CN102314833A - 基于pn结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电传感器及显示屏调光技术领域，特别是涉及一种基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统与技术。本发明采用多个PN结通过串连结构相连组成具有正极和负极的PN结群组，受到光照时，在PN结群组电路中产生电流，形成独立的单一原始信号源，具有更高的可靠性和稳定性；由于具有较好的光电转换线性关系，使得每个不同的光电传感器其光电转换性能具有更好的一致性。采用嵌入式信息处理模块可以自动进行信号与数据的比对，按照预置方式智能组配显示屏背光灯组的点亮驱动控制指令，提高了调光效果，简化了调光电路设计；还采用与显示屏控制电路相同的弱电单一直流供电，作为广域光电智能传感器及显示屏调光系统工作电源，可以简化电路设计，节省材料与制造成本。

Description

基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统与方法

技术领域

本发明涉及光电传感器及显示屏调光技术领域，特别是涉及一种基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统与技术。

技术背景

在当今现代社会中，人们不论是生活娱乐，还是学习工作，电子显示屏越来越多地走进了人们的生活和工作之中。从电脑、电视，到手机、电子书，在现代化工具为人们带来无限乐趣和便利的同时，也给人们的视力健康带来越来越多的伤害和威胁。减少现代电子显示工具对人们视力损伤，是一个有关人类健康与幸福的重大课题。

现代电子显示工具多为电子显示屏，也就是靠发出的不同强度和颜色的光图案，供人们阅读与观看。显示同一光图案以及同一光的强度，通常在不同的光照环境下，人们观看效果不同，对人眼的刺激和损伤程度也不同，人们长时间看光亮不足或光亮太强的光图案，即在太费眼神或太刺眼了的情况下，对眼的健康危害极大。要改善此状况就要解决在不同光照环境下，让显示器具有在不同的光照环境下，都能显示不同的适合人们观看的适当光亮度的光图案。这就需要一个自动察觉使用环境光照度及连续变化值的光感器件，以及自动生成调节显示亮度参数的控制部件。

目前，大量的光电显示器具，如人们常用的电脑、手机、电视、游戏机、电子书等等，大部分是固定的显示亮度，也有极少一部分显示屏是可以自动调节亮度，但是均属价格昂贵的高档产品；更多的常用产品则是需要人工预先调节。为了改变这种状况，人们进行了大量研究和开发，近来，可以随着观看环境的光照亮度自动调节显示亮度产品和方法也陆续出现，如中国国家专利申请号为200810066833.2的《光电薄膜晶体管的驱动方法、光电传感器及平面显示器》，该技术方案是使用薄膜晶体管作为感光元件，特别是改进了该薄膜晶体管感光元件的驱动方法，通过将栅极的直流驱动电压改为交流驱动电压，实现周期性抑制了负电荷的积累，相对栅极的直流驱动电压的方式而言，提高了信号的可靠性，因而，可以改善原有的应用效果。但是，由于依然使用薄膜晶体管作为感光元件，其生产工艺和材料在制作过程中的微小差别，都会使得不同薄膜晶体管的光电载流子生成数量发生变化，而任何微小的变化通过高倍数放大作用后，都会产生严重的失真，影响了非晶硅层的光电转换的线性关系，使得薄膜晶体管作为感光元件的光电转换一致性受到严重影响，其输出信号的连续性严重失真以及一致性差的缺陷给批量产品的应用造成调试困难，影响了其实用性。因此，通常使用薄膜晶体管作为感光元件应用于以定性为主的光电开关或是阈值及多阈值光电控制场合。由于薄膜晶体管作为感光元件，其原始光电信号极弱，又通过了高倍数放大作用的电压分配比反推光照信号，因此信号采样方式即便有了周期性(交流电压)改善和提高，但是原始光电信号极弱及光电信号转换机制的本质缺陷和弱点依然存在，所以此类光电传感器大多用于光照阈值方面的控制，而在广域连续照度控制方面效果不理想，再加上需要增加交流电源提供交流电压，使得光电信号采集电路即有弱电又有强电，即有直流又有交流，这就增加了显示屏产品的电路制作难度和成本。

正如大家公知的光生伏特效应，它实质上是一个PN结，在不同光照度下，其光电流和光生电动势是不同的，它们之间的关系就是光照特性。而且，短路电流在很大范围内与光照强度呈线性关系，开路电压即负载电阻RL无限大时与光照度的关系是非线性的。因此，利用串连结构的PN结群组生成的电流可以在很大范围内与光照强度呈线性关系。

正是这种特性使得串连结构的PN结群组更好的反映了光照度的原始信号。通过对串连结构的PN结群组在光照时产生电流进行采样，并利用短路电流在很大范围内与光照强度呈线性关系，可以比较稳定和可靠的得到光照度的连续变化参数，而且与标准光照度数据在很大范围内形成对应的线性关系，即采集的信息数据与标准数据之比为常量，也就是每个由串连结构的PN结群组构成感光元件都可以容易的得到一个自己的标准光电转换系数，从而使每个由串连结构的PN结群组构成感光元件具有较好的转换性能的一致性。

为了有效改善现有技术的上述缺陷和不足，本发明提出了基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统与方法。

发明内容

为克服上述不足，本发明提出的基于PN结群组的广域光电传感器及智能调光显示屏系统与方法，其目的就是通过对串连结构的PN结群组在光照时产生电流进行采样，并利用短路电流在很大范围内与光照强度呈线性关系，可以比较稳定和可靠的得到光照度的连续变化参数，而且与标准光照度数据在很大范围内形成对应的线性关系这种特性，实现一个自动察觉使用环境光照度及连续变化值的光感器件，以及自动生成调节显示亮度参数的控制部件。

本发明提出的基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统与方法，包括PN结群组电路、电路功率参数采集器、以及嵌入式信息处理模块组成的广域光电智能传感器A，并与调光驱动电路模块以及显示屏背光灯组调光电路构成的显示屏背光灯组调光电路系统B相连；利用PN结群组电路在光照时会产生电流且电流强弱与光照度成线性关系，由嵌入式信息处理模块通过电路功率参数采集器实时采集PN结群组电路上的电流及功率参数，并由嵌入式信息处理模块与设置的标准光照度参数比较生成光感照度数据及调光控制指令，输出给调光驱动电路模块；通过显示屏的调光电路完成显示屏背光灯组相应组配的点亮驱动控制。

为了有效实现广域光电智能传感器A，本发明所述基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统与方法，PN结群组电路是由多个PN结通过串连结构相连组成具有正极和负极的PN结群组，受到光照时，在PN结群组电路中产生电流。所述电路功率参数采集器是由电路功率信号传感器电路和信号放大电路组成，将电路功率信号传感器电路采集到的PN结群组电路电参数，经过信号放大电路放大后由A/D转换电路转换成数字信号并传送给嵌入式信息处理模块。所述嵌入式信息处理模块是由微处理器、程序及数据存储器、I/O接口电路、时钟电路、总线及电源接口构成；由微处理器经过总线及I/O接口电路获得电路功率信号传感器电路采集到的PN结群组电路的电参数，调用程序及数据存储器的程序及通过I/O接口电路收到并存储的标准光照度数据进行比较和处理，得到标准光电转换系数及实际光照度数据；依此与程序及数据存储器中预置的显示屏亮度调节参数进行比较，生成调光控制指令，输出给调光驱动电路模块。

本发明的调光驱动电路模块具有延迟控制电路和防临界颤动控制电路，并与显示屏的调光电路相连，将收到的调光控制指令经过延迟控制电路和防临界颤动控制电路处理后转换成相应组配的显示屏背光灯组的点亮驱动控制信号，通过显示屏的调光电路完成显示屏背光灯组相应组配的点亮驱动控制。

本发明设计的显示屏背光灯组调光电路的特征是具有指令译码电路和背光灯组控制点亮开关组电路，并按照调光驱动电路模块发来的根据显示环境光照度将显示屏背光灯组点亮及驱动方式组配的调光驱动控制指令信号，经指令译码电路和背光灯组控制点亮开关组电路控制驱动及点亮相应显示屏背光灯组及亮度。

为了简化电路设计，节省材料与制造成本，本发明采用与显示屏控制电路相同的弱电单一直流供电。

与现有技术相比，本发明采用多个PN结通过串连结构相连组成具有正极和负极的PN结群组，受到光照时，在PN结群组电路中产生电流，形成独立的单一原始信号源，具有更高的可靠性和稳定性；由于具有较好的光电转换线性关系，使得每个不同的光电传感器其光电转换性能具有更好的一致性。采用嵌入式信息处理模块可以自动进行信号与数据的比对，按照预置方式智能组配显示屏背光灯组的点亮驱动控制指令，提高了调光效果，简化了调光电路设计。

为了克服在显示光图案过程中显示器发光对使用环境光照度的影响，本发明在显示屏背光灯组的点亮驱动控制上，设计了延迟控制电路和防临界颤动控制电路，本发明还设计了指令译码电路和背光灯组控制点亮开关组电路，大大提高了显示屏背调光的有效性及控制效率。

本发明采用与显示屏控制电路相同的弱电单一直流供电，作为广域光电智能传感器及显示屏调光系统工作电源，可以简化电路设计，节省材料与制造成本。

发明附图

图1为本发明的PN结群组电路原理示意图；

图2为本发明的基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统方框示意图。

具体实施方式

本发明的具体实施例子主要用于示范性说明根据本发明的原理性实现的一种具体实施方式，专业技术人员可以在理解本发明的原理和方法的基础上，用更多的方式实现本发明。下面结合附图对基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统与方法给予说明，但是，本发明的技术与方案不限于本实施例子说明给出的内容。

如图1所示，给出了基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统的PN结群组电路1原理示意图，可以看出其原理为非晶硅薄膜太阳能电池的一种，作为具体实施例子可利用微型非晶硅薄膜太阳能电池片作为PN结群组电路形成感光元件。

如图2所示，基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统与方法，包括PN结群组电路1、电路功率参数采集器2、嵌入式信息处理模块3以及嵌入式信息处理模块3组成的广域光电智能传感器A，并与调光驱动电路模块4以及显示屏背光灯组调光电路5构成的显示屏背光灯组调光电路系统B相连；其PN结群组电路1在光照时会产生电流且电流强弱与光照度成线性关系，由嵌入式信息处理模块3通过电路功率参数采集器2实时采集PN结群组电路1上的电流及功率参数，并由嵌入式信息处理模块3与设置的标准光照度参数比较生成光感照度数据及调光控制指令，输出给调光驱动电路模块4；通过显示屏的调光电路5完成显示屏背光灯组6相应组配的点亮驱动控制，实现自动智能化的调光控制。

作为本发明实施例子，为了更好的利用光生伏特效应，即当光照射到PN结的一个面，若光子能量大于半导体材料的禁带宽度，那么P型区每吸收一个光子就产生一对自由电子和空穴，电子-空穴对从表面向内迅速扩散，在结电场的作用下，最后建立一个与光照强度有关的电动势。并且，在不同光照度下，其光电流和光生电动势是不同的，它们之间的关系就是光照特性。而且，短路电流在很大范围内与光照强度呈线性关系，开路电压即负载电阻RL无限大时与光照度的关系是非线性的。因此，利用串连结构的PN结群组生成的电流可以在很大范围内与光照强度呈线性关系。如图2所示，其PN结群组电路1由多个PN结通过串连结构相连组成具有正极和负极的PN结群组，受到光照时，在PN结群组电路中产生电流。

作为本发明实施例子，如图2所示其电路功率参数采集器2由电路功率信号传感器电路21和信号放大电路22组成，将电路功率信号传感器电路21采集到的PN结群组电路1电参数，经过信号放大电路22放大后由A/D转换电路23转换成数字信号并传送给嵌入式信息处理模块3。

作为本发明实施例子，为了更好实现智能传感器和自动智能控制的功能，通过程序预置针对使用环境的不同光照度对应的合理调光方式，与智能传感器采集的光电信号进行比对处理，自动选择出合理调光方式并生成相应的控制指令。如图2所示其嵌入式信息处理模块3由微处理器31、程序及数据存储器32、I/O接口电路33、时钟电路34、总线35及电源接口36构成；由微处理器31经过总线35及I/O接口电路33获得电路功率信号传感器电路21采集到的PN结群组电路1电参数，调用程序及数据存储器32的程序及通过I/O接口电路33收到并存储的标准光照度数据进行比较和处理，得到标准光电转换系数及实际光照度数据；依此与程序及数据存储器32中预置的显示屏亮度调节参数进行比较，生成调光控制指令，输出给调光驱动电路模块4，实现智能光电传感器的功能。

在实际的使用环境中，由于显示屏在显示光图案时，显示屏发出的光亮会影响使用环境的光照度，使得光电传感器采集的光电信号随着显示屏发出的光亮变化而不断变化，出现采集信号不断抖动的而使调光控制出现光电信号的临界颤动现象。为此，通过设置延迟控制电路41使控制延迟执行，并根据延迟期间信号变化频度实施控制以及通过防临界颤动控制电路42对延迟结果和变化幅度判断控制是否生效，解决上述问题。作为本发明实施例子，如图2所示其调光驱动电路模块4具有延迟控制电路41和防临界颤动控制电路42，并与显示屏的调光电路5相连，将收到的调光控制指令经过延迟控制电路41和防临界颤动控制电路42处理后转换成相应组配的显示屏背光灯组的点亮驱动控制信号，通过显示屏的调光电路5完成显示屏背光灯组6相应组配的点亮驱动控制。

作为本发明实施例子，如图2所示其显示屏背光灯组调光电路5具有指令译码电路51和背光灯组控制点亮开关组电路52，并按照调光驱动电路模块4发来的根据显示环境光照度将显示屏背光灯组6点亮及驱动方式组配的调光驱动控制指令信号，经指令译码电路51和背光灯组控制点亮开关组电路52控制驱动及点亮相应显示屏背光灯组及亮度。

由于本发明可以采用弱电材料和元器件组成电路系统，所以本发明的技术方案采用与显示屏控制电路相同的弱电单一直流供电。这样不仅可以简化电路设计，节省材料与制造成本；还有助于电路系统的稳定性和可靠性的提高。

将本发明实施例子实现的电路系统安装在受控的电脑、手机、电视、游戏机、电子书等产品的显示屏中，并将感光元件的PN结群组电路1既实施例子利用微型非晶硅薄膜太阳能电池片安装在显示屏外框表面，容易接收使用环境采光位置即可实现广域光电智能传感器及显示屏调光系统。

Claims (7)

1.基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统与方法，包括PN结群组电路(1)、电路功率参数采集器(2)、嵌入式信息处理模块(3)以及嵌入式信息处理模块(3)组成的广域光电智能传感器A，并与调光驱动电路模块(4)以及显示屏背光灯组调光电路(5)构成的显示屏背光灯组调光电路系统B相连；其特征是PN结群组电路(1)在光照时会产生电流且电流强弱与光照度成线性关系，由嵌入式信息处理模块(3)通过电路功率参数采集器(2)实时采集PN结群组电路(1)上的电流及功率参数，并由嵌入式信息处理模块(3)与设置的标准光照度参数比较生成光感照度数据及调光控制指令，输出给调光驱动电路模块(4)；通过显示屏的调光电路(5)完成对显示屏背光灯组(6)相应组配的点亮驱动控制。。

2.如权利要求所述基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统与方法，其PN结群组电路(1)的特征是由多个PN结通过串连结构相连组成具有正极和负极的PN结群组，受到光照时，在PN结群组电路中产生电流。

3.如权利要求所述基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统与方法，其电路功率参数采集器(2)的特征是由电路功率信号传感器电路(21)和信号放大电路(22)组成，将电路功率信号传感器电路(21)采集到的PN结群组电路(1)电参数，经过信号放大电路(22)放大后由A/D转换电路(23)转换成数字信号并传送给嵌入式信息处理模块(3)。

4.如权利要求所述基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统与方法，其嵌入式信息处理模块(3)的特征是由微处理器(31)、程序及数据存储器(32)、I/O接口电路(33)、时钟电路(34)、总线(35)及电源接口(36)构成；由微处理器(31)经过总线(35)及I/O接口电路(33)获得电路功率信号传感器电路(21)采集到的PN结群组电路(1)电参数，调用程序及数据存储器(32)的程序及通过I/O接口电路(33)收到并存储的标准光照度数据进行比较和处理，得到标准光电转换系数及实际光照度数据；依此与程序及数据存储器(32)中预置的显示屏亮度调节参数进行比较，生成调光控制指令，输出给调光驱动电路模块(4)。

5.如权利要求所述基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统与方法，其调光驱动电路模块(4)的特征是具有延迟控制电路(41)和防临界颤动控制电路(42)，并与显示屏的调光电路(5)相连，将收到的调光控制指令经过延迟控制电路(41)和防临界颤动控制电路(42)处理后转换成相应组配的显示屏背光灯组的点亮驱动控制信号，通过显示屏的调光电路(5)完成显示屏背光灯组(6)相应组配的点亮驱动控制。

6.如权利要求所述基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统与方法，其显示屏背光灯组调光电路(5)的特征是具有指令译码电路(51)和背光灯组控制点亮开关组电路(52)，并按照调光驱动电路模块(4)发来的根据显示环境光照度将显示屏背光灯组(6)点亮及驱动方式组配的调光驱动控制指令信号，经指令译码电路(51)和背光灯组控制点亮开关组电路(52)控制驱动及点亮相应显示屏背光灯组及亮度。

7.基于PN结群组的广域光电智能传感器及显示屏调光系统与方法，其特征在于采用与显示屏控制电路相同的弱电单一直流供电。

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