專利名稱：環(huán)境光檢測電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光電傳感器電路，特別涉及具有用于感測環(huán)境照明的光電傳感器的固態(tài)平板顯示器。
背景技術：
平板顯示器如液晶顯示器(LED)或有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器在各種環(huán)境條件下可用在各種應用中。當在黑暗環(huán)境(幾乎沒有環(huán)境輻射)中觀看時，這種顯示器不需要與當在更明亮的環(huán)境(較多環(huán)境輻射)中觀看時一樣明亮。如果周期性調整顯示器光輸出，以補償環(huán)境光條件，則即使環(huán)境照明改變，該顯示器也能夠相對于環(huán)境照明保持相對恒定的亮度。在明亮的環(huán)境中，這將增加顯示器亮度以提高可見度。在黑暗環(huán)境中，這將通過降低不必要的顯示器亮度來增加顯示器件壽命并降低用電。
使用具有顯示器的光電傳感器以檢測環(huán)境光和響應環(huán)境照明來調整顯示器的亮度是公知的。可獲得有效的硅光電傳感器，且該有效的硅光電傳感器通常提供比例于入射到傳感器上的光的電流。這些光電傳感器被構造在硅襯底上，且可具有寬的動態(tài)范圍。這種傳感器可與顯示器組合以提供環(huán)境感測。例如，見JP2002-297096-A，其描述了一種用于將環(huán)境補償提供給電致發(fā)光顯示器的電路。然而，當執(zhí)行時，該傳感器與顯示器分離，且在單個點處感測光。這增加了成本、元件數(shù)目和器件尺寸，并且不直接測量入射到顯示器本身上的光。
公知的是，為了感測從顯示器件本身發(fā)出的光的目的，將光電傳感器集成在有源矩陣顯示器件上。例如，見Young等人于2002年12月3日提交的US 6,489,631，其描述了一種具有集成的光電傳感器的顯示器，用于感測由顯示器的發(fā)光元件發(fā)出的光。然而，其沒有公開使用這種光電傳感器來檢測環(huán)境光，并且與發(fā)光器耦合的傳感器的設置限制了光電傳感器的尺寸以及其感測環(huán)境光的能力。
當將環(huán)境補償提供給顯示器時，光傳感器件提供具有表示環(huán)境照明的寬動態(tài)范圍的信號是重要的。人體視覺系統(tǒng)能夠有效地檢測從僅有幾個光子的非常黑暗的環(huán)境條件到大于75,000勒克斯的非常明亮的室外條件下的光。然而，通過申請人進行的測試表明使用薄膜技術構造在平板顯示器上的光電傳感器不具有在硅襯底上構造的光電傳感器的效率，且不具有提供表示低的亮度級的信號所必需的敏感度，該低的光等級例如＜100cd/m2，其中，顯示器通常使用該亮度等級。它們也不具有適合于人體視覺系統(tǒng)的范圍所必需的動態(tài)范圍。
因此，存在對尤其是在有源矩陣平板顯示器中的、用于檢測環(huán)境光的改進的光傳感電路的需要。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明，通過提供用于檢測光的電路可以滿足上述需要，該電路包括a)具有一個或多個薄膜光電傳感器的光積分光電傳感器電路，且該傳感器電路對各種積分周期信號和環(huán)境光起反應，用于產生表示環(huán)境光強度的光電信號，其中光電信號可以處于包括無信號狀態(tài)、范圍內狀態(tài)和飽和狀態(tài)的至少三個狀態(tài)中的一種狀態(tài)；和b)控制電路，用于接收光電信號，和當光電信號處于無信號狀態(tài)時自動增加積分周期信號的周期，并當光電信號處于飽和狀態(tài)時降低積分周期信號的周期，以產生處于范圍內狀態(tài)的光電信號并產生相應的環(huán)境光信號。
在本發(fā)明的特定實施例中，應用用于檢測光的電路作為平板顯示器的部件，其中顯示器包括襯底和在顯示區(qū)域中位于襯底上的多個發(fā)光元件；且光積分光電傳感器電路的一個或多個薄膜光電傳感器位于襯底上，并對可變積分周期信號和環(huán)境光起反應，用于產生表示入射到平板顯示器上的環(huán)境光的強度的光電信號。
在又一實施例中，本發(fā)明針對一種用于控制平板顯示器的方法，包括a)提供平板顯示器，該平板顯示器包括襯底和在顯示區(qū)域中位于襯底上的多個發(fā)光元件；b)提供光積分光電傳感器電路，該電路具有位于襯底上的一個或多個薄膜光電傳感器，并響應可變積分周期信號和環(huán)境光，用于產生表示入射到平板顯示器上的環(huán)境光的強度的光電信號，其中光電信號可以處于包括無信號狀態(tài)、范圍內狀態(tài)和飽和狀態(tài)這至少三種狀態(tài)中的一種狀態(tài)；c)重復接收光電信號，和當光電信號處于無信號狀態(tài)時自動增加積分信號的周期，且當光電信號處于飽和狀態(tài)時降低積分信號的周期，以產生處于范圍內狀態(tài)并產生相應的環(huán)境光信號的光電信號；以及d)響應環(huán)境光信號調整平板顯示器的亮度。
尤其是當與平板顯示器一起使用時，本發(fā)明實現(xiàn)了用于薄膜光電傳感器的改進的動態(tài)范圍。


圖1是根據本發(fā)明一個實施例的光電傳感器電路的示意圖；圖2是使用圖1的光電傳感器電路的顯示系統(tǒng)的示意圖；圖3a是根據本發(fā)明實施例的光電傳感器和控制電路的示意圖；圖3b是根據本發(fā)明另一實施例的光電傳感器和控制電路的示意圖；以及圖4是根據本發(fā)明實施例的控制電路的示意圖。
具體實施例方式
參考圖1，本發(fā)明包括用于檢測在顯示器上的環(huán)境光的電路10，該電路10包括具有位于平板顯示器襯底上并連接至檢測電路16的一個或多個薄膜光電傳感器14的光積分光電傳感器電路12，且光積分光電傳感器電路12對積分周期信號32和(通過光電傳感器14所檢測的)環(huán)境光起反應，用于產生表示入射到平板顯示器上的環(huán)境光的強度的光電信號20。該光電信號具有包括無信號狀態(tài)、范圍內狀態(tài)和飽和狀態(tài)的至少三種狀態(tài)?？刂齐娐?0接收光電信號20，并當光電信號處于無信號狀態(tài)時自動增加積分信號32的周期和當光電信號處于飽和狀態(tài)時降低積分信號32的周期，以保持光電信號處于范圍內狀態(tài)。
參考圖2，平板顯示器40包括位于顯示區(qū)域41中的多個發(fā)光器42，其集成在平板顯示器襯底43上并對來自控制電路30的控制信號34起反應。光電傳感器14與發(fā)光器42集成在相同的襯底上。檢測電路16在相同襯底上的光電傳感控制電路12中也可集成有光電傳感器14，如圖2中所示。由光電傳感器電路12產生的光電信號20連接到外部控制電路30。可選地，控制電路30中的一些或全部可集成在襯底上。
操作時，控制電路30對輸入信號38起反應并使用控制信號34來驅動顯示器。入射到顯示器上的環(huán)境光也入射到光電傳感器14上，且光電傳感器電路12產生代表入射到顯示器上的環(huán)境光量的光電信號20。光電傳感器電路12是積分電路，其是在時間周期內積分來自光電傳感器的信號以產生光電信號20的電路。這種積分電路比通過在存在光的情況下直接檢測由光電傳感器所產生的電流的電路更靈敏。積分信號32指定了積分周期。積分信號的頻率越高，積分周期就越短。積分信號的頻率越低，積分周期就越長。
光電信號20處于至少三種狀態(tài)中的一種狀態(tài)。第一種狀態(tài)是“無信號”狀態(tài)，且為當很少的環(huán)境光入射到顯示器40上以使環(huán)境光的任何減少都不會再進一步降低光電信號20的值時看到的狀態(tài)。第二種狀態(tài)是“范圍內”狀態(tài)，且為當足夠的環(huán)境光入射到顯示器40上以提供具有表示入射到顯示器40上的環(huán)境光的值時看到的狀態(tài)。第三種狀態(tài)是“飽和”狀態(tài)，且為當很多的環(huán)境光入射到顯示器40上以使入射到顯示器40上的環(huán)境光的任何增加都不會進一步增加光電信號20的值時看到的狀態(tài)。由于如由申請人所證明的，薄膜光電傳感器通常具有有限的敏感度和動態(tài)范圍，無論何時入射到顯示器40上的環(huán)境光超出光電傳感器14的范圍，光電信號20都將處于“無信號”或“飽和”狀態(tài)。
控制電路30通過調整積分信號32的周期來響應光電信號20。如果光電信號20處于“無信號”狀態(tài)，則增加積分周期以為光電傳感器14提供更多的時間，以累積表示入射到顯示器40上的環(huán)境光的信號。如果光電信號20處于“范圍內”狀態(tài)，則積分信號的周期保持不被改變。如果光電信號20處于“飽和”狀態(tài)，則降低積分信號32的周期以為光電傳感器14提供較少的時間，來累積響應于入射到顯示器40上的環(huán)境光的信號。重復該調整積分信號周期的過程直到光電信號20處于“范圍內”狀態(tài)。積分信號32周期的值和光電信號20一起表示入射到顯示器40上的環(huán)境光的量。一旦光電信號處于范圍內，則控制電路30根據光電信號20的值來修改輸入信號38，以產生控制信號34，從而驅動發(fā)光器42，并補償入射到顯示器40上的任何環(huán)境光。當檢測到相對較高的環(huán)境照明時，控制信號34驅動發(fā)光器42以產生較亮的顯示器輸出。當檢測到相對較暗的環(huán)境照明時，控制信號34驅動發(fā)光器42以產生較暗的顯示器輸出。
在共同未決的、共同轉讓的美國申請序列號No.10/694,560中公開了一種合適的光電傳感器電路。積分信號32可以是周期性再啟動光電傳感器信號積分的數(shù)字信號。該光電傳感器電路對環(huán)境照明的敏感度可通過修改光電傳感器的尺寸或電路部件的值來調整。當處于范圍內狀態(tài)時，從光電傳感器電路輸出的光電信號20是表示入射到顯示器40上的環(huán)境光的量的模擬值。當輸出是地電壓時，光電信號處于“無信號”狀態(tài)。當輸出是用于將電源提供給電路的電壓時，光電信號處于“飽和”狀態(tài)。當電壓處于零和電源電壓之間時，光電信號處于“范圍內”狀態(tài)并表示入射到顯示器上的環(huán)境照明。
控制電路可以是模擬控制電路，并使用模擬技術用于控制積分信號的周期和修改輸入信號以產生控制信號34從而補償環(huán)境照明。這種技術在現(xiàn)有技術中是已知的，例如使用運算放大器、晶體管、電容器和電阻器。
可選地，可以使用數(shù)字方式以控制積分信號的周期。參考圖3a，使用對環(huán)境照明具有不同敏感度的兩個光電傳感器電路12a(用于相對較低的光檢測)和12b(用于相對較高的光檢測)。例如，通過調整光電傳感器電路的電容、通過調整光電傳感器14的大小、通過在光電傳感器上方設置不同的濾過器、通過使用不同周期的積分信號或者通過調整光電傳感器的縱橫比或結構可獲得不同的敏感度。
光電信號20可用于數(shù)字電路，如具有或不具有反相器的AND門50，如所示。當用于數(shù)字電路門時，當光電信號20達到該門的開關電壓時光電信號20將處于飽和狀態(tài)。當光電信號沒達到該門的開關電壓時，其處于“無信號”狀態(tài)。由此，各個光電信號20表示處于入射到顯示器40上的環(huán)境照明產生低于開關電壓的信號的一種狀態(tài)，和處于入射到顯示器上的環(huán)境照明產生高于開關電壓的信號的另一種狀態(tài)。然而，總之，從AND門50輸出的二進制信號70、72、74和76表示四種可能的光電信號狀態(tài)。由此，當兩個光電信號20為HIGH時，環(huán)境照明在較低敏感度光電傳感器電路12b的閾值之上，用信號70表示飽和狀態(tài)。當兩個光電信號20為LOW時，此時環(huán)境照明在較高敏感度光電傳感器電路12a的閾值之下，用信號72表示無信號狀態(tài)。當來自較高敏感度電路的光電信號20是HIGH且來自較低敏感度電路12b的光電信號20是LOW時，環(huán)境照明在兩個光電傳感器12a、12b的閾值之間，用信號74表示范圍內狀態(tài)。當來自較低敏感度的電路12b的光電信號20是HIGH且來自較高敏感度的光電傳感器電路12a的光電信號20是LOW時，存在由信號76表示的錯誤狀態(tài)。
通過調整兩個光電傳感器電路12a、12b的敏感度和積分信號32的周期，可獲得任何特定的檢測范圍。例如，如果一個光電傳感器電路設置有1000cd/m2的環(huán)境光等級的開關閾，而第二光電傳感器電路設置有5000cd/m2的環(huán)境光等級的開關閾，則該電路對于給定的積分信號周期將檢測三個光等級0-1000cd/m2，1000-5000cd/m2和＞5000cd/m2。如果此時降低積分信號周期，例如減半，則該三個光等級可檢測在0-500、500-2,500和＞2,500cd/m2范圍內的信號。可選地，可加倍積分信號，以使三個光等級可檢測在0-2,000、2,000-10,000和＞10,000cd/m2范圍內的信號。
如果來自兩個電路的信號不表示范圍內狀態(tài)，則調整積分信號32的周期直到其表示范圍內狀態(tài)。如果兩個光電傳感器電路12a、12b的敏感度相對接近，例如僅相差20％，則環(huán)境光檢測的精確度會非常好。在這種情況下，通過調整積分信號的周期直到達到“范圍內”狀態(tài)，可測量環(huán)境照明達到20％的精確度。
參考圖3b，可使用具有單個光電傳感器12的可選結構。在該結構中，使用比較器52將外部LOW信號54和HIGH信號56與光電信號20相比較。如果光電信號20與LOW信號54可比，則用信號72表示無信號狀態(tài)。如果光電信號20與HIGH信號56可比，則表示飽和信號70。如果兩個狀態(tài)都不表示，則光電信號20處于范圍內。在這種情況下，控制器30接收三個信號，并如上所述地響應。比較器52可包括運算放大器，且控制器30可使用模數(shù)轉換器數(shù)字化該模擬光電信號20，如用于實現(xiàn)自動量程改變能力的適合的數(shù)字機構在圖4中示出。參考圖4，來自AND門50的飽和狀態(tài)信號70和無信號狀態(tài)信號72連接至升值/降值數(shù)字計數(shù)器60。計數(shù)器60存儲表示積分信號32的周期的值。時鐘信號64根據狀態(tài)信號增量或減量存儲在計數(shù)器60中的值。計數(shù)器的值(示出為8位值)裝入降值計數(shù)器62(例如，通過使用時鐘信號的反相)。然后計數(shù)信號66減少降值計數(shù)器直到其達到0，在該點處降值計數(shù)器62的輸出提供積分信號32以復位光電傳感器電路12。重復該過程直到獲得“范圍內”信號74。實現(xiàn)這種電路所必需的計數(shù)器、時鐘信號和數(shù)字邏輯電路在現(xiàn)有技術中是公知的。
薄膜光電傳感器14可以是適合用在平板顯示器系統(tǒng)中的任一種薄膜光敏器件。例如，可使用硅或有機光電二極管、光電電容器或光電晶體管。例如，可通過現(xiàn)有技術中已知的蒸發(fā)或光刻工藝(通常層小于1微米厚)來沉積薄膜材料。這些光電傳感器和電路元件與平板顯示器一起集成以提供集成方案。當與顯示器一起集成時，如在平板顯示器技術中已知的，可使用薄膜晶體管和電元件來構造電路12的任一部分或全部。
典型的平板顯示器包括通常由玻璃或塑料制成的剛性或柔性襯底，以及多個發(fā)光元件，如有機發(fā)光二極管材料(OLED)或與發(fā)射背光組合的具有偏振層的光控制元件如LCD。各個發(fā)光元件可使用薄膜晶體管和電容器以及外部控制器來控制，以提供數(shù)據、功率和時序信號。
多個薄膜光電傳感器14可共同電連接，以提供一個積分光電信號，或可選地，它們可被分開地尋址或它們的輸出被組合。光電傳感器14可在平板顯示器40上方相互靠近設置或分散。較大數(shù)量或尺寸的積分光電傳感器14能夠增加信號，從而提高環(huán)境光檢測的響應性。這些可具有或不具有共同的檢測電路16，但是將使用單個控制電路30。而且，光電信號20將更代表入射到顯示器上的整體環(huán)境照明，這是由于，如果遮蔽了一部分顯示器，則其中幾個傳感器可提供能夠被平均的幾個信號，以產生入射在顯示區(qū)域上的照明的整體平均。
本發(fā)明可用在頂和底發(fā)射OLED平板顯示器件中。發(fā)光顯示器40可以是有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器，其包括多層支撐層如現(xiàn)有技術中已知的發(fā)光層、空穴注入、空穴傳輸、電子注入和電子傳輸層。光電傳感器電路12的任一部分或全部可在與有源矩陣顯示器電路公共的步驟中沉積，且可包括相同材料，以簡化處理和制造。如由申請人所證明的，用于有源矩陣OLED顯示器的薄膜結構可用于形成光電傳感器14和檢測電路16。存在其中可連接光電傳感器的各種方式，其取決于各種因素，如顯示器的布局及連接到光電傳感器的電極和信號線的導電性。
檢測電路16或控制電路30中的任一個或全部可直接集成到與顯示器件40相同的襯底上，或者可以將其實現(xiàn)到顯示器40的外部?？傮w上，通過直接與顯示器件一起集成該電路可實現(xiàn)更高的性能和更高的精確度，但是這并不是對于所有的顯示器件都希望的。
在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明用在平板器件中，該平板器件包括由小分子構成的機發(fā)光二極管(OLED)或聚合的OLED，如在1988年9月6日授予Tang等人的美國4,769,292、和在1991年10月29日授予VanSlyke等人的美國5,061,569中所公開的，但并不限于此。可將有機發(fā)光顯示器的很多組合及變形用于制造這種器件。
部件列表10電路12光電傳感器電路12a 光電傳感器電路12b 光電傳感器電路14光電傳感器16檢測電路20光電信號30控制電路32積分信號34控制信號38輸入信號40平板顯示器41顯示區(qū)域42發(fā)光器43顯示器襯底50AND門52比較器54LOW信號56HIGH信號60升值/降值計數(shù)器62降值計數(shù)器64時鐘信號66計數(shù)信號70飽和狀態(tài)信號72信號狀態(tài)信號74范圍內狀態(tài)信號76錯誤狀態(tài)信號
權利要求
1.一種用于檢測光的電路，包括a)光積分光電傳感器電路，具有一個或多個薄膜光電傳感器，且對可變積分周期信號以及環(huán)境光起反應，用于產生表示環(huán)境光強度的光電信號，其中光電信號可以處于包括無信號狀態(tài)、范圍內狀態(tài)和飽和狀態(tài)的至少三種狀態(tài)中的一種狀態(tài)；和b)控制電路，用于接收光電信號，且當光電信號處于無信號狀態(tài)時自動增加積分周期信號的周期和當光電信號處于飽和狀態(tài)時降低積分周期信號的周期以產生處于范圍內狀態(tài)的光電信號，以及產生相應的環(huán)境光信號。
2.根據權利要求1的電路，其中光電傳感器是光電二極管。
3.根據權利要求1的電路，其中光電傳感器是光電電容器。
4.根據權利要求1的電路，其中光電傳感器是光電晶體管。
5.根據權利要求1的電路，其中光電傳感器是有機光電傳感器。
6.根據權利要求1的電路，其中光電傳感器是硅光電傳感器。
7.根據權利要求1的電路，其中光電信號狀態(tài)由數(shù)字信號表示。
8.根據權利要求1的電路，其中光電信號狀態(tài)由模擬信號表示。
9.根據權利要求1的電路，其中積分周期信號信號的值存儲為數(shù)字值。
10.根據權利要求1的電路，其中積分周期信號由數(shù)字計數(shù)器產生。
11.根據權利要求1的電路，還包括產生多個相應光電信號的多個光電傳感器電路，且其中控制電路對該多個光電信號起反應。
12.一種平板顯示器，包括a)襯底和在顯示區(qū)域中位于襯底上的多個發(fā)光元件；和b)電路，用于檢測入射到平板顯示器上的光，其包括i)光積分光電傳感器電路，具有位于襯底上的一個或多個薄膜光電傳感器，并對可變積分周期信號和環(huán)境光起反應，以產生表示入射到平板顯示器上的環(huán)境光強度的光電信號，其中光電信號可以處于包括無信號狀態(tài)、范圍內狀態(tài)和飽和狀態(tài)的至少三種狀態(tài)中的一種狀態(tài)；和ii)控制電路，用于接收光電信號，且當光電信號處于無信號狀態(tài)時自動增加積分周期信號的周期和當光電信號處于飽和狀態(tài)時降低積分周期信號的周期以產生處于范圍內狀態(tài)的光電信號，以及產生相應的環(huán)境光信號。
13.根據權利要求12的電路，其中光電傳感器電路包括檢測電路，且其中檢測電路和/或控制電路是位于襯底上的薄膜器件。
14.根據權利要求12的電路，其中光電傳感器電路包括檢測電路，且其中檢測電路和/或控制電路位于襯底外部。
15.根據權利要求12的平板顯示器，其中顯示區(qū)域是矩形的，且光電傳感器位于矩形顯示區(qū)域的邊緣或角處。
16.根據權利要求12的顯示器，其中發(fā)光元件是有機發(fā)光二極管。
17.根據權利要求12的顯示器，還包括產生多個相應的光電信號的多個光電傳感器電路，且其中控制電路響應于該多個光電信號。
18.一種用于控制平板顯示器的方法，包括a)提供平板顯示器，其包括襯底和在顯示區(qū)域中位于襯底上的多個發(fā)光元件；b)提供光積分光電傳感器電路，其具有位于襯底上的一個或多個薄膜光電傳感器，并響應可變積分周期信號和環(huán)境光，以產生表示入射到平板顯示器上的環(huán)境光強度的光電信號，其中光電信號可處于包括無信號狀態(tài)、范圍內狀態(tài)和飽和狀態(tài)的至少三種狀態(tài)中的一種狀態(tài)；c)重復接收光電信號和當光電信號處于無信號狀態(tài)時自動增加積分信號的周期以及當光電信號處于飽和狀態(tài)時降低積分信號的周期以產生處于范圍內狀態(tài)的光電信號以及產生相應的環(huán)境光信號；和d)響應環(huán)境光信號來調整平板顯示器的亮度。
全文摘要
公開了一種用于檢測光的電路，其包括a)光積分光電傳感器電路，其具有一個或多個薄膜光電傳感器，并對可變積分周期信號和環(huán)境光起反應，用于產生表示環(huán)境光強度的光電信號，其中光電信號可以處于包括無信號狀態(tài)、范圍內狀態(tài)和飽和狀態(tài)的至少三種狀態(tài)中的一種狀態(tài)；和b)控制電路，用于接收光電信號，并當光電信號處于無信號狀態(tài)時自動增加積分周期信號的周期，和當光電信號處于飽和狀態(tài)時降低積分周期信號的周期，以產生處于范圍內狀態(tài)的光電信號，以及產生相應的環(huán)境光信號。
文檔編號G02F1/133GK1894567SQ200480037369
公開日2007年1月10日 申請日期2004年12月14日 優(yōu)先權日2003年12月15日
發(fā)明者R·S·科克 申請人:伊斯曼柯達公司