一种光感检测装置及显示终端的制作方法

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种光感检测装置及显示终端。

背景技术：

在现有的显示终端的背光自动调整系统中，光感测结构会采用差分结构以提高检测结果的灵敏度和线性度，增强抗干扰能力。在这种光感测结构的使用中，差分电路的偏压电压为直流电压，由于电荷俘获的机理，晶体管器件的阈值电压会随着栅极加偏压时间的增加发生漂移，转移特性曲线发生整体偏移，偏移的方向与栅极电压极性相关，阈值电压变化量与栅极加压时间呈对数关系，从而导致光感测信号的误差，实际测试中发现24小时的偏差在15-25％左右。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种光感检测装置及显示终端，提高晶体管器件的阈值电压稳定性，减少光感测信号的误差。

具体地，本发明提供一种光感检测装置，包括电源模块，其包括互相连接的控制单元和处理单元，所述处理单元在所述控制单元的控制下输出第一电压、第二电压和第三电压；检测模块，其与所述电源模块连接，包括并联的第一桥臂和第二桥臂，每个桥臂包括串联的两个开关管，每个桥臂的上端接收所述第一电压，下端接收所述第二电压，所述第一桥臂和所述第二桥臂的开关管的控制端接收所述第三电压，所述第一桥臂的上部开关管和所述第二桥臂的下部开关管为光感应开关管，所述第一桥臂中点输出第一检测信号，所述第二桥臂中点输出第二检测信号；所述光感检测装置的工作周期包括第一时段和第二时段，所述第一电压在所述第一时段内高于所述第二电压，并在所述第二时段内低于所述第二电压。

进一步地，所述检测模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管，所述第一开关管的第一端和所述第三开关管的第一端连接所述电源模块以接收所述第一电压，所述第一开关管的第二端连接所述第二开关管的第一端，所述第三开关管的第二端连接所述第四开关管的第一端，所述第二开关管的第二端和所述第四开关管的第二端连接所述电源模块以接收所述第二电压，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管的控制端与所述电源模块连接以接收所述第三电压，所述第五开关管的控制端连接所述第三开关管的第二端，所述第五开关管的第一端与所述电源模块连接以接收所述第二电压，所述第五开关管的第二端与所述第一开关管的第二端连接用以输出所述第一检测信号，所述第六开关管的控制端连接所述第一开关管的第二端，所述第六开关管的第一端与所述电源模块连接以接收所述第二电压，所述第六开关管的第二端与所述第三开关管的第二端连接用以输出所述第二检测信号。

进一步地，所述第一开关管和所述第四开关管为光感应开关管，或者，所述第一开关管、第二开关管、第三开关管和所述第四开关管为光感应开关管。

进一步地，所述控制单元输出方波信号，所述处理单元包括第一放大器电路和第二放大器电路；所述第一放大器电路根据所述方波信号输出所述第一电压，所述第二放大器电路根据所述方波信号或所述第一电压输出所述第二电压。

进一步地，所述第三电压为交流电压，且工作频率大于或等于所述第一电压和/或所述第二电压工作频率的两倍。

进一步地，所述第一时段与所述第二时段时长相等。

进一步地，所述第一电压与所述第二电压都是交流电压且互为反相。

进一步地，所述第一电压为交流电压，所述第二电压为直流电压。

进一步地，所述第一电压为直流电压，所述第二电压为交流电压。

本发明还提供了一种显示终端，具体地，显示终端包括显示面板和如上所述的光感检测装置。

本发明提供的光感检测装置及显示终端，能够大幅减少光感测信号的误差，增强了晶体管器件的阈值电压稳定性，提高了显示终端自动背光系统的灵敏度。

附图说明

图1为本发明一实施例的光感检测装置模块图。

图2为本发明一实施例的处理单元和差分检测电路的电路图一。

图3为本发明一实施例的处理单元和差分检测电路的电路图二。

图4为本发明一实施例光感检测装置方波信号、第一电压、第二电压以及第三电压的时序图。

图5为本发明一实施例光感检测装置第一电压以及第二电压的时序图一。

图6为本发明一实施例光感检测装置第一电压以及第二电压的时序图二。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在第一个方面，本发明提供一种光感检测装置。图1为本发明一实施例的光感检测装置模块图。

如图1所示，在一实施例中，光感检测装置包括电源模块11和检测模块12。

电源模块11与检测模块12相连接，其包括互相连接的控制单元111和处理单元112，处理单元112在控制单元111的控制下为检测模块12提供第一电压vdd、第二电压vss和第三电压vg。

在一实施例中，电源模块11包括互相连接的控制单元111和处理单元112，控制单元111输出第一方波，处理单元112根据第一方波经反相放大器输出第一电压vdd，然后根据经反相器输出第二电压vss。控制单元111输出第二方波，处理单元112根据第二方波经比较放大器输出第三电压vg。本发明不限于此，在其他实施例中，控制单元111和处理单元112可以通过其他的方式产生所需的第一电压vdd、第二电压vss以及第三电压vg。

控制单元111可以但不限于选自单片机、mcu及时序控制器中的一种。第一方波和第二方波可以是时钟信号或者使能信号。

检测模块12，其与电源模块11连接，包括并联的第一桥臂和第二桥臂。

每个桥臂包括串联的两个开关管，每个桥臂的上端接收第一电压vdd，下端接收第二电压vss。第一桥臂和第二桥臂的开关管的控制端接收第三电压vg。

其中第一桥臂的上部开关管和第二桥臂的下部开关管为光感应开关管，由此，两个桥臂组成了一个差分检测电路。由第一桥臂中点输出第一检测信号，由第二桥臂中点输出第二检测信号。

检测模块12在第一电压vdd、第二电压vss和第三电压vg的驱动下检测外部光环境情况。

图2为本发明一实施例的处理单元和差分检测电路的电路图一。

继续参见图1并参见图2，在一实施例中，检测模块12中的差分检测电路43包括第一开关管t1、第二开关管t2、第三开关管t3和第四开关管t4。

其中第一开关管t1的第一端和第三开关管t3的第一端连接电源模块11以接收第一电压vdd。第一开关管t1的第二端连接第二开关管t2的第一端以输出第一检测信号vp并组成第一桥臂，第三开关管t3的第二端连接第四开关管t4的第一端以输出第二检测信号vn并组成第二桥臂。第二开关管t2的第二端和第四开关管t4的第二端连接电源模块11以接收第二电压vss。第一开关管t1、第二开关管t2、第三开关管t3和第四开关管t4的控制端与电源模块11连接以接收第三电压vg。

在一实施例中，第一开关管t1和第四开关管t4为光感应开关管，第二开关管t2和第三开关管t3为非光感应开关管。在另一实施例中，第一开关管t1、第二开关管t2、第三开关管t3和第四开关管t4都是光感应开关管。

具体地，在一实施例中，第一开关管t1、第二开关管t2、第三开关管t3和第四开关管t4结构相同，其中，第一开关管t1和第四开关管t4均设置在透光部下方，则环境光线在穿过透光部后，相应透过的光可以直接照射在第一开关管t1和第四开关管t4上，再加上显示面板内部的面内光的照射，从而第一开关管t1和第四开关管t4发生较强的光电效应，相应产生的感应电流较大。而第二开关管t2和第三开关管t3都未设置在透光部下方，则环境光线不能照射在第二开关管t2和第三开关管t3上，第二开关管t2和第三开关管t3只能接收显示面板内部的面内光的照射，相应产生的感应电流较小。

在一实施例中，第三电压vg的电压值可以设置为一接近光感应开关管导通的阈值电压的电压值，则第一开关管t1至第四开关管t4感测时产生的感应电流可以随光线强弱有效输出，从而提高检测的灵敏度。

请参考图2，输出较大感应电流的第一开关管t1与输出较小感应电流的第二开关管t2串联，而第一开关管t1的第一端接收第一电压vdd，第二开关管t2的第二端接收第二电压vss，则第一开关管t1的第二端输出的第一检测信号vp是一接近第一电压vdd的电压。而输出较小感应电流的第三开关管t3与输出较大感应电流的第四开关管t4串联，第三开关管t3的第一端接收第一电压vdd，第四开关管t4的第二端接收第二电压vss，则第三开关管t3的第二端输出的第二检测信号vn是接近第二电压vss的电压。其中，通过第一检测信号vp与第二检测信号vn均可以用于反映透过光的光照强度的大小。例如，第一检测信号vp越接近第一电压vdd或者第二检测信号vn越接近第二电压vss，则可以判定透过光的光照强度越大，进而判断出环境光线的光照强度越大。经过后端电路对第一检测信号vp与第二检测信号vn的减法运算，利用其差值进行判断还可以抑制共模信号。

在一实施例中，光感检测装置的工作周期包括第一时段和第二时段，第一电压vdd在第一时段内高于第二电压vss，并在第二时段内低于第二电压vss。在光感检测装置中，将施加于光感测电路中的高低偏压设置为周期性高低交换的电压，使第一开关管t1、第二开关管t2、第三开关管t3和第四开关管t4的输入端和输出端之间不会在相同的偏压下工作，抑制了开关管的转移特性曲线偏移问题，减轻了开关管的劣化速度。

在一实施例中，光感应开关管可以但不限于是薄膜晶体管。

图3为本发明一实施例的处理单元和差分检测电路的电路图二。

如图3所示，检测模块12中的差分检测电路43还包括第五开关管t5和第六开关管t6。第五开关管t5的控制端连接第三开关管t3的第二端，第五开关管t5的第一端与电源模块11连接以接收第二电压vss，第五开关管t5的第二端与第一开关管t1的第二端连接用以输出第一检测信号vp。第六开关管t6的控制端连接第一开关管t1的第二端，第六开关管t6的第一端与电源模块11连接以接收第二电压vss，第六开关管t6的第二端与第三开关管t3的第二端连接用以输出第二检测信号vn。

由于第五开关管t5的控制端接受第二检测信号vn的控制，当第二检测信号vn的电压值越接近第二电压vss的电压值，则第五开关管t5的第二端输出的第一检测信号vp的电压值就更接近第一电压vdd的电压值。由于第六开关管t6的控制端接受第一检测信号vp的控制，当第一检测信号vp的电压值越接近第一电压vdd的电压值，则第六开关管t6的第二端输出的第二检测信号vn的电压值就越接近第二电压vss的电压值。第五开关管t5和第六开关管t6组成了作为电路中的放大反馈部分，可以对第一检测信号vp与第二检测信号vn的差值进一步放大，进一步提高了环境光检测的灵敏度。

由于第一电压vdd在第一时段内高于第二电压vss，并在第二时段内低于第二电压vss，周期性高低变换的电压使第五开关管t5和第六开关管t6的控制端不会在相同的偏压下工作，抑制了开关管的转移特性曲线偏移问题，减轻了开关管的劣化速度，增强了元件阈值电压的稳定性。

在一实施例中，第三电压vg为固定的直流电压。在另一实施例中，第三电压vg为交流电压，以改善第一开关管t1、第二开关管t2、第三开关管t3和第四开关管t4的控制端的转移特性曲线偏移问题，零电平上下交替的交流电压对于改善这些开关管的元件特性偏移现象有很大的帮助。

在一实施例中，第一时段与第二时段时长相等。对于方波来说，光感检测装置的工作周期中，第一电压vdd和第二电压vss的高电平占空比为50％，从而第五开关管t5和第六开关管t6的控制端的正电压激励时长和负电压激励时长相同，更好地改善开关器件转移特性曲线发生整体偏移的情况。

请参考图2及图3所示，在一实施例中，处理单元112包括第一放大器电路41和第二放大器电路42。第一放大器电路41连接控制单元111以接收方波信号t，并根据方波信号t输出第一电压vdd。第二放大器电路42连接第一放大器电路41以接收第一电压vdd，并根据第一电压vdd输出第二电压vss。

在一实施例中，第一放大器电路41包括第一电阻r41、第二电阻r42和第一运放f41。其中，第一运放f41的正输入端接地，第一运放f41的负输入端通过串接的第一电阻r41接收来自控制单元111的方波信号t。第二电阻r42连接在第一运放f41的负输入端和输出端之间。第一运放f41的电源正极接正电源vcc，电源负极接地。第一运放f41的输出端输出第一电压vdd实现反相放大功能。

如图2及图3所示，在一实施例中，第二放大器电路42包括第三电阻r43、第四电阻r44和第二运放f42。其中，第二运放f42的正输入端接地，第二运放f42的负输入端通过串接的第三电阻r43接收来自第一放大器电路41输出的第一电压vdd。第四电阻r44连接在第二运放f42的负输入端和输出端之间。第二运放f42的电源正极接正电源vcc，电源负极接地。第二运放f42的输出端输出第二电压vss实现反相功能。

在上述实施例中，将运算放大器正输入端接地，负输入端输入单端信号，因而第一放大器电路41和第二放大器电路42输出信号的变化范围是0-vcc的变化。其中第一电压vdd和第二电压vss是在控制单元111输出的第一方波的方波信号t的控制下，按照时序要求输出的周期性高低交换的电压。

在一实施例中，第三电压vg为交流电压时，其工作频率大于或等于第一电压vdd和/或第二电压vss工作频率的两倍。

第三电压vg为第一开关管t1、第二开关管t2、第三开关管t3和第四开关管t4的控制端电压，基于与上述实施例同样的原因，将第三电压vg设置为交流电压有助于改善第一开关管t1、第二开关管t2、第三开关管t3和第四开关管t4的转移特性曲线偏移问题。第三电压vg的工作频率大于或等于第一电压vdd和/或第二电压vss偏压转换频率的两倍，可以确保第五开关管t5和第六开关管t6的控制端在每一个正向偏置电压的时段内，第一开关管t1至第四开关管t4都有一部分时间处于正确的电压偏置状态，能够输出的正确差分信号。

在一实施例中，第一电压vdd和/或第二电压vss的工作频率为1hz，第三电压vg的工作频率为2hz。经测试发现，将第一电压vdd和/或第二电压vss偏压转换频率设置为1hz，将第三电压vg的工作频率设置为2hz可以兼顾光感检测灵敏度和元件的特性恢复程度，达到最佳匹配效果，但不限于此。

在一实施例中，第一电压vdd与第二电压vss都是交流电压且互为反相。

图4为本发明一实施例光感检测装置方波信号、第一电压、第二电压以及第三电压的时序图。

如图4所示，在一实施例中，方波信号t为频率为1hz的方波时钟信号，vcc为9v直流电压。第一电压vdd和第二电压vss均为频率1hz且高电平占空比50％的方波，高电平均为9v、低电平均为0v，但第一电压vdd与第二电压vss为互为反相的方波，但不限于此。

如图4所示，在一实施例中，第三电压vg为高电平2v、低电平-2v、频率为2hz且高电平占空比50％的方波。

图5为本发明一实施例光感检测装置第一电压以及第二电压的时序图一。

在一实施例中，如图5所示，第一电压vdd为交流电压，第二电压vss为直流电压。例如，第一电压vdd为高电平9v、低电平-9v且高电平占空比50％的方波，第二电压vss为直流地的0v电压。在其他实施例中，在如图5所示的波形时序中，第一电压vdd和第二电压vss的高低电平电压值也可以设定为其他电压值。

图6为本发明一实施例光感检测装置第一电压以及第二电压的时序图二。

在一实施例中，如图6所示，第一电压vdd为直流电压，第二电压vss为交流电压。例如，第一电压vdd为直流地的0v电压，第二电压vss为高电平9v、低电平-9v且高电平占空比50％的交流方波。在其他实施例中，在如图6所示的波形时序中，第一电压vdd和第二电压vss的高低电平电压值也可以设定为其他电压值。

本发明还提供了一种显示终端，具体地，显示终端包括显示面板和如上述的光感检测装置。显示终端的实现原理与以上实施例光感检测装置相同，在此不再赘述。

在一实施例的显示终端中，经过实际仿真测试，经过24小时的常温环境工作，显示终端中光感测信号的偏差低于3％。

本发明提供的光感检测装置及显示终端，能够大幅减少光感测信号的误差，增强了晶体管器件的阈值电压稳定性，提高了显示终端自动背光系统的灵敏度，提升了用户体验，增强了产品竞争力。

在附图中，为了清晰起见，会夸大层和区域的尺寸和相对尺寸。应当理解的是，当元件例如层、区域或基板被称作“形成在”、“设置在”或“位于”另一元件上时，该元件可以直接设置在所述另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接形成在”或“直接设置在”另一元件上时，不存在中间元件。

在本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。

在本文中，用于描述元件的序列形容词“第一”、“第二”等仅仅是为了区别属性类似的元件，并不意味着这样描述的元件必须依照给定的顺序，或者时间、空间、等级或其它的限制。

在本文中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤。前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。