光电传感器和电子设备的制作方法

本公开涉及传感器技术领域，尤其涉及光电传感器和电子设备。

背景技术：

全面屏已经成为电子设备的发展趋势，然而目前电子设备的屏幕并非真正意义上的全面屏，由于前置摄像头以及各类传感器的存在，难以避免地要占用屏幕一侧的区域，从而造成屏幕的占比下降。

其中，为了降低光电传感器占用区域的面积，相关技术中一般是在屏幕一侧设置通孔，然后将光电传感器设置在通孔之下。

然而这种设置通孔的方式，由于通孔限制了只有特定入射角度的光线才能通过通孔，导致光电传感器接收到的光线受光线入射角度的影响较大。例如图1a所示，当用户以某个姿态拿着电子设备时，光线可以入射到电子设备中的光电传感器，而当用户稍微改变电子设备的姿态后，例如图1b所示，虽然环境光能够通过通孔，但是光线入射不到电子设备中的光电传感器。

这就导致了在环境光的亮度并未改变的情况下，由于光电传感器所在电子设备的姿态改变而造成光电传感器接收到的光线发生较大变化，从而对环境光亮度产生了错误的判断。

技术实现要素：

本公开提供光电传感器和电子设备，以解决相关技术中的不足。

根据本公开实施例的第一方面，提出一种光电传感器，应用于电子设备，所述电子设备包括显示面板和保护层，所述光电传感器包括：

光感阵列，设置在所述保护层靠近所述显示面板的一侧；

扩散片，设置在所述光感阵列和所述保护层之间，用于改变从所述保护层射入所述电子设备的光线的传播方向。

可选地，所述扩散片的厚度与所述光感阵列和所述保护层的距离的差值，小于或等于预设值。

根据本公开实施例的第二方面，提出一种电子设备，包括显示面板、保护层以及上述任一实施例所述的光电传感器。

可选地，所述光电传感器设置在所述电子设备的非显示区域。

可选地，所述电子设备还包括：

边框；

其中，所述光电传感器设置在所述边框和所述显示面板之间的缝隙对应的位置。

可选地，所述光电传感器设置在所述电子设备的显示区域。

可选地，所述光感阵列包括第一光感单元和第二光感单元；

所述光电传感器还包括：

第一滤光层，设置在所述第一光感单元与所述扩散片之间，用于滤除可见光；

第一处理器，用于根据所述第一光感单元生成的电信号和第二光感单元生成的电信号确定所述光感阵列接收到的环境光的亮度。

可选地，所述显示面板包括多个像素单元，其中，在相邻的所述像素单元之间设置有黑矩阵，在所述黑矩阵中设置有通孔；

所述光感阵列包括多个第三光感单元，其中，所述第三光感单元设置在所述黑矩阵远离所述保护层一侧且对应所述通孔的位置上；

所述光电传感器还包括：

第二滤光层，设置在所述第三光感单元远离所述黑矩阵的一侧，用于滤除可见光；

第二处理器，用于根据所述第三光感单元生成的电信号确定所述光感阵列接收到的环境光的亮度。

可选地，所述显示面板包括驱动电路和多个像素单元，其中，所述驱动电路逐行扫描所述像素单元；

所述光电传感器还包括：

第三处理器，连接于所述驱动电路，用于根据所述驱动电路输出的扫描信号确定扫描的像素单元行与所述光感阵列的距离，在所述距离小于或等于预设距离时，控制所述光感阵列停止工作，以及在所述距离大于预设距离时，控制所述光感阵列工作。

可选地，所述显示面板为液晶显示面板或有机发光二极管显示面板。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

由上述实施例可知，本公开通过在光感阵列和保护层之间设置扩散片，光线射入扩散片后，由于扩撒层的光学扩散效果，射出扩散片后的传播方向会发生改变，总体上来看，射入扩撒层的光线，出射角度会减小，甚至垂直于扩散片出射，使得入射角度较大的光线也能够被光感阵列接收到，从而保证了在环境光亮度未发生变化的情况下，即使入射光线角度发生变化，光感阵列所感应到的光线强度也不会发生较大变化，进而保证了光电传感器感应结果的准确性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1a和图1b是相关技术中的光路示意图。

图2是根据本公开的实施例示出的一种光电传感器的示意结构图。

图3是根据本公开的实施例示出的光路示意图。

图4是根据本公开的实施例示出的接收光线与光线角度的关系示意图。

图5是根据本公开的实施例示出的视场角的示意图。

图6是根据本公开的实施例示出的光电传感器和显示面板扫描的关系示意图。

图7是根据本公开的实施例示出的用于感应光线的装置的示意框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图2是根据本公开的实施例示出的一种光电传感器的示意结构图。本实施例所示的光电传感器可以适用于电子设备，例如手机、平板电脑等，所述电子设备包括显示面板和保护层，且所述电子设备可以基于光电传感器的感应结果执行操作，例如调整屏幕的显示亮度。

如图2所示，所述光电传感器包括：

光感阵列1，设置在所述保护层2靠近所述显示面板(图中未示出)的一侧；

扩散片3，设置在所述光感阵列1和所述保护层2之间，用于改变从所述保护层2射入所述电子设备的光线的传播方向。

在一个实施例中，在电子设备中可以设置有通孔4，以便环境光通过通孔射入电子设备，进而照射到光感阵列1。光感阵列1包括多个光电二极管，可以根据接收到的光生成电信号，例如电流信号，电流信号首先传输至模拟前端，然后进行放大，放大后的电流信号进一步转换为电压信号，电压信号经过模数转换器转换为数字信号，根据传输协议将数字信号封装为传输协议数据后传输至应用处理器，应用处理器根据传输协议数据确定环境光的亮度。

在一个实施例中，光感阵列1上可以设置有als(环境光传感器)和ir(红外光传感器)通道，或者设置有rgbc通道，通过不同的通道，可以以不同的方式接收光线。具体接收和处理方式并非本公开的主要改进点，在此不再赘述。

在一个实施例中，光电传感器针对不同类型的环境光源，例如cwf、d65、a、h、d50等，可以预先设置不同的亮度计算公式。光电传感器基于光感阵列接收到的光线，可以根据光线的成分，例如rgbc通道中g(绿光)通道和c(clear)通道信号的强度，确定光所对应光源的类型，进而采用该类型光源对应的亮度计算公式计算亮度。具体公式和计算过程并非本公开的主要改进点，在此不再赘述。

在一个实施例中，保护层2的材料可以是玻璃(coverglass，简称cg)，也可以是其他能够起到保护作用的材料，例如有机树脂等。

在一个实施例中，扩撒层3的基材可以是光透过率高的材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(简称pet)、聚碳酸酯(简称pc)、聚甲基丙烯酸甲酯(简称pmma)。在上述基材中分布有微粒子，光线进入扩散片3后，会照射在微粒子上，从而在扩散片3中发生多次反射，如此便造成了光学扩散的效果，使得射出扩撒层3的光线形成较为均匀的面光源。其中，扩散片3可以设置在通孔4中，并与保护层2相贴合。

图3是根据本公开的实施例示出的光路示意图。

如图3所示，在光感阵列1和保护层2之间设置有扩散片3，光线射入扩散片3后，由于扩撒层3的光学扩散效果，射出扩散片3后的传播方向会发生改变(图3所示的虚线部分表示光线进入扩散片3发生了折射、反射、散射)，总体上来看，射入扩撒层3的光线，出射角度会减小，甚至垂直于扩散片3出射，使得入射角度较大的光线也能够被光感阵列1接收到，从而保证了在环境光亮度未发生变化的情况下，即使入射光线角度发生变化，光感阵列1所感应到的光线强度也不会发生较大变化，进而保证了光电传感器感应结果的准确性。

图4是根据本公开的实施例示出的接收光线与光线角度的关系示意图。

如图4所示，理论上，光感阵列接收到光线的比例，与光线的入射角度的关系如曲线1所示，其中比例和入射角度的关系是余弦关系，也即光线以0°入射时，接收到的光线的百分比是100％。

相关技术中未设置扩散片时光感阵列接收到光线的比例，与光线的入射角度的关系如曲线4所示，在大于30°的区间接收到光线的比例接近与0，这导致光感阵列的视场角偏小。而在小于30°的区间，随着角度的减小，接收到光线的比例急剧增大，这导致在环境光亮度未发生变化的情况下，随着入射光线角度发生变化，光感阵列所感应到的光线强度会发生较大变化，从而影响对环境光亮度判断的准确性。

根据本公开实施例，通过设置扩散片，光感阵列接收到光线的比例，与光线的入射角度的关系如曲线2和曲线3所示，其中，在扩散片的厚度为x时，关系如曲线2所示，在扩散片的厚度为y时，关系如曲线3所示，x大于y。

可见，通过设置扩散片，使得光感阵列接收到光线的比例，与光线的入射角度的关系更接近理论情况，从而使得光感阵列接收到光线的比例不会随着光线的入射角度的改变而发生剧烈变化，从而保证对环境光亮度判断的准确性。

图5是根据本公开的实施例示出的视场角的示意图。

根据上述分析可知，通过在光感阵列1和保护层2之间设置扩散片3，使得入射角度较大的光线也能够被光感阵列1接收到。例如图5所示，在相关技术中，光感阵列1所能接收到的光线，入射角度最大为θ1，光电传感器的视场角fov1为2θ1；而根据本公开的实施例，光感阵列1所能接收到的光线，入射角度最大为θ2，光电传感器的视场角fov2为2θ2。由于而θ2大于θ1，则fov2大于fov1，也即根据本公开的实施例，不仅可以保证光电传感器感应结果的准确性，还可以扩大光电传感器的视场角。

可选地，所述扩散片的厚度与所述光感阵列和所述保护层的距离的差值，小于或等于预设值。

在一个实施例中，根据图4可知，厚度较大的扩散片相对于厚度较小的扩散片，光感阵列接收到光线的比例，与光线的入射角度的关系更接近理论上的关系，也即感阵列接收到光线的比例随光线的入射角度变化较为缓慢。因此，通过设置扩散片的厚度与光感阵列和保护层的距离的差值，小于或等于预设值，也即保证扩散片的厚度尽可能地大，但是不能大于光感阵列和保护层的距离，例如可以设置扩散片的厚度大于或等于光感阵列和保护层的距离的80％。

本公开的实施例还提出一种电子设备，包括显示面板、保护层以及上述任一实施例所述的光电传感器。

在一个实施例中，电子设备可以根据光电传感器感应的环境光亮度，对显示面板的发光亮度进行调节，例如在环境光亮度较低时，可以降低显示面板的发光亮度，从而避免在较暗的环境中对用户的眼睛造成刺激。

可选地，所述光电传感器设置在所述电子设备的非显示区域。

在一个实施例中，可以将光电传感器设置在电子设备的非显示区域。例如设置在显示面板的顶部存在设置有前置摄像头的非显示区域，那么可以将光电传感器设置在该非显示区域；例如在显示面板的底部存在设置有物理按键的非显示区域，那么可以将光电传感器设置在该非显示区域。

可选地，所述电子设备还包括：

边框；

其中，所述光电传感器设置在所述边框和所述显示面板之间的缝隙对应的位置。

在一个实施例中，通过将光电传感器设置在所述边框和所述显示面板之间的缝隙对应的位置，就无需光电传感器占用显示面板顶部或底部的非显示区域，以便将显示面板顶部或底部的非显示区域设置的较小，从而有利于提高显示面板在电子设备正面的面积比例。

在一个实施例中，前述实施例中的通孔，可以是所述边框和所述显示面板之间的缝隙。

可选地，所述光电传感器设置在所述电子设备的显示区域。

在一个实施例中，可以将光电传感器设置在电子设备的显示区域，例如设置在电子设备的显示面板中。据此，无需为设置光电传感器而设置非显示区域，从而有利于提高显示面板在电子设备正面的面积比例。

可选地，所述光感阵列包括第一光感单元和第二光感单元；

所述光电传感器还包括：

第一滤光层，设置在所述第一光感单元与所述扩散片之间，用于滤除可见光；

第一处理器，用于根据所述第一光感单元生成的电信号和第二光感单元生成的电信号确定所述光感阵列接收到的环境光的亮度。

在光电传感器设置在显示区域的情况下，光电传感器不仅会接收到环境光，还会接收到显示面板发出的光，这会导致光电传感器所接收到的光相对于环境光较多。

在一个实施例中，针对光感阵列中的两个感光单元(例如晶圆)，第一光感单元和第二光感单元，可以在第一光感单元与所述扩散片之间设置滤光层，从而滤除从电子设备外射入电子设备的可见光，使得第一光感单元只接收到显示面板发出的光，显示面板发出的光的光谱能量记为l(f)；而第二光感单元则即接收到环境光，环境光的光谱能量记为o(f)，还会接收到显示面板发出的光，总的光谱能量记为s(f)。

其中，s(f)、l(f)和o(f)的关系可以通过卷积表示：

简称式一；

简称式二；

其中，表示卷积，f为波长，g(x)和a(x)为增益。

第一处理器根据第一光感单元接收到的光信号可以确定l(f)，根据第二光感单元接收到的光信号可以确定s(f)，进而根据上述式一和式二可以消掉o(f)，得到l(f)，也即得到环境光的光谱能量，进而据此可以确定出环境光的亮度。

可选地，所述显示面板包括多个像素单元，其中，在相邻的所述像素单元之间设置有黑矩阵，在所述黑矩阵中设置有通孔；

所述光感阵列包括多个第三光感单元，其中，所述第三光感单元设置在所述黑矩阵远离所述保护层一侧且对应所述通孔的位置上；

所述光电传感器还包括：

第二滤光层，设置在所述第三光感单元远离所述黑矩阵的一侧，用于滤除可见光；

第二处理器，用于根据所述第三光感单元生成的电信号确定所述光感阵列接收到的环境光的亮度。

在光电传感器设置在显示区域的情况下，光电传感器不仅会接收到环境光，还会接收到显示面板发出的光，这会导致光电传感器所接收到的光相对于环境光较多。

在一个实施例中，针对光感阵列中的第三光感单元，可以在像素单元之间的黑矩阵中设置通孔，然后将第三光感单元设置在通孔对应的位置，从而使得环境光能通过通孔入射到第三光感单元。

进一步地，通过在第三光感单元远离黑矩阵的一侧，也即第三光感单元之下设置第二滤光层，可以滤除来自显示面板的光线，从而使得第三光感单元只能接收到从黑矩阵中的通孔射入的环境光，也即避免接受到显示面板发出的光，从而第二处理器在计算过程中无需去除显示面板发出的光，只需根据第三光感单元接收到的光所生成的电信号确定光感阵列接收到的环境光的亮度即可，从而简化计算。

需要说明的是，第二滤光层可以是滤光片，也可以是黑色挡片，两者都能避免显示面板的光线照射在第三光感单元上。

可选地，所述显示面板包括驱动电路和多个像素单元，其中，所述驱动电路逐行扫描所述像素单元；

所述光电传感器还包括：

第三处理器，连接于所述驱动电路，用于根据所述驱动电路输出的扫描信号确定扫描的像素单元行与所述光感阵列的距离，在所述距离小于或等于预设距离时，控制所述光感阵列停止工作，以及在所述距离大于预设距离时，控制所述光感阵列工作。

图6是根据本公开的实施例示出的光电传感器和显示面板扫描的关系示意图。

在一个实施例中，如图6所示，光电传感器10设置在显示区域，例如可以位于显示面板20的顶部，显示面板的驱动电路可以由下至上逐行(例如图6所示短边)扫描像素单元，也即逐行向像素单元的栅极输入开启电压，以是像素单元工作。

由于光电传感器10设置在显示面板20中，当显示面板20中与光电传感器10相同位置的像素单元工作，而光电传感器10也在工作时，那么光电传感器10中的光感阵列将会接收到工作的像素单元发出的光线。

根据本公开的实施例，可以通过第三处理器接收驱动电路输出的扫描信号，根据扫描信号可以确定驱动电路正在扫描的像素单元(例如图6所示的虚线)，而由于光电传感器10的位置是固定的，因此可以根据驱动电路正在扫描的像素单元的位置，确定正在扫描的像素单元和光电传感器10的距离。

在扫描的像素单元和光电传感器10的距离d小于或等于预设距离时，可以确定正在工作的像素单元距离光电传感器10很近，从而可以控制光感阵列停止工作，以避免光感阵列接收工作的像素单元发出的光，而距离d大于预设距离时(例如显示面板开始下一帧的扫描时)，才控制光感阵列工作，使得光感阵列只接收到环境光，以便简化计算。

优选地，扫描的像素单元和光电传感器10的距离d大于0，也即在扫描的像素单元并未与光电传感器10的边缘重合时，就控制光电阵列停止工作，由于像素单元发出的光并非垂直射出显示面板，会存在一部分光线在扫描的像素单元并未与光电传感器10的边缘较近时，像素单元发出的光也可能照射到光感阵列，因此通过设置d大于0，可以进一步保证感阵列不会接收到像素单元发出的光。

其中，例如显示面板20的长度为l1，光电传感器10的长度为l2，显示面板的扫描频率为f，也即显示面板每帧显示时间t＝1/f，那么光电传感器10每帧的工作时间t1＝(l1-l2-d)/l/f，而在t-t1的时长内停止工作。其中，为了保证光感阵列生成的电信号强度足够大，可以根据光感阵列在多帧时间内通过感应光线积累的电荷作为电信号，以便准确地根据电信号确定环境光的亮度。

可选地，所述显示面板为液晶显示面板或有机发光二极管显示面板。

图7是根据本公开的实施例示出的用于感应光线的装置700的示意框图。例如，装置700可以是移动电话，计算机，数字广播终端，消息收发设备，游戏控制台，平板设备，医疗设备，健身设备，个人数字助理等。

参照图7，装置700可以包括以下一个或多个组件：处理组件702，存储器704，电源组件706，多媒体组件708，音频组件710，输入/输出(i/o)的接口712，传感器组件714，以及通信组件716。

处理组件702通常控制装置700的整体操作，诸如与显示，电话呼叫，数据通信，相机操作和记录操作相关联的操作。处理组件702可以包括一个或多个处理器720来执行指令，以完成上述的方法的全部或部分步骤。此外，处理组件702可以包括一个或多个模块，便于处理组件702和其他组件之间的交互。例如，处理组件702可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件708和处理组件702之间的交互。

存储器704被配置为存储各种类型的数据以支持在装置700的操作。这些数据的示例包括用于在装置700上操作的任何应用程序或方法的指令，联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等。存储器704可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(sram)，电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，可擦除可编程只读存储器(eprom)，可编程只读存储器(prom)，只读存储器(rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

电源组件706为装置700的各种组件提供电力。电源组件706可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为装置700生成、管理和分配电力相关联的组件。

多媒体组件708包括在所述装置700和用户之间的提供一个输出接口的屏幕。在一些实施例中，屏幕可以包括液晶显示器(lcd)和触摸面板(tp)。如果屏幕包括触摸面板，屏幕可以被实现为触摸屏，以接收来自用户的输入信号。触摸面板包括一个或多个触摸传感器以感测触摸、滑动和触摸面板上的手势。所述触摸传感器可以不仅感测触摸或滑动动作的边界，而且还检测与所述触摸或滑动操作相关的持续时间和压力。在一些实施例中，多媒体组件708包括一个前置摄像头和/或后置摄像头。当装置700处于操作模式，如拍摄模式或视频模式时，前置摄像头和/或后置摄像头可以接收外部的多媒体数据。每个前置摄像头和后置摄像头可以是一个固定的光学透镜系统或具有焦距和光学变焦能力。

音频组件710被配置为输出和/或输入音频信号。例如，音频组件710包括一个麦克风(mic)，当装置700处于操作模式，如呼叫模式、记录模式和语音识别模式时，麦克风被配置为接收外部音频信号。所接收的音频信号可以被进一步存储在存储器704或经由通信组件716发送。在一些实施例中，音频组件710还包括一个扬声器，用于输出音频信号。

i/o接口712为处理组件702和外围接口模块之间提供接口，上述外围接口模块可以是键盘，点击轮，按钮等。这些按钮可包括但不限于：主页按钮、音量按钮、启动按钮和锁定按钮。

传感器组件714包括一个或多个传感器，用于为装置700提供各个方面的状态评估。例如，传感器组件714可以检测到装置700的打开/关闭状态，组件的相对定位，例如所述组件为装置700的显示器和小键盘，传感器组件714还可以检测装置700或装置700一个组件的位置改变，用户与装置700接触的存在或不存在，装置700方位或加速/减速和装置700的温度变化。传感器组件714可以包括接近传感器，被配置用来在没有任何的物理接触时检测附近物体的存在。传感器组件714还可以包括光传感器，如cmos或ccd图像传感器，用于在成像应用中使用。在一些实施例中，该传感器组件714还可以包括加速度传感器，陀螺仪传感器，磁传感器，压力传感器或温度传感器。

通信组件716被配置为便于装置700和其他设备之间有线或无线方式的通信。装置700可以接入基于通信标准的无线网络，如wifi，2g或3g，或它们的组合。在一个示例性实施例中，通信组件716经由广播信道接收来自外部广播管理系统的广播信号或广播相关信息。在一个示例性实施例中，所述通信组件716还包括近场通信(nfc)模块，以促进短程通信。例如，在nfc模块可基于射频识别(rfid)技术，红外数据协会(irda)技术，超宽带(uwb)技术，蓝牙(bt)技术和其他技术来实现。

在示例性实施例中，装置700可以被一个或多个应用专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理设备(dspd)、可编程逻辑器件(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现。

在示例性实施例中，还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器704，上述指令可由装置700的处理器720执行。例如，所述非临时性计算机可读存储介质可以是rom、随机存取存储器(ram)、cd-rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。