共同发展目标。不过,目前市面上的高屏占比的屏幕主要以刘海屏、水滴屏、打孔屏为主,仅有少数做到了真正的全面屏。为什么真正的全面屏仅占少数呢?其实,这与环境光传感器的摆放位置脱不了干系。为了实现真正意义上的全面屏,各大厂商都在积极地推进着屏下技术的研发工作,力图将传感器放置于屏下,减小屏幕“刘海”提高屏占比,为消费者带来更强的视觉冲击。

环境光传感器转到屏下需要解决哪些问题?

首先是屏幕材料变更导致的透光率和光学特性变化的问题。随着消费者审美的不断提升,市面上的曲面屏、折叠屏手机备受追捧,屏幕材质由传统的硬质屏逐渐向柔性屏过渡,制备屏幕所需的材料也由硬质玻璃基底向具备柔软延展性强的塑胶材料变更。材料的不同光线透过率与光学特性也会发生变化,环境光传感器的解决方案还需厂商进行重新定义。

其次是屏幕自身光源对环境光传感器的干扰问题。环境光传感器自身是对光线比较敏感的一种器件,若放置于屏下,屏幕自身光源会严重影响环境光传感器的灵敏度和准确性。即使这一问题解决了,还要解决外部光透过屏幕光源后再传入环境光传感器的透过率问题,要知道同一光源透过不同颜色像素点的透过率是不同的。若这两个问题不能解决,环境光传感器的测量值会与实际值存在过大的偏差,这样一来,非但设备功耗没降下来,还影响了用户的使用体验。

苹果欲通过申请屏下环境光传感器告别“刘海”

去“刘海”实现真全面屏一直以来都是备受关注的焦点,也是各大厂商需要攻克的难题。作为年出货量排名前三的苹果在缩小或消除“刘海屏”的道路上也在不断的探索着。

据外媒报道,苹果在去年提交的专利申请中提到,苹果正在研发一种可用于屏下的环境光传感器,该专利主要是解决屏幕自身光源对环境光传感器的干扰问题。专利原理是在环境光传感器进行亮度测量时,可以通过控制传感器上方的像素阵列光源亮度,去除对环境光的影响,实现更好的屏幕亮度与色温调节,以此缩小屏下应用与普通应用的差距。这一专利有助于苹果缩小iPhone的“刘海”面积。不过,从今年发布的iPhone 13系列机型来看,虽然手机顶部的“刘海”面积缩减了20%,但还是并未用上这一专利技术。

汇顶科技屏下环境光传感器助力小米12Pro提高屏占比

在光学领域深耕多年的汇顶科技有着数十款光学屏下产品,其中小米于今年8月10日推出的MIX4就采用了汇顶科技的超薄屏下光学指纹方案。近日,据汇顶科技官方介绍,小米最新推出的12Pro机型搭载了汇顶科技首款屏下环境光传感器,用于屏幕色温、亮度的调节,为用带来更舒适的视觉体验。

“隐藏”环境光传感器,助力屏占比向100%迈进

图源:汇顶科技

据了解,小米12Pro采用的屏下环境光传感器的型号为GLS6155,该传感器内部高度集成了高精度色温、亮度测量以及接近感应的功能,通过最高10 KHz采样率和内置的硬件级漏光处理模块,能够在极短的时间内捕获屏幕的黑帧,并减少屏幕漏光对传感器采样精度造成干扰,实现高精度的色温与环境光照强度的测量工作。

同时,汇顶科技还为这款传感器配备了独有的屏幕漏光消减算法,通过软硬件的结合,提高环境光传感器在屏下应用的测量精度,让屏幕的显示色温与亮度更符合当前环境,从而降低眼部疲劳。

不过这款环境光传感器的放置位置会对接近感应功能产生直接的影响,当LED或者VCSEL放置置于屏下时,在亮屏状态下,接近感应功能会失效,在息屏状态下,接近感应功能才能被激活。当LED或者VCSEL放置于屏幕顶部的裂缝处时,接近感应功能不会受到影响。

这款芯片非常适用于高屏占比的终端应用,为其提供根据环境光的色温与亮度的自适应调节,延长设备的续航能力。

AMS OLED 屏下环境光传感器

AMS可以说是光学领域的佼佼者,目前推出多款能够适应在深色玻璃下工作的环境光传感器,并于2020年推出了首款集成了环境光检测、接近检测与光源闪烁检测功能与一身的屏下环境光传感器TMD3719,攻克了环境光传感器在屏下应用的难题。

“隐藏”环境光传感器,助力屏占比向100%迈进

图源:AMS

TMD3719是首款可应用于屏下设计的环境光传感器,共提供了6个环境光和颜色感应通道,其中AMS分别为RGBL(颜色)和透明通道配备了UV/IR阻隔滤光片,在进行测量时该传感器还能消除混在环境光中的显示屏辐射能量,以此实现高精度地测量设备当前环境的色温与明暗程度,获取真实的环境光信息,实现最佳的屏幕调节功能。

同时还片上集成了三个IR VCSEL和一个高级VCSEL驱动器。通过调节IR VCSEL的工作时序和功率可对传感器的灵敏度、噪声与功耗进行优化。其中 VCSEL主要是用来物体测距,实现接近感应的功能,通过三个VCSEL分散辐射的方式,能够有效的避免屏幕显示失真的情况出现。

光源闪烁检测功能,主要体现在前置摄像头的拍照成像效果上。光源闪烁功能结合检测算法的使用能够有效地提升检测结果的反馈速度,消除前置摄像头在拍照时因为灯光的影响导致照片出现伪影的情况。

结语

全面屏应用的爆发,促进了屏下技术的发展,屏下环境光传感器技术的趋于成熟,有助于实现更加极致的屏占比,相信在不久的未来将会有更多100%屏占比的全面屏设备面世。

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2021-12-31