[发明专利]环境光传感器的散射光补偿

说明书

技术领域

本发明涉及光传感器装置中的散射光补偿。本发明特别地但非专 门地涉及集成到有源矩阵液晶显示器(AMLCD)中的光电传感器装置。 例如，本发明发现在AMLCD显示基板上集成环境光传感器(ALS) 的特定应用。

背景技术

附图的图2示出了典型的AMLCD的简化横截面。背光源是用于 照亮显示器的光源。通过使用由薄膜晶体管(TFT)制成的电路来控制 从背光源101通过显示器到观看者102的光的传送。TFT被装配在玻 璃基板(称之为TFT玻璃103)上，并且被操作以改变通过液晶(LC) 104层的电场。这将进而改变LC材料的光学属性，并由此实现从背光 源101通过显示器到观看者102的光的选择性传送。

在很多利用显示器的产品(例如，移动电话、个人数字助理(PDA)) 中，发现根据环境照明条件来控制背光源的光输出是有用的。例如， 在低环境光照的条件下，希望降低显示器背光源的亮度，从而也降低 显示器的亮度。这不仅保持了显示器输出图像的最优质量，还使得背 光源所消耗的功率最低。

为了根据环境光照条件来改变背光源的强度，有必要具有用于感 应环境光等级的某种装置。用于该目的的环境光传感器可以与TFT玻 璃基板分开。然而，将ALS集成到TFT玻璃基板上(“单块集成”)常 常是有一些好处的，例如，在减少包含该显示器的产品的尺寸、重量 以及制造成本方面。

在附图的图1中示出了典型的实用环境光传感器系统，其包含以 下元件：

(a)能够将入射光转换为电流的(多个)光电检测元件。该光电 检测元件的实例是光电二极管2。

(b)用于控制(多个)光电检测元件并检测光生电流的偏压电路 3。

(c)用于提供表示测量的环境光等级的输出信号(模拟或数字) 的输出电路4。

(d)基于测量的环境光等级，通过例如控制背光源6的强度来调 节显示操作的装置5。

附图的图3示出了光电二极管，其为具有阳极8和阴极9的两端 器件。

对于具有单块集成的环境光传感器的AMLCD，所使用的基本光电 检测器件必须与在制造显示基板时使用的TFT处理相兼容。与标准 TFT处理兼容的已知的光电检测器件是横向薄膜多晶硅P-I-N二极管， 如附图的图4所示。该器件由半导体材料(该情况下为多晶硅)的p 型区和半导体材料的n型区组成，该p型区形成器件的阳极8，并且该 n型区形成器件的阴极9。n型区与p型区之间是本质为半导体材料(硅) 或稍掺杂半导体材料(硅)的区域7。这样，形成了器件的光敏部分， 其能够将入射光转换为电流。

为了操作该光电二极管，必须在两个光电二极管终端之间，即阳 极8和阴极9之间施加电位差。附图的图5中示出了光电二极管的典 型的电流-电压(IV)特性，包括器件在黑暗中的情况12，并且包括器 件被某光等级A照亮的情况13。在这里，施加的光电二极管偏压是阳 极与阴极之间的电位差。

以y轴为表示光电流绝对值的对数刻度来重新画出IV特性往往是 方便的。

附图的图6中示出了光电二极管IV特性，包括器件在黑暗中的情 况12、器件被某光等级A照亮的情况13、以及器件被光等级B照亮 的情况14，其中光等级B超过光等级A

从图6可以看出，对于任何给定的操作偏压，照射器件将改变流 经该器件的电流。对于给定偏置电压下的器件的操作，在器件处于黑 暗中的情况下生成的电流可称为器件的“漏电流”(或“暗电流”)。在 器件被照射的情况下生成的电流可称为“亮电流”。该“亮电流”由漏 电流和响应于入射光而产生的那部分电流(此后者的部分称为“光电 流”)的和构成。

通常将光电二极管电流为0时的偏压称为光电二极管开路电压， 并且对于光等级A表示为VOC(A)38，对于光等级B表示为VOC(B) 39。开路电压是光等级和温度的函数，其随着光等级的增加而增加， 并且随着温度的增加而降低。在入射光等级为0的特殊情况下，开路 电压被称为内建电压Vbi 37。在薄膜光电二极管的很多实施方式中， 内建电压等于或几乎等于0伏。由于二极管电流的光生分量的符号总 为负，因此总是VOC＞Vbi。

以多晶硅TFT处理制造的光电二极管通常具有较低的灵敏度，这 有两个主要原因：

1.光电流通常很小，其一般为薄膜半导体材料的厚度所限制。