[发明专利]环境光传感器和接近度检测器中的双层光电二极管

说明书

技术领域

本发明总体上涉及环境光感测和接近度(proximity)检测，并且更具体地，涉及具有改进的环境光感测和红外灵敏度的双层环境光传感器和接近度检测器光电二极管阵列。

背景技术

本领域的技术人员很明白环境光感测和接近度检测的重要性。这两项技术尤其可应用于移动电子器件市场，因为有效的环境光传感器和接近度检测使得移动装置能正确地管理功耗并且延长电池寿命。通常，环境光传感器和接近度检测器在不同的波段(wavelength band)中工作，并且在集成的传感器阵列中具有不同的结构。

环境光传感器确定传感器周围环境内的可见光强度。具体地，环境光传感器提供对环境内正被检测的可见光(通常中心在550nm左右的窄波段)的量的响应。这些传感器通常用于移动装置中，以检测正在使用装置的环境中存在的光量。基于这种检测，可以调节移动装置上的显示器的亮度或强度，来为使用者提供最佳的强度同时还正确地管理显示器的功耗。本领域的技术人员将认识到，对于环境光检测器而言，存在许多其他的应用。

图1A示出通常被称为CIE光适应曲线的曲线。这个曲线代表人眼的相对光谱响应。可见，人眼对400nm以下或700nm以上的波长不敏感。所期望的是，环境光传感器所提供的光谱响应与这个曲线尽可能接近地匹配。

图1B示出表征现有技术中的典型硅光电二极管的光谱响应的曲线。可见，硅光电二极管响应始于300nm并且延伸到1000nm以上的波长。峰值响应(peak responsivity)处于800nm左右的区域内。通过比较图1A和图1B，很明显，未改进的硅光电二极管无法用作精确的环境光传感器，因为它对人视力范围外的光的波长敏感。在700nm和900nm之间的红外区域中，这两个曲线之间的不匹配最明显，因为虽然人眼不响应超过700nm的波长，但是硅光电二极管在这个区域内的响应性强。熟知的是，几乎所有的自然光源和人造光源都包含范围在700nm至1000nm内的变化的红外辐射的量。具体地，来自白炽灯泡的光还有来自太阳的光包含大量的红外辐射。虽然人们可以通过热的形式感觉到这种辐射，但是人门无法看到它。因此，为了使用通用的硅光电二极管作为精确的环境光传感器，必须改进其响应性，以更接近地匹配人眼响应。

改进硅光电二极管的光谱响应所采用的最常用且最经济的方法是在光电二极管的表面上施用彩色滤光器(color filter)。图1C示出典型红色滤光器(red filter)102、典型绿色滤光器(green filter)103的光谱响应以及施加在红色滤光器104顶部的绿色滤光器的组合响应。对这种实践方式进一步的改良是将环境光感测光电二极管分成两个相等但是分开的部分。将绿色滤光器施用于一个部分，并且将绿色滤光器与红色滤光器的组合施用于另一个部分。来自这两个光电二极管的各自的信号可以按比例缩放，并且然后电子地彼此相减以生成图1D所示的曲线，图1D还包括作为基准的复制的CIE曲线。可见，经过电学上处理的信号的响应G-(G+R)108非常逼近理想的CIE曲线107。

光学接近度检测器确定在传感器的某一范围内是否存在反射性目标物(target)。预期的目标物可以是任何反射光的物体。这些接近度检测器是通过以脉冲方式或以连续方式发射光并且然后感测目标物所反射的光来工作的。在其他应用中，接近度传感器被用在移动电话装置内，以检测放在耳朵或面部旁边的手持机(handset)。在使用者使用电话的这段时间内，为了节省电池电量，可以降低对装置屏幕和/或其他应用部件的供电。本领域的技术人员将认识到，对于接近度检测器而言，存在许多其他的应用。

接近度检测器通常采用红外发射光源作为发光器。做出这种选择是出于多种原因，这多种原因包括在靠近850nm和940nm的红外波长处高性能LED光源的充足的可用性，硅光检测器在该波长区域内的高灵敏度，以及对接近度检测器作用是不可见的而因此不能被使用者察觉到的需要。

因为目标物具有未知的特性，所以目标物的反射性的可变性会极强。例如，为了检测移动电话听筒与人面部的接近度，接近度检测器必须能够在深色头发、浅色头发、深色衣物(如，帽子或围巾)以及具有或没有面部毛发的裸露皮肤存在反射的情况下进行正确操作。这种反射性的高度可变性要求非常灵敏的检测器。