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

隨sui著zhe移yi動dong電dian話hua與yu液ye晶jing電dian視shi使shi用yong數shu量liang急ji速su增zeng加jia

，如ru何he降jiang低di液ye晶jing顯xian示shi器qi的de耗hao電dian量liang並bing改gai善shan影ying像xiang畫hua質zhi
，尤you其qi是shi夜ye間jian使shi用yong時shi畫hua麵mian太tai亮liang眼yan睛jing容rong易yi疲pi勞lao
，黑hei暗an室shi內nei畫hua麵mian出chu現xian黑hei暈yun現xian象xiang，已yi經jing成cheng為wei相xiang關guan業ye者zhe必bi需xu克ke服fu的de課ke題ti。所suo幸xing的de是shi最zui近jin幾ji年nian（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））。

youguanyejingdianshideyingyong
，zhuyaoshiyejingxianshiqidediandengshijianyuejiuxiaofeidianlijiuyueda，xiangduidesanrechuliyusanrefengshandezaoyinzebianchengfeichangjishoudewenti
，youqishimuqiandaxingyejingdianshidehuidudaduochaoguoshi，zaimingliangshineihuamianfeichangdeliangli，buguozaiheianshineiquehuichuxianbowenxianxiang，erqiehuamiantailiangrongyizaochengyanjingpilao，heianseyingxiangdeheisefudongxianxiangfeichangmingxian
，yingxiangduibizedafujiangdi。youyuyibanyejingdianshishigenjugehuasudeyejingchuantoulv，tiaozhengbeiguangmozudeguangxiandachenghuijiehuaxianshimude，ranerguoduodebeiguangmozuguangliangqueyoulouguangzhiyu，ruguoliyongzhaoduganceyuanjianzhenceyejingdianshishitinghuanjingdeliangdu，yicitiaozhengbeiguangmozudehuidu，chuleyingxiangheisefudongzhiwai，huijieshuxiangtongdetiaojianxiahaikeyisuoxiaoliangdudedongtaifanwei（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。

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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(de)2倍左右。

guangerjiguanzeshigancewendutexingdegailiangpin，tadeshijiyingyonghuanjingxiadegancewendufen佈diyu，quedianshiguangdianliuqueguangxuedianjingtidisanweishu，suoyibixuliyongzengfudianlujiucainengshuchuguangdianliu；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1suoshimuqianshangpinhuadezhaoduganceyuanjian，tadefenguangtexingfengzhidayueshi，xiangdangjiejinrenyandeshigandufengzhi
，buguosihuhaiwufamanzushichangdexuqiu
，zhuyaoliyoushisuizheyingguangdeng
、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）。


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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））。
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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。

由you於yu照zhao度du感gan測ce元yuan件jian受shou光guang時shi會hui消xiao耗hao電dian力li，因yin此ci利li用yong電dian池chi驅qu動dong的de電dian子zi設she備bei，尤you其qi是shi可ke攜xie式shi電dian子zi產chan品pin為wei抑yi製zhi電dian池chi的de消xiao耗hao電dian力li，所suo以yi大da多duo採採用yong間jian斷duan式shi驅qu動dong照zhao度du感gan測ce元yuan件jian，然ran而er照zhao度du感gan測ce元yuan件jian的de電dian源yuan電dian壓ya頻pin繁fan的deON/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。





以(yi)上(shang)介(jie)紹(shao)照(zhao)度(du)感(gan)測(ce)元(yuan)件(jian)的(de)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)態(tai)勢(shi)。由(you)於(yu)行(xing)動(dong)電(dian)話(hua)與(yu)液(ye)晶(jing)電(dian)視(shi)的(de)普(pu)及(ji)化(hua)，追(zhui)求(qiu)更(geng)高(gao)的(de)影(ying)像(xiang)畫(hua)質(zhi)同(tong)時(shi)降(jiang)低(di)液(ye)晶(jing)顯(xian)示(shi)器(qi)的(de)耗(hao)電(dian)量(liang)

，已(yi)經(jing)成(cheng)為(wei)相(xiang)關(guan)業(ye)者(zhe)必(bi)需(xu)克(ke)服(fu)的(de)課(ke)題(ti)。

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(guo)10億個，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)。