環境光傳感器、顯示模塊以及用於防止串聯連接的二極體堆棧中的電荷泵浦的方法
2023-07-01 23:11:51
專利名稱：環境光傳感器、顯示模塊以及用於防止串聯連接的二極體堆棧中的電荷泵浦的方法
技術領域：
本發明涉及光傳感器電路，尤其涉及ー種環境光傳感器、顯示模塊以及用於減小顯示系統中所使用的光傳感器電路的串聯連接的ニ極管堆棧中的平均噪聲電流的方法。
背景技術：
圖I示出了典型的透射型有源矩陣液晶顯示器(AMIXD)的簡化橫截面。背光源10用作該顯示器的照明用光源。通過使用由薄膜電晶體(TFT)製成的電子電路來控制光從背光源10通過顯示器到達觀察者20的透射。這些TFT製造於玻璃基板(被稱為TFT玻璃30)上並與『相對電極』 40配合操作以改變在液晶(LC)層50上出現的局域電場。局域電場決定了 LC材料的光學特性，從而允許光從背光源10直到觀察者20的選擇性透射。 如果在LC材料上保持非零均值的電場，其將會退化。因為光通過LC材料的透射是通過外加電場的幅值而不是其極性決定的，所以可以接受周期性地反轉所述場的級性以達到零均值。典型地，這種反轉通過改變TFT玻璃30上存在的電壓和共用相對電極40上存在的電壓來實現。為了這個目的，相對電極40通常用幾伏特的方形波來驅動。因此相對電極40信號可能用作集成在顯示器中的任何其它電路的電幹擾源。施加給相對電極40的信號，通常稱為『VC0M』，由納入顯示模塊內的電子設備產生。主機產品(例如包含顯示器的行動電話或可攜式計算機)中的集成電路(IC)產生進ー步必需的顯示信號，諸如HSYNC、CK和RGB等。這些信號的實例可以在圖2中找到。很多包含顯示器的產品(如行動電話或可攜式計算機)得益於根據環境照明條件控制背光源的強度的能力。例如，在低環境光照條件下，期望通過減小背光源的強度來減小顯示器的亮度。這用來通過背光源使功率消耗最小化且防止使用戶遭受『刺眼』。為了按照環境光照條件改變背光源的強度，必須具有一些用於感知環境光等級的裝置。環境光傳感器(ALS)用於此目的，且將ALS集成到TFT玻璃30 (稱為『單片化集成』)上是有優勢的。這些優勢包括產品尺寸、重量和製造成本的減小。ー種典型的環境光傳感器系統，如圖3中所示，包括如下元件(a) 一個光電探測元件(或多個光電探測元件)，其能夠將入射光轉換為電流。這種光電探測兀件的一種實例為光電ニ極管60。(b)電壓偏置生成和電流測量電路系統70，其控制上述光電探測元件並感知光生電流。這種電路系統典型地採用積分電路的形式。(C)輸出電路系統80，其提供代表所測量的環境光等級的輸出信號(模擬或數字)。(d)基於所測量的環境光等級，例如通過控制背光源10的強度來調整顯示器操作的裝置90。在W02008/044749A1 (2008年4月17日)中描述了這些組件的操作。在AMLCD具有單片化集成的環境光傳感器的情況下，所使用的光探測裝置必須與TFT玻璃30的製造中採用的TFTエ藝兼容。ー種公知的與標準TFTエ藝兼容的光探測裝置為橫向薄膜多晶矽P-I-N ニ極管具有陰極100和陽極110的ニ端子裝置，其電路表示在圖4中示出。流動在P-I-N ニ極管中的電流為如下三個量的函數溫度、入射在ニ極管上的照明量，以及在其端子間出現的電勢差(上述『偏置電壓』)。ニ極管電流(Iac)和外加偏置電壓(Vac)之間的非對稱關係在圖5中示出(對於零照明的情況)。由於非零偏置電壓而流動的電流對環境光傳感器的操作是不利的，因為無法將它從由於入射照明而流動的電流中區分出來。ニ極管電流的這種成分被稱為『暗電流』，且可能顯著依賴於溫度。由於暗電流可能與光電ニ極管的偏置電壓呈指數關係，因此期望使該外加偏置最小化。理想地，ニ極管的端子被保持在相同的電勢。然而，在實踐中達到如此精確的電壓控制是困難的。因此將許多光電ニ極管串聯連接以劃分施加在多個裝置的任意外加電勢是合 理的。圖6示出了一種應用在ALS電路中的如W02008/044749A1中所述的串聯連接的光電ニ極管堆棧。η個串聯連接的光電ニ極管的堆棧120連接至偏置生成和電流測量電路系統70。該偏置生成和電流測量電路系統70測量ニ極管電流的同時，保持施加在ニ極管堆棧120的恆定的(理想地，為零)偏置電壓。在ニ極管堆棧120上出現的任何殘留偏置電壓VB在單獨的裝置之間被劃分，從而每個光電ニ極管經受較小的偏置VB/n。因而減小了來自光電ニ極管的暗電流。然而，串聯連接的ニ極管在嘈雜的電子環境中使用時具有劣勢。如圖7中所示，來自相對電極130的電幹擾通過寄生耦合電容140耦合至ニ極管堆棧120中的點。通常地，可以通過諸如低通濾波或者傳感器輸出的平均化等技術減小傳感器電路中的電幹擾效應。不幸的是，如圖5中所示，ニ極管的非対稱導電特性可能導致在電幹擾存在下淨正向電流的流動。該淨正向電流無法通過時間平均化或積分而被取消，且無法從依賴於光的ニ極管電流中分離出來。參照圖8對這種不期望的效應解釋如下。在相對電極電壓的上升沿，在整個串聯連接的ニ極管的堆棧120中的每個點都會看到正電壓階躍。然而，分別連接至地和偏置電路系統的堆棧120的陽極端和陰極端會保持在恆定電壓。從而在串聯連接的堆棧120的陰極端的ニ極管150會暫時變為正向偏置，並將在正向方向上流通光敏電流。同時，在串聯連接的堆棧120的陽極端的ニ極管160會暫時變為反向偏置，且在反向方向上流通少量電流。從而淨電流在正向方向上流出串聯連接的ニ極管堆棧120。 當相對電極130上出現相同大小的下降沿時，在串聯連接的ニ極管堆棧120內引起負電壓階躍，陰極端ニ極管150會反向偏置，並流通少量電流。然而，這時陽極端ニ極管160會正向偏置，並允許淨正向電流流入堆棧120中。顯然，經過完整的噪聲周期，淨電荷通過串聯連接的ニ極管堆棧120會被『泵浦』到正向方向上。這種淨電流不能從由於照明而產生的電流中區分出來，因而破壞了環境光的測量。應當注意到，雖然圖3至9中二極體堆棧的正極被示出為接地，然而與任何直流(dc)電壓源的連接同樣是有效的。
還應當注意到，由於ニ極管堆棧接近其它布局構件，因此在ニ極管堆棧內的節點和地(或者其它直流電壓源)之間可能存在電容。這點如圖9中所示。在對於噪聲源的寄生電容140或者對於地(或直流電壓源)的電容170都以非均勻分布施加在ニ極管堆棧的情況下，ニ極管堆棧內電壓擾動的大小沿著該ニ極管堆棧的長度變化。這種不均勻的電壓擾動可能增加施加在堆棧內的ニ極管的瞬態正向偏置電壓，提高電荷泵浦電流。『電荷泵浦』問題能夠通過在ニ極管堆棧120上方製造導電遮蔽層180來緩解。這點在電學上表現為圖10中所示。雖然導電遮蔽180仍電容耦合至相對電極130，但是它也通過低阻抗路徑190接地，從而使發生在其上的電壓擾動最小化。出現在遮蔽180上的波形可以與圖11中所示的波形相似。由於相對電極的波形，因此在ニ極管堆棧120內僅出現小的電壓階躍。因為在正向偏置ニ極管中流動的電流較強地依賴於該正向偏置電壓的幅度，堆棧120內較小的電壓擾動產生較低的電荷泵浦電流。然而，不太可能將 遮蔽阻抗減小至零因而充分減小電壓擾動，所以殘留的電荷泵浦電流仍是不可接受的。作為另ー選擇，電荷泵浦問題可以通過採用相對電極電壓恆定的顯示器架構來消除。為了確保LC材料經受零均值電場，這種架構相對於相對電極130上存在的電壓的極性而周期性地反轉TFT玻璃30上存在的電壓的極性。然而，必須在這種顯示器的TFT玻璃30上產生較高的絕對電壓，從而増加了驅動電路的複雜度。這種架構下顯示器的邊框區域(收納包圍像素矩陣的電路的非顯示區域)也會較大。
發明內容
本發明提供了一種通過周期性地將串聯連接的ニ極管堆棧從ー個或多個與其連接的偏置電壓斷開連接來減小平均電荷泵浦電流的裝置和方法。圖12中示出了這ー構思，其中陽極端開關210和陰極端開關220被増加至串聯連接的ニ極管堆棧120。只要幹擾源導致產生瞬態內部電壓就斷開ニ極管堆棧的連接。當從偏置源斷開連接時，在ニ極管堆棧120內的每個點一致地產生瞬態電壓，並且在最末端節點230和240產生相同的瞬態電壓。由於此原因ニ極管不會經受到施加在其端子上的電勢差，並且不會流動電荷泵浦電流。一旦幹擾尖峰過去了，堆棧內的電壓返回至它們的原始值，可以將堆棧重新連接至它的偏置源。可以相信根據本發明的裝置和方法也可以應用在ニ極管堆棧以固定的正向電流偏置和測量作為結果的正向偏置電壓的情況下。在這些場合下，電荷泵浦問題輔助正向傳導通過堆棧，因此減小了在給定正向偏置電流下測量到的正向偏置電壓。根據本發明的裝置和方法能夠抑制電荷泵浦而無需要求採用作為另ー選擇的相對電極電壓保持靜態的顯示器架構。根據本發明的一方面，一種環境光傳感器(ALS)包括第一ニ極管堆棧,其包括至少兩個光電ニ極管，其中所述至少兩個光電ニ極管中的一個的陰極電連接至所述至少兩個光電ニ極管中的另ー個的陽極；偏置源，其用於提供偏置電壓至所述第一ニ極管堆棧；以及至少ー個開關，其電連接至所述第一堆棧，所述至少一個開關可操作為選擇性地將所述偏置電壓施加給所述第一ニ極管堆棧和將所述偏置電壓從所述第一ニ極管堆棧移除。根據本發明的一方面，所述至少一個開關包含第一開關和第二開關，並且其中所述第一開關電連接在所述第一二極體堆棧的最末端陽極和信號公共線之間，並且所述第二開關電連接在所述第一二極體堆棧的最末端陰極和所述偏置源之間。根據本發明的一方面，所述ALS還包括至少ー個附加ニ極管堆棧，所述附加ニ極管堆棧包括至少兩個光電ニ極管，其中所述至少兩個光電ニ極管中的一個的陰極電耦合至所述至少兩個光電ニ極管中的另ー個的陽極，並且其中所述第一ニ極管堆棧和所述至少一個附加ニ極管堆棧以串聯連接方式彼此電連接。根據本發明的一方面，所述至少一個開關包含多個開關，並且所述多個開關中的ー個將所述第一堆棧電耦合至所述至少一個附加堆棧。根據本發明的一方面，所述至少一個開關包含多個開關，並且所述多個開關中的ー個將所述第一堆棧的所述ー個光電ニ極管的陰極電耦合至所述第一堆棧的所述另ー個光電ニ極管的陽極。根據本發明的一方面，所述多個開關中的另ー個將所述附加ニ極管堆棧的所述ー個光電ニ極管的陰極電耦合至所述附加ニ極管堆棧的所述另ー個光電ニ極管的陽極。根據本發明的一方面，所述至少一個開關包含η-溝道電晶體或P-溝道電晶體中的至少ー個。根據本發明的一方面，所述ALS還包括控制器，所述控制器用於控制所述至少一個開關的開啟和閉合狀態。根據本發明的一方面，ー種顯示模塊包括本文所提出的所述ALS;以及相對電極，其用於改變局域電場，所述相對電極電容耦合至所述第一堆棧並且接受第一電波形，其中所述控制器被配置為按照所述第一電波形中的轉變而開啟和閉合所述至少ー個開關。根據本發明的一方面，所述控制器被配置為按照所述第一電波形的周期而開啟和閉合所述至少ー個開關。根據本發明的一方面，所述控制器被配置為在所述第一電波形的高或低半循環周期的期間閉合所述至少ー個開關。根據本發明的一方面，所述控制器被配置為在所述第一電波形的每第二個高脈衝或每第二個低脈衝閉合所述至少一個開關一次。根據本發明的一方面，所述控制器被配置為在所述第一電波形的上升沿或下降沿中的至少ー個的期間開啟所述至少ー個開關。根據本發明的一方面，所述顯示模塊還包括遮蔽層，所述遮蔽層電容耦合至所述第一堆棧，所述遮蔽層接受與所述第一電波形不同的第二電波形，其中所述控制器被配置為隨著所述第一電波形的每次轉變而閉合所述至少ー個開關。根據本發明的一方面，其中所述第二波形來源於所述第一波形。根據本發明的一方面，所述顯示模塊還包含遮蔽層，所述遮蔽層電容耦合至所述第一堆棧，所述遮蔽層接受與所述第一電波形不同的第二電波形，其中所述控制器被配置為隨著所述第一電波形的每第二次轉變而閉合所述至少ー個開關。根據本發明的一方面，所述控制器被配置為在所述第一電波形的新的轉變之前開啟所述至少ー個開關。根據本發明的一方面，所述至少一個開關電連接在所述第一二極體堆棧的最末端陰極和所述偏置源之間，並且其中所述控制器被配置為在所述第一電波形的每個低半循環周期開啟所述至少ー個開關。根據本發明的一方面，所述至少一個開關電連接在所述第一二極體堆棧的最末端陽極和所述信號公共線之間，並且其中所述控制器在所述第一電波形的每個高半循環周期開啟所述至少ー個開關。根據本發明的一方面，所述控制器被配置為僅當所述第一電波形為靜態時閉合所述至少ー個開關。根據本發明的一方面，所述顯示模塊還包含背光源。根據本發明的一方面，提供了一種用於防止顯示裝置的環境光傳感器(ALS)的串聯連接的ニ極管堆棧中的電荷泵浦的方法，所述ニ極管堆棧包括至少兩個光電ニ極管，並且所述至少兩個光電ニ極管中的一個的陰極電連接至所述至少兩個光電ニ極管中的另ー個的陽極，所述ALS包括用於產生所述ニ極管堆棧的偏置電壓的偏置源，並且所述顯示裝置包括用於產生電場的相對電極。所述方法包含基於所述相對電極上的瞬態電壓選擇性地將所述偏置電壓施加給所述ニ極管堆棧和將所述偏置電壓從所述ニ極管堆棧移除。根據本發明的一方面，選擇性地將所述偏置電壓施加給所述ニ極管堆棧和將所述偏置電壓從所述ニ極管堆棧移除包括使用開關將所述偏置電壓施加給所述ニ極管堆棧和將所述偏置電壓從所述ニ極管堆棧移除。 根據本發明的一方面，選擇性地將所述偏置電壓施加給所述ニ極管堆棧和將所述偏置電壓從所述ニ極管堆棧移除包括基於施加給所述相對電極的周期性波形施加和移除所述偏置電壓。根據本發明的一方面，選擇性地移除所述偏置電壓包括隨著所述周期性波形的每個上升沿或下降沿而將所述偏置電壓從所述堆棧移除。根據本發明的一方面，選擇性地移除所述偏置電壓包括在所述周期性波形的每第二個高或低脈衝移除所述偏置電壓。根據本發明的一方面，所述至少一個開關電連接在ニ極管堆棧的最末端陰極和偏置源之間，並且其中選擇性地移除所述偏置電壓包括在所述周期性波形的低脈衝開啟所述至少ー個開關。根據本發明的一方面，所述至少一個開關電連接在所述ニ極管堆棧的最末端陽極和信號公共線之間，並且其中選擇性地移除所述偏置電壓包括在所述周期性波形的高脈衝開啟所述至少ー個開關。根據本發明的一方面，所述顯示裝置包括遮蔽層，所述遮蔽層電容耦合至所述ニ極管堆棧，並且其中選擇性地將偏置電壓施加給ニ極管堆棧包括隨著相對電極上的毎次瞬變而施加所述偏置電壓。為了實現前述以及相關的目的，本發明包含在下文充分描述並在權利要求中特別指出的特徵。下述描述和所附附圖詳細說明了本發明某些示例性的實施方式。然而，這些實施方式僅指示了本發明原理所可能採用的多種方式中的少數方式。本發明的其它目的、優點和新穎的特徵在結合附圖參考以下本發明的具體描述時是顯而易見的。
圖I為典型的透射型有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)的橫截面。圖2示出了可以用在顯示系統中的示例性顯示信號。圖3為表示圍繞積分電路建構並且採用單個光電ニ極管作為光敏元件的簡單ALS的示意圖。
圖4為用於光電ニ極管的電路符號。圖5為示出了當不存在光時的光電ニ極管的簡化的電流-電壓特性的圖表。圖6為示出了圖3所描繪的類型的ALS採用串聯連接的光電ニ極管的堆棧的示意圖。圖7為示出了電幹擾耦合至串聯連接的ニ極管堆棧中的節點的機制的示意圖。圖8為示出了圖7中的最末端ニ極管在存在電幹擾下如何變成正向偏置的示意圖。圖9為示出了電容也可以存在於ニ極管堆棧和地(或另ー DC電壓)之間的方式的示意圖。
圖10為示出了接地的遮蔽如何可以用於使耦合至串聯連接的光電ニ極管的堆棧的電幹擾最小化。圖11為示出了期望在相對電極和遮蔽上產生的電壓波形的圖表。圖12為示出了根據本發明的實施方式的周期性地使串聯連接的光電ニ極管從偏置生成和電流測量電路系統斷開連接的示意圖。圖13為示出了根據本發明的實施方式的相對電極電壓隨著時間、以及所提出的開關的定時而變化的圖表。圖14為示出了根據本發明的實施方式的相對電極電壓隨著時間、以及所提出的開關的定時而變化的圖表。圖15為示出了根據本發明的實施方式的相對電極電壓隨著時間、以及開關的作為另ー選擇的定時而變化的圖表。圖16為示出了根據本發明的實施方式的相對電極電壓隨著時間、以及遮蔽電壓隨著時間的相應變化、和所提出的開關的定時而變化的圖表。圖17為示出了根據本發明的實施方式的相對電極電壓隨著時間、以及遮蔽電壓隨著時間的相應變化、和開關的作為另ー選擇的定時而變化的圖表。圖18為示出了連接至單個開關的ニ極管堆棧的示意圖。根據本發明的實施方式，該ニ極管堆棧永久連接至偏置生成和電流測量電路系統。圖19為示出了連接至單個開關的ニ極管堆棧的示意圖，其中根據本發明的實施方式，該ニ極管堆棧永久接地。圖20示出了被開關分離並在每個端部具有開關的兩個ニ極管堆棧，其中根據本發明的實施方式，ー個最末端開關的ー個端子連接至偏置電路系統，而另ー個最末端開關的ー個端子接地。圖21為示出了根據本發明實施方式的ニ極管堆棧內的開關的示意圖。
具體實施例方式根據本發明第一實施方式的裝置如圖12和13所示，應用於在ニ極管堆棧上方不存在導電遮蔽層的情況中。圖12為示出了至少兩個的串聯連接的光電ニ極管的堆棧120(例如，第一ニ極管堆棧)的示意圖，設置為ー個光電ニ極管的陰極連接至下一個光電ニ極管的陽極。最末端陽極230連接至簡單的ニ端子開關210(如，第一開關)的ー個端子，該開關的另一端子接地(也稱為信號公共線)。最末端陰極240連接至第二ニ端子開關220(例如，第二開關)的ー個端子，該開關的另一端連接至偏置和電流測量電路系統245的端子『A』。該偏置生成和電流測量電路系統245以如圖3中所示並如W02008/044749A1中所述的積分電路70的形式實現。開關210和220由控制器225控制，該控制器225使用已知技術控制該開關開啟和閉合。雖然未示出，控制器225可工作地耦合至相對電極130和/或遮蔽層180，並基於存在於相對電極和/或遮蔽層上的電波形(例如，第一電波形、第二電波形等)控制該開關。開關210和220可以由η-溝道電晶體、P-溝道電晶體，或者上述兩者的適當組合來實現。如圖13所示在相對電極電壓通過寄生電容直接耦合至ニ極管堆棧內的節點的情況下操作開關210和220。圖13示出了相對電極電壓如具有有限上升和下降時間的周期性方波一祥上升和下降。開關在相對電極波形的每個循環周期的ー個半周期的期間閉合，在相對電極波形的上升沿或下降沿期間開啟。為了確保電荷泵浦的可接受的等級，當串聯連接的ニ極管堆棧120內產生的電壓足夠小時(即小到足以使平均噪聲電流減小至傳感器電路的可接受的等級)開關閉合。相對電極信號ー設定成新值，這種情況就會出現。雖然圖13示出了開關在相對電極電壓的低半循環周期的期間閉合，可替換地，開關可以在高半循環周期的期間閉合。、驅動開關210和開關220所要求的信號可以容易地由顯示模塊中產生Vot信號的控制器IC產生。這些信號產生的方式對本領域技術人員是顯而易見的。圖12和15示出了根據本發明第二實施方式的裝置，其中如圖15所示操作開關210和220。僅當相對電極電壓為靜態時開關閉合，這和圖13中所示一祥。然而，在圖15中，開關在相對電極波形的每第二個低脈衝閉合一次或者在相對電極波形的每第二個高脈衝閉合一次，而不是每個周期閉合一次。這樣是有利的，因為減小了操作開關的速率，從而減小了從開關信號自身耦合至電路系統(例如至偏置產生和電流測量電路系統245)的其他部分的噪聲的頻率。圖12和16示出了根據本發明的優選的第三實施方式的裝置，其中以圖16中所示的方式操作開關210和220。當在ニ極管堆棧120上方存在遮蔽層180時使用第三實施方式。圖16示出了隨著相對電極電壓的每次轉變且每當導電遮蔽層上的電壓已設定時開關閉合。利用每個轉變結束點和開關閉合之間的短暫延時從而允許了ニ極管堆棧內的瞬態電壓衰減至不會產生顯著的電荷泵浦電流的等級的時間。在每種場合下，開關在相對電極電壓發生新的轉變之前開啟，因為這會伴隨有堆棧內的瞬態電壓。優選本實施方式是因為開關可以比其它實施方式更加頻繁地開啟。當必須在短時間內確定ニ極管堆棧電流時這點是有利的。圖12和17示出了根據本發明第四實施方式的裝置，可以應用在如前所述的在ニ極管堆棧上方製造導電遮蔽層的情況中。圖17示出了隨著ニ極管堆棧120內存在的瞬態電壓的衰減以與圖16中先前所示的方式相似的方式操作開關210和220。然而，在圖17中，相對電極電壓每兩次轉變，開關僅閉合一次。這點是有利的，由於減小了操作開關的速率，從而減小了從開關信號自身耦合至電路系統(如至偏壓生成和電流測量電路系統245)的其它部分的噪聲的頻率。圖18和13示出了根據本發明第五實施方式的裝置，其中僅採用一個開關280，該開關被連接在偏置電路系統和串聯連接的ニ極管堆棧285的陰極端之間。根據圖13操作開關280。本實施方式的優點在於相對於第一實施方式要求較少的部件。然而，開關這時僅在相對電極電壓的低半循環周期開啟，在高半循環周期不開啟。這確保了在ニ極管堆棧285內僅產生正電壓，從而確保了在堆棧的陽極端的ニ極管288即使其陽極永久接地也絕不會正向偏置。圖19和14示出了根據本發明第六實施方式的裝置，其中僅採用了一個開關290，該開關連接在地和串聯連接的ニ極管堆棧295的陽極端之間。如圖14所示操作開關290。本實施方式的優點在於相對於第一實施方式要求較少的部件。然而，如圖14所示，開關僅在相對電極電壓的高半循環周期開啟，在低半循環周期不開啟。這確保了在ニ極管堆棧295內僅產生負電壓，從而確保了在堆棧的陰極端的ニ極管298即使其陰極永久連接至直流偏置電壓也絕不會正向偏置。圖20示出了根據本發明第七實施方式的裝置，其中，如前述類型的兩個串聯連接的ニ極管堆棧300和310 (例如，第一ニ極管堆棧和ー個附加(第二)ニ極管堆棧)串聯連接，然而被開關320(例如，第三開關)分離。所述堆棧連接為堆棧300的陽極端被連接至開關320的ー個端子，開關320的另ー個端子連接至剩下的堆棧310的陰極。堆棧310的陽極連接至開關330的第一端子，開關330的第二端子接地。堆棧300的陰極連接至開關 340的第一端子，開關340的第二端子連接至偏置電路系統。開關320、330和340中的至少兩個可以被稱為多個開關。通過將開關包括在ニ極管堆棧中，在當整個堆棧中產生不同的瞬態電壓擾動的情況下進一步減少了電荷泵浦。當堆棧具有導電遮蔽層時，可以如圖16和17中所示操作開關。當堆棧不具有導電遮蔽層時，可以如圖13、14或15中所示操作開關。圖21示出了根據本發明第八實施方式的裝置。除了ニ極管堆棧350包括電耦合在堆棧的兩個光電ニ極管之間的至少ー個開關360之外，圖21的實施方式與圖12中所示的實施方式相似。當堆棧具有導電遮蔽層時，可以如圖16和17中所示操作開關。當堆棧不具有導電遮蔽層時，可以如圖13、14或15中所示操作開關。雖然圖21示出了在堆棧的端部和在堆棧內的開關，也可以僅在堆棧內(在堆棧的光電ニ極管之間)設置開關。在這種配置下，堆棧的端部可以直接耦合至偏置源。根據本發明的環境光傳感器能夠與包括背光源的顯示裝置，例如如圖I中所示的
顯示裝置一起使用。在上述的所有實施方式中，示出為接地的串聯連接的ニ極管堆棧的陽極端同樣可以連接至直流電壓源。雖然就某些優選的實施方式示出和描述了本發明，本領域技術人員在閱讀和理解本說明書的基礎上想到的等同項和改進是顯而易見的。本發明包括所有這樣的等同項和改進，且僅被所附權利要求的範圍限定。エ業應用根據本發明的環境光傳感器(ALS)和方法防止ニ極管堆棧中的ニ極管經受施加在其端子的電勢差，從而不會流動電荷泵浦電流。根據本發明的所述ALS和方法能夠抑制電荷泵浦而不要求採用作為另ー選擇的相對電極電壓保持靜態的顯示器架構。
權利要求
1.一種環境光傳感器(ALS),包含 第一二極體堆棧，其包括至少兩個光電二極體，其中所述至少兩個光電二極體中的一個的陰極電連接至所述至少兩個光電二極體中的另一個的陽極； 偏置源，其用於提供偏置電壓至所述第一二極體堆棧；以及 至少一個開關，其電連接至所述第一堆棧，所述至少一個開關可操作為選擇性地將所述偏置電壓施加給所述第一二極體堆棧和將所述偏置電壓從所述第一二極體堆棧移除。
2.根據權利要求I所述的ALS，其中，所述至少一個開關包含第一開關和第二開關，並且其中所述第一開關電連接在所述第一二極體堆棧的最末端陽極和信號公共線之間，並且所述第二開關電連接在所述第一二極體堆棧的最末端陰極和所述偏置源之間。
3.根據權利要求1-2中任一項所述的ALS，還包含至少一個附加二極體堆棧，所述附加二極體堆棧包括至少兩個光電二極體，其中所述至少兩個光電二極體中的一個的陰極電耦合至所述至少兩個光電二極體中的另一個的陽極，並且其中所述第一二極體堆棧和所述至少一個附加二極體堆棧以串聯連接方式彼此電連接。
4.根據權利要求3所述的ALS，其中，所述至少一個開關包含多個開關，並且所述多個開關中的一個將所述第一堆棧電耦合至所述至少一個附加堆棧。
5.根據權利要求1-3中任一項所述的ALS，其中，所述至少一個開關包含多個開關，並且所述多個開關中的一個將所述第一堆棧的所述一個光電二極體的陰極電耦合至所述第一堆棧的所述另一個光電二極體的陽極。
6.根據權利要求5所述的ALS，當權利要求5從屬於權利要求3時，其中，所述多個開關中的另一個將所述附加二極體堆棧的所述一個光電二極體的陰極電耦合至所述附加二極體堆棧的所述另一個光電二極體的陽極。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的ALS，其中，所述至少一個開關包含n-溝道電晶體或P-溝道電晶體中的至少一個。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的ALS，還包含控制器，所述控制器用於控制所述至少一個開關的開啟和閉合狀態。
9.一種顯不模塊,包含 根據權利要求8所述的ALS ；以及 相對電極，其用於改變局域電場，所述相對電極電容耦合至所述第一堆棧並且接受第一電波形，其中所述控制器被配置為按照所述第一電波形中的轉變而開啟和閉合所述至少一個開關。
10.根據權利要求9所述的顯示模塊，其中，所述控制器被配置為按照所述第一電波形的周期而開啟和閉合所述至少一個開關。
11.根據權利要求10所述的顯示模塊，其中，所述控制器被配置為在所述第一電波形的高或低半循環周期的期間閉合所述至少一個開關。
12.根據權利要求10所述的顯示模塊，其中，所述控制器被配置為在所述第一電波形的每第二個高脈衝或每第二個低脈衝閉合所述至少一個開關一次。
13.根據權利要求10-12中任一項所述的顯示模塊，其中，所述控制器被配置為在所述第一電波形的上升沿或下降沿中的至少一個的期間開啟所述至少一個開關。
14.根據權利要求10所述的顯示模塊，還包含遮蔽層，所述遮蔽層電容耦合至所述第一堆棧，所述遮蔽層接受與所述第一電波形不同的第二電波形，其中所述控制器被配置為隨著所述第一電波形的每次轉變而閉合所述至少一個開關。
15.根據權利要求14所述的顯示模塊，其中，所述第二波形來源於所述第一波形。
16.根據權利要求10所述的顯示模塊，還包含遮蔽層，所述遮蔽層電容耦合至所述第一堆棧，所述遮蔽層接受與所述第一電波形不同的第二電波形，其中所述控制器被配置為隨著所述第一電波形的每第二次轉變而閉合所述至少一個開關。
17.根據權利要求14-16中任一項所述的顯示模塊，其中，所述控制器被配置為在所述第一電波形的新的轉變之前開啟所述至少一個開關。
18.根據權利要求10所述的顯示模塊，其中，所述至少一個開關電連接在所述第一二極體堆棧的最末端陰極和所述偏置源之間，並且其中所述控制器被配置為在所述第一電波形的每個低半循環周期開啟所述至少一個開關。
19.根據權利要求10所述的顯示模塊，其中，所述至少一個開關電連接在所述第一二極體堆棧的最末端陽極和信號公共線之間，並且其中所述控制器在所述第一電波形的每個高半循環周期開啟所述至少一個開關。
20.根據權利要求10-19中任一項所述的顯示模塊，其中，所述控制器被配置為僅當所述第一電波形為靜態時閉合所述至少一個開關。
21.根據權利要求9-20中任一項所述的顯示模塊，還包含背光源。
22.一種用於防止顯示裝置的環境光傳感器(ALS)的串聯連接的二極體堆棧中的電荷泵浦的方法，所述二極體堆棧包括至少兩個光電二極體，其中所述至少兩個光電二極體中的一個的陰極電連接至所述至少兩個光電二極體中的另一個的陽極，所述ALS包括用於產生所述二極體堆棧的偏置電壓的偏置源，並且所述顯示裝置包括用於產生電場的相對電極，所述方法包含基於所述相對電極上的瞬態電壓選擇性地將所述偏置電壓施加給所述二極體堆棧和將所述偏置電壓從所述二極體堆棧移除。
23.根據權利要求22所述的方法，其中，選擇性地將所述偏置電壓施加給所述二極體堆棧和將所述偏置電壓從所述二極體堆棧移除包括使用開關將所述偏置電壓施加給所述二極體堆棧和將所述偏置電壓從所述二極體堆棧移除。
24.根據權利要求22-23中任一項所述的方法，其中，選擇性地將所述偏置電壓施加給所述二極體堆棧和將所述偏置電壓從所述二極體堆棧移除包括基於施加給所述相對電極的周期性波形施加和移除所述偏置電壓。
25.根據權利要求24所述的方法，其中，選擇性地移除所述偏置電壓包括隨著所述周期性波形的每個上升沿或下降沿而將所述偏置電壓從所述堆棧移除。
26.根據權利要求24所述的方法，其中，選擇性地移除所述偏置電壓包括在所述周期性波形的每第二個高或低脈衝移除所述偏置電壓。
27.根據權利要求24-26中任一項所述的方法，其中，所述至少一個開關電連接在所述二極體堆棧的最末端陰極和所述偏置源之間，並且其中選擇性地移除所述偏置電壓包括在所述周期性波形的低脈衝開啟所述至少一個開關。
28.根據權利要求24-26中任一項所述的方法，其中，所述至少一個開關電連接在所述二極體堆棧的最末端陽極和信號公共線之間，並且其中選擇性地移除所述偏置電壓包括在所述周期性波形的高脈衝開啟所述至少一個開關。
29.根據權利要求22-28中任一項所述的方法，其中，所述顯示裝置包括遮蔽層，所述遮蔽層電容耦合至所述二極體堆棧，並且其中選擇性地將所述偏置電壓施加給所述二極體堆棧包括隨著相對電極上的每次瞬變而施加所述偏置電壓。
全文摘要
一種環境光傳感器，包括至少兩個光電二極體的第一堆棧，其中所述至少兩個光電二極體中的一個的陰極電連接至所述至少兩個光電二極體中的另一個的陽極。所述ALS還包括用於提供偏置電壓至所述第一堆棧的偏置源，和電連接至所述第一堆棧的至少一個開關。所述至少一個開關可操作為周期性地將所述偏置電壓施加給所述第一二極體堆棧和將所述偏置電壓從所述第一二極體堆棧移除。
文檔編號H01L31/10GK102668129SQ201080051598
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月12日 優先權日2009年11月17日
發明者班傑明·J·哈德溫, 蘇納伊沙赫, 麥可·P·庫爾森, 鷲尾一 申請人:夏普株式會社