CN109658873A - 环境光检测电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种环境光检测电路，其特征在于，包括：光检测模块，用于输出与环境光强度对应的光感应电压；栅极电压生成模块，用于根据参考电压信号生成交流的栅极电压信号，其中，所述栅极电压信号用于向所述光检测模块提供工作偏置电压，解决了光感应传感器的栅极加偏压时间过长之后出现的光电曲线漂移的现象，提高了环境光检测电路的稳定性。

Description

环境光检测电路

技术领域

本发明涉及显示技术领域，更具体地涉及一种用于显示装置的环境光检测电路。

背景技术

液晶显示装置是利用液晶分子的排列方向在电场的作用下发生变化的现象改变光源透过率的显示装置。由于具有显示质量好、体积小和功耗低的优点，液晶显示装置已经广泛地应用于诸如手机的移动终端和诸如平板电视的大尺寸显示面板中。现有市场上的液晶显示器大部分为投射式液晶显示器，其包括液晶面板及背光模组(backlight module)。液晶面板的工作原理是在两片平行的玻璃基板中间放置液晶分子，并在两片玻璃基板上施加驱动电压来控制液晶分子的旋转方向，对背光模组的发光进行调制产生画面。

现有技术在液晶面板上集成有光检测模块，通过获取环境光来自动调节背光亮度。图1示出现有技术的环境光检测电路的电路示意图，如图1所示，环境光检测电路包括串联连接在工作电压Vds与地之间的电阻R1、晶体管M1以及电阻R2，晶体管M1的栅极用于接收栅极电压信号Vgs。晶体管M1为光感应传感器，例如可通过薄膜晶体管(ThinFilmTransistor，TFT)实现，用于根据外部环境光线的强弱调整分压比，并将工作电压Vds按照所述分压比进行分压以在源极输出与当前环境光强弱相对应的光感应电压Vout。

图2a和图2b分别示出了现有技术的环境光检测电路在85℃下0h和100h时的模拟示意图，横坐标表示环境照度(单位：Lux)，纵坐标表示光感应电压(单位：V)。其中，曲线ID1表示环境光检测电路的实际输出曲线，曲线ID2表示理论输出曲线图。如图2b所示，现有技术的环境光检测电路在85℃下工作100小时之后，出现在相同的照度下，实际输出的光感应电压大于理论值的现象。

所以现有技术的环境光检测电路存在以下问题：现有技术的环境光检测电路的稳定性差，在长时间工作之后，会出现光电曲线漂移现象。

因此，有必要对现有技术的环境光检测电路进行改进以解决上述技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种环境光检测电路，以解决光感应传感器的栅极加偏压时间过长之后出现的光电曲线漂移的现象，提高环境光检测电路的稳定性和精度。

根据本发明提供一种环境光检测电路，其特征在于，包括：光检测模块，用于输出与环境光强度对应的光感应电压；栅极电压生成模块，用于根据参考电压信号生成交流的栅极电压信号，其中，所述栅极电压信号用于向所述光检测模块提供工作偏置电压。

优选地，所述参考电压信号与所述栅极电压信号具有相同的占空比。

优选地，所述光检测模块包括串联连接在工作电压与地之间的第一电阻、第一晶体管以及第二电阻，所述第一晶体管的栅极用于接收所述栅极电压信号，其中，所述第一晶体管用于根据环境光强度调整分压比，并将所述工作电压按照所述分压比进行分压以得到所述光感应电压。

优选地，所述光检测模块还包括：第一运算放大器，包括同相输入端、反相输入端以及输出端，其中，所述同相输入端与所述第一晶体管的源极连接，所述反相输入端与所述输出端连接，所述输出端用于提供所述光感应电压。

优选地，所述栅极电压生成模块包括：串联连接在电源电压与地之间的第三电阻和第四电阻；第二运算放大器，所述第二运算放大器包括同相输入端、反相输入端和输出端，其中，所述同相输入端用于接收所述参考电压信号，所述反相输入端与所述第三电阻和第四电阻的中间节点连接以接收阈值电压信号，所述输出端用于提供所述栅极电压信号。

优选地，所述第二运算放大器设置为：在所述参考电压信号小于所述阈值电压信号时，所述第二运算放大器输出所述栅极电压信号为第一电平；在所述参考电压信号大于所述阈值电压信号时，所述第二运算放大器输出所述栅极电压信号为第二电平。

优选地，所述光检测模块设置为在所述栅极电压信号为所述第一电平时，输出有效的光感应电压。

优选地，所述栅极电压生成模块包括：第一至第六开关管以及第五电阻和第六电阻，所述第一开关管的控制端接收所述参考电压信号，第一通路端与第一节点连接，第二通路端接地，所述第二开关管的控制端与第三开关管的第一通路端连接，第一通路端与第五开关管的第二通路端连接，第二通路端与第一电源的正极连接，所述第一电源的负极接地，所述第三开关管的控制端与所述第二开关管的第一通路端连接，第一通路端与第六开关管的第二通路端连接，第二通路端与所述第一电源的正极连接，所述第四开关管的控制端与第一节点连接，第一通路端与第二电源的正极连接，第二通路端与所述第五开关管的控制端连接，所述第二电源的负极接地，所述第五开关管和所述第六开关管的第一通路端都与所述第二电源的正极连接，所述第六开关管的控制端与所述第一节点连接，所述第五电阻的第一端与所述第二电源的正极连接，第二端与所述第一节点连接，所述第六电阻的第一端与所述第五开关管的控制端连接，第二端接地，其中，所述第三开关管的第一通路端用于提供所述栅极电压信号。

优选地，所述的环境光检测电路还包括参考电压生成模块，用于提供具有预设占空比的所述参考电压信号。

优选地，所述参考电压生成模块选自时序控制器或微处理器。

综上所述，本发明实施例提供的环境光检测电路包括栅极电压生成模块，用于生成具有预设占空比的交流信号的栅极电压，解决了光感应传感器的栅极加偏压时间过长之后出现的光电曲线漂移的现象，提高了环境光检测电路的稳定性。

在优选地实施例中，本发明实施例的光检测模块中还包括由运算放大器组成的电压跟随电路，运算放大器的同相输入端与光感应晶体管的源极连接，输出端用于输出光感应电压。电压跟随电路用于“隔离”环境光检测电路与后级电路之间的影响，使得环境光检测电路输出的光感应电压不受后级电路阻抗的影响，进一步提高了环境光检测电路的精度和输出稳定性。

在优选地实施例中，栅极电压生成模块通过多个开关晶体管实现，不需要使用大面积的运放电路，可节省电路的占用面积，减少电路的成本。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据现有技术的环境光检测电路的电路示意图；

图2a示出了现有技术的环境光检测电路在85℃下0h时的模拟示意图；

图2b示出了现有技术的环境光检测电路在85℃下100h时的模拟示意图；

图3示出根据本发明第一实施例的环境光检测电路的电路示意图；

图4示出根据本发明第一实施例的环境光检测电路的工作波形示意图；

图5示出根据本发明第二实施例的环境光检测电路的电路示意图；

图6a示出根据本发明第二实施例的环境光检测电路在0Lux光照强度下的波形示意图；

图6b示出根据本发明第二实施例的环境光检测电路在5000Lux光照强度下的波形示意图；

图7示出根据本发明第三实施例的环境光检测电路的电路示意图；

图8示出根据本发明第三实施例的环境光检测电路的工作原理示意图；

图9a示出根据本发明实施例的环境光检测电路在85℃下0h时的模拟示意图；

图9b示出根据本发明实施例的环境光检测电路在85℃下100h时的模拟示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

图3示出根据本发明第一实施例的环境光检测电路的电路示意图。如图3所示，本发明第一实施例提供的环境光检测电路100包括光检测模块110、栅极电压生成模块120以及参考电压生成模块130。

光检测模块110用于根据环境光强度变化产生相应的光感应电压。光检测模块110包括串联连接在工作电压Vds与地之间的电阻R3、晶体管M2以及电阻R4，晶体管M2的栅极用于接收栅极电压信号Vgs。晶体管M2为光感应传感器，例如可通过薄膜晶体管(Thin FilmTransistor，TFT)实现，用于根据外部环境光线的强弱调整分压比，并将工作电压Vds按照所述分压比进行分压以在源极输出与当前环境光强弱相对应的光感应电压Vout。

参考电压生成模块130用于生成交流信号的参考电压信号Vref，参考电压生成模块130例如可以通过微处理器实现，在本发明实施例中，使用微处理器生成高电平电压为3.3V，低电平电压为0V的参考电压信号Vref。当然，本发明不以此为限制，在其他的实施例中，参考电压信号Vref例如还可以通过显示装置的时序控制器产生。

栅极电压生成模块120用于根据参考电压信号Vref生成具有预设占空比的所述栅极电压信号Vgs，其中，栅极电压信号Vgs用于向所述光检测模块110提供工作偏置电压。图4示出根据本发明第一实施例的环境光检测电路的工作波形示意图，如图4所示，在本发明一个实施例中，栅极电压生成模块120通过电平转换，将高电平电压为3.3V，低电平电压为0V的参考电压信号Vref转换为高电平电压为10V，低电平电压为-5V的栅极电压信号Vgs。其中，所述光检测模块110在所述栅极电压信号Vgs为低电平时输出有效的光感应电压Vout。

具体地，栅极电压生成模块120包括运算放大器OP1以及电阻R5和电阻R6。其中，电阻R5和电阻R6串联连接在电源电压Vcc和地之间，电阻R5和电阻R6用于对电源电压Vcc分压以在其中间节点提供阈值电压信号Vi。运算放大器OP1包括同相输入端和反相输入端，同相输入端与参考电压生成模块130连接以接收参考电压信号Vref，反相输入端与电阻R5和电阻R6的中间节点连接以接收阈值电压信号Vi。在该实施例中，当参考电压信号Vref为低电平时，参考电压信号Vref小于阈值电压信号Vi，运算放大器OP1输出低电平电压-5V；当参考电压信号Vref为高电平时，参考电压信号Vref大于阈值电压信号Vi，运算放大器OP1输出高电平电压10V。最终，栅极电压生成模块120输出交流信号的栅极电压信号Vgs，同时栅极电压信号Vgs的占空比与参考电压信号Vref的占空比相同。

图5示出本发明第二实施例提供的环境光检测电路的电路示意图，如图5所示，环境光检测电路200包括光检测模块210、栅极电压生成模块220以及参考电压生成模块230。

光检测模块210用于根据环境光强度变化产生相应的光感应电压。光检测模块210包括串联连接在工作电压Vds与地之间的电阻R3、晶体管M2以及电阻R4，晶体管M2的栅极用于接收栅极电压信号Vgs。晶体管M2为光感应传感器，例如可通过薄膜晶体管(Thin FilmTransistor，TFT)实现，用于根据外部环境光线的强弱调整分压比，并将工作电压Vds按照所述分压比进行分压以在源极输出与当前环境光强弱相对应的第一光感应电压Vout1。光检测模块210还包括运算放大器OP2，运算放大器OP2构成电压跟随电路，同相输入端与晶体管M2的源极连接，输出端与反相输入端连接，运算放大器OP2的输出端用于输出光感应电压Vout。

参考电压生成模块230用于生成交流信号的参考电压信号Vref，参考电压生成模块230例如可以通过微处理器实现，在本发明实施例中，使用微处理器生成高电平电压为3.3V，低电平电压为0V的参考电压信号Vref。当然，本发明不以此为限制，在其他的实施例中，参考电压信号Vref例如还可以通过显示装置的时序控制器产生。

栅极电压生成模块220用于根据参考电压信号Vref生成具有预设占空比的所述栅极电压信号Vgs。

具体地，栅极电压生成模块220包括运算放大器OP1以及电阻R5和电阻R6。其中，电阻R5和电阻R6串联连接在电源电压Vcc和地之间，电阻R5和电阻R6用于对电源电压Vcc分压以在其中间节点提供阈值电压信号Vi。运算放大器OP1包括同相输入端和反相输入端，同相输入端与参考电压生成模块130连接以接收参考电压信号Vref，反相输入端与电阻R5和电阻R6的中间节点连接以接收阈值电压信号Vi。在该实施例中，当参考电压信号Vref为低电平时，参考电压信号Vref小于阈值电压信号Vi，运算放大器OP1输出低电平电压-5V；当参考电压信号Vref为高电平时，参考电压信号Vref大于阈值电压信号Vi，运算放大器OP1输出高电平电压10V。最终，栅极电压生成模块120输出交流信号的栅极电压信号Vgs，同时栅极电压信号Vgs的占空比与参考电压信号Vref的占空比相同。

图6a示出本发明第二实施例的环境光检测电路在0Lux光照强度下的波形示意图。如图6a所示，曲线1表示参考电压信号Vref的波形，曲线2表示栅极电压信号Vgs的波形，曲线3表示光感应电压Vout的波形。参考电压信号Vref、栅极电压信号Vgs以及光感应电压Vout的占空比相同，占空比都为1/2。在栅极电压信号Vgs为低电平时采集光检测模块输出的光感应电压Vout，如图6a所示，在T1时间段(有效时间为6ms)，光感应电压Vout的电压值为0.3V，与栅极电压信号Vgs为直流-5V时的输出相一致。

图6b示出了本发明第二实施例的环境光检测电路在5000Lux光照强度下的波形示意图。如图6b所示，在T2时间段(有效时间为6ms)，光感应电压Vout的电压值为2.8V，与栅极电压信号Vgs为直流-5V时的输出相一致。

图7示出本发明第三实施例提供的环境光检测电路的电路示意图。如图7所示，环境光检测电路300包括光检测模块310、栅极电压生成模块320以及参考电压生成模块330。

光检测模块310用于根据环境光强度变化产生相应的光感应电压。光检测模块310包括串联连接在工作电压Vds与地之间的电阻R3、晶体管M2以及电阻R4，晶体管M2的栅极用于接收栅极电压信号Vgs。晶体管M2为光感应传感器，例如可通过薄膜晶体管(Thin FilmTransistor，TFT)实现，用于根据外部环境光线的强弱调整分压比，并将工作电压Vds按照所述分压比进行分压以在源极输出与当前环境光强弱相对应的第一光感应电压Vout1。光检测模块310还包括运算放大器OP2，运算放大器OP2构成电压跟随电路，同相输入端与晶体管M2的源极连接，输出端与反相输入端连接，运算放大器OP2用于输出光感应电压Vout。

参考电压生成模块330用于生成交流信号的参考电压信号Vref，参考电压生成模块330例如可以通过微处理器实现，在本发明实施例中，使用微处理器生成高电平电压为3.3V，低电平电压为0V的参考电压信号Vref。当然，本发明不以此为限制，在其他的实施例中，参考电压信号Vref例如还可以通过显示装置的时序控制器产生。

栅极电压生成模块320用于根据参考电压信号Vref生成具有预设占空比的所述栅极电压信号Vgs。

具体地，栅极电压生成模块320包括第一至第六开关管T1-T6，其中，第一开关管T1的控制端接收所述参考电压信号Vref，第一通路端与第一节点Q1连接，第二通路端接地。第二开关管T2的控制端与第三开关管T3的第一通路端连接，第一通路端与第五开关管T5的第二通路端连接，第二通路端与电源V2的正极连接，电源V2的负极接地。第三开关管T3的控制端与第二开关管T2的第一通路端连接于第三节点Q3，第一通路端与第六开关管T6的第二通路端连接，第二通路端与电源V2的正极连接。第四开关管的控制端与第一节点Q1连接，第一通路端与电源V1的正极连接，第二通路端与第五开关管T5的控制端连接，电源V1的负极接地。第五开关管T5和第六开关管T6的第一通路端都与电源V1的正极连接，第六开关管T6的控制端与第一节点Q1连接。栅极电压生成模块320还包括电阻R7和电阻R8，电阻R7的第一端与电源V1的正极连接，第二端与第一节点Q1连接。电阻R8的第一端与第五开关管T5的控制端连接于第二节点Q2，第二端接地。其中，第三开关管T3的第一通路端用于提供所述栅极电压信号Vgs。

需要说明的是，在本实施例中，第一至第三开关管T1-T3为N沟道场效应晶体管，第四至第六开关管T4-T6为P沟道场效应晶体管。控制端为晶体管的栅极，第一通路端为晶体管的漏极，第二通路端为晶体管的源极。当然，本领域技术人员可以理解的是，第一至第六开关管T1-T6不以此为限制，第一至第六开关管T1-T6也可以采用其他的开关元件实现。

在下面以第一至第三开关管T1-T3为N沟道场效应晶体管，第四至第六开关管T4-T6为P沟道场效应晶体管为例对本实施例的栅极电压生成模块的工作原理进行详细说明。

以下参照图7和图8示对本发明第三实施例的栅极电压生成模块的工作原理进行详细说明。在本发明实施例中，电源V1的额定输出电压为10V，电源V2的额定输出电压为-5V。当参考电压信号Vref为高电平时，第一开关管T1、第二开关管T2、第四开关管T4、第六开关管T6导通，第三开关管T3和第五开关管T5关断，栅极电压生成模块输出栅极电压信号Vgs为高电平；当参考电压信号Vref为低电平时，第一开关管T1、第二开关管T2、第四开关管T4、第六开关管T6关断，第三开关管T3和第五开关管T5导通，栅极电压生成模块输出栅极电压信号Vgs为低电平，如图8所示。

图9a和图9b分别示出了本发明实施例的环境光检测电路在85℃下0h和100h时的模拟示意图，横坐标表示环境照度(单位：Lux)，纵坐标表示光感应电压(单位：V)。其中，曲线ID1表示环境光检测电路的实际输出曲线，曲线ID2表示理论输出曲线图。如图9b所示，本发明实施例的环境光检测电路在85℃下工作100小时之后，实际输出曲线与理论输出曲线基本一致。

综上所述，本发明实施例提供的环境光检测电路包括栅极电压生成模块，用于生成具有预设占空比的交流信号的栅极电压，解决了光感应传感器的栅极加偏压时间过长之后出现的光电曲线漂移的现象，提高了环境光检测电路的稳定性。

在优选地实施例中，本发明实施例的光检测模块中还包括由运算放大器组成的电压跟随电路，运算放大器的同相输入端与光感应晶体管的源极连接，输出端用于输出光感应电压。电压跟随电路用于“隔离”环境光检测电路与后级电路之间的影响，使得环境光检测电路输出的光感应电压不受后级电路阻抗的影响，进一步提高了环境光检测电路的精度和输出稳定性。

在优选地实施例中，栅极电压生成模块通过多个开关晶体管实现，不需要使用大面积的运放电路，可节省电路的占用面积，减少电路的成本。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种环境光检测电路，包括：光检测模块，用于输出与环境光强度相对应的光感应电压，其特征在于，还包括：

栅极电压生成模块，用于根据参考电压信号生成交流的栅极电压信号，

其中，所述栅极电压信号用于向所述光检测模块提供工作偏置电压。

2.根据权利要求1所述的环境光检测电路，其特征在于，所述参考电压信号与所述栅极电压信号具有相同的占空比。

3.根据权利要求1所述的环境光检测电路，其特征在于，所述光检测模块包括串联连接在工作电压与地之间的第一电阻、第一晶体管以及第二电阻，所述第一晶体管的栅极用于接收所述栅极电压信号，

其中，所述第一晶体管用于根据环境光强度调整分压比，并将所述工作电压按照所述分压比进行分压以得到所述光感应电压。

4.根据权利要求3所述的环境光检测电路，其特征在于，所述光检测模块还包括：

第一运算放大器，包括同相输入端、反相输入端以及输出端，

其中，所述同相输入端与所述第一晶体管的源极连接，所述反相输入端与所述输出端连接，所述输出端用于提供所述光感应电压。

5.根据权利要求1所述的环境光检测电路，其特征在于，所述栅极电压生成模块包括：

串联连接在电源电压与地之间的第三电阻和第四电阻；

第二运算放大器，所述第二运算放大器包括同相输入端、反相输入端和输出端，

其中，所述同相输入端用于接收所述参考电压信号，所述反相输入端与所述第三电阻和第四电阻的中间节点连接以接收阈值电压信号，所述输出端用于提供所述栅极电压信号。

6.根据权利要求5所述的环境光检测电路，其特征在于，所述第二运算放大器设置为：

在所述参考电压信号小于所述阈值电压信号时，所述第二运算放大器输出所述栅极电压信号为第一电平；

在所述参考电压信号大于所述阈值电压信号时，所述第二运算放大器输出所述栅极电压信号为第二电平。

7.根据权利要求6所述的环境光检测电路，其特征在于，所述光检测模块设置为在所述栅极电压信号为所述第一电平时，输出有效的光感应电压。

8.根据权利要求1所述的环境光检测电路，其特征在于，所述栅极电压生成模块包括：第一至第六开关管以及第五电阻和第六电阻，

所述第一开关管的控制端接收所述参考电压信号，第一通路端与第一节点连接，第二通路端接地，

所述第二开关管的控制端与所述第三开关管的第一通路端连接，第一通路端与所述第五开关管的第二通路端连接，第二通路端与第一电源的正极连接，所述第一电源的负极接地，

所述第三开关管的控制端与所述第二开关管的第一通路端连接，第一通路端与所述第六开关管的第二通路端连接，第二通路端与所述第一电源的正极连接，

所述第四开关管的控制端与第一节点连接，第一通路端与第二电源的正极连接，第二通路端与所述第五开关管的控制端连接，所述第二电源的负极接地，

所述第五开关管和所述第六开关管的第一通路端都与所述第二电源的正极连接，所述第六开关管的控制端与所述第一节点连接，

所述第五电阻的第一端与所述第二电源的正极连接，第二端与所述第一节点连接，

所述第六电阻的第一端与所述第五开关管的控制端连接，第二端接地，

其中，所述第三开关管的第一通路端用于提供所述栅极电压信号。

9.根据权利要求1所述的环境光检测电路，其特征在于，还包括参考电压生成模块，用于提供具有预设占空比的所述参考电压信号。

10.根据权利要求9所述的环境光检测电路，其特征在于，所述参考电压生成模块选自时序控制器或微处理器。