中心議題：

• 照度感測元件的特性
• 照度感測元件的功能
• 照度感測元件的發展動向

解決方案：

• 偵測周圍環境的光量多寡，自動調整背光模阻的點燈狀況
• 與LSI直接連接
  
  ，短起動時間與操作容易

suizheyidongdianhuayuyejingdianshishiyongshuliangjisuzengjia
，ruhejiangdiyejingxianshiqidehaodianliangbinggaishanyingxianghuazhi
，youqishiyejianshiyongshihuamiantailiangyanjingrongyipilao，heianshineihuamianchuxianheiyunxianxiang，yijingchengweixiangguanyezhebixukefudeketi。suoxingdeshizuijinjinian（圖1）照度感測元件（photosensordevice）技術上的進步，利用分光特性接近人眼視感度度的照度感測元件，可以有效解決上述問題。

根據國外業者統計資料顯示
，全球照度感測元件潛在市場超過10億個，其中每年市場需求高達6億支移動電話是目前主要市場，除此之外，2008年出貨量預測將超過3000萬台的液晶電視，以及車用儀表、顯示器、照明燈具都是適用對象，有鑑於此，本文將深入探討照度感測元件的應用與發展。



照度感測元件的特性

如圖2所示
，照度感測元件具備感測夜間戶外隻有（Lux；照度單位），乃nai至zhi於yu晴qing天tian戶hu外wai亮liang度du超chao過guo的de特te性xing，換huan句ju話hua說shuo若ruo能neng充chong分fen應ying用yong上shang述shu特te性xing並bing作zuo精jing密mi控kong製zhi，理li論lun上shang可ke以yi徹che底di解jie決jue各ge種zhong電dian子zi設she備bei因yin光guang源yuan造zao成cheng的de影ying像xiang不bu良liang等deng問wen題ti。例li如ru照zhao度du感gan測ce元yuan件jian可ke以yi隨sui時shi偵zhen測ce周zhou圍wei環huan境jing的de光guang量liang多duo寡gua，自zi動dong調tiao整zheng背bei光guang模mo阻zu的de點dian燈deng狀zhuang況kuang
，進jin而er有you效xiao降jiang低di可ke攜xie式shi電dian子zi產chan品pin的de電dian池chi消xiao費fei電dian力li（耗電量）
，同時延長通話與待機時間與電池的使用壽命（圖3（a））。

有you關guan液ye晶jing電dian視shi的de應ying用yong，主zhu要yao是shi液ye晶jing顯xian示shi器qi的de點dian燈deng時shi間jian越yue久jiu消xiao費fei電dian力li就jiu越yue大da
，相xiang對dui的de散san熱re處chu理li與yu散san熱re風feng扇shan的de噪zao音yin則ze變bian成cheng非fei常chang棘ji手shou的de問wen題ti，尤you其qi是shi目mu前qian大da型xing液ye晶jing電dian視shi的de輝hui度du大da多duo超chao過guo時shi，在zai明ming亮liang室shi內nei畫hua麵mian非fei常chang的de亮liang麗li，不bu過guo在zai黑hei暗an室shi內nei卻que會hui出chu現xian波bo紋wen現xian象xiang
，而er且qie畫hua麵mian太tai亮liang容rong易yi造zao成cheng眼yan睛jing疲pi勞lao，黑hei暗an色se影ying像xiang的de黑hei色se浮fu動dong現xian象xiang非fei常chang明ming顯xian
，影ying像xiang對dui比bi則ze大da幅fu降jiang低di。由you於yu一yi般ban液ye晶jing電dian視shi是shi根gen據ju各ge畫hua素su的de液ye晶jing穿chuan透tou率lv
，調tiao整zheng背bei光guang模mo組zu的de光guang線xian達da成cheng灰hui階jie化hua顯xian示shi目mu的de，然ran而er過guo多duo的de背bei光guang模mo組zu光guang量liang卻que有you漏lou光guang之zhi虞yu，如ru果guo利li用yong照zhao度du感gan測ce元yuan件jian偵zhen測ce液ye晶jing電dian視shi視shi聽ting環huan境jing的de亮liang度du
，依yi此ci調tiao整zheng背bei光guang模mo組zu的de輝hui度du，除chu了le影ying像xiang黑hei色se浮fu動dong之zhi外wai，灰hui階jie數shu相xiang同tong的de條tiao件jian下xia還hai可ke以yi縮suo小xiao亮liang度du的de動dong態tai範fan圍wei（dynamicrange），進而提高黑色影像表現能力（圖3（b））
，並降低最大輝度解除影像太亮的困擾

，這意味著觀賞液晶電視時
，消費者不會受到視聽環境的影響，隨時可以獲得細膩的影像。

[page]




[page]

照度感測元件的功能

如圖4所示，照度感測元件是利用材料製成，基本上照度感測元件可以分成三大類:

‧光電晶體（PhotoTransistor）。
‧光二極管（PhotoDiode）。
‧內建增幅電路光二極管（以下簡稱為PhotoIC）。

由於光電晶體的價格是光學二極管的3/4，PhotoIC的1/2左zuo右you
，所suo以yi光guang電dian晶jing體ti主zhu要yao是shi應ying用yong在zai要yao求qiu低di元yuan件jian成cheng本ben等deng領ling域yu。光guang電dian晶jing體ti利li用yong光guang照zhao射she產chan生sheng的de光guang電dian流liu，在zai黑hei暗an室shi內nei大da約yue是shi數shu十shi，明ming亮liang室shi內nei則ze超chao過guo，不bu需xu利li用yong增zeng幅fu電dian路lu就jiu可ke以yi輸shu出chu光guang電dian流liu，缺que點dian是shi它ta的de感gan測ce溫wen度du變bian動dong非fei常chang大da，例li如ru某mou些xie光guang電dian晶jing體ti
，的de輸shu出chu電dian流liu是shi的de2倍左右。

光(guang)二(er)極(ji)管(guan)則(ze)是(shi)感(gan)測(ce)溫(wen)度(du)特(te)性(xing)的(de)改(gai)良(liang)品(pin)，它(ta)的(de)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)環(huan)境(jing)下(xia)的(de)感(gan)測(ce)溫(wen)度(du)分(fen)佈(佈)低(di)於(yu)

，缺(que)點(dian)是(shi)光(guang)電(dian)流(liu)卻(que)光(guang)學(xue)電(dian)晶(jing)體(ti)低(di)三(san)位(wei)數(shu)，所(suo)以(yi)必(bi)需(xu)利(li)用(yong)增(zeng)幅(fu)電(dian)路(lu)就(jiu)才(cai)能(neng)輸(shu)出(chu)光(guang)電(dian)流(liu)
；至於PhotoIC主要是應用在簡易照度感測設備等領域。

如上所述光二極管必需利用增幅電路，才能輸出與光電晶體同等的光電流，由於增幅電路的成本
，使得光二極管的價格比光電晶體高2倍左右，不過它的輸出光電流非常大，而且感度的溫度依存性很低
，所以主要是應用在高階照度感測設備等領域。2004年鬆下發表的新世代光二極管
，它的感度溫度變化低於，時的輸出光電流更高達。

上述三種照度感測元件不論分光特性、形狀
，以及與電路的整合性都各具特色

，因此一般認為照度感測元件未來勢必朝下列方向發展:

①分光特性接近人眼對光線的感受。
②可隨意設置超小型外型封裝。
③可與LSI直接連接，短起動時間與操作容易。

由於廠商對分光特性非常重視，因此分光特性的開發競爭也最激烈。如表1所suo示shi目mu前qian商shang品pin化hua的de照zhao度du感gan測ce元yuan件jian
，它ta的de分fen光guang特te性xing峰feng值zhi大da約yue是shi
，相xiang當dang接jie近jin人ren眼yan的de視shi感gan度du峰feng值zhi，不bu過guo似si乎hu還hai無wu法fa滿man足zu市shi場chang的de需xu求qiu，主zhu要yao理li由you是shi隨sui著zhe螢ying光guang燈deng、白熱燈
、太(tai)陽(yang)光(guang)等(deng)光(guang)源(yuan)的(de)不(bu)同(tong)，輸(shu)出(chu)光(guang)電(dian)流(liu)會(hui)出(chu)現(xian)極(ji)大(da)差(cha)異(yi)
，例(li)如(ru)白(bai)熱(re)燈(deng)的(de)輸(shu)出(chu)光(guang)電(dian)流(liu)是(shi)螢(ying)光(guang)燈(deng)的(de)倍(bei)，加(jia)上(shang)顯(xian)示(shi)器(qi)的(de)輝(hui)度(du)與(yu)人(ren)眼(yan)感(gan)受(shou)的(de)亮(liang)度(du)有(you)差(cha)異(yi)，因(yin)此(ci)在(zai)不(bu)同(tong)環(huan)境(jing)下(xia)經(jing)常(chang)因(yin)為(wei)光(guang)源(yuan)的(de)差(cha)異(yi)無(wu)法(fa)獲(huo)得(de)預(yu)期(qi)效(xiao)果(guo)。造(zao)成(cheng)上(shang)述(shu)現(xian)象(xiang)主(zhu)要(yao)原(yuan)因(yin)是(shi)各(ge)光(guang)源(yuan)的(de)發(fa)光(guang)頻(pin)譜(pu)差(cha)異(yi)極(ji)大(da)
，加(jia)上(shang)照(zhao)度(du)感(gan)測(ce)元(yuan)件(jian)具(ju)備(bei)人(ren)眼(yan)無(wu)法(fa)感(gan)測(ce)紫(zi)外(wai)光(guang)與(yu)紅(hong)外(wai)光(guang)的(de)感(gan)度(du)
，因(yin)此(ci)德(de)國(guo)OSRAM推出具備適合人眼視感度，而且分光特性峰值含蓋短波長到長波長範圍的照度感測元件；OSRAM表示
，光源造成該元件的輸出電流差異可望低於以下（圖5）。


[page]

照度感測元件的發展動向

如圖6所示
，分光特性可透過照度感測元件結構上的改良獲得調整
，基本上它是改變的接合位置（吸光產生電力），同時配合分光特性的峰值利用光學濾光片（filter）去除紫外光與紅外光。新日本無線根據上述動作原理進行分光特性最佳化設計，再以光罩（mask）遮斷從光二極管側麵入射的光線
，藉此捨棄光學濾光片傳統結構
；德國OSRAM則採用新材質與新結構，未使用傳統的改善對策，大幅提升照度感測元件的分光特性。

有關照度感測元件外形封裝小型化

，傳統的PhotoIC由you於yu額e外wai設she置zhi增zeng幅fu電dian路lu
，容rong易yi造zao成cheng晶jing片pian尺chi寸cun變bian大da，此ci處chu若ruo能neng充chong分fen利li用yong增zeng幅fu電dian路lu
，理li論lun上shang可ke以yi縮suo小xiao光guang二er極ji管guan與yu晶jing片pian尺chi寸cun。具ju體ti方fang法fa是shi提ti高gao增zeng幅fu電dian路lu的de等deng化hua值zhi，藉ji此ci使shi光guang二er極ji管guan與yu增zeng幅fu電dian路lu的de等deng化hua逆ni數shu呈cheng一yi定ding比bi例li縮suo小xiao麵mian積ji。圖tu7是日本東芝依此改良上述結構，並使用小型封裝技術，製成外形尺寸與光電晶體與光二極管同等級，大小隻有的PhotoIC。





有關封裝薄形化的發展
，以TDK與半導體能源研究所共同開發的照度感測元件為例
，它是採用塑膠材料當作基板，開發厚度隻有與「0402size」、「0603size」等被動元件同等級的照度感測元件；相較之下傳統玻璃基板的照度感測元件卻高達（圖8），該公司也在開發內建可以使光電流增幅100倍增幅電路的PhotoIC，外形尺寸則與「2015size」同等級（圖8（b））。
[page]
有關照度感測元件的操作性，除了在PhotoIC內nei部bu製zhi作zuo積ji體ti電dian路lu之zhi外wai，各ge廠chang商shang非fei常chang重zhong視shi利li用yong數shu位wei信xin號hao輸shu出chu照zhao度du大da小xiao的de改gai善shan。主zhu要yao原yuan因yin是shi照zhao度du感gan測ce元yuan件jian大da多duo是shi類lei比bi輸shu出chu，加jia上shang輸shu出chu電dian流liu幾ji乎hu與yu照zhao度du成cheng比bi例li，因yin此ci輸shu出chu電dian流liu會hui因yin檢jian測ce照zhao度du出chu現xian六liu位wei數shu的de差cha異yi
，這zhe意yi味wei著zhe精jing密mi控kong製zhi光guang源yuan的de輸shu出chu
，必bi需xu設she置zhi可ke以yi承cheng接jie大da電dian流liu變bian化hua的de專zhuan用yong電dian路lu
，然ran而er實shi際ji上shang專zhuan用yong電dian路lu會hui引yin發fa製zhi作zuo成cheng本ben暴bao增zeng等deng嚴yan重zhong後hou果guo
，所suo以yi無wu專zhuan用yong電dian路lu又you可ke以yi輕qing易yi取qu得de的de照zhao度du感gan測ce元yuan件jian

，成cheng為wei各ge廠chang商shang競jing相xiang開kai發fa的de目mu標biao。

圖9是濱鬆光電（photonics）的(de)新(xin)型(xing)照(zhao)度(du)感(gan)測(ce)元(yuan)件(jian)，該(gai)元(yuan)件(jian)可(ke)以(yi)將(jiang)照(zhao)度(du)大(da)小(xiao)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)脈(mai)衝(chong)振(zhen)盪(盪)頻(pin)率(lv)形(xing)式(shi)的(de)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)，該(gai)公(gong)司(si)同(tong)時(shi)推(tui)出(chu)可(ke)以(yi)改(gai)變(bian)脈(mai)衝(chong)寬(kuan)度(du)，而(er)且(qie)可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)與(yu)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)連(lian)接(jie)的(de)照(zhao)度(du)感(gan)測(ce)元(yuan)件(jian)；OSRAM推出可以輸出對數顯示光電流，而且操作非常方便的照度感測元件
，該元件計劃應用在汽車儀表等領域
；東芝則開發起動時間縮短至1/5的新型照度感測元件。

youyuzhaoduganceyuanjianshouguangshihuixiaohaodianli，yinciliyongdianchiqudongdedianzishebei


，youqishikexieshidianzichanpinweiyizhidianchidexiaohaodianli
，suoyidaduo採yongjianduanshiqudongzhaoduganceyuanjian，ranerzhaoduganceyuanjiandedianyuandianyapinfandeON/OFF動作
，對PhotoIC而言起動時間最少需要，這段期間卻形成所謂的「電力損失」，因此東芝公司針對上述問題，常時對增幅電路施加電壓
，同時在增幅電路後段設置切換電路（圖10）
，試圖藉此電路縮短起動時間並降低消耗電力，根據測試結果顯示消耗電力是傳統元件一半以下。





yishangjieshaozhaoduganceyuanjiandejishufazhantaishi。youyuxingdongdianhuayuyejingdianshidepujihua，zhuiqiugenggaodeyingxianghuazhitongshijiangdiyejingxianshiqidehaodianliang
，yijingchengweixiangguanyezhebixukefudeketi。

最近幾年照度感測元件（photosensordevice）技ji術shu上shang的de進jin步bu
，利li用yong分fen光guang特te性xing接jie近jin人ren眼yan視shi感gan度du度du的de照zhao度du感gan測ce元yuan件jian，可ke以yi有you效xiao解jie決jue上shang述shu問wen題ti。此ci外wai
，根gen據ju統tong計ji資zi料liao顯xian示shi，全quan球qiu照zhao度du感gan測ce元yuan件jian潛qian在zai市shi場chang超chao過guo10億個
，這包含6億支移動電話與接近近千萬台的液晶電視，以及車用儀表、顯示器

、照zhao明ming燈deng具ju都dou是shi適shi用yong對dui象xiang。期qi盼pan藉ji由you本ben文wen的de介jie紹shao，提ti醒xing業ye者zhe降jiang低di液ye晶jing顯xian示shi器qi製zhi作zuo成cheng本ben的de同tong時shi
，提ti高gao影ying像xiang品pin質zhi等deng產chan品pin區qu隔ge化hua技ji巧qiao也ye是shi不bu可ke忽hu略lve的de一yi環huan。