专利名称：用于移动显示设备的亮度控制的多个光传感器和算法的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及显示器的照明系统，并且具体地涉及补偿环境亮度的 照明系统。
背景技术：
液晶显示器(LCD)是在向诸如蜂窝电话和个人数据助理之类的 许多数字设备提供用户接口时广泛使用的技术。LCD通常包括在两个 玻璃层之间夹着的液晶层、 一个或者两个偏振滤光片(取决于所使用 的液晶的类型)和薄膜电极阵列。
LCD本身不产生光，而是仅仅修正通过LCD的光以获得显示结果。 虽然一些LCD应用(例如数字手表)依赖于环境光来与LCD交互，但 是许多LCD需要背光照明(backlight)来照亮显示器。经常地，背光照 明包括位于显示器基座的一行发光二极管(LED)和位于显示器后面的 板，所述板用于将来自LED的光漫射。
虽然当远离明亮的环境光被使用(诸如在黑屋内)时，背光照明 的LCD提供明亮的显示器，但是真实的环境光可能压倒LCD的背光照 明，因此使得其难于观看。可以提高对于LED的功率以补偿强的环境光， 但是其后，当在较暗的环境内使用时，显示器可能太亮并且浪费设备 电池功率。
一些LCD被装配了下述输入，所述输入允许用户手动地调整背光 照明强度。但是，这样的手动控制可能占用在诸如蜂窝电话的小设备 上的太多的空间，并且对于用户不方便。 一些LCD包括环境光传感 器，其检测环境光的强度；以及，控制电路，其调整背光照明的强度
6以对应于环境光的强度。但是，这样的系统未考虑下述事实整体环 境光强度可能与在传感器所指向的方向上检测的强度大大不同。因此， 如果太阳在用户后面并且光传感器正指向阴影区域，则控制电路将背 光照明强度设置为其最低值，而来自太阳的环境光将使得很难观看显 示器。而且，传感器可能变得被用户的手阻挡，由此给出环境光强度 的错误读数。
因此，需要一种用于控制对于显示器的光强度的系统，其测量整 体环境光强度，并且调整背光强度以对应于所述整体环境光强度。
发明内容
本发明克服了现有技术的缺点，本发明在一个方面是一种控制显 示器的照明单元的方法，在该方法中确定环境光强度的最大值。从相 对于显示器的第一方向和从相对于显示器的第二方向感测环境光强 度，所述第二方向不同于所述第一方向。所述照明单元被驱动，使得 当所述最大值小于第一强度门限值时来自照明单元的光具有低强度， 并且使得当所述最大值大于第二强度门限值时来自所述照明单元的光 具有大于所述低强度的高强度。
在另一个方面，本发明是一种控制来自显示器的照明单元的光强 度的方法，在该方法中确定在显示器周围的环境光的平均强度。当光 强度己经被设置在低值并且平均强度具有大于第一预定门限值的值 时，将光强度从低值改变到高值，并且，当光强度已经被设置在高值 并且平均强度具有小于第二预定门限值的值时，将光强度从高值改变 到低值。所述第一门限值大于所述第二门限值。
在另一个方面，本发明是一种控制来自显示器的照明单元的光的 强度的装置。第一光传感器从相对于显示器的第一方向感测光强度， 并且产生与其对应的第一输出。第二光传感器从相对于显示器的第二 方向感测光强度，并且产生与其对应的第二输出，第二方向不同于第一方向。光强度控制电路，响应于第一输出和第二输出，被配置为确 定从第一光传感器和第二光传感器感测的环境光强度的最大值。光强 度控制电路还被配置为控制由显示器的照明单元产生的光的强度，使 得当所述最大值小于第一强度门限值时强度被设置在低值，并且使得 当所述最大值大于第二强度门限值时强度被设置在高值。
根据结合下面附图的优选实施例的下面说明，本发明的这些和其 他方面将变得清楚。对于本领域内的技术人员来说显然的是，在不脱 离本公开的新颖概念的精神和范围的情况下，可以实现本发明的许多 改变和修改。
图l是示出光源和影响显示器的可读性的阴影之间的关系的示意图。
图2是双传感器蜂窝电话的透视图。
图3是用于控制显示器背光照明的多光传感器电路的示意图。
图4A是其中太阳与用户眼睛位于显示器的相同侧的蜂窝电话的图。
图4B是其中太阳与用户眼睛位于显示器的相对侧的蜂窝电话的图。
图4C是将几个显示器使用情形与对应的背光照明强度相关联的图。
图5是在本发明的一个实施例中可以用于控制背光照明的流程图。 图6是示出了显示器亮度与环境亮度动态相关的图。
具体实施例方式
现在详细说明本发明的优选实施例。参见附图，在全部附图内， 相似的标号表示相似的部分。在此处的说明书和在全部权利要求内使 用的下面的术语采用在此明确地相关联的含义，除非上下文另外清楚
地指示"一个"和"所述"的含义包括复数引用，"其中"的含义
8包括"其中"和"其上"。
如图l中所示，影响显示器10的可感知性的因素包括来自太阳14
的光的强度和方向、大气12的漫射特性、云16的通过开销、树木18的 阴影和建筑物20的阴影和反射。从图l可以看出，不能总是通过在相对
于显示器的一个方向上进行感测来精确地测量环境光强度。因此，如
图2内所示，使用由照明单元进行照明的显示器102的设备10的一个实 施例至少包括前光传感器104和相对地定向的后光传感器106。(从光 传感器104和光传感器106发出的锥体均表示每个传感器的视场。)在 一些实施例中，为了允许环境光的更精确的检测或者如果传感器之一 被阻挡(例如被用户的手阻挡)，期望使用超过仅仅两个光传感器。 而且，在一些应用中，超过两个传感器可以提供环境光的更精确的测
量o
光传感器可以包括能够响应于光强度而提供有意义的、可检测的 输出的任何设备。可以用于本发明的光传感器的示例包括离散的光敏 半导体、异常光传感器(其可以位于显示器的平面和机械边界之内)、 薄膜晶体管光传感器和电荷耦合器件等。
在设备10中包括照明单元120，用于控制显示器亮度，如图3中所 示。根据所使用的显示技术，照明单元120可以被用作例如背后照明单 元、侧面照明单元或者前面照明单元。照明单元120包括处理器122， 其接收来自前传感器104、后传感器106的输入；以及，逻辑受控开关 124。(在此使用的术语"处理器"包括能够根据光传感器输入而产生 期望值的光强度控制信号的任何设备。在这个定义下合格的设备的示 例包括微处理器、微控制器、由分立元件构造的逻辑电路和模拟控 制电路。)逻辑受控开关124可以提供关于设备的操作状态的输入(例 如所述设备是正在被有效地使用还是处于休眠状态)，并且也可以向 处理器122提供所存储的用户偏好。处理器122向对LED阵歹!J128供电的LED驱动器126产生脉冲宽度 调制(PWM)信号。PWM信号是周期性信号，其中，其中断言PWM 信号的每个循环的百分比确定显示器102的亮度。例如，如果PWM信号 被断言仅仅循环的33%，则显示器102将看起来仅仅输出其最大亮度的 大约1/3，而如果PWM信号被断言循环的100c/()，则显示器102将看起来 输出其最大亮度。虽然在本实施例内使用PWM，但是应当明白，在本 发明的范围内可以使用用于控制显示器亮度的许多其他方法。例如， 可以通过控制被施加到照明单元的电压或者电流，或者通过用于控制 显示器的光强度的任何其他方法来修正亮度。
也可以使用额外的光传感器来提高冗余度。在这种情况下，不是 使用仅仅一个第一传感器或者仅仅一个第二传感器，而是使用第一传 感器阵列或者第二传感器阵列。所述处理器可以平均来自阵列的所有 传感器，并且可以丢弃异常信号。这种手段将补偿个别的光传感器故 障。
在一个典型实施例中，使用的下列部件多个型号TPS851的光传 感器，可以从TAEC Sales Office, 2150 E. Lake Cook Road, Suite #310, Buffalo Grove, IL 60089获得；型号PIC12F675的微处理器，可以从 Microchip Technology Inc., 2355 West Chandler Blvd., Chandler, Arizona: USA 85224-6199获得；以及，型号FDG6324L开关，可以从Fairchild Semiconductor. 1721 Moon Lake Blvd., Suite 105， Hoffman Estates Illinois 60194获得。
在使用PIC12F675微处理器的实施例中，微处理器关于其决定输出 亮度的门限值取决于芯片的参考电压。因为这个参考电压取决于电源 电压，因此稳定的Vdd在保持一致的门限值方面很重要。因为在这个实 施例中不使用微处理器的MCLR引脚，因此其通过100欧姆电阻器连接 到地。需要电阻器是因为MCLR引脚对于在Vss (其在典型实施例中等 于地)之下的电压尖峰敏感。如果没有电阻器来将引脚电压保持在略微大于地，则微处理器可能闩锁(latch up)。这将使得输出PWM为100。/0，
而与来自光传感器的输入无关。
如图4A-4C中所示，可能有几种不同的环境光情形。例如，太阳14 可以自显示器102反射到用户的眼睛130中，如图4A内所示，这将使得 前传感器104输出高的环境光读数，并且后传感器106输出低的环境光 读数。在这种情形下，如图4C所示，将期望背光照明输出高光强度以 克服来自太阳的反射光。在另一种情形下，如图4B内所示，太阳14位 于显示器102后面，并且直接地照射到用户的眼睛130中。在这种情况 下，前传感器104将输出低环境光读数，并且后传感器106将输出高的 环境光读数。再一次，将期望背光照明输出高光强度以克服来自太阳 的光。在室内情形(或者天空非常阴沉的情形)下，如图4C内所示， 两个传感器都输出低的读数，并且期望背光照明输出低强度。
在一种确定光强度的方法146中，如图5中所示，周期性地采样环 境光。每个所釆样的强度被求和为总和，并且将总和除以通过从两个 不同的光传感器(例如， 一个从显示器的前部面向外部， 一个从显示 器的背部面向外部)感测环境光而获得的采样的数量。然后，系统确 定所述两个光传感器的哪个指示环境光的最高强度。采样强度是环境 光的最高强度。
初始时，系统将亮度状态("B")设置148为"低"，并且将脉 冲宽度("PWM")设置为33% (指示所断言的脉冲宽度将是每个循 环的周期的33%)。"低"的亮度状态指示来自显示器的输出在其最低 值或者输出在向其最低值的方向上改变。类似地，"高"的亮度状态 指示来自显示器的输出在其最高值或者输出在向其最高值的方向上改 变。测试150确定两个传感器(Sl表示前传感器，S2表示后传感器)是 否已经读取了预定次数("n")。如果不是，则处理器将对两个传感 器进行采样154，并且存储指示最大的环境光强度的、来自传感器的输 出152。然后，系统将返回到测试150。如果己经读取了预定数量的采样，则系统将计算所存储的传感器读数的平均值156。完成此的一种方 式是将所存储的传感器输出的每个求和，并且将它们除以"n"。
系统确定158其在哪种亮度状态中。如果当前的亮度状态是"低"， 则系统确定160所存储的传感器读数的平均结果是否小于预定的"上" 门限值。如果平均结果小于上门限值，则系统将向由处理器输出的脉 冲宽度加上预定的递增量(在这个实施例中，递增量是0.27%)，并且 将亮度状态设置为"高"162。如果平均结果大于或者等于上门限值， 则系统将确定166当前的脉冲宽度是否大于预定最小脉冲宽度(在这个 实施例中，所述最小脉冲宽度是总的循环时间的33%)。如果脉冲宽度 在最小脉冲宽度，则系统将输出164脉冲宽度的当前值。如果脉冲宽度 大于所述最小脉冲宽度，则系统将从脉冲宽度减去168预定递减量，然 后输出i 6 4脉冲宽度的新的当前值。
返回到步骤158，如果亮度状态未被设置在"低"(例如其为"高")， 则系统确定170平均结果是否大于"下"门限值。如果不是，则从脉冲 宽度减去预定递减量，并且将亮度状态设置为"低"172。否则，系统 确定脉冲宽度是否小于最大值174。如果不是(即，脉冲宽度当前在其 最大值)，则系统将输出164脉冲宽度的当前值。否则，其向脉冲宽度 加上预定递增量176，并且输出脉冲宽度164。 一旦输出脉冲宽度164， 则系统重复所述过程，并且返回到步骤150。通过等待直到结果已经超 过高门限值以开始递增输出亮度以及直到结果已经小于低门限值以开 始递减亮度，系统向亮度控制增加滞后，由此防止作为短暂地通过阴 影下之类的事件的结果的显示器亮度抖动。
在图6中示出了几种亮度过渡情形，其中，上部曲线190示出了环 境亮度，如上所确定，并且下部曲线192示出了由显示器输出的亮度。 当环境亮度W0在时间1增加超过上门限值(Tl)时，在情况1中，显示 器亮度192开始递增，并且继续如此进行，直到其达到其最大值。即使 环境亮度190已经在时间2开始降低，显示器亮度192继续增加。仅仅当环境亮度190在时间4低于下门限值(TO)时，在情况2中，显示器亮度 192开始降低。在情况3中，环境亮度190短暂地超过上门限值并且然后 低于下门限值(诸如在亮光在设备上短暂地闪过的情况中)。这引起 在时间9和时间10之间在显示器亮度192上的短暂的向上瞬变。在情况4 中，在时间14的类似的短暂向下环境亮度190瞬变(诸如在设备短暂地 通过树下的情况中)使得显示器亮度192短暂地下移，然后返回到其最 大值。
在一个实施例中，使用可视的平滑过渡来将显示器强度从一个亮 度级改变到下一个。当从一个最后的辅助照明级向下一个过渡时可以 使用多个辅助的照明亮度步长，以便产生可视的平滑过渡。例如，在 一个实施例中，从高强度到低强度可能包括100个步长。显示器照明系 统的一个实施例可以使用多个第一和第二门限值和对应的多个最后 (目标)辅助照明级。而且，本发明可以被应用到自发光显示器和不 使用辅助照明或者与辅助照明相结合地提供其本身的光的任何显示 器，诸如有机发光二极管(OLED)显示器。
在一个实施例中，可以期望，当显示器位于较暗的环境中时增加 显示器的照明，并且当显示器位于较亮的环境中时减少显示器的照明。 这个实施例可以用于诸如透反射显示器(使用环境光来进行照明的显 示器)和小键盘(用于用户输入的显示器)的显示器。在这样的实施 例中，照明单元被驱动，使得当最大值小于第一强度门限值时来自照 明单元的光具有高的强度值，并且使得当最大值大于第二强度门限值 时来自照明单元的光具有小于低强度的低强度。
上述实施例包括在提交时发明人已知的本发明的优选实施例和最 佳方式，仅仅作为说明性示例被给出。容易理解，在不脱离本发明的 精神和范围的情况下，可以根据本说明书中公开的具体实施例作出许 多改变。因此，本发明的范围由所附的权利要求确定，而不是限于上 面具体描述的实施例。
权利要求
1. 一种控制显示器的照明单元的方法，包括步骤确定从相对于所述显示器的第一方向和从相对于所述显示器的第二方向感测的环境光强度的最大值，所述第二方向不同于所述第一方向；以及驱动所述照明单元，使得当所述最大值小于第一强度门限值时来自所述照明单元的光具有低强度，并且使得当所述最大值大于第二强度门限值时来自所述照明单元的光具有大于所述低强度的高强度。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述第二强度门限值大于 所述第一强度门限值。
3. 根据权利要求l所述的方法，还包括步骤在预定时段期间，周期性地从所述第一方向和从所述第二方向感 测环境光强度，由此感测多个第一方向强度和时间上对应的多个第二 方向强度；对于所述多个第一方向强度和对应的第二方向强度的每个，确定 环境光强度的较大强度，并且存储每个较大强度；以及计算每个较大强度的平均值，并且将所述最大值设置为等于所述 平均值。
4. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述照明单元被功率信号 驱动，其中，所述驱动步骤包括调制所述功率信号的多个周期脉冲 的脉冲宽度，以设置来自所述照明单元的光的所述强度。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述驱动步骤还包括 将所述脉冲宽度驱动到周期的第一百分比，以获得低强度值；以及将所述脉冲宽度驱动到所述周期的第二百分比，以获得高强度值，所述第二百分比大于所述第一百分比。
6. —种控制来自显示器的照明单元的光强度的方法，包括步骤 确定在所述显示器周围的环境光的平均强度；以及 当所述光强度已经被设置在低值并且所述平均强度具有大于第一 预定门限值的值时，将所述光强度从低值改变到高值，并且，当所述 光强度已经被设置在高值并且所述平均强度具有小于第二预定门限值 的值时，将所述光强度从高值改变到低值，所述第一门限值大于所述 第二门限值。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述确定步骤包括步骤 从至少两个光传感器感测环境光；以及确定所述至少两个光传感器的哪个指示环境光的最高强度。
8. 根据权利要求7所述的方法，还包括步骤将所述两个不同的 光传感器的每个定向在不同的方向。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述定向步骤包括步骤 将所述两个不同的光传感器的第一个定向在所述显示器的前面的方向；以及将所述两个不同的光传感器的第二个定向在所述显示器的后面的 方向。
10. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述确定步骤包括步骤-周期性地采样环境光，以便获得预定数量的采样； 将所述预定数量的采样的每个采样强度求和为总和；以及 将所述总和除以所述预定数量。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，周期性地采样环境光的步骤包括步骤从至少两个不同的光传感器感测环境光；以及 确定所述两个光传感器的哪个指示环境光的最高强度；以及 将环境光的所述最高光强度指定为所述采样强度。
12.根据权利要求ll所述的方法，还包括步骤将所述两个不同 的光传感器的每个定向在不同的方向。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述定向步骤包括步骤 将所述两个不同的光传感器的第一个定向在所述显示器的前面的方向；以及将所述两个不同光传感器的第二个定向在所述显示器的后面的方向。
14. 一种控制显示器的照明单元的方法，包括步骤-确定从相对于所述显示器的第一方向和从相对于所述显示器的第二方向感测的环境光强度的最大值，所述第二方向不同于所述第一方 向；以及驱动所述照明单元，使得当所述最大值小于第一强度门限值时来 自所述照明单元的光具有高光强度，并且使得当所述最大值大于第二 强度门限值时来自所述照明单元的光具有小于所述低强度的低强度。
15. —种控制来自显示器的照明单元的光的强度的装置，包括第一光传感器，从相对于所述显示器的第一方向感测光强度，并 且产生与其对应的第一输出；第二光传感器，从相对于所述显示器的第二方向感测光强度，并 且产生与其对应的第二输出，所述第二方向不同于所述第一方向；光强度控制电路，响应于所述第一输出和所述第二输出，被配置 为确定从所述第一光传感器和所述第二光传感器感测的环境光强度的 最大值，并且被配置为控制由所述显示器的所述照明单元产生的光的 强度，使得当所述最大值低于第一强度门限值时所述强度被设置在低值，并且使得当所述最大值高于第二强度门限值时所述强度被设置在 高值。
16. 根据权利要求15所述的装置，其中，所述第二强度门限值大 于所述第一强度门限值。
17. 根据权利要求15所述的装置，其中，所述光强度控制电路包 括处理器，所述处理器被配置为输出脉冲宽度调制输出，所述脉冲宽 度调制输出驱动所述显示器的所述照明单元，使得当从所述处理器输 出高脉冲宽度调制百分比时，所述强度具有所述高值，并且使得当从 所述处理器输出小于所述高脉冲宽度调制百分比的低脉冲宽度调制百 分比时，所述强度具有所述低值。
18. 根据权利要求15所述的装置，还包括至少第三光传感器，所 述第三光传感器与所述第一光传感器和所述第二光传感器相隔，感测 光强度，并且产生与其对应的第三输出，其中，所述光强度控制电路 响应于所述第三输出，并且其中，所述光强度控制电路在确定所述最 大值时使用所述第三输出。
19. 根据权利要求15所述的装置，其中，所述第一方向在所述显 示器的前面，并且其中，所述第二方向在所述显示器的后面。
全文摘要
在一种控制显示器的照明单元的方法中，确定环境光强度的最大值(156)。从相对于显示器的第一方向和从相对于显示器的第二方向感测(154)环境光强度，第二方向不同于第一方向。照明单元被驱动，使得当最大值小于第一强度门限值时来自照明单元的光具有低强度(172)，并且使得当最大值大于第二强度门限值时来自照明单元的光具有大于低强度的高强度。
文档编号G09G3/34GK101506864SQ200780031595
公开日2009年8月12日 申请日期2007年8月9日 优先权日2006年8月25日
发明者大卫·埃米格, 庄志明, 森 杨, 约翰·克勒, 罗伯特·埃金斯 申请人:摩托罗拉公司