LED電子顯示屏刷新頻率及灰度等級淺析

隨著室內LED電子顯示屏的發展及應用越來越多，無論在指揮中心、監控中心乃至演播廳中，都可以看到LED電子顯示屏被廣泛的運用。然而從LED電子顯示屏系統的整體表現來看，這些顯示屏是否能夠滿足使用者的需求?這些LED電子顯示屏顯示的影像是否能符合人眼視覺的觀賞?這些LED電子顯示屏能否經受住照相機不同快門不同角度攝像的考驗?這都是LED電子顯示屏需要面對需要考量的問題，下文就影響LED電子顯示屏效果的幾大因素(包括刷新頻率、灰度等級等)做個淺析。

視覺刷新頻率

指的是屏幕更新的速率，通常用赫茲(Hz)為單位表示，一般而言視覺刷新頻率在3,000Hz以上，為高效能LED顯示屏。視覺刷新頻率越高，畫面顯示越穩定，視覺閃爍感就越小。LED顯示屏的低“視覺刷新頻率”，其影響除了攝像、攝影時，出現水平橫條紋之外，同時也會發生類似數萬顆燈泡同時閃爍的影像，人眼在觀看時因此可能產生不適感，甚至對眼睛造成傷害。雖然對人眼而言，視覺刷新頻率達60Hz以上已經感受到的是連續畫面，但是越高的視覺刷新頻率，顯示的圖像越穩定，人眼越不容易覺得疲勞。現今在高質量視頻中，為得到更精細的畫面，如精彩回放或是特寫攝影的過程，紛紛都以每秒1,000Hz以上的高速攝影機進行拍攝。此時，對于也會被拍攝到的LED顯示屏，在高速快門下仍能夠呈現連續畫面(無黑色掃描線)或是連續色階，就是很大的挑戰。

灰度等級

指的是各種顏色在最暗與最亮色之間，擁有不同變化之顏色階層，一般而言灰階在14比特(bit)以上，即至少擁有16,384種顏色階層以上，為高效能LED電子顯示屏。若灰度級數不足，會發生顏色層次不足或是漸層顏色色階不夠平滑之情況，而無法充分展現影片的色彩。使得LED電子顯示屏效果大幅降低。某些低效能的LED電子顯示屏在1/500s快門下，已經可以被查覺出明顯的色塊分布，若我們將快門速度提高，例如1/1,000s或是1/2,000s，情況將會更加明顯。

我們知道LED電子顯示屏幾個核心的部件，如LED開關電源、LED驅動芯片、LED燈珠等，針對LED電子顯示屏的刷新頻率和灰度等級，LED驅動芯片直接決定了LED電子顯示屏在視覺刷新頻率、灰度等級的表現。在目前LED驅動芯片之中，最高新的技術為“ScrambledPWM(S-PWM)技術”，S-PWM技術是改進傳統脈波寬度調變(PWM)的技術，其將一個影像導通的時間分散成數個較短的導通時間，以增加整體的視覺更新率。更進一步說明，新一代的LED驅動芯片所內建的S-PWM技術，能將原本每幀(frame)計數一次(LED晶粒ON→LED晶粒OFF)的方式，平均打散成多次計數，且每個打散的等份，皆可維持原先未打散前的On/Off比例，如下圖所示。

S-PWM技術提供了不同的計數模式，因此能把影像刷新頻率提升至最高64倍。若換成以S-PWM來進行提高影像刷新頻率的作業，只需用低階時鐘(如5MHz)即可將視覺刷新頻率輕松提高64倍，且能達到4,800Hz以上。相比一般視頻覺刷新頻率的能力至少高10倍以上，亦能避免產生高頻電磁干擾(EMIissue)、過電壓突波(Overshoot)及欠電壓突波(Undershoot)的問題。

S-PWM驅動芯片的LED電子顯示屏，用數碼相機高速快門進行照像，仍然不會出現水平黑色掃描線與色塊分布(如下圖所示)。其視覺刷新頻率、灰度等級的表現，遠超越使用傳統開關型驅動芯片的LED電子顯示屏。

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