二維碼對LED顯示屏技術(shù)之影響

　　隨著(zhù)發(fā)光二極管顯示屏(LED Display，以下簡(jiǎn)稱(chēng)LED顯示屏)技術(shù)發(fā)展與應用普及，對其是否能于各種應用場(chǎng)合完整呈現數字內容的要求隨之升高。以商業(yè)廣告之LED顯示屏為例，企業(yè)主對于如何充份利用約30秒的短暫廣告時(shí)段，呈現更多的訊息給予往來(lái)的消費者，并且成功吸引其目光，一直是企業(yè)主最困擾的。利用消費者之手機，結合快速響應矩陣碼(Quick Response Code, QR Code，以下簡(jiǎn)稱(chēng)二維碼)，無(wú)疑提供了相當好的消費者使用體驗，然而此一應用，也進(jìn)一步的提高了LED顯示屏之技術(shù)門(mén)坎。

　　二維碼之市場(chǎng)趨勢

　　1970年代后，銷(xiāo)售時(shí)點(diǎn)情報系統(Point f sale，POS)與條形碼(Barcode)的出現(圖一)，解決了傳統零售業(yè)者沒(méi)有一個(gè)好的工具，可以統計商品銷(xiāo)售與庫存的問(wèn)題，也使條形碼(Barcode)得以普及，但新的問(wèn)題也隨之而來(lái)。問(wèn)題在于條形碼(Barcode)的容量有限，條形碼(Barcode)本身代表的英文數字最多只能容納20個(gè)字。“編碼(Code)本身要是能夠含更多的信息就好了”的需求日與俱增。

　　圖一、Coke Coca商品 條形碼(Barcode)

　　1994年，DENSO WAVE INCORPORATED公開(kāi)了二維碼。二維碼這名稱(chēng)源自快速響應矩陣碼(Quick Response Code, QR Code，以下簡(jiǎn)稱(chēng)二維碼)，又稱(chēng)二維條形碼(2D Barcode)，二維碼可容納約7000個(gè)英文數字的大容量，可進(jìn)行漢字處理，且讀取速度比其它編碼快10倍以上。

　　2002年，具有二維碼讀取功能的手機開(kāi)始上市，這種包含許多信息的圖形，吸引著(zhù)人們，通過(guò)讀取可以很方便地造訪(fǎng)手機網(wǎng)站，或者獲得各種優(yōu)惠，因此二維碼迅速在社會(huì )上普及[1]。根據獨立研究機構Forrester Research, Inc.,調查，平均而言在美國、英國、法國、德國，有15%的消費者已經(jīng)在使用手機掃描二維碼(圖二)[2]，且比例仍然持續增長(cháng)。

　　圖二、各國手機二維碼使用率

　　LED顯示屏基本工作原理

　　LED顯示屏是以模塊所組成之顯示屏，其長(cháng)寬大小分辨率可依需求任意調整，然而輸入消息源卻是固定分辨率，一般而言是經(jīng)由多媒體播放軟件進(jìn)行縮放，這容易使原始影像比例改變。

　　另LED顯示屏的基本工作原理是行掃描，陸續點(diǎn)亮第一行，第二行等由上至下，將一幀圖像完整呈現，此稱(chēng)為靜態(tài)掃描?？紤]到芯片成本與對發(fā)光亮度之需求，行掃描又分為1~32行掃描，但有顯示效果差、亮度損失較大等缺點(diǎn)。其中顯示效果差包括了LED顯示屏刷新率降低(圖三)。

　　圖三、LED顯示屏刷新率不足

　　二維碼于LED顯示屏之應用限制

　　二維碼在二維碼的顯示清晰且符合標準的情況下才可以保證穏定讀取，這在電子郵件(E-mail)、因特網(wǎng)(Website)等可經(jīng)由液晶顯示屏(Liquid Crystal Display, LCD)顯示時(shí)，不會(huì )有任何問(wèn)題。而應用在如雜志印刷、產(chǎn)品外包裝盒、名片等等應用時(shí)，二維碼為因應上述應用變臟、破損等，提供了糾錯功能，最多可以糾錯約30%，以確?？煞g定讀取。

　　然而，如上述LED顯示屏行掃描基本工作原理，二維碼應用于LED顯示屏時(shí)，則容易出現以下錯誤情形，而無(wú)法讀取。

　　1. 三處定位圖案 (Position detection patterns)

　　二維碼從360?任一方向均可快速讀，其奧秘就在于二維碼中的3處定位圖案，可以說(shuō)明二維碼不受背景樣式的影響，實(shí)現快速穏定的讀取。然而在LED顯示屏效能不佳，無(wú)法實(shí)現高刷新率(室內LED顯示屏：刷新率>500Hz / 室外LED顯示屏：刷新率>1000Hz)時(shí)，三處定位圖案則無(wú)法完整呈現，因而無(wú)法有效定位(圖四)。

　　圖四、三處定位圖示

　　2. 碼元變形 (QR code whose modules are distorted)

　　當LED顯示屏效能不佳，無(wú)法實(shí)現高灰階(>14bit)，以及在無(wú)搭配視屏處理器進(jìn)行縮小或放大時(shí)，容易導致各個(gè)碼元(Code module)變形，雖然外觀(guān)上與普通的二維碼一樣，但實(shí)際上卻很難讀取，甚至有時(shí)無(wú)法讀取。(圖五)

　　圖五、碼元變形圖示

　　二維碼應用LED顯示屏實(shí)例-「傳統開(kāi)關(guān)型」

　　LED顯示屏依驅動(dòng)芯片的不同，可區分成「傳統開(kāi)關(guān)型」、「Scrambled PWM型」二種，以聚積科技芯片為例，「傳統開(kāi)關(guān)型」驅動(dòng)芯片包括JIX5020、MBI5024等，「傳統開(kāi)關(guān)型」驅動(dòng)芯片在「刷新率」、「灰階等級」及「LED燈亮度」三個(gè)效能，需進(jìn)行取舍，一般應用，為得到高LED燈亮度，所以會(huì )選擇「高LED燈亮度模式」，如此即使刷新率、灰階效能變差(室內LED顯示屏：刷率頻率<500Hz / 室外LED顯示屏：刷新率<1000Hz)。二維碼應用于「高LED燈亮度模式」下，用手機進(jìn)行掃描，會(huì )出現無(wú)法正確掃描的情況。

　　「傳統開(kāi)關(guān)型」驅動(dòng)芯片-低灰階、高刷新 (高刷新率模式下)

　　「傳統開(kāi)關(guān)型」驅動(dòng)芯片包括JIX5020、MBI5024等，「傳統開(kāi)關(guān)型」驅動(dòng)芯片在實(shí)務(wù)上，搭配控制系統，可選擇「高刷新率模式」，以1:16掃描之LED顯示屏為例，使用「傳統開(kāi)關(guān)型」技術(shù)之LED驅動(dòng)芯片播二維碼圖片(如圖六，左下方為原始圖像)。

　　現行二維碼多都都已與背景圖像進(jìn)行搭配設計，但是當使用「傳統開(kāi)關(guān)型」驅動(dòng)芯片選擇「高刷新率模式」播放之二維碼影像時(shí)，由于灰階不足，所以使用手機在進(jìn)行掃描時(shí)，

　　1. 二維碼中的3處定位圖案及編碼與其背景顏色混淆不清，使得二維碼無(wú)法被辨識率大幅降低

　　2. 因色階表示不足，拍攝出來(lái)的效果與背景圖像出現嚴重色塊，使廣告效果也大打折扣

　　圖六、「傳統開(kāi)關(guān)型」驅動(dòng)芯片-高刷新、低灰階 二維碼被辨識率大幅降低

　　「傳統開(kāi)關(guān)型」驅動(dòng)芯片-高灰階、低刷新 (高灰階模式下)

　　「傳統開(kāi)關(guān)型」驅動(dòng)芯片包括JIX5020、MBI5024等，「傳統開(kāi)關(guān)型」驅動(dòng)芯片在實(shí)務(wù)上，搭配控制系統，可選擇「高灰階模式」，以1:16掃描之LED顯示屏為例，使用「傳統開(kāi)關(guān)型」技術(shù)之LED驅動(dòng)芯片播二維碼圖片(如圖七，左下方為原始圖像)。

　　用「傳統開(kāi)關(guān)型」驅動(dòng)芯片選擇「高灰階模式」播放之二維碼，由于刷新率不足，所以使用手機在進(jìn)行掃描時(shí)，導致各個(gè)碼元(Code module)變形，而無(wú)法讀取。同樣的對廣告主而言，其廣告效果也相當的差。

　　圖七、「傳統開(kāi)關(guān)型」驅動(dòng)芯片-高灰階、低刷新 無(wú)法正確讀取二維碼

　　二維碼應用LED顯示屏實(shí)例-「Scrambled PWM型」

　　Scrambled PWM技術(shù)，改進(jìn)傳統脈波寬度調變(PWM)技術(shù)，將一個(gè)影像導通的時(shí)間分散成數個(gè)較短的導通時(shí)間，以增加整體的視覺(jué)刷新率。因此相較于「傳統開(kāi)關(guān)型」驅動(dòng)芯片，「Scrambled PWM型」能大幅提升「刷新率」 (室內LED顯示屏：刷新率>500Hz / 室外LED顯示屏：刷新率>1000Hz)、「LED燈亮度」與「灰階」，都能有效使二維碼辨識之正確率大幅提升。(圖八，左下方為原始圖像)

　　圖八、「Scrambled PWM型」驅動(dòng)芯片-高灰階、高刷新 正確讀取二維碼

　　以聚積科技「Scrambled PWM型」之驅動(dòng)芯片MBI5041、MBI5042、MBI515X系列為例(圖九)，在各種應用環(huán)境下，均能確保其「刷新率」至少大于1,000Hz，如此才能確保消費者快速且有效的用手機進(jìn)行二維碼之掃描，迎合市場(chǎng)趨勢，技術(shù)前沿。

　　圖九、聚積科技「Scrambled PWM型」驅動(dòng)芯片效能表

　　聚積科技「Scrambled PWM型」之驅動(dòng)芯片，在二維碼市場(chǎng)可創(chuàng )新如下效益：

　　1. 確保LED顯示屏之廣告，能讓消費者正確且快速的掃描二維碼。

　　2. 高灰階色彩效果，使LED顯示屏之廣告，能進(jìn)行更多彩多樣式的設計，并讓消息者拍攝到最美觀(guān)的影像，達到廣告宣傳的效果。

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