光谱补偿光传感器的制作方法

专利名称：光谱补偿光传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及对光传感器进行光谱补偿，例如，环境光传感器(ALS)系统的光传感 器。本发明可以应用于被集成到有源矩阵液晶显示器(AMLCD)的光传感器。本发明发现了将环境光传感器(ALS)集成到AMLCD显示基板(图1所示)的具体应用。
背景技术：
图2示出了典型的AMLCD的简要截面图。背光128是用于照明显示器的光源。传 统地，显示器包括置于透明(例如玻璃)基板103、105之间的液晶材料层104。在液晶层的 每一侧上分别提供一个偏振器。通过显示器从背光128到观看者102的光透射受到由薄膜 晶体管(TFT)制成的电路的控制。在玻璃基板(被称作TFT玻璃103)上制造TFT，并操作 该TFT，以使得通过液晶(LC) 104层改变电场。这随之改变LC单元的光特性，并从而实现了 通过显示器、从背光128直到观看者102的选择性光透射。可以通过采用彩色滤色器(colour filter)的使用，由AMIXD显示彩色图像。这 样的彩色滤色器可以通过将适合的彩色滤色器材料106沉积在顶部玻璃105上来形成。备 选实现方式同样是可能的，从而将彩色滤色器材料沉积在TFT玻璃103上。对彩色滤色器材料进行选择，以使得能够仅在特定范围的波长(滤色器的通带) 内透射光。在典型的彩色显示器中，例如可以使用三种彩色滤色器，来分别透射红、绿和蓝 (RGB)光。因此显示器中的像素(或子像素)通常具有置于其上的红、绿和蓝滤色器之一， 并从而相应地透射红、绿和蓝光中的任一种。在图3中示出了适合于在AMIXD中使用的典 型滤色器特性。分别针对红、绿和蓝滤色器32、34、36示出了根据波长的滤色器透射比。针 对彩色再现的各种备选方案也是可能的。在利用显示器的许多产品(例如，移动电话、个人数字助理(PDA))中，发现根据环 境照明条件来控制背光的光输出是有用的。例如，在低环境照明条件下，期望降低显示背光 的亮度，并因此还降低显示器的亮度。同时保持显示输出图像的最优质量，这使得最小化背 光所消耗的功率。为了根据环境照明条件来改变背光的强度，需要具有一些用于感测环境光级 (light level)的装置。用于此目的的环境光传感器(ALS)可以与TFT玻璃基板分离。然 而，将ALS集成到TFT玻璃基板上(“单片集成”)在例如减小包含显示器的产品的尺寸、重 量和制造成本方面具有若干优点。如图1所示的与显示器一起使用的典型实际环境光传感器系统包含以下元件(a)光电检测元件(或多个光电检测元件)，能够将输入光转换成电流。这种光电 检测元件的一个示例是光电二极管135。(b)环境光传感器驱动电路134，控制光电检测元件并感测光生电流。(c)环境光传感器输出电路136，提供对测量的环境光级加以表示的输出信号(模 拟或数字信号)。
(d)调整显示器的操作的装置，在图1中作为显示像素矩阵120示出，基于测量的 环境光级，例如通过控制背光128的强度来进行调整。已在他处很好地描述了这种系统的可能实现方式，例如，在英国专利申请 No. 0619581. 2和0707661. 5 中，以及在K. Maeda等人的“The System-LCD with Monolithic Ambient-Light Sensor System", Proceedings of the SID, May 2005 中进行了描述。通常，这样的系统被设计为在各种(白光)照明环境下操作，例如，在日光下、采用 荧光室内照明、钠灯照明(例如来自于街灯)、或白炽灯室内照明等。尽管对于人眼而言，这 些光源中的许多光源看起来基本上是白色的(或接近白色)，但是实际上这些光源的光谱 特性是非常不同的。作为示例，图4示出了多个不同公共或实验室光源的相对光谱响应特 性5500K黑体10 (近似日光的光谱)、标准A卤素12、CSS (白色)LED 14、金属卤化物3-添 加剂16、3频带荧光18、以及高压钠20。应当注意，在不同光源之间最大输出的形状和波长 均可以显著变化。在图1的系统中，光电检测元件通过吸收其上入射的光来进行操作。这种传感器 中的光子吸收的一般机制是光电效应，这是一种在许多标准教科书中很好地描述的机制。 通过这种机制的光子吸收在半导体材料中产生了活动载体(电子和/或空穴)。载体的一 个或两个极性然后能够对流经器件的净电流做出贡献。通过感测响应于给定照明级别而产 生的电流量，然后可以测量入射环境光级。在具有单片集成环境光传感器的AMLCD的情况下，所使用的基本光电检测器件必 须与在显示器基板的制造中使用的TFT工艺兼容。与标准TFT工艺相兼容的公知光电检测 器件是横薄膜多晶硅P-I-N 二极管，在英国专利申请No. 0702346. 8中描述其可能实现方 式。与标准TFT工艺相兼容的其他光电检测器件也是可能的，例如，光电晶体管、光电电阻
嬰坐
-V^r ^t ο给定半导体材料(例如，硅)吸收其上入射的光的能力通常依赖于入射光的波长。 这种依赖性典型地由材料的光吸收系数来量化，光吸收系数表示为波长的函数。例如，在 图5中示出了体晶体硅的光吸收系数。应注意，吸收系数与波长近似为指数关系，在短波长 (朝向蓝光)处明显高于在较长波长(朝向红光)处。对于典型光电检测器件，还有许多用于确定给定波长的入射光的吸收程度的其他 因素。这些因素中最重要的因素是材料的有源区域(active area)(即，感光区域)的厚度， 以及在前和厚分界面处的非感光材料的反射和吸收特性。对检测器检测入射光的能力的方 便测量是量子效率(QE)，被定义为器件所检测到的给定波长的光的百分比。同样有用的是， 将相对QE定义为适当归一化的QE，以使其在最大波长处等于1。图6示出了体硅光电传感 器器件(例如，电荷耦合器件(CXD))的典型QE。典型地，这种器件在400nm与lOeOnm波长 之间是敏感的。在半导体材料是入射光的良好吸收体的短波长处，灵敏度通常受限于表面 反射以及器件的非感光部分对光的吸收(例如，依赖于器件的精确构造，它们可能是钝化 层、栅极绝缘层等)。在较长波长处，半导体材料是入射光的更不良的吸收体。因此，长波长 的光子通常未被检测到而直接通过材料。因此，峰值灵敏度典型地在范围60nm-700nm内， 但是这依赖于器件的精确构造以及可以使用的任何抗反射(AR)涂层的细节。在薄膜硅光电检测器元件的情况下，关键特性是感光区域的深度。由于该技术是 薄膜，与在体半导体工艺中制造的光电检测元件的情况相比，它通常小得多。例如，典型
6AMIXD工艺中硅层的厚度是几十纳米量级。这对于光谱响应特性而言具有意义深远的结果。 图7示出了薄膜光电检测器的典型光谱响应特性。应注意，光谱响应朝向蓝色(短波长) 具有非常强的峰值。这是由于硅的有源深度足够小，使得大多数较长波长的入射光直接通 过半导体，而没有被吸收。因此，给定波长的光子被吸收(并因此被检测到)的概率近似与 在该波长处的光吸收系数成比例。通常，对于ALS系统而言，期望光电检测元件的响应与眼睛极好地光谱匹配。极好 光谱匹配的光电检测元件可以被定义为不管照明源的光谱特性如何，都能感测到与人眼所 感知的环境光亮度相同的环境光亮度的一种光电检测元件。因此，通常，用于量化测量亮度 的测量单位应当是适光的(即，倾向于人眼的响应)。这种适光单位的示例是勒克斯(Iux)。 例如可以在"Methods of Characterizing Illuminance Meters and Luminance Meters，，， CIE technical Report 69-1987，ISBN 3900 734 04 6中找到对使用光测量单位的适当定 义和使用的详细说明。通过定义，与人眼完美光谱匹配的光电检测元件是具有与人眼相同的相对量子效 率的光电检测元件。图8示出了人眼的相对QE，其是被称作“发光效率函数”的特性。该 量必须通过实验测量来获得，并且被定义为国际标准，该国际标准可以在“Photopic CIE Luminous Efficiency Functions based on Brightness Matching for Monochromatic Point Source 2° and 10° Fields”，CIE Technical Report 75-1988 ISBN 3900 734 119中找到。将发光效率函数表示为ν(λ)，眼睛所感知的照明源的感知亮度以勒克 斯为单位)如下Peye = E / ν(λ)Ι(λ)(1λ(1)其中，E是与波长无关的缩放因子，Ι(λ)是被感知的照明源的相对光谱响应函 数。必须对眼睛所敏感的所有波长执行积分。类似地，对于相对量子效率函数为Q(X)的 光电检测元件，以下给出测量的亮度Pdet = D / QU)lU)cU(2)在这种情况下，必须对检测器所敏感的所有波长执行积分。这里D是与波长无关 的缩放常数，该缩放常数基本上与检测器的增益相对应。光电检测器的光谱失配的一种可能度量是被表示为百分比的参数&，并可以被定 义为
(ρ )Z1 = 100 1(3)
V P— J在完美光谱匹配的光源的情况下，V( λ ) =Q(A),并且显而易见的是，通过设置E =D, 始终为零，而与照明源光谱特性I (λ)无关。如果眼睛和检测器不完美光谱匹配， 则对于至少一些波长λ，定义ν(λ) ^Q(A)0由于对缩放常数D的选择是任意的，因此对 于任何一个具体光源(或者光源的组合)而言可以最小化，但是不能对于所有1(入)为零。通常，针对薄膜硅检测器的的计算值比针对基于典型体工艺的检测器的&的计 算值大。对于与人眼的光谱匹配很重要传感器应用，几乎始终需要实现一些光谱校正方法。 例如，对于具有如图7所示的相对QE且没有实现光谱校正的光电检测元件，根据光源的光
7谱特性，具有相同勒克斯值的两个光源(即，具有眼睛所感知的相同亮度的两个光源)的检 测器所感知的亮度差异可能高达5倍。用于修改光电检测器的光谱响应特性的传统方法是在感光区域上放置一个或多 个彩色滤色器。这种公知的技术是现代彩色图像传感器的基础(例如，见EP00449477A1、 US4249203、US5253047)。如果彩色滤色器具有光谱透射特性f ( λ )，则将检测器响应修改 为Pdet = D / f(X)QU)lU)cU(4)例如，这种应用于环境光传感器(实际上是1像素图像传感器)的技术可以通过 将一个或多个彩色滤色器放在传感器有源区域上来实现。对于被集成在AMLCD上的ALS， 一种可能性是使用在显示器有源区域中使用并具有如图3所示透射比的相同RGB彩色滤色 器。可以将这些滤色器放置在光电检测元件上，而不需要标准AMIXD制造工艺中的附加工 艺步骤。一种可能性是，将绿滤色器放置在光电检测元件的整个感光区域上。这获得与眼睛 的光谱响应特性更匹配的光谱响应特性，这是由于绿滤色器透射特性(如图3所示)与图8 所示的适光发光效率函数相当类似。另一种可能性是将绿滤色器放置在感光区域的一部分 上，将蓝滤色器放置在感光区域的一部分上，以及将红滤色器放置在感光区域的一部分上。然而，存在与该方法相关联的两个显著缺点。首先，尽管与未校正的传感器相比， 与眼睛的光谱匹配(例如，如参数&所量化的光谱匹配)已经得到改善，但是与体光电检 测器器件相比，该光谱匹配仍较差。这通常是以下因素的结果结合彩色滤色器的相对宽通 带的传感器QE的指数特性，以及在短波长处绿和红滤色器的少但明显的漏光量。第二种缺点在于，使用彩色滤色器显著降低了传感器能够检测到的入射光的比例 (这是由于很多光被彩色滤色镜吸收或反射)。这是显著的缺点，因为通常很难设计出能够 测量ALS所需的低级别环境光的薄膜光电检测器。US 6727521描述了一种使用光电检测器的垂直堆叠来制造彩色传感器的手段。不 同的光电检测器根据它们在堆叠中的位置具有不同光谱响应特性。这种技术的优点是，例 如可以在图像传感器应用中实现增加的光谱分辨率。缺点是进入了额外的复杂性。因此， 该方法根本不能很好地适合于仅沉积半导体材料的单个薄膜层的薄膜工艺。US20060177127描述了一种根据所有像素的不同彩色输出的统计分布来光谱校正 图像以逐像素地提高色彩逼真度的手段。这种方法的缺点是，需要大量输出数据像素来获 得统计信息。EP1107222和EP1703562涉及针对光谱的红外(IR)部分的灵敏度进行校正。例 如，EPl 107222涉及具有两个硅光电二极管的光电检测器，其中的一个硅光电二极管是日光 过滤二极管。未过滤光电二极管对从大约400nm到IlOOnm的波长敏感，而日光过滤二极管 仅对从大约750nm到1100纳米(S卩，在光谱的IR部分中)的波长敏感。日光过滤二极管的 输出可以用于针对光谱的IR部分的灵敏度来校正未过滤二极管的输出。然而，EP1107222 没有解决硅光电二极管的光谱特性与期望光谱特性之间的差异。GB2419665涉及具有对光谱的不同区域敏感的两个或多个传感器光检测器，例如， 所述传感器对IR光敏感，对可见光敏感，以及对UV光敏感。将传感器的输出与所存储的数 据集合进行比较，以便识别光环境的类型。US623945涉及具有多个传感器的火灾检测系统，例如，宽带IR传感器、可见光传感器以及近频带IR传感器。宽带IR传感器用作检测火灾的主传感器，其他传感器用于防 止警报的错误触发。

发明内容
本发明的第一方面提供了一种光传感器，包括对第一波长范围敏感的第一光电 检测器；对与第一波长范围不同的第二波长范围敏感的第二光电检测器；以及处理器，使 用第二光电检测器的输出，来确定对第一光电检测器的输出的校正，以针对第一光电检测 器的光谱响应特性与参考光谱响应特性之间的差异补偿第一光电检测器的输出；其中，第 一波长范围实质上与感兴趣的波长范围相对应；其中，第二波长范围是感兴趣的波长范围 的一部分。通常，光电检测器具有有限范围的有效区域。本发明不一定需要光电检测器具有 在其整个有效区域(或生效区域)上为恒定的光谱特性，并且所述光谱特性可以在有效区 域上变化。对光电检测器对波长范围敏感的指定不一定需要光电检测器在其整个有效区域 上对该波长范围敏感，并且在一些实施例中，如果光电检测器仅在其整个有效区域的一部 分上对该波长敏感，就足以。感兴趣的波长范围可以是可见波长范围。该波长范围可以实质上与可见光谱 (即，覆盖从大约400nm到大约700nm的波长范围)相对应。处理器还可以适用于对第一光电检测器的输出应用校正，从而针对第一光电检测 器的光谱响应特性与参考光谱响应特性之间的差异来校正第一光电检测器的输出。例如，第二波长范围可以是第一波长范围的子集。在一个实施例中，第二波长范围 是光谱的蓝光区域中的范围，第一波长范围与可见波长范围相对应。这适合于检测器对蓝 光波长范围比对其他波长更敏感的情况。第一光电检测器的输出是表示第一光电检测器所测量的、由类似于以上方程(2) 的方程所确定的亮度的标量。类似地，来自第二光电检测器的输出是表示第二光电检测所 测量的、再次由类似于以上方程(2)的方程给出的亮度的标量。使用第二光电检测器的输 出而确定的校正因子也是标量，并且第一光电检测器的测量的输出与校正因子的相乘补偿 第一光电检测器的光谱响应特性与参考光谱响应特性(例如，人眼的响应特性)之间的差
已基本构思在于，对光电检测器(例如，薄膜光电检测器)的输出执行光谱校正，以 使得与一些参考光电检测器(例如，人眼)的输出更好地光谱匹配。本发明解决了改变图 像颜色内容的需要。这是与上述现有ALS不同的需要，这是由于不需要确定入射照明光的 光谱特性，而仅调整测量的强度，以更接近地复制人眼所感知的强度。发现本发明具体适合于QE随波长以指数(或者近似以指数)变化、或者QE在特 定波长处具有峰值的光电检测器。本发明的光传感器包含其输出被分别测量的两个(或多个)光电检测器元件。第 一光电检测器具有置于其上的彩色滤色器(例如，蓝滤色器)(该第一光电检测器被称作 “彩色光电检测器”)。第二光电二极管上不具有彩色滤色器，被称作“白色光电检测器”。分 别对来自于每个光电传感器的输出进行测量，分别表示为col and W。然后将col和W的测 量值进行组合，以确定可以被应用于白色光电检测器的输出W以给出光强的光谱校正测量的校正。然后对白色光电检测器的测量输出W进行校正，以给出光强的光谱校正测量。方法还可以被概括为，将“白色光电检测器”的输出W与多个“彩色光电检测器”的 输出Col1, coif colN进行组合，其中每个彩色检测器对不同波长范围敏感。在最一般情况 下，本发明根据某函数Ψ (W，Col1, Col2-colN)将这些输出进行组合，以确定可以被应用于 白色光电检测器的输出W以给出光强的光谱校正测量的校正。然后对白色光电检测器的测 量输出W进行校正，以给出光强的光谱校正测量。在一个实施例中，减去来自于两个光电检测器元件的输出，以给出光谱校正测量 光强X:X = W-(PXcol)这里，μ是选择用于最优化光谱补偿的预定常量。例如，μ的值可以依赖于光电 检测器元件的相对大小、彩色滤色器的透射比以及光电检测器元件的光谱响应。(如果存在 两个或多个彩色光电检测器，则可以使用类似的表达)。通过考虑以下特定示例；本方法对其QE如图7所示且朝向短波长具有强峰值的薄 膜光电检测器的应用，可以更容易地理解本发明的构思。由于光电检测器对蓝光比对红光更敏感，因此其输出由W表示的“白色光电检测 器”通常过高估计蓝光对亮度(人眼所感知的亮度)的贡献。可以通过减去将常数μ乘以其上放置有蓝滤色器并且输出由B表示的光电检测 器的测量响应来校正这种过高估计，即X = W-(PXB)在备选实施例中，计算来自于两个光电检测器元件的输出的比值N = col/W。然后 计算光谱校正测量光强FF = WXg(N)其中，g(N)是某预定函数。例如，二次函数。可以通过考虑对其QE如图7所示的薄膜光电检测器应用该方法，来再次理解该方 法的构思 首先，考虑蓝色光多的光源对光电检测器的照明。由于光电检测器对蓝光相对敏 感，因此，通常针对该光源，“白色光电检测器”感知到的亮度比人眼感知到的亮度更亮。在 这种情况下，“蓝光电检测器”检测到相对高的比例的入射照明，即，比值N = B/W相对较大。其次，考虑红光多的光源对光电检测器的照明。由于在这种情况下，光电检测器对 红光相对敏感，因此，通常针对该光源，“白色光电检测器”感知到的亮度没有人眼感知到的 亮度亮。在这种情况下，“蓝光电检测器”检测到相对低比例的入射照明，即，比值N = B/W 相对较小。因此，在N的估算值(“蓝光电检测器”和“白色光电检测器”的输出比值)与“白 色光电检测器”相对于人眼的感知过低估计还过高估计入射照明的亮度之间存在关系。通 过将这种关系适当映射至N的某判定选择函数g(N)，可以执行光谱校正。作为对该方法的精炼，N的量可以由N = B/KW定义，其中，κ是缩放常量。例如， 如果“蓝光电检测器”和“白色光电检测器”彼此具有不同的大小，上述是适用的。与使用现有技术中描述的彩色滤色器的标准技术相比，所描述的方法具有三个主 要优点。
首先，所描述的方法通常能够比现有技术中描述的标准方法(对来自于其上放置 有彩色滤色器的一个或多个光电检测器的输出进行求和)更精确地执行光谱校正。例如， 对于本发明的第二实施例，计算指示对于具有图7所示QE的薄膜检测器，以及利用二次拟 合函数g(N)的系数的判定选择，针对图4所示的光源的光谱失配系数的平均值可以小 于使用现有技术中描述的标准技术所获得的平均值的一半。第二个优点是，由于使用彩色滤色器而引起的灵敏度损耗远小于标准技术。这是 由于在“白色光电检测器”中，几乎不存在吸收损耗，并且在“蓝光电检测器”中，所使用的 滤色器在光电检测器最敏感的区域中具有透射通带。该优点在不需要在所有光级精确执行光谱校正的特定应用中尤其明显。在这种情 况下，“蓝光电检测器”可以具有比“白色光电检测器”小得多的区域。光谱校正可以在高光 级处成功实现，而同时可以放弃在较低光级处尝试进行光谱校正，并且输出可以简单采用 “白色光电检测器”的输出。在该实现方式中，与不采用任何光谱校正的情况相比，几乎不存 在任何灵敏度损耗。本发明的第三个优点是，校正算法相对简单，仅需要减法或比值N的计算、以及比 值的某简单函数。这样的方法非常适合于AMLCD，对于模块大小和功耗的要求使其对于尽可 能小的数字处理能力而言更优选。第一光电检测器和第二光电检测器中的至少一个可以具有在其有效区域上变化 的光谱特性。第一光电检测器的有效区域的至少第一部分可以对第一波长范围敏感，第一光电 检测器的有效区域的至少第二不同部分可以对与第一波长范围不同的波长范围敏感。本发明的第二方面提供了一种光传感器，包括对第一波长范围敏感的第一光电 检测器；对与第一波长范围不同的第二波长范围敏感的第二光电检测器，以及对与第一波 长范围和第二波长范围不同的第三波长范围敏感的第三光电检测器；存储装置，用于存储 多个预定校正，以针对第一光电检测器的光谱响应特性与参考光谱响应特性之间的差异补 偿第一光电检测器的输出；以及处理器，使用第二光电检测器的输出与第一光电检测器的 输出的比值以及第三光电检测器的输出与第一光电检测器的输出的比值，来选择所存储的 校正中的一个；其中，第一波长范围实质上与感兴趣的波长范围相对应；第二波长范围是 感兴趣的波长范围的一部分；以及第三波长范围是感兴趣的波长范围的另一部分。感兴趣的波长范围可以是可见波长范围。该波长范围可以实质上与可见光谱相对 应，即，覆盖从大约400nm到大约700nm的波长范围。


参照附图，现在通过示意示例描述本发明的优选实施例，在附图中图1示出了具有集成环境光传感器的现有技术AMLCD ；图2示出了典型AMIXD的截面图；图3示出了彩色AMIXD中典型使用的红、绿和蓝滤色器的光谱透射比；图4示出了许多公共和实验室光源的相对光谱输出；图5示出了根据晶体硅的波长的吸收系数；图6示出了根据波长的体硅光电检测器的典型相对量子效率；
图7示出了现有技术根据波长的薄膜硅光电检测器的典型相对QE ；图8示出了根据波长的与人眼的相对灵敏度对应的CIE发光效率曲线；图9示出了具有本发明的光电检测器的显示器；图10示出了根据本发明第一实施例的获得缩放参数μ所需的过程；图11示出了本发明的第二实施例；图12示出了根据本发明第一实施例的修改的获得缩放参数μ ” μ 2，μ 3···所需的 过程；图13示出了本发明的第三实施例；图14示出了本发明的另一实施例；图15示出了根据第三实施例的发现函数g(N)的系数所需的过程；图16示出了根据本发明第三实施例的函数g(N)的示例；图17示出了本发明的另一实施例；图18示出了本发明的第七实施例；图19示出了本发明第七实施例的彩色光电检测元件502 ；图20示出了本发明的第八实施例；图21示出了本发明第八实施例的彩色光电检测元件512 ；图22示出了本发明的第九实施例。
具体实施例方式参照在显示器的ALS系统中使用的光传感器描述本发明。然而，本发明的光传感 器不限于该应用。图9示出了本发明的光传感器。在图9中，光电检测器构成了 AMLCD显示器中的 环境光传感器，但是本发明的光电检测器不限于用作显示器中的ALS，也不限于与AMLCD显 示器一同使用。典型地，图9的AMLCD器件本身可以使用在许多产品中，例如，移动电话或 PDA。AMIXD由以下基本元件组成，如图9所示 显示像素矩阵120 (在其中显示图像)； 显示栅极驱动器122; 显示源极驱动器124 ； 显示控制器126 ； 背光 128 ； 背光控制器130;以及 环境光传感器(ALS)。环境光传感器由两个光电检测器组成，在该实施例中，这两个光电检测器为薄膜 光电二极管，第一光电检测器52上没有彩色滤色器，第二光电检测器60具有彩色滤色器， 在该实施例中为蓝滤色器，该蓝滤色器置于第二光电检测器60的感光区域与要检测的输 入光的方向之间。环境光传感器还包括以下元件 环境光传感器驱动电路134，用于驱动光电检测器52、60，以及用于检测白色和彩色光电检测器分别测量的光级W和COl1 (例如，这可以是在现有技术中描述的检测电路 的可能实现方式中的一个)；· ALS控制电路136 ；以及 光谱补偿处理电路138。光谱补偿处理电路138在使用中用作处理器，该处理器用于处理两个光源传感器 的输出，以给出光强的光谱校正测量。在第一实施例中，处理电路估算(步骤202)参数X 的值，量W-μ Xcolp电路138可以通过数字处理器所操作的简单计算机程序来进行上述 操作。在该实施例中，光谱补偿由以下图10所示的方法来执行 测量分别来自于每个光电传感器52、60的输出⑶“和^; 计算 X = X Col1 (步骤 202)。量X则代表光谱校正的光级。缩放常数μ的值依赖于传感器和彩色滤色器的光 谱响应特性。图11所示用于计算μ的适当值的可能方法如下眷对于具有量子效率函数Q(X)的传感器元件和具有透射比f (λ)的彩色滤色 器，计算(步骤 212)函数ι·(λ) =0(λ)[1-μ Xf(A)I-V(A)的数值眷确定(步骤214)使在感兴趣的波长范围上的Ηλ)的积分最小化的标量μ的 值。这对应于确定使补偿的传感器元件的有效QE与发光效率函数最匹配的μ的值。本领域技术人员将显而易见的是，存在许多用于计算μ的适合值的其他可能方 法。本领域技术人员还将显而易见的是，通过适当选择彩色滤色器透射特性和参数 μ，光谱校正的输出可以与波长的函数匹配，而不是与人眼的发光效率函数ν(λ)匹配。这种光谱补偿方法的优点是，可以实现光谱校正的质量，以及降低由于需要执行 光谱校正而损失的检测器灵敏度。图9的AMIXD器件的操作描述如下 显示像素矩阵操作来以正常方式显示图像，该显示像素矩阵由栅极和源极驱动 电路来驱动，并受显示控制器电路的控制。显示器的光源典型地是由背光控制电路驱动和 控制的白色LED阵列。 环境光传感器(ALS)对入射在光电二极管上的光谱补偿后的环境光级进行检 测，光电二极管以周期性的时间间隔向ALS控制器提供数字化输出。· ALS控制器然后与背光控制器电路进行通信，背光控制器电路根据ALS输出对 背光的强度进行调制。因此，这种布置能够根据环境光强来调整显示图像的亮度。该方法的优点是，根据环境照明条件来控制图像亮度既促进了改善的用户体验， 也促进了总的较低系统功耗，这是由于在多数环境照明条件下，可以减小背光强度，或者完 全关闭背光。对环境光传感器的输出进行光谱校正以更好地与眼睛的光谱响应匹配的优点是， 可以与眼睛所确定的环境光级成比例地更精确地控制图像亮度。这便于改善用户体验。另一重要优点是，可以将环境光传感器电路(包括光电二极管、测量电路以及 ADC)全部单片集成在显示TFT基板上。所描述的光谱校正方法具有仅需要少量处理能力的 优点。这对于AMLCD产品的大小、成本以及容易制造均具有相当多的好处。
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在AMIXD的显示像素矩阵120包括彩色滤色器的情况下可以应用的第一实施例的 可选实现方式是，使用AMLCD的一个或多个彩色滤色器作为第二光电检测器60的彩色滤色 器。例如，并不向第二光电检测器60提供如上所述蓝滤色器，而是可能设置第二光电检测 器60的位置，使得入射在第二光电检测器60的有效区域上的环境光必须通过AMIXD的的 蓝滤色器，即，使得AMIXD的蓝滤色器在环境光至第二光电检测器60的有效区域的光路上。 这避免了提供针对第二光电检测器60的单独的彩色滤色器的需要。在该实现方式中，优选地，设置第一光电检测器52的位置，使得入射在第一光电 检测器52的有效区域上的环境光也通过AMIXD，但是不通过AMIXD的任何彩色滤色器。这 确保了以下效果例如，AMLCD的液晶层或者AMLCD的基板对光的吸收应用于入射在第一光 电检测器52和第二光电检测器60上的光，使得入射在第一光电检测器52上的光和入射在 第二光电检测器60上的光之间的任何差异由至第二光电检测器60的光路中的蓝滤色器弓I 起。在图12中示出了第二实施例。除了光传感器的结构和光谱补偿处理电路138的 操作以外，第二实施例和后续实施例与第一实施例相同。省略对与第一实施例无变化的显 示器的组件的描述。第二实施例具有包括以下元件的光传感器 多个彩色光电检测元件60、62···82，例如光电二极管，其中每个彩色光电检测 元件位于其感光区域与要检测的输入照明光的方向之间的具有不同光谱特性的彩色滤色 器； 白色光电检测元件52，例如，不具有彩色滤色器的光电二极管； 用于分别对白色和彩色光电检测元件所测量的光级W和Col1, coif· colN进行 检测的装置。光谱补偿电路138由以下组成 使用彩色光电检测器的输出Col1, coif· colN例如通过估算量
X =『-[(^"^来校正白色光电检测器的输出^勺装置加^例如，这可以通过按 /
照数字信号处理进行操作的简单计算机程序来进行。该系统操作，以使得 测量分别来自于每个光电传感器的输出Col1, Col2和W 计算 X。量X代表光谱校正的光级。在图13中示意性示出的用于计算缩放参数μ i的值的可能方法如下 对于具有量子效率函数QU)的光电检测器元件，和具有透射比f\U)， f2U)···的彩色滤色器，计算(220)函数ι·(λ) = Q(A) [l-μ Xf1(A)-U2Xf2(A)-... I-V(A)的数值 确定(222)使在感兴趣的波长范围上的Ηλ)的积分最小化的标量μ1; μ2··· 的值。这对应于确定使补偿后的传感器元件的有效QE与发光效率函数最匹配的Pi的值。该实施例的优点是，可以定义校正算法，从而利用通过具有多个彩色光电传感器 元件而提供的更多光谱信息，因此能够提高所执行的光谱校正的精确度。该方法同样适合
14于检测在一个或多个波长处具有强峰值的光源。在图14中示出了第三实施例。在该实施例中，光传感器包括以下元件 彩色光电检测元件60，具有例如图3所示的蓝滤色器36的彩色滤色器，该彩色 滤色器位于彩色光电检测元件60的感光区域与要检测的输入照明光的方向之间。 不具有彩色滤色器的白色光电检测元件52。 用于分别检测白色和彩色光电检测元件所测量的光级W和COl1的装置。在该实施例中，光谱补偿处理电路138由以下组成 用于估算参数N的值(比值coli/W)的装置54 用于例如根据简单计算机程序来计算针对参数N的测量值的函数g(N)的值的 装置56，其中，g是变量N的某简单函数，例如多项式。 用于计算g(N)的值(针对N的测量值)乘以W的值的装置58，其中W是表示光 谱校正的环境光级的量。装置54、56、58可以是分离的，或者可以将装置54、56、58中的两个或多个实现为 单个组件。该系统操作以使得 测量分别来自于每个光电检测器的输出⑶“和^; 计算N的值，Col1与W的比值_所计算的值表示为Nd ； 通过将确定Nd的输入到已知的函数g(N)中，来估算g(ND)，以给出标量值g(ND) 将白色光电检测元件的输出与g(ND)相乘。结果Wg(N11)则代表光谱校正的光级。在一个实施例中，g(N)是N的二次函数-即，g(N) = glN2+g2N+g3。用于计算在该 实施例中使用的二次函数的系数的值的可能方法是，使用图15示意性所示且在以下描述 的三个部分过程。可以通过标准公知数值计算或通过使用标准商业电子制表软件(例如， Microsoft Excel)的简单编码来执行各种数学函数的估算。部分1步骤1在83处开始过程以获得系数。步骤2在84处针对需要光谱补偿的光传感器，选择感兴趣的(至少三个)光源。 使用整数y来表示光源的数目。例如，可以选择其响应特性如图4所示的所有光源。步骤3在86处，(例如，根据现有技术中公开的数据)确定如图4所示的y个光 源的相对光谱响应。步骤4对于每个光源，在88处计算与彩色和白色光电传感器的相对响应相对应的 参数N的理论值，该理论值由以下方程给出
Μλ)ι{λ)/{λ) λN = r , , , ,--(5)
^(λ) {λ) λ在对该表达式进行估算时，应当在人眼敏感的波长范围上进行积分，例如，V(X) 不为零的波长范围。针对每个光源执行该操作给出针对y个光源中的每一个的N的值。部分2步骤5使用如现有技术部分中所定义的表达式(1)、(2)和(3)，在90处，针对y个不同光源中的每一个来计算根据比值D/E的光谱失配参数的值。y个不同值可以表示为{1}，⑵...{y}步骤6在91处，计算使对所有光源平均的的均值等于零的缩放参数的比值D/ E的值。为此，寻找值D/E,其是方程{1} ⑵+··· {y} = 0的解。该缩放运算等同于选择检测器的“增益”，使得针对所有所选光源的平均光谱失配 参数等于零步骤7在92处，将以上计算的D/E的值代入针对fdl}，f工{2}…f工{y}的表达式， 以获得这些函数的数值，这些函数中的每一个针对一个光源。步骤8在93处，计算针对每个光源的所需校正因子γ = Pdet/Peye0这可以根据已 经计算的的值以及重新布置的方程(3)来简单进行。根据部分1和2，对于每个所选光源，已经产生了参数N和γ的数值。参数N与来 自于彩色和白色光电传感器元件的输出的比值相对应。参数Y与所需光谱校正相对应，该 光谱校正需要应用于针对所选光源的白色光电检测器元件的测量输出。部分3步骤9在94处，创建具有总共y个数据点的散布图，y个数据点的值为(Y，N)，χ 数据与Y的值相对应，y个数据点与针对每个光源而计算的N的值相对应。步骤10通过线性回归或其他标准曲线拟合技术，在95处计算最佳拟合二次函数 Y = g(N) = glN2+g2N+g3 的系数。步骤11在96处结束过程，以获得系数。现在已经计算了在校正算法中使用的二 次函数。在图16的99处示出了针对白色光电检测元件52和彩色光电检测元件60而计算 的示例二次函数Y = g(N) = glN2+g2N+g3,白色光电检测元件52的光谱响应特性在图7中 示出，彩色光电检测元件60具有其响应36如图3所示的蓝滤色器。对于本领域技术人员显而易见的是，针对量g(N)的备选拟合函数也是可能的。例 如，线性关系、较高阶多项式或指数均可以与根据被拟合的计算数值数据点(Y，N)选择的 最佳拟合系数一起使用。对于本领域技术人员显而易见的是，拟合函数g(N)仅可以在特定范围上是有效 的。因此，除了数值函数以外，函数g(N)的定义还可以包括有效性范围。该实施例的优点在于，它的简单性(一旦定义了 g(N)的系数，就可以校正白色光 电检测器的输出，而无需进一步计算函数g(N))(可以将函数g(N)的定义存储或硬编程在 存储器中，使得可以容易地估算针对col/W的每个测量值的g(N)的值)、可以实现光谱校正 的质量、以及由于实现光谱校正的所述方法而降低检测器灵敏度损耗。除了彩色光电检测元件60具有与白色光电检测元件60不同的宽度以外，第四实 施例与第一实施例相对应。如果彩色光电检测元件60的有效感测区域是白色光电检测元 件的有效感测区域的大小的κ倍，则针对等同大小的白色和彩色光电检测元件而计算的 参数μ必须乘以附加因子1/κ，给出X = W-y/κ XC0Ilt5类似地，如果彩色光电检测元件60的有效感测区域是白色光电检测元件的有效 感测区域的大小的κ倍，则在第五实施例中，通过在方程(5)的分母中包括附加因子κ，来修改用于计算函数g(N)的过程，但是其他是相同的。第四和第五实施例的优点是，在使κ较小的情况下，与不执行光谱校正的情况相 比，可以使灵敏度的损耗变得非常小。在特定情况下，不需要对检测器所敏感的所有光级执 行光谱补偿。例如，在对包括50个不同照明级别的操作范围敏感的光传感器中，仅需要对 最高的40个灵敏度进行光谱补偿。在这种情况下，可以使κ较小，使得彩色光电检测器在 物理上较小，并且白色光电传感器元件占用传感器的大部分布局区域，从而最大化灵敏度。第一至第五实施例涉及补偿传感器的光谱响应特性与期望光谱响应特性(例如， 人眼的光谱响应特性)之间的差异。然而，如背景技术中所述，照明光的光谱特性依赖于 照明光的源，并且本发明的另一实施例解决了这一点。该另一实施例的基本原理是以下事 实的使用一些光源可能具有特定光谱“信号特征”，可以根据比值N1 = Col1Zff^N2 = Col2/ W等的组合来识别该特定光谱“信号特征”。例如，钠街灯可能给出“黄”光电二极管的高输 出，而给出“蓝”光电二极管的低输出。原则上，通过确定N1, N2等的值，能够识别该光源是 钠光源并相应地应用光谱校正。另一实施例的原理是，测量N1, N2等的值，然后将这些值与存储在查找表(LUT)中 的值进行比较。查找表具有与多个不同类型的光源所预期的值相对应的N1, N2等的条目。如 果即队……等的测量值接近LUT条目中的一个，则系统将该光源“识别”为(例如)钠光， 然后应用从LUT读取的预编程的校正因子theta。那么校正的光级正好是theta的W倍。在图17中示出了第六实施例。在该实施例中，光传感器包括以下元件眷多个彩色光电检测元件60···82，例如，光电二极管，分别具有位于彩色光电检测 元件的感光区域与要检测的输入照明光的方向之间的具有不同光谱特性的彩色滤色器； 白色光电检测元件52，例如不具有彩色滤色器的光电二极管。 用于分别检测白色和彩色光电检测元件所测量的光级W和Col1, col2,…colN 的装置。在图17的实施例中，图9的光谱补偿处理电路由以下组成 用于针对每个彩色检测单元(例如，N1; N2，…Nn)的输出来估算参数N的值(比 值C。VW)的装置54 ； 以光谱校正数据的查找表(LUT)预编程的电子存储器阵列802，例如，SRAM，该 查找表(LUT)包含针对多种不同类型的光源的N1, N2,… 的值； 用于将N1,N2,… 的测量值与电子存储器中的相同参数的预编程值进行比较、 并选择与测量值最符合的预编程值集合的装置803 ； 用于从电子存储器中读取与所选N1, N2,…Nn集合相对应的值θ的装置804， 例如，运行简单计算机程序的处理器； 用于计算对等于θ Xff的光谱校正环境光级加以表示的量的装置805 ； 装置54、803、804、805可以是分离的，或者可以将两个或多个装置进行组合。该系统操作，以使得 测量分别来自于每个光电传感器的输出⑶“和^; 计算的比值、Col2和W的比值…colN和W的比值。这些参数表示为
N1, N2, -Nn ； 将N1, N2,…Nn的值与电子存储器802中的查找表进行比较；
选择存储器中与相同参数的测量值最符合的值N1,N2,…Nn的集合。例如，这可 以通过找到使平方和最小化的值来进行，即
N使J； (Ni (存储器)-Ni (测量))2最小化；
/=1 从电子存储器802中读取与所选集合N1, N2,… 相对应的值θ ； 将白色光电检测元件的输出与θ相乘。将存储器阵列预编程如下 选择多个感兴趣的光源，并确定它们的输出光谱，例如，具有图4所示光谱的光 源； 使用第三实施例中步骤1-4中描述的方法来计算针对每个光源的参数N1 ； 类似地，针对每个光源计算参数N2, N^Nn ； 然后使用在第三实施例的步骤5-8中描述的方法来计算针对每个光源的所需 校正因子Y ； 对于每个光源，为值N1, N2,…&和相应值θ = Υ在存储器LUT中制作条目；可以通过测量来确定参数K、N2等，或者在光源的光谱以及传感器响应特性已知 的情况下，可以针对具体光源在理论上确定这些参数。该实施例的优点是，可以基于识别针对感兴趣的照明条件的特定光谱信号特征， 来执行光谱校正。光谱信号特征可以通过识别比值N的值来确定。对于本领域技术人员显而易见的是，能够设想对第三和第六实施例的光谱补偿方 法加以组合的系统，例如，采用第三实施例的方法作为缺省方法，并且在识别特定光谱信号 特征的情况下采用第六实施例的方法。例如，如果光源被识别为钠光，则读取Θ的值并执 行校正，或者如果N1, N2等的获得值并不充分接近存储在LUT中的任何值，以致于不能成功 识别光源，则可以使用确定g(N)的备选方法。在图18和19中示出了本发明的第七实施例。第七实施例具有包括以下元件的光传感器 彩色光电检测元件502，例如，光电二极管，分别具有位于感光区域与要检测的 输入照明光的方向之间、处于感光区域的不同区域上的具有不同光谱特性的多个彩色滤色 器。不同的彩色滤色器可以覆盖不同比例的感光区域。在图19中示出了针对该彩色光电 检测元件502的示例布置，具有分别被彩色滤色器Cl、滤色器c2和滤色器c3覆盖的感光 区域504、506和508。彩色滤色器cl、c2、c3彼此并不具有相同光谱特性，并且优选地，均 具有彼此不同的光谱特性。(在本实施例中提供三个彩色滤色器cl_c3，但是本发明不限于 此，并且可以提供少于或多个三个的彩色滤色器。) 白色光电检测元件52，例如不具有彩色滤色器的光电二极管。 用于分别检测白色和彩色光电检测元件所测量的光级W和COl1的装置。在该实施例中，光谱补偿电路(例如，图9的光谱补偿电路138)由以下组成 使用彩色光电检测器的输出Col1例如通过评估量X = W-P Xcol1来校正白色 光电检测器的输出W的装置202 ；例如，这可以通过以数字信号处理进行操作的简单计算程 序来进行。该系统操作以使得
测量分别来自于每个光电传感器的输出COl1和W。 计算 X。从而量X代表光谱校正的光级。用于计算缩放参数μ的值的可能方法如第一实施例的描述中所指定。该实施例组合了第一和第二实施例的优点；在彩色光电检测元件502上使用多个 彩色滤色器获得了可以实现的光谱补偿的质量的高精度，而同时用于执行处理202的装置 仅进行需要执行单次减法。在图20和21中示出了本发明的第八实施例。第八实施例具有包括以下元件的光传感器 第一彩色光电检测元件502，例如，光电二极管，具有位于感光区域与要检测的 输入照明光的方向之间、处于感光区域的不同区域上的具有不同光谱特性的多个彩色滤色 器。第一彩色光电检测元件502可以是如图19所示的光电检测元件，其中，不同的彩色滤 色器可以覆盖不同比例的元件感光区域 第二彩色光电检测元件512，例如，光电二极管，具有位于感光区域与要检测的 输入照明光的方向之间、处于感光区域的不同区域上的具有不同光谱特性的多个彩色滤色 器。该彩色光电检测元件512还可以包含其上没有放置有彩色滤色器的区域。在图21中 示出了针对该彩色光电检测元件512的示例布置，具有分别被彩色滤色器c4、c5和c6覆 盖的感光区域513、514和516，并且感光区域518没有被彩色滤色器覆盖。彩色滤色器c4、 c5、c6彼此并不具有相同光谱特性，并且优选地，均具有彼此不同的光谱特性。(在本实施 例中提供三个彩色滤色器c4-c6，但是本发明不限于此，并且可以提供少于或多个三个的彩 色滤色器。) 用于分别检测第一和第二光电检测元件所测量的光级COl1和COl2的装置。在该实施例中，光谱补偿电路(例如，图9的光谱补偿电路138)由以下组成 使用第一彩色光电检测器的输出Col1例如通过估算量X = Col2-U Xcol1来校 正第二彩色光电检测器的输出Col2的装置206 ；例如，这可以通过以数字信号处理进行操 作的简单计算程序来进行。该系统操作以使得 测量分别来自于每个光电传感器的输出COl1和col2。 计算 X。从而量X代表光谱校正的光级。用于计算缩放参数μ的值的可能方法如第一实施例的描述中所指定。该实施例具有第七实施例的优点，并具有以下附加优点可以通过适当选择彩色 滤色器c4、c5和c6的光谱特性、以及彩色滤色器c4、c5和c6中的每一个所覆盖的感光区 域的比例，来提高光谱补偿的精确度。在该实施例中，第二彩色光电检测元件512通常与前述实施例的“白色”光电检测 元件相对应，这是由于感光区域518没有被彩色滤色器覆盖。在该实施例中，对彩色滤色器(^…明的光谱特性以及它们在光电检测器上的相 关区域的选择主要取决于光电检测器有效区域的光谱特性、以及方便可用的滤色器特性。 例如，该实施例的可能实现方式可以涉及，在第二光电传感器元件上使用非彩色滤色器
19(白色)和绿滤色器的组合，使得第二光电检测器的输出COl2与针对眼睛最敏感的波长附 近的眼睛输出极好地匹配，并且在第一光电传感器元件上使用红和蓝色滤色器的组合，使 得该第一光电传感器元件的输出Col1被调整为，使量col2-y Xcol1与眼睛极好地光谱匹 配，被减量μ Xcol1具有以下效果减少了来自于与光电检测器元件相比眼睛相对不敏感 的波长的贡献。在图22中示出了本发明的第九实施例。除了用如第八实施例所述的第二彩色光电检测元件512代替第三实施例所述的 白色光电检测元件，以及用如第八实施例所述的第一彩色光电检测元件502代替第三实施 例所述的彩色光电检测元件以外，第九实施例一般地类似于第三实施例。因此，该实施例以及用于定义函数g的方法的操作如第三实施例所描述。该实施例具有第三实施例的优点，并具有以下附加优点可以通过适当选择滤色 器类型、以及滤色器所覆盖的光电二极管区域的比例，来提高光谱补偿的精确度。在上述实施例中，已经假定，彩色光电检测器除了其上叠加彩色滤色器以外(可 能除了它们的有效感测区域的大小以外)与白色光电检测器相同。然而，彩色光电检测器 不需要与白色光电检测器相同。彩色光电检测器和白色光电检测器在传感器器件具有不同 结构但是具有相同光谱响应特性的情况下是不相同的(忽略彩色滤色器的影响)，例如，薄 膜光电二极管和光电TFT具有相同光谱响应特性。此外，原则上，如果考虑校正处理，则彩色光电检测器和白色光电检测器能够具有 不同的光谱响应特性(例如，可以使用由多晶硅制成一个光电二极管以由非晶硅制成的一 个光电二极管来实现本发明，并且这些光电二极管彼此具有不同的光谱响应特性)。在上述实施例中，本发明的光传感器已经合并到显示器中，例如在显示基板上提 供光电检测器。然而，本发明还可以应用于任何光传感器，其中，期望针对光电检测器的光 谱响应特性与参考光谱响应特性之间的差异来校正光传感器的输出。对于将本发明结合在具有彩色滤色器的显示器中的任何实施例，可以使用显示器 的彩色滤色器作为针对如第一实施例所述的彩色光电检测元件的彩色滤色器，来实现实施 例。例如，上述第二实施例需要不同光谱特性的两个或多个彩色光电检测元件，并且这可以 通过以下操作来实现放置一个光电检测元件，使得入射在该光电检测元件的有效区域上 的环境光必须通过显示器的第一彩色滤色器(例如，蓝滤色器)，以及放置另一光电检测元 件，使得入射在该光电检测元件的有效区域上的环境光必须通过显示器的具有与第一彩色 滤色器不同的光谱特性的第二彩色滤色器(例如，绿滤色器)，使得光电检测元件形成第一 和第二彩色光电检测元件。如果需要另一彩色光电检测元件，则可能放置另一光电检测元 件，使得入射在该光电检测元件的有效区域上的环境光必须通过显示器的具有与第一和第 二彩色滤色器不同的光谱特性的第三彩色滤色器(例如，红滤色器)。原则上，第八和第九实施例还可以由以下操作来实现使用显示器的彩色滤色器 作为针对彩色光电检测元件的彩色滤色器；放置光电检测元件，使得入射在该光电检测元 件的有效区域上的环境光必须通过第一彩色滤色器，并且入射在该光电检测元件的有效区 域的另一部分上的环境光必须通过显示器的具有与第一彩色滤色器不同的光谱特性的第 二彩色滤色器(以及，如果需要，使得入射在该光电检测元件的有效区域的另一部分上的 环境光必须通过具有与第一和第二彩色滤色器不同的光谱特性的第三彩色滤色器)。
20
使用显示器的彩色滤色器作为针对彩色光电检测元件的彩色滤色器而实现的实 施例不限于具有红、绿和蓝色滤色器的显示器，而是还可以应用于具有青、黄和品红色滤色 器的显示器。如此描述了本发明，显而易见地，可以以许多方式来改变相同的描述。这样的变型 不应视为对本发明的精神和范围的背离，本领域技术人员显而易见的所有这样的修改意在 包括在所附权利要求的范围内。
权利要求
一种光传感器，包括对第一波长范围敏感的第一光电检测器；对与第一波长范围不同的第二波长范围敏感的第二光电检测器；以及处理器，使用第二光电检测器的输出，来确定对第一光电检测器的输出的校正，以针对第一光电检测器的光谱响应特性与参考光谱响应特性之间的差异来补偿第一光电检测器的输出；其中，第一波长范围实质上与感兴趣的波长范围相对应；其中，第二波长范围是所述感兴趣的波长范围的一部分。
2.根据权利要求1所述的光传感器，其中，处理器用于对第一光电检测器的输出应用 所述校正。
3.根据权利要求1或2所述的光传感器，其中，参考光谱响应特性是人眼的光谱响应特性。
4.根据权利要求1、2或3所述的光传感器，其中，感兴趣的波长范围是可见波长范围。
5.根据权利要求4所述的光传感器，其中，第一波长范围实质上与可见光谱相对应。
6.根据权利要求4或5所述的光传感器，其中，第二波长范围在可见光谱的蓝色区域内。
7.根据权利要求2或从属于权利要求2的权利要求3至6中任一项所述的光传感器， 其中，处理器用于在来自于第一光电检测器的输出强度的第一范围中对第一光电检测器的 输出进行校正，并且在与输出强度的第一范围不同的、来自于第一光电检测器的输出强度 的第二范围中不对第一光电检测器的输出进行校正。
8.根据权利要求2或从属于权利要求2的权利要求3至7中任一项所述的光传感器， 其中，处理器用于组合第一光电检测器的输出与第二光电检测器的输出。
9.根据前述权利要求中任一项所述的光传感器，其中，所述校正是从第一光电检测器 的输出中减去第二光电检测器的输出的一部分。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的光传感器，其中，处理器用于根据第一光电检 测器的输出和第二光电检测器的输出来确定校正。
11.根据权利要求10所述的光传感器，其中，所述校正是使用第一光电检测器的输出 与第二光电检测器的输出的比值的预定函数来确定的。
12.根据权利要求11所述的光传感器，其中，所述预定函数是第一光电检测器的输出 与第二光电检测器的输出的比值的多项式函数。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的光传感器，其中，第一光电检测器和第二光电 检测器中的至少一个具有在其有效区域上变化的光谱特性。
14.根据权利要求13所述的光传感器，其中，第一光电检测器的有效区域的至少第一 部分对第一波长范围敏感，以及第一光电检测器的有效区域的不同的至少第二部分对与第 一波长范围不同的波长范围敏感。
15.根据权利要求1至8中任一项所述的光传感器，还包括对与第一波长范围和第二 波长范围不同的第三波长范围敏感的第三光电检测器，其中，处理器还使用第三光电检测 器的输出来确定对第一光电检测器的输出的校正，以针对第一光电检测器的光谱响应特性 与参考光谱响应特性之间的差异来补偿第一光电检测器的输出。
16.根据权利要求15所述的光传感器，其中，所述校正是从第一光传感器的输出中减 去第二光电检测器的输出的一部分和第三光电检测器的输出的一部分。
17.根据前述权利要求中任一项所述的光传感器，其中，处理器用于考虑第一光电检测器的有效区域与第二光电检测器的有效区域之间的差异来确定所述校正。
18.一种光传感器，包括对第一波长范围敏感的第一光电检测器；对与第一波长范围 不同的第二波长范围敏感的第二光电检测器，以及对与第一波长范围和第二波长范围不同 的第三波长范围敏感的第三光电检测器；存储装置，用于存储多个预定校正，以针对第一光 电检测器的光谱响应特性与参考光谱响应特性之间的差异来补偿第一光电检测器的输出； 以及处理器，使用第二光电检测器的输出与第一光电检测器的输出的比值以及第三光电检 测器的输出与第一光电检测器的输出的比值，来选择所存储的校正中的一个；其中，第一波 长范围实质上与感兴趣的波长范围相对应；第二波长范围是所述感兴趣的波长范围的一部 分；以及第三波长范围是所述感兴趣的波长范围的另一部分。
19.根据权利要求18所述的光传感器，其中，每个预定校正与相应类型的光源相对应。
20.根据权利要求18或19所述的光传感器，其中，存储装置还针对每个预定校正，存储 第二光电检测器的输出与第一光电检测器的输出的比值的预期值，以及第三光电检测器的 输出与第一光电检测器的输出的比值的预期值。
21.根据权利要求20所述的光传感器，其中，处理器将第二光电检测器的输出与第一 光电检测器的输出的比值和所存储的第二光电检测器的输出与第一光电检测器的输出的 比值的预期值相比较，以及将第三光电检测器的输出与第一光电检测器的输出的比值和所 存储的第三光电检测器的输出与第一光电检测器的输出的比值的预期值相比较。
22.—种环境光感测系统，包括根据权利要求1至21中任一项所述的光传感器。
23.—种显示器，包括根据权利要求22所述的环境光感测系统。
24.根据权利要求23所述的显示器，其中，在显示器的基板上提供光电检测器。
25.根据权利要求23或24所述的显示器，其中，将显示器的第一彩色滤色器置于至第 二光电检测器的有效区域的光路中。
26.根据权利要求25所述的显示器，其中，光传感器是根据权利要求15、16和18-21中 任意一个所述的光传感器，显示器的具有与第一彩色滤色器不同的光谱特性的第二彩色滤 色器置于至第三光电检测器的有效区域的光路中。
27.一种测量光强的方法，包括使用对第一波长范围敏感的第一光电检测器来测量光强；使用对与第一波长范围不同的第二波长范围敏感的第二光电检测器来测量光强；以及使用第二光电检测器的输出来确定对第一光电检测器的输出的校正，以针对第一光电 检测器的光谱响应特性与参考光谱响应特性之间的差异来补偿第一光电检测器的输出；其 中，第一波长范围实质上与可见波长范围相对应；第二波长范围是可见波长范围的一部分。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括对第一光电检测器的输出应用所确定的校 正，从而针对第一光电检测器的光谱响应特性与参考光谱响应特性之间的差异，来补偿第 一光电检测器的输出。
29.根据权利要求27或28所述的方法，其中，参考光谱响应特性是人眼的光谱响应特性。
30. 一种方法，包括步骤使用对第一波长范围敏感的光电检测器来测量光强；使用对与第一波长范围不同的第 二波长范围敏感的第二光电检测器来测量光强；使用对与第一波长范围和第二波长范围不同的第三波长范围敏感的第三光电检测器来测量光强；存储多个预确定的校正，以针对第一光电检测器的光谱响应特性与参考光谱响应特性 之间的差异，来补偿第一光电检测器的输出；以及使用第二光电检测器的输出与第一光电检测器的输出的比值以及第三光电检测器的 输出与第一光电检测器的输出的比值，来选择所存储的校正中的一个；其中，第一波长范围实质上与感兴趣的波长范围相对应；第二波长范围是所述感兴趣 的波长范围的一部分；以及第三波长范围是所述感兴趣的波长范围的另一部分。
全文摘要
一种光传感器，包括对第一波长范围敏感的第一光电检测器(52)；对与第一波长范围不同的第二波长范围敏感的第二光电检测器(60)；以及处理器，使用第二光电检测器的输出，来确定对第一光电检测器的输出的校正，以针对第一光电检测器的光谱响应特性与参考光谱响应特性之间的差异来补偿第一光电检测器的输出。处理器用于对第一光电检测器的输出应用校正。例如，第一光电检测器(52)可以在整个可见波长范围上敏感，第二光电检测器(60)可以对蓝波长范围敏感，这使得能够针对与参考光谱响应特性相比对蓝波长范围的增加灵敏度，来校正第一光电检测器的输出。该光传感器可以使用在环境光感测(ALS)系统中，例如，显示器的ALS。
文档编号H01L31/10GK101925805SQ200980102709
公开日2010年12月22日 申请日期2009年1月21日 优先权日2008年1月22日
发明者本杰明·詹姆斯·哈德文 申请人:夏普株式会社