环境光传感器、显示模块以及用于防止串联连接的二极管堆栈中的电荷泵浦的方法技术

一种环境光传感器，包括至少两个光电二极管的第一堆栈，其中所述至少两个光电二极管中的一个的阴极电连接至所述至少两个光电二极管中的另一个的阳极。所述ALS还包括用于提供偏置电压至所述第一堆栈的偏置源，和电连接至所述第一堆栈的至少一个开关。所述至少一个开关可操作为周期性地将所述偏置电压施加给所述第一二极管堆栈和将所述偏置电压从所述第一二极管堆栈移除。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光传感器电路，尤其涉及ー种环境光传感器、显示模块以及用于减小显示系统中所使用的光传感器电路的串联连接的ニ极管堆栈中的平均噪声电流的方法。
技术介绍
图I示出了典型的透射型有源矩阵液晶显示器(AMIXD)的简化横截面。背光源10用作该显示器的照明用光源。通过使用由薄膜晶体管(TFT)制成的电子电路来控制光从背光源10通过显示器到达观察者20的透射。这些TFT制造于玻璃基板(被称为TFT玻璃30)上并与‘相对电极’ 40配合操作以改变在液晶(LC)层50上出现的局域电场。局域电场决定了 LC材料的光学特性，从而允许光从背光源10直到观察者20的选择性透射。 如果在LC材料上保持非零均值的电场，其将会退化。因为光通过LC材料的透射是通过外加电场的幅值而不是其极性決定的，所以可以接受周期性地反转所述场的级性以达到零均值。典型地，这种反转通过改变TFT玻璃30上存在的电压和共用相对电极40上存在的电压来实现。为了这个目的，相对电极40通常用几伏特的方形波来驱动。因此相对电极40信号可能用作集成在显示器中的任何其它电路的电干扰源。施加给相对电极40的信号，通常称为‘VC0M’，由纳入显示模块内的电子设备产生。主机产品(例如包含显示器的移动电话或便携式计算机)中的集成电路(IC)产生进ー步必需的显示信号，诸如HSYNC、CK和RGB等。这些信号的实例可以在图2中找到。很多包含显示器的产品(如移动电话或便携式计算机)得益于根据环境照明条件控制背光源的強度的能力。例如，在低环境光照条件下，期望通过减小背光源的強度来减小显示器的亮度。这用来通过背光源使功率消耗最小化且防止使用户遭受‘刺眼’。为了按照环境光照条件改变背光源的強度，必须具有一些用于感知环境光等级的装置。环境光传感器(ALS)用于此目的，且将ALS集成到TFT玻璃30 (称为‘单片化集成’)上是有优势的。这些优势包括产品尺寸、重量和制造成本的减小。ー种典型的环境光传感器系统，如图3中所示，包括如下元件(a) 一个光电探測元件(或多个光电探測元件)，其能够将入射光转换为电流。这种光电探测兀件的一种实例为光电ニ极管60。(b)电压偏置生成和电流测量电路系统70，其控制上述光电探测元件并感知光生电流。这种电路系统典型地采用积分电路的形式。(C)输出电路系统80，其提供代表所测量的环境光等级的输出信号(模拟或数字)。(d)基于所测量的环境光等级，例如通过控制背光源10的強度来调整显示器操作的装置90。在W02008/044749A1 (2008年4月17日)中描述了这些组件的操作。在AMLCD具有单片化集成的环境光传感器的情况下，所使用的光探測装置必须与TFT玻璃30的制造中采用的TFTエ艺兼容。ー种公知的与标准TFTエ艺兼容的光探测装置为横向薄膜多晶硅P-I-N ニ极管具有阴极100和阳极110的ニ端子装置，其电路表示在图4中示出。流动在P-I-N ニ极管中的电流为如下三个量的函数温度、入射在ニ极管上的照明量，以及在其端子间出现的电势差(上述‘偏置电压’)。ニ极管电流(Iac)和外加偏置电压(Vac)之间的非对称关系在图5中示出(对于零照明的情況)。由于非零偏置电压而流动的电流对环境光传感器的操作是不利的，因为无法将它从由于入射照明而流动的电流中区分出来。ニ极管电流的这种成分被称为‘暗电流’，且可能显著依赖于温度。由于暗电流可能与光电ニ极管的偏置电压呈指数关系，因此期望使该外加偏置最小化。理想地，ニ极管的端子被保持在相同的电势。然而，在实践中达到如此精确的电压控制是困难的。因此将许多光电ニ极管串联连接以划分施加在多个装置的任意外加电势是合 理的。图6示出了一种应用在ALS电路中的如W02008/044749A1中所述的串联连接的光电ニ极管堆栈。η个串联连接的光电ニ极管的堆栈120连接至偏置生成和电流测量电路系统70。该偏置生成和电流测量电路系统70測量ニ极管电流的同时，保持施加在ニ极管堆栈120的恒定的(理想地，为零)偏置电压。在ニ极管堆栈120上出现的任何残留偏置电压VB在单独的装置之间被划分，从而每个光电ニ极管经受较小的偏置VB/n。因而减小了来自光电ニ极管的暗电流。然而，串联连接的ニ极管在嘈杂的电子环境中使用时具有劣势。如图7中所示，来自相对电极130的电干扰通过寄生耦合电容140耦合至ニ极管堆栈120中的点。通常地，可以通过诸如低通滤波或者传感器输出的平均化等技术减小传感器电路中的电干扰效应。不幸的是，如图5中所示，ニ极管的非対称导电特性可能导致在电干扰存在下净正向电流的流动。该净正向电流无法通过时间平均化或积分而被取消，且无法从依赖于光的ニ极管电流中分离出来。參照图8对这种不期望的效应解释如下。在相对电极电压的上升沿，在整个串联连接的ニ极管的堆栈120中的每个点都会看到正电压阶跃。然而，分别连接至地和偏置电路系统的堆栈120的阳极端和阴极端会保持在恒定电压。从而在串联连接的堆栈120的阴极端的ニ极管150会暂时变为正向偏置，并将在正向方向上流通光敏电流。同时，在串联连接的堆栈120的阳极端的ニ极管160会暂时变为反向偏置，且在反向方向上流通少量电流。从而净电流在正向方向上流出串联连接的ニ极管堆栈120。 当相对电极130上出现相同大小的下降沿时，在串联连接的ニ极管堆栈120内引起负电压阶跃，阴极端ニ极管150会反向偏置，并流通少量电流。然而，这时阳极端ニ极管160会正向偏置，并允许净正向电流流入堆栈120中。显然，经过完整的噪声周期，净电荷通过串联连接的ニ极管堆栈120会被‘泵浦’到正向方向上。这种净电流不能从由于照明而产生的电流中区分出来，因而破坏了环境光的測量。应当注意到，虽然图3至9中二极管堆栈的正极被示出为接地，然而与任何直流(dc)电压源的连接同样是有效的。还应当注意到，由于ニ极管堆栈接近其它布局构件，因此在ニ极管堆栈内的节点和地(或者其它直流电压源)之间可能存在电容。这点如图9中所示。在对于噪声源的寄生电容140或者对于地(或直流电压源)的电容170都以非均匀分布施加在ニ极管堆栈的情况下，ニ极管堆栈内电压扰动的大小沿着该ニ极管堆栈的长度变化。这种不均匀的电压扰动可能增加施加在堆栈内的ニ极管的瞬态正向偏置电压，提高电荷泵浦电流。‘电荷泵浦’问题能够通过在ニ极管堆栈120上方制造导电遮蔽层180来缓解。这点在电学上表现为图10中所示。虽然导电遮蔽180仍电容耦合至相对电极130，但是它也通过低阻抗路径190接地，从而使发生在其上的电压扰动最小化。出现在遮蔽180上的波形可以与图11中所示的波形相似。由于相对电极的波形，因此在ニ极管堆栈120内仅出现小的电压阶跃。因为在正向偏置ニ极管中流动的电流较强地依赖于该正向偏置电压的幅度，堆栈120内较小的电压扰动产生较低的电荷泵浦电流。然而，不太可能将 遮蔽阻抗减小至零因而充分减小电压扰动，所以残留的电荷泵浦电流仍是不可接受的。作为另ー选择，电荷泵浦问题可以通过采用相对电极电压恒定的显示器架构来消除。为了确保LC材料经受零均值电场，这种架构相对于相对电极130上存在的电压的极性而周期性地反转TFT玻璃30上存在的电压的极性。然而，必须在这种显示器的TFT玻璃30上产生较高的绝对电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.17 US 61/261,880;2010.01.25 US 12/692,8741.一种环境光传感器(ALS),包含 第一二极管堆栈，其包括至少两个光电二极管，其中所述至少两个光电二极管中的一个的阴极电连接至所述至少两个光电二极管中的另一个的阳极； 偏置源，其用于提供偏置电压至所述第一二极管堆栈；以及 至少一个开关，其电连接至所述第一堆栈，所述至少一个开关可操作为选择性地将所述偏置电压施加给所述第一二极管堆栈和将所述偏置电压从所述第一二极管堆栈移除。2.根据权利要求I所述的ALS，其中，所述至少一个开关包含第一开关和第二开关，并且其中所述第一开关电连接在所述第一二极管堆栈的最末端阳极和信号公共线之间，并且所述第二开关电连接在所述第一二极管堆栈的最末端阴极和所述偏置源之间。3.根据权利要求1-2中任一项所述的ALS，还包含至少一个附加二极管堆栈，所述附加二极管堆栈包括至少两个光电二极管，其中所述至少两个光电二极管中的一个的阴极电耦合至所述至少两个光电二极管中的另一个的阳极，并且其中所述第一二极管堆栈和所述至少一个附加二极管堆栈以串联连接方式彼此电连接。4.根据权利要求3所述的ALS，其中，所述至少一个开关包含多个开关，并且所述多个开关中的一个将所述第一堆栈电耦合至所述至少一个附加堆栈。5.根据权利要求1-3中任一项所述的ALS，其中，所述至少一个开关包含多个开关，并且所述多个开关中的一个将所述第一堆栈的所述一个光电二极管的阴极电耦合至所述第一堆栈的所述另一个光电二极管的阳极。6.根据权利要求5所述的ALS，当权利要求5从属于权利要求3时，其中，所述多个开关中的另一个将所述附加二极管堆栈的所述一个光电二极管的阴极电耦合至所述附加二极管堆栈的所述另一个光电二极管的阳极。7.根据权利要求1-6中任一项所述的ALS，其中，所述至少一个开关包含n-沟道晶体管或P-沟道晶体管中的至少一个。8.根据权利要求1-7中任一项所述的ALS，还包含控制器，所述控制器用于控制所述至少一个开关的开启和闭合状态。9.一种显不模块,包含 根据权利要求8所述的ALS ；以及 相对电极，其用于改变局域电场，所述相对电极电容耦合至所述第一堆栈并且接受第一电波形，其中所述控制器被配置为按照所述第一电波形中的转变而开启和闭合所述至少一个开关。10.根据权利要求9所述的显示模块，其中，所述控制器被配置为按照所述第一电波形的周期而开启和闭合所述至少一个开关。11.根据权利要求10所述的显示模块，其中，所述控制器被配置为在所述第一电波形的高或低半循环周期的期间闭合所述至少一个开关。12.根据权利要求10所述的显示模块，其中，所述控制器被配置为在所述第一电波形的每第二个高脉冲或每第二个低脉冲闭合所述至少一个开关一次。13.根据权利要求10-12中任一项所述的显示模块，其中，所述控制器被配置为在所述第一电波形的上升沿或下降沿中的至少一个的期间开启所述至少一个开关。14.根据权利要求10所述的显示模块，还包含遮蔽层，所述遮蔽层电容耦合至所述第一堆栈，所述遮蔽层接受与所述第一电波形不同的第二电波形，其中所述控制器被配置为随着所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·P·库尔森，鹫尾一，本杰明·J·哈德温，苏纳伊沙赫，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：