智能手機(jī)中，LCD面板背光的耗電約占設(shè)備總耗電量的40%，因此，如果能讓背光亮度隨著環(huán)境光亮度而發(fā)生改變將帶來很多好處。在相對(duì)較暗的環(huán)境中，可透過降低顯示器亮度節(jié)省電力，同時(shí)還能緩解用戶的視覺疲勞，改善用戶的體驗(yàn)。

事實(shí)上，環(huán)境光傳感器(Ambientlightsensors，ALS)已被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)中，用來提供環(huán)境光亮度的相關(guān)信息，以支持背光LED電源電路。然而，這個(gè)應(yīng)用說起來簡(jiǎn)單，但實(shí)際做起來會(huì)遇到許多挑戰(zhàn)，那是因?yàn)橐环矫娴米屖‰娦Ч麎蛎黠@，一方面又得讓使用者看得舒服。

ALS必須被置于顯示器屏幕的背面，這里可以說是寸土寸金，且同一組件必須能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)接近探測(cè)功能(靠近用戶臉部時(shí)可關(guān)閉顯示屏)和環(huán)境光量測(cè)功能。這些以及其他條件嚴(yán)重限制設(shè)計(jì)工程師，使其無法自由地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

本文介紹在智能手機(jī)中實(shí)現(xiàn)環(huán)境光感測(cè)遇到的主要挑戰(zhàn)，以及如何克服這些挑戰(zhàn)，以實(shí)現(xiàn)背光燈更高的反應(yīng)靈敏度，并能精確地根據(jù)環(huán)境光來調(diào)整背光亮度。

明亮視覺反應(yīng)

首個(gè)難題就是光電二極管(photodiode)對(duì)光的反應(yīng)方式并不同于人眼。人類的眼睛對(duì)于紅外線(IR，波長(zhǎng)大于780nm)及紫外線(UV，波長(zhǎng)小于380nm)并不敏感，另一方面，標(biāo)準(zhǔn)的硅光電二極管一般會(huì)感測(cè)到波長(zhǎng)介于300nm和1,100nm的光線。

這就意味著設(shè)計(jì)師的第一個(gè)挑戰(zhàn)就是如何移除傳感器輸出中的紅外線和紫外線成分。ALS的功能是獲取射入智能手機(jī)顯示屏上的光線亮度(測(cè)量單位是照度流明(lux))，如果該亮度測(cè)量結(jié)果包含紫外線和紅外線以及可見光，它呈現(xiàn)給顯示屏背光控制器的并非是人眼真實(shí)所見，也就是說傳感器對(duì)環(huán)境光的反應(yīng)不同于人眼的“明亮視覺(photopic)”反應(yīng)?？傊?，傳感器“感受”到環(huán)境光亮度會(huì)比人眼感受到的亮度更高。

這是因?yàn)樽匀还夂腿嗽旃舛紩?huì)含有紅外成分。例如，陽(yáng)光(圖1)及來自白熾燈的光線就是如此。去除紅外線的一個(gè)有效方法就是在傳感器上迭加光學(xué)紅外線濾波器。然而在智能手機(jī)中，同一個(gè)傳感器一般也會(huì)被用于接近探測(cè)(伴隨著紅外線LED)，當(dāng)手機(jī)靠近使用者臉部時(shí)，用來關(guān)閉顯示屏及觸控控制器。

圖1太陽(yáng)光的光譜功率分布，其中的強(qiáng)功率紅外線成分對(duì)人眼而言是不可見的。

當(dāng)然，智能手機(jī)設(shè)計(jì)師可以僅針對(duì)接近感測(cè)另增一個(gè)獨(dú)立的紅外線光電二極管(IRphotodiode)，但是這是一個(gè)冗雜的解決方案：如此一來，這樣的設(shè)計(jì)必須承擔(dān)ALS上的光學(xué)濾波器及獨(dú)立的紅外線光電二極管兩者的成本，紅外線光電二極管還會(huì)占據(jù)額外的空間，且必須在顯示器的表面開孔，讓紅外線通過。

艾邁斯半導(dǎo)體已針對(duì)這個(gè)問題提出一個(gè)更好的解決方案：雙二極管(dual-diode)模塊。其中一個(gè)光電二極管(如圖2中所示的Channel0)用來感測(cè)全光譜，另一個(gè)(圖中的Channel1)則主要用來感測(cè)光譜中的紅外線部分。從全光譜傳感器的輸出中減掉紅外線光電二極管的輸出，則可得到可見光的測(cè)量結(jié)果。