LED显示屏刷新频率及灰度等级浅析

随着室内LED显示屏的发展及应用越来越多，无论在指挥中心、监控中心乃至演播厅中，都可以看到LED显示屏被广泛的运用。然而从LED显示屏系统的整体表现来看，这些显示屏是否能够满足使用者的需求?这些LED显示屏显示的影像是否能符合人眼视觉的观赏?这些LED显示屏能否经受住照相机不同快门不同角度摄像的考验?这都是LED显示屏需要面对需要考量的问题，下文就影响LED显示效果的几大因素(包括刷新频率、灰度等级等)做个浅析。

LED显示屏的刷新频率(视觉刷新频率)

“视觉刷新频率”指的是屏幕更新的速率，通常用赫兹(Hz)为单位表示，一般而言视觉刷新频率在3,000Hz以上，为高效能LED显示屏。视觉刷新频率越高，画面显示越稳定，视觉闪烁感就越小。LED显示屏的低“视觉刷新频率”，其影响除了摄像、摄影时，出现水平横条纹之外，同时也会发生类似数万颗灯泡同时闪烁的影像，人眼在观看时因此可能产生不适感，甚至对眼睛造成伤害。虽然对人眼而言，视觉刷新频率达60Hz以上已经感受到的是连续画面，但是越高的视觉刷新频率，显示的图像越稳定，人眼越不容易觉得疲劳。现今在高质量视频中，为得到更精细的画面，如精彩回放或是特写摄影的过程，纷纷都以每秒1,000Hz以上的高速摄影机进行拍摄。此时，对于也会被拍摄到的LED显示屏，在高速快门下仍能够呈现连续画面(无黑色扫描线)或是连续色阶，就是很大的挑战。

LED显示屏的灰度等级

“灰度等级”指的是各种颜色在最暗与最亮色之间，拥有不同变化之颜色阶层，一般而言灰阶在14比特(bit)以上，即至少拥有16,384种颜色阶层以上，为高效能LED显示屏。若灰度级数不足，会发生颜色层次不足或是渐层颜色色阶不够平滑之情况，而无法充分展现影片的色彩。使得LED显示效果大幅降低。某些低效能的LED显示屏在1/500s快门下，已经可以被查觉出明显的色块分布，若我们将快门速度提高，例如1/1,000s或是1/2,000s，情况将会更加明显。

是什么影响了LED显示屏的刷新频率及灰度等级?

我们知道LED显示屏几个核心的部件，如LED开关电源、LED驱动芯片、LED灯珠等，针对LED显示屏的刷新频率和灰度等级，LED驱动芯片直接决定了LED显示屏在视觉刷新频率、灰度等级的表现。在目前LED驱动芯片之中，最高新的技术为“ScrambledPWM(S-PWM)技术”，S-PWM技术是改进传统脉波宽度调变(PWM)的技术，其将一个影像导通的时间分散成数个较短的导通时间，以增加整体的视觉更新率。更进一步说明，新一代的LED驱动芯片所内建的S-PWM技术，能将原本每帧(frame)计数一次(LED晶粒ON→LED晶粒OFF)的方式，平均打散成多次计数，且每个打散的等份，皆可维持原先未打散前的On/Off比例，如下图所示。

S-PWM技术提供了不同的计数模式，因此能把影像刷新频率提升至最高64倍。若换成以S-PWM来进行提高影像刷新频率的作业，只需用低阶时钟(如5MHz)即可将视觉刷新频率轻松提高64倍，且能达到4,800Hz以上。相比一般视频觉刷新频率的能力至少高10倍以上，亦能避免产生高频电磁干扰(EMIissue)、过电压突波(Overshoot)及欠电压突波(Undershoot)的问题。

S-PWM驱动芯片的LED显示屏，用数码相机高速快门进行照像，仍然不会出现水平黑色扫描线与色块分布(如下图所示)。其视觉刷新频率、灰度等级的表现，远超越使用传统开关型驱动芯片的LED显示屏。

高质量LED驱动芯片，内建S-PWM技术，使得刷新频率高达3840Hz，灰度等级可达16bit，在高速快门情况下摄像，会后出现水平黑色扫描线与色块分布，如下图所示。