环境光传感器的制作方法

本实用新型涉及一种环境光传感器，特别是指一种能够降低漏电流与温度效应的环境光传感器。

背景技术：

环境光传感器用以感测环境光照度，而产生环境光照度信号。环境光照度信号可以应用在手机、平板计算机、笔记本电脑等电子行动装置，也可以用于监视器、路灯、汽车显示与照明、液晶电视等日常生活当中。举例而言，当环境光较暗(照度较低)时，眼睛瞳孔会放大，如电子产品屏幕亮度过高，会感到不适，环境光传感器所产生的环境光照度信号可用以调整电子产品，例如调整屏幕亮度达人类眼睛可接受的照度。又如，当环境光较暗时，环境光传感器所产生的环境光照度信号可自动点亮汽车的大灯或是路灯等照明设备，而当环境光较亮时，自动关闭照明设备。总而言之，环境光传感器所产生的环境光照度信号可用以调整电子产品，或是自动开关照明设备，进而达成节省能源，延长电子产品寿命。

图1A显示一种现有技术环境光传感器10示意图。环境光传感器10包含光感测单元110、温度感测单元120与控制电路130。光感测单元110感测环境光而产生感测信号，控制电路接收感测信号，而产生与环境光照度正相关的环境光照度信号。温度感测单元120包含专用于感测温度变化的元件。控制电路130根据温度感测单元120所感测温度的变化，修正感测信号，以提供环境光照度信号。

一般而言，环境温度对感测信号的影响很大，感测信号中因温度带来的暗电流效应会随着环境温度的升高而指数性上升，如果无法降低环境温度的影响以补偿暗电流，将使得环境光照度信号的误差提高。

在环境光传感器10中，温度感测单元120中的感测温度变化的元件例如为能隙(bandgap)温度传感器，其包括一种具有温度特性的半导体元件，例如为双极晶体管(bipolar junction transistor，BJT)。其中，能隙温度传感器利用两个电流密度不同的电流，流经两个不同的PN结，其电压差与绝对温度成正比的关系，来获得具有温度补偿的环境光照度信号。

图1B显示一种现有技术温度感测单元120示意图。如图1B所示，温度感测单元120包括电阻R1、R2、R3及R4、误差放大器EA以及双极晶体管T1及T2。利用误差放大器EA将正负输入端电压锁定为相同电压的特性，使流入双极晶体管T1的集电极电流IC1与流入双极晶体管T2的集电极电流IC2具有固定比例的关系，并取得具有不同基极-发射极结(电流密度不同)的双极晶体管T1及T2中的基极-发射极电压差(ΔVBE)，进而计算出绝对温度。其关系式如下：

其中，K为波兹曼常数(Boltzmann's constant)，T为绝对温度，q为电子电量。

然而，由于温度感测单元120中的感测温度变化的元件，如图1B所示的温度感测单元120，其与光感测单元110中的光感测元件对于温度的变化，所对应的电子特性仍有所不同，因此，现有技术的环境光传感器10，无法对温度变化做出精确的补偿。

有鉴于此，本实用新型提出一种能够降低温度效应，对暗电流做出精确补偿的环境光传感器，进而提高环境光照度信号的准确度。

技术实现要素：

就其中一观点言，本实用新型提供了一种环境光传感器，用以感测环境光照度，包含：一光感测单元，用以接收一环境光而产生一感测信号；一参照感测单元，与该光感测单元耦接，用以于未接收该环境光的状态而产生一参照信号作为对照；以及一控制电路，分别与该光感测单元及该参照感测单元耦接，用以根据该感测信号与该参照信号，产生一环境光照度信号；其中，该光感测单元与该参照感测单元都具有相同的至少一照度感测元件；其中，在电路的布局上，该参照感测单元的该至少一照度感测元件与该光感测单元的该至少一照度感测元件，以同心对称排列(common centroid)。

在一种较佳的实施型态中，该环境光的照度介于0.01勒克斯(lx)至10勒克斯(lx)之间。

在一种较佳的实施型态中，该照度感测元件为一具有PN结的半导体元件。

在一种较佳的实施型态中，该控制电路具有单独一读取电路，与该光感测单元与该参照感测单元耦接，利用独一的该读取电路，以读取该感测信号与该参照信号。

在一种较佳的实施型态中，该控制电路根据该参照信号而对该感测信号做暗电流补偿，以产生该环境光照度信号。

以下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本实用新型的目的、技术内容、特点及其所实现的功效。

附图说明

图1A显示一种现有技术环境光传感器10示意图。

图1B显示一种现有技术温度感测单元120示意图。

图2显示本实用新型的第一个实施例。

图3显示本实用新型的第二个实施例。

图4显示本实用新型的第三个实施例。

图5显示本实用新型的第四个实施例。

图6显示本实用新型的第五个实施例。

图7显示本实用新型的第六个实施例。

图8显示本实用新型的第七个实施例。

图中符号说明

10，20 环境光传感器

110，210 光感测单元

120 温度感测单元

220 参照感测单元

130，230 控制电路

231 读取电路

EA 误差放大器

IC1，IC2 集电极电流

pd1，pd2 照度感测元件

R1，R2，R3，R4 电阻

T1，T2 双极晶体管

具体实施方式

有关本实用新型中的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的较佳实施例的详细说明中，将可清楚地呈现。本实用新型的附图均属示意，主要意在表示各电路间的耦接关系，以及各电路或各元件层之间的关系，至于电路与各元件层的形状、厚度与宽度则并未依照比例绘制。

图2显示根据本实用新型的第一个实施例。如图2所示，环境光传感器20包含光感测单元210、参照感测单元220与控制电路230。光感测单元210用以接收环境光(如图中的折线箭头所示意)而产生感测信号。参照感测单元220与光感测单元210耦接，用以于未接收环境光的状态而产生参照信号作为对照。控制电路230分别与光感测单元210及参照感测单元220耦接，用以根据感测信号与参照信号，产生环境光照度信号。

其中，光感测单元210与参照感测单元220都具有相同的至少一照度感测元件pd1与pd2。照度感测元件pd1与pd2在一种较佳的实施方式中，其尺寸与结构相同，其面积例如但不限于不小于100微米见方。

在电路的布局上，参照感测单元220的照度感测元件pd2与光感测单元210的照度感测元件pd1，以同心对称排列(common centroid)，其中同心对称排列的电路布局方式为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述。图3到图6显示在电路布局上，不同的参照感测单元220的照度感测元件pd2与光感测单元210的照度感测元件pd1，以同心对称排列(common centroid)的第二个到第五个实施例。

简而言之，虽然现有技术的温度感测单元120也是利用PN结的温度特性来取得相关于温度的参数，但其与光感测单元的照度感测元件在尺寸、排列、接受的电压与电流等等的电子特性仍不相同，因此对温度的反应也不同。本实用新型优于现有技术的其中一个技术特征，在于本实用新型中用以补偿因温度带来的暗电流效应，所采用的参照感测单元，是与光感测单元相同的照度感测元件，且参照感测单元的照度感测元件与光感测单元的照度感测元件，以同心对称排列。如此，可以更加精确地降低温度效应，提供精确的环境光强度信号。

在一种较佳的实施型态中，该环境光的照度介于0.01勒克斯(lx)至10勒克斯(lx)之间。

在一种较佳的实施型态中，照度感测元件pd1为一具有PN结的半导体元件，其材质可以为单晶硅、复晶硅、多晶硅、或其他半导体材料(例如三五族化合物)。照度感测元件pd1例如但不限于为光敏晶体管(Photo Transistor)、光电二极管(Photo Diode)或是整合了放大电路的光电IC。图7显示本实用新型的第六个实施例。如图7所示，照度感测元件pd1具有P型导电型区域PT、N型导电型区域NT及其个别的电气接点(如图中黑色粗线所示意)，其中P型导电型区域PT与N型导电型区域NT形成PN结。照度感测元件pd2在尺寸上及结构上都与照度感测元件pd1相同，仅是使照度感测元件pd2在未接收环境光的状态。也就是说，照度感测元件pd2与照度感测元件pd1除了在接收环境光的状态不同之外，其他的条件都相同，以精确计算照度感测元件pd1所产生的感测信号中的暗电流，进而提高环境光强度信号的精确度。

图8显示本实用新型的第七个实施例。如图8所示，在一种较佳的实施例中，控制电路230具有单独一读取电路231，与光感测单元210与参照感测单元220耦接，利用独一的读取电路231，以读取感测信号与参照信号。本实施例旨在说明，利用同一个单独的读取电路231，在不同的时段中分别读取感测信号与参照信号，使得读取感测信号与参照信号不因为读取电路有所不同而受到影响。在一种较佳的实施型态中，控制电路230根据参照信号而对感测信号做暗电流补偿，以产生环境光照度信号。

以上已针对较佳实施例来说明本实用新型，但以上所述，仅为使本领域技术人员易于了解本实用新型的内容，并非用来限定本实用新型的权利范围。在本实用新型的相同精神下，本领域技术人员可以想到各种等效变化。例如，各实施例中图标直接连接的两电路或元件间，可插置不影响主要功能的其他电路或元件，因此“耦接”应视为包括直接和间接连接；又例如，所有实施例中的变化，可以交互采用。又再如，控制电路外部的信号(例如感测信号与参照信号)，在取入控制电路内部进行处理或运算时，可能经过电压电流转换、电流电压转换、比例转换等，因此，本实用新型所称“根据某信号进行处理或运算”，不限于根据该信号的本身，也包含于必要时，将该信号进行上述转换后，根据转换后的信号进行处理或运算。凡此种种，都可根据本实用新型的教示类推而得，因此，本实用新型的范围应涵盖上述及其他所有等效变化。