[发明专利]堆叠光二极管结构及光传感器

说明书

技术领域

本发明有关于一种环境光传感器，且特别是一种堆叠光二极管结构及光传感器。

背景技术

环境光传感器(Ambient Light Sensor，ALS)提供近似于人眼对光的反应的输出。为了延长行动电池的供电时间，并提供在室内或户外光的情况下的最佳的观看经验，环境光传感器对于在显示器的亮度管理上是有帮助的。

现存的环境光传感器以下述方法实现。第一个方式是，单一个光二极管可以被镀膜，以模仿人眼对光的反应。第二个方式是，为了模仿人眼对于光的反应，常使用两个二极管，一个二极管是响应于可见光与红外光的光谱，另一个二极管是主要响应于红外光的光谱。前述的第一个方式会因为附加的镀膜工艺，而造成较高的制造成本，并且检测次光照度(sub-lux)的光情况也是相当具挑战性。前述的第二个方式需占用两个硅晶面的面积(因使用两个二极管)，且每一个光传感器的元件与元件之间的差异是高度依赖于光传感器所使用的两个二极管彼此匹配的良好程度。

发明内容

本发明提供一种堆叠光二极管结构及光传感器，以降低生产成本、减少光二极管的占用面积的。

本发明实施例提供一种堆叠光二极管结构，其包括第一导电类型基板、第二导电类型井区与第一导电类型井区。第一导电类型基板具有第一表面与接地端。第二导电类型井区形成于第一导电类型基板内且邻近第一表面。第一导电类型井区形成于第二导电类型井区内且邻近第一表面。介于该第一导电类型井区与该第二导电类型井区之间的一第一PN接面依据对应于入射该第一表面的可见光频谱而产生自由电子；其中，介于该第二导电类型井区与该第一导电类型基板的一第二PN接面主要依据对应于入射该第一表面的红外光频谱而产生自由空穴和自由电子。

其中，介于第一导电类型井区与第二导电类型井区之间的第一PN接面产生第一光电流，第一光电流主要响应于入射堆叠光二极管结构的第一表面的可见光频谱。介于第二导电类型井区与第一导电类型基板的第二PN接面产生第二光电流，第二光电流主要响应于入射堆叠光二极管结构的第一表面的红外光频谱。第一光电流由第一导电类型井区的端点收集得到，第二光电流由第二导电类型井区的端点收集得到。

本发明实施例提供一种光传感器，其包括堆叠光二极管结构、第一充电平衡模拟/数字转换器、第二充电平衡模拟/数字转换器与控制电路。堆叠光二极管结构包括第一导电类型基板、第二导电类型井区与第一导电类型井区。第一导电类型基板具有第一表面与接地端。第二导电类型井区形成于第一导电类型基板内且邻近第一表面。第一导电类型井区形成于第二导电类型井区内且邻近第一表面。介于该第一导电类型井区与该第二导电类型井区之间的一第一PN接面依据对应于入射该第一表面的可见光频谱而产生自由电子；其中，介于该第二导电类型井区与该第一导电类型基板的一第二PN接面主要依据对应于入射该第一表面的红外光频谱而产生自由空穴和自由电子；其中，一第一光电流由该第一导电类型井区的一阳极端收集得到，该第一光电流是响应于可见光频谱，一第二光电流由该第二导电类型井区的一阴极端收集得到，该第二光电流是响应于可见光频谱与红外光频谱；

一第一充电平衡模拟/数字转换器，具有一第一电容，耦接至该第一导电类型井区的阳极/阴极，接收该第一光电流且转换该第一光电流为一第一电压；

一第二充电平衡模拟/数字转换器，具有一第二电容，耦接至该第二导电类型井区的阳极/阴极，接收该第二光电流且转换该第二光电流为一第二电压；以及

一控制电路，耦接该第一充电平衡模拟/数字转换器以及该第二充电平衡模拟/数字转换器，接收该第一电压以及该第二电压，控制该第一充电平衡模拟/数字转换器来积分该第一电压且由一偏压积分至一第一临界电压，该第一临界电压低于该偏压一预设电压，然后对该第一电容充电直到该第一电压等于该偏压，且估计该第一电容响应于该第一光电流的充电时间，该控制电路控制该第二充电平衡模拟/数字转换器来积分该第二电压且由该偏压积分至一第二临界电压，该第二临界电压高于该偏压该预设电压，然后对该第二电容放电直到该第二电压等于该偏压，且估计该第二电容响应于该第二光电流的放电时间。