以往的單色顯示幕其背光源採用兩顆綠色LED，只需要消耗行動裝置總體功率消耗的10％。而現在，多媒體裝置所需要的較大與較高解析度彩色顯示幕，讓使用中與背光源的功率消耗增加超過了50％。

雖然有最新的先進電池技術，但是電池容量的發展速度仍然無法跟上多媒體行動裝置對於額外能源的需求。由於電池技術無法以相同的步調改善，因此可攜式裝置生產廠商在設法符合消費者的期盼時就會遇到困難。除非他們能夠開發出降低功率消耗或是提高電池容量的創新方法，否則他們就必須要為了那些特性而犧牲電池的使用時間。

除了像是以時間為基準的調暗（time based dimming）、顯示幕逾時（display timeout）、以及可供使用者選擇的亮度設定等技術之外，許多的行動裝置生產廠商會使用環境照明感測（ALS）、動態背光控制（cABC）、以及袖珍鍵盤/通用輸入輸出（GPIO）擴充器的使用等方式，藉以協助降低電流的流出。

對於大部分的可攜式裝置生產廠商而言，顯示幕背光源已經成為最重要的電池電流消耗重點之一。具有高解析度彩色顯示幕的多媒體裝置，在任何時間都需要有適當的背光源，以避免可視性能與可讀性的降級。

儘管具有高反射式顯示幕是一直都需要背光源，同時又具有相對較高的功率消耗，但是卻依然受到行動裝置生產廠商的偏愛。此類型顯示幕的室內性能、NTSC色域比、高對比度以及高亮度已經使其在同類型元件中獲得勝出。為了要降低背光源的功率消耗，儘可能地控制管理背光源強度已經成為必要的措施。

雖然裝置可以在無動作期間將背光源變暗，藉以節省電力，但是許多的裝置仍然有需要讓背光源在與使用者互動的長時間內維持開啟狀態的應用程式例如網頁瀏覽、電子郵件、GPS導航、遊戲、或是視訊播放等。

在產品設定選單中的亮度控制可以讓使用者調整背光源強度，以便在這些使用情況下節省電力，但這需要由使用者輸入，而且需要針對不同的環境照明條件進行多重改變，以期真正的發揮其效用。對於使用者來說，這些技術不再具有實用價值，而且也不足以因應目前密集又獨特的使用狀況。

環境照明感測（ALS）

LCD或是袖珍鍵盤對於背光源的需求量可能會隨著照明環境的改變而大幅變更。藉由環境照明感測功能，光電二極體或是電晶體可以量測出局部的照明強度。光線的來源可能是太陽、辦公室照明、或者月光。由感測器所擷取到的光線量能夠轉換成電流或是電壓。以預設的臨界值為基礎，背光源驅動器或是處理器就可以判定LCD或是袖珍鍵盤需要多少背光。

在晴朗環境下要驅動所需要的高電流會浪費掉在照明較黯淡環境下所需的能源，而且可能會使眼睛在昏暗環境中疲勞。依據環境照明條件而改變背光強度，對於典型的使用狀況而言，可以節省超過60％在明亮環境中驅動背光LEDs所需要的電流量。

ALS的實現方法

有一些生產廠商會使用一顆類比或是數位照明感測器IC來對環境照明進行感測。類比式照明感測器會將光線轉換成電流，而數位式照明感測器則採用內部的ADC產生數位的位元流。類比式照明感測器由於實現方式較簡單，因此價格比較不貴。

不論使用何種感測器，其輸出必須要加以解碼才能夠使用。有許多的設計會使用主要處理器來對感測器輸出進行解碼，並且控制背光源。然而，主要處理器速度必須要夠快才能應付諸多的多媒體特點，因此其更高的速度與頻寬，也代表有更多的電流會因為ALS偵測功能而流出。將處理器的介入最小化，對於降低電池消耗而言是相當重要的。

有某些IC如ADI的ADP 5501以及ADP 5520中整合了光線輸入解碼功能以及背光驅動器控制功能。將照明偵測器智能整合於背光驅動器當中有多項優點。首先，驅動器會使用簡易狀態機器來執行其作業，讓用於執行解碼與背光控制的電流耗損降低至20μA以下。其次，所有功能都在單一封裝晶片當中，因此可以將PCB佈局中連結與走線的數量最小化。第三，可以將背光驅動器以及主要處理器之間的往返通訊最小化。

為了使手機生產廠商獲得彈性，這些整合式元件都具有可編程的臨界值、磁滯（hysteresis）、以及過濾時間。由於所有的機構設計都不相同，因此具有彈性而足以應付所有狀況的智慧型驅動器就相當的重要。可編程臨界值讓手機生產廠商可以將光線輸入的範圍（以日光、辦公室環境或是昏暗狀態作為考量）加以編程。在每一組臨界值中的磁滯使背光源免於來回的切換。過濾時間讓使用者可以針對裝置在背光源進行調整之前，需要暴露在照明環境中多久的時間予以編程。對於手機生產廠商其產品與產品之間所需要校正的差異，這些類型的調整使他們更能在進行校正時獲得彈性。

顯示幕背光源的分析

顯示幕背光源使用六組以18 mA驅動、由電池（假設為3.5V LED正向電壓、85％驅動器效率、以及4.0V電池）汲取111 mA的串聯式LED。因此，假如在所有運作時間內都以最大強度驅動的話，顯示幕背光源本身可以在9.9個小時內將1100 mAh的電池耗盡。顯示幕並不需要在所有的狀況下都以最大的背光強度發光，這將可以在照明較差的環境中像是辦公室、電影院、以及晚上的戶外顯著的節省電力。

《圖一　具有整合式光電感測器輸入的串聯式背光驅動器，以及迷你鍵盤/GPIO擴充器》

晴朗天候下的照度從3萬2000到10萬lux（流明），比明亮辦公室中的400lux還要高出了100倍之多，因此在從戶外進入室內時，將背光強度減半或是更多，不會對顯示幕的可用性與可讀性造成任何的損失。大部分的人平均花費其60％的時間在辦公室內，因此像這樣將背光亮度減低的方法可以使電流的流出減少大約50％或者更多。在前一個例子當中背光源的功率消耗將會從111mA降到55.5mA。使用ALS時，相同的顯示幕在使用1100mAh電池時可以持續19.8小時。

動態背光控制（cABC）

動態背光控制（Content Adaptive Backlight Control）是一種分析顯示內容，並且依據影像的灰階內容以及伽瑪校正技術調整顯示幕背光的方法。顯示幕驅動器會以視訊灰階內容與伽瑪校正為準，採用不同的工作週期輸出PWM波形到背光驅動器中。背光源會針對較暗的影像而減弱。這可以降低背光源的功率消耗，並且加強顯示幕的對比度，同時維持清晰的顯示品質。這種方法在場景會在延長的時間內由明亮變為昏暗的視訊播放狀態下特別有用。cABC也可以針對靜態影像與標準的選單螢幕減少電流的流出。

在行動式產品中的使用者介面能夠加以特別製作，以便利用這些節省下來的電力。cABC可以依據影像資料而使顯示幕的電力減少20％至50％。與ALS結合之後，電力的節省可以超過70％。IC生產廠商已經開始設計結合ALS與Cabc兩者功能的省電IC。

《圖二　動態背光控制（cABC）》

袖珍鍵盤的背光源

除了顯示幕背光源之外，ALS也可以節省袖珍鍵盤（keypad）背光源的電力。大部分的袖珍鍵盤都具有一層可見的絲幕（silkscreen），在有環境照明的情況下不需要背光源。以LED或是電致發光燈（EL）技術為基礎的一般尺寸袖珍鍵盤背光源大約會從電池汲取30mA的電流。如果沒有ALS，袖珍鍵盤就必須隨時都保持背光啟動，而這將會浪費許多的能源。使用ALS，背光驅動器可以將袖珍鍵盤的背光關閉或是調暗，進而節省數百mAh的電流。具有整合式ALS控制的背光驅動器會在光線改變之間提供中斷通知，使處理器可以在袖珍鍵盤或是其它週邊照明上進行調整。

對於一組能夠以1100mAh電池播放7個小時視訊的裝置，111mA的顯示幕背光電流消耗所代表的是在視訊模式下70％的總電流耗損。將顯示幕背光源電流消耗以ALS方式減半，可以使視訊播放時間從7小時增加到10.8小時。表一中所示為在不同照明環境下，以ALS所節省的電力。前一個例子中的顯示幕以及袖珍鍵盤背光源，在全開的狀況下總共會汲取141mA的電流。在日光下，袖珍鍵盤可以完全的關閉，這將可以節省21％的背光源電流。而真正能夠節省電流耗損的是在辦公室以及昏暗環境下。顯示幕背光源電流可以輕易的降低50％，而且不會使顯示品質出現顯著的降級，而在此情況下袖珍鍵盤的背光源一樣是可以完全關閉的。使用ALS方法，兩者背光源的電流消耗能夠減少61％。將袖珍鍵盤背光源在昏暗環境下以最大電流維持開啟，同時將顯示幕背光源降低至24 mA後可以換得62 ％的電流節省。

GPIO袖珍鍵盤擴充器

在設計廠商與電池每毫安-小時之電流流出的奮戰中，四處探索可以節省電力的部份變得相當的重要。近期以來，文字簡訊已經增加了100倍之多。青少年族群以發簡訊給他們的朋友與戀愛對象取代了行動電話的交談。雖然不會像背光源的功率消耗那麼顯著，不過每一個按鍵動作就會觸動應用處理器，進而在數毫秒內消耗數百毫安培的電流。一天之內就會快速的累積數千個按鍵動作，進而消耗掉數十毫安-小時的電池容量。為了增加處理器的頻寬以及將處理器的電流消耗最小化，手機設計廠商利用袖珍鍵盤擴充器（keypad expander）來控制QWERTY行動電話設計中的袖珍鍵盤。袖珍鍵盤擴充器像是ADI的 ADP 5588等能夠處理所有的按鍵動作，節省處理器的頻寬與電流消耗。按鍵鎖定能力以及照明感測器解碼等的特點也都被整合於該IC當中，有助於節省額外的頻寬與電流消耗。

對於更大更高解析度彩色顯示幕的需求，在未來的數年內將會持續的成長。具備了cABC、ALS以及其它電流節省技術的裝置，讓消費者能夠以精緻的顯示品質觀賞視訊、瀏覽網頁、與傳送文字簡訊，並且將背光源的功率消耗維持在控制範圍內。持續的找出減少背光源功率消耗的方法將會形成一項挑戰，但是已經有新方法能夠因應顯示幕與處理器的高功率消耗。使用ALS、cABC、GPIO/袖珍鍵盤擴充器、以及其它創新的降低功率消耗技術，將可以使生產廠商製作出現今消費者所渴求之具有豐富媒體的裝置，而且不會犧牲多媒體的諸多特點或是延長的電池使用時間。

---作者為ADI系統應用工程師---