小小传感器，大幅提升手机显示体验

过去十几年的迭代中，除了处理器性能、屏幕分辨率和上网速度外，智能手机其实还有一个少被提及的升级方向——传感器。对于应用在智能手机的传感器，大家非常熟悉的应该是图像传感器。但其实除此以外，类似陀螺仪、ToF和接近、色温和压力传感器等产品也是智能手机传感器的重要组成部分。

作为一家照明与传感创新的全球领导者，艾迈斯欧司朗也在应用在移动手机和智能穿戴的传感器等有着广泛的布局。例如针对手机的OLED屏下传感，艾迈斯欧司朗就提供了领先的环境光和颜色传感解决方案。

在日前于深圳举办的一场题为“真彩视界：舒适亮度 智显本色”的圆桌论坛上，艾迈斯欧司朗更是带来突破性的环境光传感器技术，进一步提升智能手机显示体验。

如何才算一个好的显示，这其实是一个见仁见智的问题。过去多年，智能手机厂商也只是主要围绕显示屏上包括分辨率、动态范围与对比度在内的参数进行升级。但正如艾迈斯欧司朗在一份白皮书中引述最新的基准测试表示，色彩这一参数在其中的重要性正不断提升。

按照白皮书所说，人眼对屏幕色彩的感知，会受到环境光白点（以相关色温，即 CCT 表示）的影响；消费者对显示效果的偏好存在细腻的地域差异。其中，在各类环境光下保持自然观感、精准还原影像色彩，是影响消费选择的两大核心要素。于是，如何在智能手机中植入一个环境光传感器（Ambient Light Sensor, ALS），是实现精准调控显示的关键。

回看环境光传感技术过去十年的发展，从早期的 RGB（红 / 绿 / 蓝）传感器，升级为新型 XYZ 传感器，其三通道设计就能精准匹配人眼三种视锥细胞对波长的响应。在自由空间场景中，XYZ 传感器的输出数据经校准和算法处理后，可精准映射到 CIE 1931 色彩空间或其他人眼视觉模型，让手机厂商可根据人眼响应，对屏幕进行白点平衡调节。但来到智能手机场景中，一切都变了。

“在智能手机中，由于传感器的限制，屏幕技术的差异，还有不同厂商的屏幕优化策略不同，都给实现精确的环境光感知和屏幕调整带来巨大的挑战。”TUV莱茵大中华区电子电气产品服务区域总经理刘喜强在分享中强调。

白皮书也指出，为实现全屏智能手机的显示区域最大化，环境光传感器通常被安装在屏幕下方，而非机身边框处，这导致环境光传感器对环境光的采集严重受限。数据显示，随着显示技术从 LTPS 升级到 LTPO，再发展到 COE 技术，屏幕透光率已从 3% 降至不足 1%；又因为厂商都转向了会自发光的OLED 屏幕，所以就给环境光传感器 (ALS) 接收环境光信号带来了干扰；此外，屏幕像素间的微孔会限制环境光传感器 (ALS) 的视场角，使其仅能接收到垂直方向两侧窄范围内的环境光，这一局限在新型 COE 屏幕中尤为显著。

在这些极具挑战性的测量场景下，标准 XYZ 颜色传感器无法给出精确的测量结果。

艾迈斯欧司朗IOS事业部研发负责人Dalibor Stojkovic在论坛分享上也强调：“在屏下应用中，传统环境光传感器会受到屏幕透光率低、背向散射光干扰等因素的影响，导致测量精度大打折扣。”

于是，艾迈斯欧司朗便联合智能手机市场领先制造商，开发出一系列 OLED 屏下光谱颜色传感器。

凭借独特的芯片级干涉滤光技术，艾迈斯欧司朗在过去始终引领 OLED 屏下环境光传感器市场，并提供业界领先的光谱响应精度与一致性。

在新一代OLED屏下光谱颜色传感器上，据介绍，艾迈斯欧司朗旨在通过创新的五通道光谱响应和信号处理技术，解决传统传感器在屏下应用中的诸多难题。具体而言，按照Dalibor Stojkovic在分享中说，就是通过采用专有滤光技术，结合五通道光谱响应设计，提升新传感器对环境光的重构能力。使其即使在复杂光照环境下，也能提供准确的测量数据，确保屏幕色彩调节的自然和精准。当中，通过在晶圆级干涉滤光片上增加银 (Ag) 涂层的新型混合银滤光片，是这款新传感器获得突破性表现的原因之一。

据介绍，通过这样的设计，新传感器显著增强了对红外 (IR) 波段的阻隔能力。与早期 ALS 产品相比，其非必要红外光响应度大幅降低，降幅高达 1000 倍。

采用新型混合银滤光片（绿色曲线）的最新艾迈斯欧司朗ALS 产品，其阻带抑制能力较早期传感器（红色曲线）提升10 至 1000 倍

而为了消除器件的固有偏差，艾迈斯欧司朗会测量其 OLED 屏下环境光传感器 (ALS) 的偏差，并在出厂时逐件校准。帮助手机制造商针对每台设备，补偿其与数据手册上标定的典型值之间的差异，进而实现量产设备间色彩测量性能的高度一致性；通过在集成入射光角度补偿功能后，新传感器突破了屏幕对传感器视场角的限制，解决了屏下信号衰减问题；针对光学滤光片与光学传感器的响应会随光线入射角（即光线照射屏幕的方向）不同而产生差异的问题，艾迈斯欧司朗在环境光传感器 (ALS) 产品中采用新型光学设计，能扩大视场角，进而能让系统角度响应接近理想的余弦响应。

为了抑制屏幕背向散射光给环境光传感器带来的干扰，艾迈斯欧司朗一方面对 OLED 显示屏进行标定，从而精准量化背向散射光的衰减特性；另一方面，艾迈斯欧司朗根据屏幕每帧显示的具体内容进行针对性调整。而为解决背向光清零需要一定时间的现实带来的影响，艾迈斯欧司朗在给传感器配备高灵敏度与高信噪比的同时，还通过专用算法对残留的背向散射光进行补偿。

艾迈斯欧司朗IOS事业部研发负责人Dalibor Stojkovic 回顾道，在过去的发展中，艾迈斯欧司朗开发了涵盖滤光片、光学元件及传感器芯片等多个领域在内的一系列创新技术，这些技术的突破，大幅提升了公司推出的环境光传感器的测量精度。

籍着这次论坛展示了新一代OLED屏下光谱显示技术，艾迈斯欧司朗进一步巩固了在高精度环境光传感领域的领导地位。展望未来，艾迈斯欧司朗将持续携手行业领先合作伙伴，依托这些尖端解决方案，共同推动实现‘色彩还原总能精准呈现预期显示效果’与‘舒适护眼’的双重愿景。