CN1894567A - 环境光检测电路 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于检测光的电路，其包括：a)光积分光电传感器电路，其具有一个或多个薄膜光电传感器，并对可变积分周期信号和环境光起反应，用于产生表示环境光强度的光电信号，其中光电信号可以处于包括无信号状态、范围内状态和饱和状态的至少三种状态中的一种状态；和b)控制电路，用于接收光电信号，并当光电信号处于无信号状态时自动增加积分周期信号的周期，和当光电信号处于饱和状态时降低积分周期信号的周期，以产生处于范围内状态的光电信号，以及产生相应的环境光信号。
Description
技术领域
本发明涉及光电传感器电路，特别涉及具有用于感测环境照明的光电传感器的固态平板显示器。
背景技术
平板显示器如液晶显示器(LED)或有机发光二极管(OLED)显示器在各种环境条件下可用在各种应用中。当在黑暗环境(几乎没有环境辐射)中观看时，这种显示器不需要与当在更明亮的环境(较多环境辐射)中观看时一样明亮。如果周期性调整显示器光输出，以补偿环境光条件，则即使环境照明改变，该显示器也能够相对于环境照明保持相对恒定的亮度。在明亮的环境中，这将增加显示器亮度以提高可见度。在黑暗环境中，这将通过降低不必要的显示器亮度来增加显示器件寿命并降低用电。
使用具有显示器的光电传感器以检测环境光和响应环境照明来调整显示器的亮度是公知的。可获得有效的硅光电传感器，且该有效的硅光电传感器通常提供比例于入射到传感器上的光的电流。这些光电传感器被构造在硅衬底上，且可具有宽的动态范围。这种传感器可与显示器组合以提供环境感测。例如，见JP2002-297096-A，其描述了一种用于将环境补偿提供给电致发光显示器的电路。然而，当执行时，该传感器与显示器分离，且在单个点处感测光。这增加了成本、元件数目和器件尺寸，并且不直接测量入射到显示器本身上的光。
公知的是，为了感测从显示器件本身发出的光的目的，将光电传感器集成在有源矩阵显示器件上。例如，见Young等人于2002年12月3日提交的US 6,489,631，其描述了一种具有集成的光电传感器的显示器，用于感测由显示器的发光元件发出的光。然而，其没有公开使用这种光电传感器来检测环境光，并且与发光器耦合的传感器的设置限制了光电传感器的尺寸以及其感测环境光的能力。
当将环境补偿提供给显示器时，光传感器件提供具有表示环境照明的宽动态范围的信号是重要的。人体视觉系统能够有效地检测从仅有几个光子的非常黑暗的环境条件到大于75,000勒克斯的非常明亮的室外条件下的光。然而，通过申请人进行的测试表明使用薄膜技术构造在平板显示器上的光电传感器不具有在硅衬底上构造的光电传感器的效率，且不具有提供表示低的亮度级的信号所必需的敏感度，该低的光等级例如＜100cd/m2，其中，显示器通常使用该亮度等级。它们也不具有适合于人体视觉系统的范围所必需的动态范围。
因此，存在对尤其是在有源矩阵平板显示器中的、用于检测环境光的改进的光传感电路的需要。
发明内容
根据本发明，通过提供用于检测光的电路可以满足上述需要，该电路包括：a)具有一个或多个薄膜光电传感器的光积分光电传感器电路，且该传感器电路对各种积分周期信号和环境光起反应，用于产生表示环境光强度的光电信号，其中光电信号可以处于包括无信号状态、范围内状态和饱和状态的至少三个状态中的一种状态；和b)控制电路，用于接收光电信号，和当光电信号处于无信号状态时自动增加积分周期信号的周期，并当光电信号处于饱和状态时降低积分周期信号的周期，以产生处于范围内状态的光电信号并产生相应的环境光信号。
在本发明的特定实施例中，应用用于检测光的电路作为平板显示器的部件，其中显示器包括衬底和在显示区域中位于衬底上的多个发光元件；且光积分光电传感器电路的一个或多个薄膜光电传感器位于衬底上，并对可变积分周期信号和环境光起反应，用于产生表示入射到平板显示器上的环境光的强度的光电信号。
在又一实施例中，本发明针对一种用于控制平板显示器的方法，包括：a)提供平板显示器，该平板显示器包括衬底和在显示区域中位于衬底上的多个发光元件；b)提供光积分光电传感器电路，该电路具有位于衬底上的一个或多个薄膜光电传感器，并响应可变积分周期信号和环境光，用于产生表示入射到平板显示器上的环境光的强度的光电信号，其中光电信号可以处于包括无信号状态、范围内状态和饱和状态这至少三种状态中的一种状态；c)重复接收光电信号，和当光电信号处于无信号状态时自动增加积分信号的周期，且当光电信号处于饱和状态时降低积分信号的周期，以产生处于范围内状态并产生相应的环境光信号的光电信号；以及d)响应环境光信号调整平板显示器的亮度。
尤其是当与平板显示器一起使用时，本发明实现了用于薄膜光电传感器的改进的动态范围。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的光电传感器电路的示意图；
图2是使用图1的光电传感器电路的显示系统的示意图；
图3a是根据本发明实施例的光电传感器和控制电路的示意图；
图3b是根据本发明另一实施例的光电传感器和控制电路的示意图；以及
图4是根据本发明实施例的控制电路的示意图。
具体实施方式
参考图1，本发明包括用于检测在显示器上的环境光的电路10，该电路10包括具有位于平板显示器衬底上并连接至检测电路16的一个或多个薄膜光电传感器14的光积分光电传感器电路12，且光积分光电传感器电路12对积分周期信号32和(通过光电传感器14所检测的)环境光起反应，用于产生表示入射到平板显示器上的环境光的强度的光电信号20。该光电信号具有包括无信号状态、范围内状态和饱和状态的至少三种状态。控制电路30接收光电信号20，并当光电信号处于无信号状态时自动增加积分信号32的周期和当光电信号处于饱和状态时降低积分信号32的周期，以保持光电信号处于范围内状态。
参考图2，平板显示器40包括位于显示区域41中的多个发光器42，其集成在平板显示器衬底43上并对来自控制电路30的控制信号34起反应。光电传感器14与发光器42集成在相同的衬底上。检测电路16在相同衬底上的光电传感控制电路12中也可集成有光电传感器14，如图2中所示。由光电传感器电路12产生的光电信号20连接到外部控制电路30。可选地，控制电路30中的一些或全部可集成在衬底上。
操作时，控制电路30对输入信号38起反应并使用控制信号34来驱动显示器。入射到显示器上的环境光也入射到光电传感器14上，且光电传感器电路12产生代表入射到显示器上的环境光量的光电信号20。光电传感器电路12是积分电路，其是在时间周期内积分来自光电传感器的信号以产生光电信号20的电路。这种积分电路比通过在存在光的情况下直接检测由光电传感器所产生的电流的电路更灵敏。积分信号32指定了积分周期。积分信号的频率越高，积分周期就越短。积分信号的频率越低，积分周期就越长。
光电信号20处于至少三种状态中的一种状态。第一种状态是“无信号”状态，且为当很少的环境光入射到显示器40上以使环境光的任何减少都不会再进一步降低光电信号20的值时看到的状态。第二种状态是“范围内”状态，且为当足够的环境光入射到显示器40上以提供具有表示入射到显示器40上的环境光的值时看到的状态。第三种状态是“饱和”状态，且为当很多的环境光入射到显示器40上以使入射到显示器40上的环境光的任何增加都不会进一步增加光电信号20的值时看到的状态。由于如由申请人所证明的，薄膜光电传感器通常具有有限的敏感度和动态范围，无论何时入射到显示器40上的环境光超出光电传感器14的范围，光电信号20都将处于“无信号”或“饱和”状态。
控制电路30通过调整积分信号32的周期来响应光电信号20。如果光电信号20处于“无信号”状态，则增加积分周期以为光电传感器14提供更多的时间，以累积表示入射到显示器40上的环境光的信号。如果光电信号20处于“范围内”状态，则积分信号的周期保持不被改变。如果光电信号20处于“饱和”状态，则降低积分信号32的周期以为光电传感器14提供较少的时间，来累积响应于入射到显示器40上的环境光的信号。重复该调整积分信号周期的过程直到光电信号20处于“范围内”状态。积分信号32周期的值和光电信号20一起表示入射到显示器40上的环境光的量。一旦光电信号处于范围内，则控制电路30根据光电信号20的值来修改输入信号38，以产生控制信号34，从而驱动发光器42，并补偿入射到显示器40上的任何环境光。当检测到相对较高的环境照明时，控制信号34驱动发光器42以产生较亮的显示器输出。当检测到相对较暗的环境照明时，控制信号34驱动发光器42以产生较暗的显示器输出。
在共同未决的、共同转让的美国申请序列号No.10/694,560中公开了一种合适的光电传感器电路。积分信号32可以是周期性再启动光电传感器信号积分的数字信号。该光电传感器电路对环境照明的敏感度可通过修改光电传感器的尺寸或电路部件的值来调整。当处于范围内状态时，从光电传感器电路输出的光电信号20是表示入射到显示器40上的环境光的量的模拟值。当输出是地电压时，光电信号处于“无信号”状态。当输出是用于将电源提供给电路的电压时，光电信号处于“饱和”状态。当电压处于零和电源电压之间时，光电信号处于“范围内”状态并表示入射到显示器上的环境照明。
控制电路可以是模拟控制电路，并使用模拟技术用于控制积分信号的周期和修改输入信号以产生控制信号34从而补偿环境照明。这种技术在现有技术中是已知的，例如使用运算放大器、晶体管、电容器和电阻器。
可选地，可以使用数字方式以控制积分信号的周期。参考图3a，使用对环境照明具有不同敏感度的两个光电传感器电路12a(用于相对较低的光检测)和12b(用于相对较高的光检测)。例如，通过调整光电传感器电路的电容、通过调整光电传感器14的大小、通过在光电传感器上方设置不同的滤过器、通过使用不同周期的积分信号或者通过调整光电传感器的纵横比或结构可获得不同的敏感度。
光电信号20可用于数字电路，如具有或不具有反相器的AND门50，如所示。当用于数字电路门时，当光电信号20达到该门的开关电压时光电信号20将处于饱和状态。当光电信号没达到该门的开关电压时，其处于“无信号”状态。由此，各个光电信号20表示处于入射到显示器40上的环境照明产生低于开关电压的信号的一种状态，和处于入射到显示器上的环境照明产生高于开关电压的信号的另一种状态。然而，总之，从AND门50输出的二进制信号70、72、74和76表示四种可能的光电信号状态。由此，当两个光电信号20为HIGH时，环境照明在较低敏感度光电传感器电路12b的阈值之上，用信号70表示饱和状态。当两个光电信号20为LOW时，此时环境照明在较高敏感度光电传感器电路12a的阈值之下，用信号72表示无信号状态。当来自较高敏感度电路的光电信号20是HIGH且来自较低敏感度电路12b的光电信号20是LOW时，环境照明在两个光电传感器12a、12b的阈值之间，用信号74表示范围内状态。当来自较低敏感度的电路12b的光电信号20是HIGH且来自较高敏感度的光电传感器电路12a的光电信号20是LOW时，存在由信号76表示的错误状态。
通过调整两个光电传感器电路12a、12b的敏感度和积分信号32的周期，可获得任何特定的检测范围。例如，如果一个光电传感器电路设置有1000cd/m2的环境光等级的开关阈，而第二光电传感器电路设置有5000cd/m2的环境光等级的开关阈，则该电路对于给定的积分信号周期将检测三个光等级：0-1000cd/m2，1000-5000cd/m2和＞5000cd/m2。如果此时降低积分信号周期，例如减半，则该三个光等级可检测在0-500、500-2,500和＞2,500cd/m2范围内的信号。可选地，可加倍积分信号，以使三个光等级可检测在0-2,000、2,000-10,000和＞10,000cd/m2范围内的信号。
如果来自两个电路的信号不表示范围内状态，则调整积分信号32的周期直到其表示范围内状态。如果两个光电传感器电路12a、12b的敏感度相对接近，例如仅相差20％，则环境光检测的精确度会非常好。在这种情况下，通过调整积分信号的周期直到达到“范围内”状态，可测量环境照明达到20％的精确度。
参考图3b，可使用具有单个光电传感器12的可选结构。在该结构中，使用比较器52将外部LOW信号54和HIGH信号56与光电信号20相比较。如果光电信号20与LOW信号54可比，则用信号72表示无信号状态。如果光电信号20与HIGH信号56可比，则表示饱和信号70。如果两个状态都不表示，则光电信号20处于范围内。在这种情况下，控制器30接收三个信号，并如上所述地响应。比较器52可包括运算放大器，且控制器30可使用模数转换器数字化该模拟光电信号20，如
现有技术中已知的。
用于实现自动量程改变能力的适合的数字机构在图4中示出。参考图4，来自AND门50的饱和状态信号70和无信号状态信号72连接至升值/降值数字计数器60。计数器60存储表示积分信号32的周期的值。时钟信号64根据状态信号增量或减量存储在计数器60中的值。计数器的值(示出为8位值)装入降值计数器62(例如，通过使用时钟信号的反相)。然后计数信号66减少降值计数器直到其达到0，在该点处降值计数器62的输出提供积分信号32以复位光电传感器电路12。重复该过程直到获得“范围内”信号74。实现这种电路所必需的计数器、时钟信号和数字逻辑电路在现有技术中是公知的。
薄膜光电传感器14可以是适合用在平板显示器系统中的任一种薄膜光敏器件。例如，可使用硅或有机光电二极管、光电电容器或光电晶体管。例如，可通过现有技术中已知的蒸发或光刻工艺(通常层小于1微米厚)来沉积薄膜材料。这些光电传感器和电路元件与平板显示器一起集成以提供集成方案。当与显示器一起集成时，如在平板显示器技术中已知的，可使用薄膜晶体管和电元件来构造电路12的任一部分或全部。
典型的平板显示器包括通常由玻璃或塑料制成的刚性或柔性衬底，以及多个发光元件，如有机发光二极管材料(OLED)或与发射背光组合的具有偏振层的光控制元件如LCD。各个发光元件可使用薄膜晶体管和电容器以及外部控制器来控制，以提供数据、功率和时序信号。
多个薄膜光电传感器14可共同电连接，以提供一个积分光电信号，或可选地，它们可被分开地寻址或它们的输出被组合。光电传感器14可在平板显示器40上方相互靠近设置或分散。较大数量或尺寸的积分光电传感器14能够增加信号，从而提高环境光检测的响应性。这些可具有或不具有共同的检测电路16，但是将使用单个控制电路30。而且，光电信号20将更代表入射到显示器上的整体环境照明，这是由于，如果遮蔽了一部分显示器，则其中几个传感器可提供能够被平均的几个信号，以产生入射在显示区域上的照明的整体平均。
本发明可用在顶和底发射OLED平板显示器件中。发光显示器40可以是有机发光二极管(OLED)显示器，其包括多层支撑层如现有技术中已知的发光层、空穴注入、空穴传输、电子注入和电子传输层。光电传感器电路12的任一部分或全部可在与有源矩阵显示器电路公共的步骤中沉积，且可包括相同材料，以简化处理和制造。如由申请人所证明的，用于有源矩阵OLED显示器的薄膜结构可用于形成光电传感器14和检测电路16。存在其中可连接光电传感器的各种方式，其取决于各种因素，如显示器的布局及连接到光电传感器的电极和信号线的导电性。
检测电路16或控制电路30中的任一个或全部可直接集成到与显示器件40相同的衬底上，或者可以将其实现到显示器40的外部。总体上，通过直接与显示器件一起集成该电路可实现更高的性能和更高的精确度，但是这并不是对于所有的显示器件都希望的。
在优选实施例中，本发明用在平板器件中，该平板器件包括由小分子构成的机发光二极管(OLED)或聚合的OLED，如在1988年9月6日授予Tang等人的美国4,769,292、和在1991年10月29日授予VanSlyke等人的美国5,061,569中所公开的，但并不限于此。可将有机发光显示器的很多组合及变形用于制造这种器件。
部件列表
10 电路
12 光电传感器电路
12a 光电传感器电路
12b 光电传感器电路
14 光电传感器
16 检测电路
20 光电信号
30 控制电路
32 积分信号
34 控制信号
38 输入信号
40 平板显示器
41 显示区域
42 发光器
43 显示器衬底
50 AND门
52 比较器
54 LOW信号
56 HIGH信号
60 升值/降值计数器
62 降值计数器
64 时钟信号
66 计数信号
70 饱和状态信号
72 信号状态信号
74 范围内状态信号
76 错误状态信号
Claims (18)
1.一种用于检测光的电路，包括：
a)光积分光电传感器电路，具有一个或多个薄膜光电传感器，且对可变积分周期信号以及环境光起反应，用于产生表示环境光强度的光电信号，其中光电信号可以处于包括无信号状态、范围内状态和饱和状态的至少三种状态中的一种状态；和
b)控制电路，用于接收光电信号，且当光电信号处于无信号状态时自动增加积分周期信号的周期和当光电信号处于饱和状态时降低积分周期信号的周期以产生处于范围内状态的光电信号，以及产生相应的环境光信号。
2.根据权利要求1的电路，其中光电传感器是光电二极管。
3.根据权利要求1的电路，其中光电传感器是光电电容器。
4.根据权利要求1的电路，其中光电传感器是光电晶体管。
5.根据权利要求1的电路，其中光电传感器是有机光电传感器。
6.根据权利要求1的电路，其中光电传感器是硅光电传感器。
7.根据权利要求1的电路，其中光电信号状态由数字信号表示。
8.根据权利要求1的电路，其中光电信号状态由模拟信号表示。
9.根据权利要求1的电路，其中积分周期信号信号的值存储为数字值。
10.根据权利要求1的电路，其中积分周期信号由数字计数器产生。
11.根据权利要求1的电路，还包括产生多个相应光电信号的多个光电传感器电路，且其中控制电路对该多个光电信号起反应。
12.一种平板显示器，包括：
a)衬底和在显示区域中位于衬底上的多个发光元件；和
b)电路，用于检测入射到平板显示器上的光，其包括：
i)光积分光电传感器电路，具有位于衬底上的一个或多个薄膜光电传感器，并对可变积分周期信号和环境光起反应，以产生表示入射到平板显示器上的环境光强度的光电信号，其中光电信号可以处于包括无信号状态、范围内状态和饱和状态的至少三种状态中的一种状态；和
ii)控制电路，用于接收光电信号，且当光电信号处于无信号状态时自动增加积分周期信号的周期和当光电信号处于饱和状态时降低积分周期信号的周期以产生处于范围内状态的光电信号，以及产生相应的环境光信号。
13.根据权利要求12的电路，其中光电传感器电路包括检测电路，且其中检测电路和/或控制电路是位于衬底上的薄膜器件。
14.根据权利要求12的电路，其中光电传感器电路包括检测电路，且其中检测电路和/或控制电路位于衬底外部。
15.根据权利要求12的平板显示器，其中显示区域是矩形的，且光电传感器位于矩形显示区域的边缘或角处。
16.根据权利要求12的显示器，其中发光元件是有机发光二极管。
17.根据权利要求12的显示器，还包括产生多个相应的光电信号的多个光电传感器电路，且其中控制电路响应于该多个光电信号。
18.一种用于控制平板显示器的方法，包括：
a)提供平板显示器，其包括衬底和在显示区域中位于衬底上的多个发光元件；
b)提供光积分光电传感器电路，其具有位于衬底上的一个或多个薄膜光电传感器，并响应可变积分周期信号和环境光，以产生表示入射到平板显示器上的环境光强度的光电信号，其中光电信号可处于包括无信号状态、范围内状态和饱和状态的至少三种状态中的一种状态；
c)重复接收光电信号和当光电信号处于无信号状态时自动增加积分信号的周期以及当光电信号处于饱和状态时降低积分信号的周期以产生处于范围内状态的光电信号以及产生相应的环境光信号；和
d)响应环境光信号来调整平板显示器的亮度。
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