如果能精確管理平板與智慧型手機的背光燈，不但能夠降低功耗，還能讓使用者無論在任何環境中都能舒適地觀看影像內容。有關背光燈控制系統包含三部分：光感測器、背光燈驅動器與照度演算法。
目前行動裝置是由應用處理器持續供應脈寬調變(PWM)訊號到發光二極體(LED)驅動器，進而控制背光燈對環境光的反應，但是這樣的結構反而會造成處理器的負擔。
而且現今使用的環境光反應系統粗糙，這不僅造成像螢幕閃爍等多餘的視覺效果，也會讓使用者停止裝置內的自動背光燈控制，並恢復到手動設定，進而消耗更多能源並減少電池壽命，降低使用的舒適度，而背光燈控管系統調節環境光的效率也會大幅減低。
管理螢幕背光燈可有效節能
智慧型手機與平板電腦中環境光感測器(ALS)產生的訊號是由應用處理器翻譯，這樣的應用處理器也負責控制照明控制單元，如LED驅動積體電路(IC)。如圖1，照明控制單元不僅可以控制通到背景LED燈串的電流成適當強度，也能控制其他LED，如紅綠藍(RGB)事件指示LED與鍵盤背光燈。
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| 圖1 行動螢幕管控系統結構 |
ALS建置在裝置前端的顯示器附近，其演算法能計算光圈自動補償與螢幕玻璃光吸收特性的照度。而亮度是光落在測量區內的強度。裝在薄玻璃或深色玻璃的光線感測器需要高增益與低噪音，才能夠通報當前亮度。
傳統5吋螢幕需要由十二個LED組成的LED背光燈，該系統的輸入電流平均每個LED峰值為20毫安培(mA)，正向電壓為3.2伏特(V)。由此可以很明確地得知，這套系統不僅在環境光反應下能有效節省能源，還能在明亮的陽光或同等光線強度下調節背光燈亮度。
目前螢幕背光燈在控制上並無法讓使用者感到舒適。舉例來說，如果背光燈亮度等級設定太密集，即使環境光變化微小到能忽略不計，還是會改變螢幕顯示亮度；但若顯示亮度突然改變或是改變幅度太大，也會讓情況更加惡化。從網路或其他來源使用者的反應，顯示自動背光燈管理會給他們造成困擾，而且部分使用者也因此不再使用這功能。
背光燈電源電路設計人員的目標在於節能、不讓使用者察覺螢幕亮度改變，同時還能舒適瀏覽螢幕。
「柱狀圖」概念平滑轉換螢幕亮度
最近一項智慧型手機測試顯示，當能反應環境光的螢幕背光燈開啟，就是亮度控管出現問題的時候。手機反應環境光後，只能改變背光燈電流一次，也就是說無論環境光改變幅度多大，螢幕背光燈會因此固定在第二次亮度水平。
這樣的設定能消除因感測到環境光變化而改變背光燈亮度水平的可能，像是手在螢幕前移動等，但最主要的缺點是系統將無法改善螢幕背光燈能源與先前改變造成的能源消耗。
日前已有廠商研發出新的顯示系統，讓螢幕背光燈可以有效地的回應環境光，不會有閃爍或其他分散視覺的現象，而且只要將數個控管方法整合就能達到目標。該系統採用「柱狀圖」的概念(Concept of Buckets)，讓一定範圍中的照度分享相同的背光燈輸入能源，把遲滯納入Bucket應用，讓不同能源等級之間的轉換能更加地平滑，降低亮度轉換對使用者所造成的困擾。
雖然這項方法比現有其他行動裝置都更複雜，但卻更有效，且能減少應用處理器負擔。
圖2顯示參考應用系統流程，低通濾波器的目的是減慢系統由ALS回報而做出的變化。若沒有這個濾波器，裝置會針對環境光任何細小的變化即時改變背光燈功率。如果使用者在光線充足的房間內重複在ALS前揮手，螢幕會同時以同樣的頻率閃爍，就是不良的視覺效果。
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| 圖2 新型螢幕背光控制系統功能流程圖 |
低通濾波器須要在新亮度送至下個運算法之前，先維持舊有亮度一段時間。目前市面上有部分Android手機的時間是設定為五秒。濾波器可以應用在計數器或是IIR濾波器上，功能為輸入ALS照度以及輸出平緩照度，如圖3所示，演算法控制這些平緩的照度。
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| 圖3 系統原型的實測顯示，四種區間的系統是效率最高、對使用者經驗來說也是最好的設定。第一個區間是暗室夜晚；第二個區間是昏暗的房間；第三個區間是一般辦公室環境；第四個區間是全亮。 |
如果平緩照度在一個範圍的最低限與相鄰範圍的最高限之間搖擺，背光燈強度就會跟著擺動，這會分散使用者的視覺注意力。
而設計決策的重要因素為環境光等級的數目。環境光區間設定太過密集，會讓背光燈亮度變化過多次；區間設定太稀疏，裝置節能的程度就下降。因此，廠商在經過實測後得到，對手機而言，四種區間界定是最理想的設定，能有效提升系統效率。系統的最終要素是LED背光燈驅動器在不同功率間的過渡，一般在5～10毫安培，但是如果變化太突然，會分散使用者注意力。
擴展功率輸出變化時間延長約1秒可讓使用者幾乎無法察覺到亮度變化，而過慢的轉換時間會因為LED背光驅動電流的有限位元數所造成的量化誤差，讓使用者看到階梯式急衝的變化，而不是平滑的轉換。
而目前由業界所研發的示範裝置，涵蓋上述所提的技術，其包括一個置於深色玻璃背後的TSL2772燈光感測器，該元件具備智慧型手機所需的高增益與精準度，應用遲滯運算法處理器則控制燈光感測器回報的亮度，以調適出最合適的亮度。
處理器發出的控制訊號會被傳送到具平滑濾波器功能的智慧型手機燈光管理單位，該燈光管理單位整合一個背光燈直流對直流(DC-DC)轉換器與三個高壓電流槽，能讓晶片僅下載新電流值，同時應用處理器中沒有任何臨界路徑。
此外，該燈光管理單位供應電力到適合智慧型手機的LED排列，目的是為了使工程師能夠測試背光燈在燈光感測器暴露於不同環境光變化時的各種反應。
(本文作者任職於奧地利微電子)