屏幕刷新率如果不够,人眼看起来会感到闪烁,如果VR/AR眼镜刷新率不高,佩戴者会感到头晕。那么如何提高屏幕的刷新率呢?刷新率与哪些参数有关呢?
我们先看一个简单的例子:
单颗像素
图1是单颗像素构成的”屏幕“
为了简单起见,我们假设信号送进来的频率是1G赫兹(Hz),即每秒钟(s)会有1G的数据传进来,也就是说每1纳秒(ns)信号就会翻转一次,我们假设像素的响应时间是1毫秒(ms)。那么这个”屏幕“的最高刷新率是多少呢?应该是1/0.001s=1000Hz。(1+0.000001约等于1)
限制刷新率的瓶颈在于像素的响应时间,电路虽然可以送进来更快的信号,但是像素反应不过来,它会按照自己的响应时间来亮灭,驱动信号纳秒级别的延时可以忽略。
对于这个例子来说,刷新率的瓶颈在于像素的响应时间,如果把像素由液晶(LCD,假设响应时间为1毫秒)改成发光二极管(LED,假设响应时间为1微秒),那此单个像素的”屏幕“刷新率就可以上升1000倍达到百万赫兹(1000000Hz)。
因此决定刷新率的第一因素是像素的响应时间。
四颗像素
图2是四个像素构成的屏幕
按照上面的假设,它的像素比单个像素多了4倍,因此依次点亮全部需要4毫秒的时间,因此刷新率理论上是第一个例子的1/4。
但是由于驱动电路送数据的时间比像素的反应快百万倍,因此完全够时间让电路多送几次数据(用时多了3纳秒,即多了0.000003毫秒),使得像素同时点亮。因此可以设计到4个屏幕的刷新率仍然保持在1毫秒(1+0.000004约等于1),即仍然可以达到第一个例子中LCD屏的千赫兹或LED屏的百万赫兹。
因此决定刷新率的第二个因素是电路送数据的方式,可以由串行改为并行。
4k彩色屏
图3是4K彩色屏的像素
由于每个像素由RGB三个子像素构成,因此总像素高达4000x4000x3=48000000个。平均到每个像素只有20纳秒的时间,如果像素很小,势必连线会很细很长,导致延迟会增大,送数据的时间可能由1纳秒变成了10纳秒,延时已经不能轻易忽略了,如果要并行送数据,就来不及了。及时数据能送进来,像素的相应时间过长,会导致后面的部分像素还没有显示完成,就被切换掉了,动态图像时出现的边缘发毛、看不清细节的拖尾现象。
因此决定刷新率的第三个因素是像素总数及密度。
由于人眼在每秒24帧就能连续起来,因此每秒刷新千次或者百万次对人眼来说分辨不出来了。因此一般屏幕要求刷新率是60Hz就可以了,要求高的可以到90Hz甚至120Hz就基本到顶了,更高分辨率和更高刷新率及更小的屏幕是有极限的。
那么是不是如果像素达到4K以上就基本到顶了,8K就不可能了?也不是的。因为我们此假设数据处理速度为1GHz,而更先进的工艺可以提高5G甚至10G,另外还可以将一个大屏幕分成很多小块分别显示再同步成一个画面,冬奥会球场大的屏幕也可以是做到的。