مبادئ العمل ومقارنة بين مزايا وعيوب شاشات LCD و OLED

1. مبادئ عمل شاشات LCD و OLED

1.1. مبدأ عمل شاشة LCD

الرسم التخطيطي المقطعي لشاشة LCD هو كما يلي، ويتكون بشكل أساسي من 7 طبقات من الأسفل إلى الأعلى: طبقة الإضاءة الخلفية، والمستقطب العمودي، ودائرة القطب الموجب، وطبقة الكريستال السائل، ودائرة القطب السالب، والمستقطب الأفقي، ومرشح الألوان.

• تُصدر طبقة الإضاءة الخلفية السفلية ضوءًا أبيض، يمر عبر مرشح الألوان ليصبح ضوءًا باللون المقابل. ملاحظة: الإضاءة الخلفية ليست مصباح LED مستقلًا أسفل كل بكسل؛ بل تشترك الشاشة بأكملها في طبقة إضاءة خلفية واحدة كبيرة.

• عند تطبيق جهد كهربائي على دائرة القطب الموجب ، يخترق طبقة البلورات السائلة ، ويتصل بدائرة القطب السالبة ليشكل حلقة. يدفع هذا الجهد جزيئات البلورات السائلة إلى الالتفاف. عند هذه النقطة، تعمل طبقة البلورات السائلة، كالمصراع، على حجب جزء من الضوء. من خلال التحكم في مقدار الجهد، يمكننا التحكم في زاوية التفاف جزيئات البلورات السائلة، وبالتالي التحكم في سطوع البكسلات الفرعية الحمراء والخضراء والزرقاء. يسمح تغيير نسبة السطوع بمزج أي لون مرغوب.

1.2. مبدأ عمل شاشة OLED

OLED اختصار لـ Organic Light-Emitting Diode (الصمام الثنائي العضوي الباعث للضوء) . ومثل شاشات LED، يحتوي على ثلاثة بكسلات فرعية. ويكمن الاختلاف في أنه يفتقر إلى طبقة الكريستال السائل وطبقة الإضاءة الخلفية؛ فهو عبارة عن صمام ثنائي باعث للضوء مصمم خصيصًا. ومن خلال التحكم في الجهد، وبالتالي التيار المار عبر الصمام الثنائي لتغيير سطوعه، يمكن التحكم في نسبة الألوان لكل بكسل فرعي، مما يؤدي في النهاية إلى مزج اللون المطلوب.

• لا تحتوي شاشات OLED على طبقة إضاءة خلفية. يمكن التحكم في كل بكسل على حدة لتشغيله أو إيقافه. لذلك، على عكس شاشات LCD التي تتطلب إضاءة طبقة الإضاءة الخلفية بالكامل عند تشغيلها، في شاشة OLED، يُمكن اعتبار كل بكسل بمثابة مصباح يتم التحكم فيه بشكل مستقل. وهذا يُتيح ميزات مثل شاشة العرض الدائم (AOD) ، حيث يُمكن إضاءة جزء من البكسلات بسطوع ومعدل تحديث منخفضين لعرض الوقت والإشعارات وغيرها من المعلومات المهمة عندما يكون الهاتف مُقفلًا.

02. مقارنة بين مزايا وعيوب شاشات LCD و OLED

2.1. تتميز شاشات OLED باستهلاك أقل للطاقة

• بمجرد تشغيل شاشة LCD، تضيء الإضاءة الخلفية بالكامل وتستهلك الطاقة باستمرار.

• تستهلك شاشة OLED طاقةً أكبر من شاشة LCD فقط عند عرض صورة بيضاء نقية. مع ذلك، يمكن التحكم بسطوع كل بكسل في شاشة OLED وحالته (تشغيل/إيقاف) بشكل مستقل، مما يسمح بتقليل السطوع بشكل متفاوت أو حتى إيقاف تشغيل البكسلات. لذا، ما لم تستخدم شاشة بيضاء لفترة طويلة، توفر شاشات OLED عمومًا عمر بطارية أطول.

2.2. تتميز شاشات OLED بنسبة تباين أعلى

• نسبة التباين هي نسبة السطوع بين أشد درجات اللون الأبيض سطوعاً وأشد درجات اللون الأسود قتامة. كلما زادت هذه النسبة، زادت حيوية الألوان وتشبعها.

• لكي تعرض شاشة LCD اللون الأسود النقي، من الناحية المثالية، يجب أن تنغلق جزيئات الكريستال السائل تمامًا لحجب جميع الإضاءة الخلفية المنبعثة. إلا أنها لا تستطيع تحقيق هذا الإغلاق الكامل. فعند عرض اللون الأسود، يتسرب قدر ضئيل من الضوء الأبيض، لذا لا يُرى اللون الأسود النقي بل لون رمادي باهت بشكل ملحوظ. هذه الخاصية تمنع شاشات LCD من عرض اللون الأسود النقي الحقيقي.

• لا تحتوي شاشات OLED على إضاءة خلفية، ويتم التحكم بكل بكسل على حدة. لعرض اللون الأسود، يمكن قطع الطاقة عن تلك البكسلات تمامًا، مما يؤدي إلى انعدام انبعاث الضوء والحصول على لون أسود نقي وحقيقي. وبالتالي، تتميز شاشات OLED بنسبة تباين أعلى.

2.3. تتميز شاشات OLED بزمن استجابة أسرع، مما يجعلها مفيدة للعرض الديناميكي.

• عند عرض محتوى ديناميكي، يحتاج كل بكسل إلى تغيير لونه بسرعة. يُعرف الوقت اللازم لهذا التغيير بزمن استجابة الشاشة. إذا كان زمن الاستجابة طويلاً جدًا، فلن تتمكن البكسلات من تغيير لونها في الوقت المناسب، مما يؤدي إلى ظهور صور لاحقة لأن الإطار السابق لم يختفِ تمامًا قبل ظهور الإطار التالي.

• تُغيّر شاشات الكريستال السائل (LCD) ألوانها عن طريق التحكم في دوران جزيئات الكريستال السائل. وتُحدد سرعة هذا الدوران مباشرةً زمن استجابة الشاشة من الرمادي إلى الرمادي (GtG). وتعتمد سرعة الدوران هذه على درجة الحرارة، حيث تتباطأ عند درجات الحرارة المنخفضة، مما يؤدي إلى ظهور ظلال ملحوظة على شاشات LCD في البيئات الباردة.

• تفتقر شاشات OLED إلى طبقة الكريستال السائل، وبالتالي فهي غير مقيدة بها. ورغم أن شاشات OLED لها زمن استجابة، إلا أنه قصير جدًا عند الانتقال بين الألوان، ما يقلل من ظهور الظلال. يستغرق الانتقال بين اللون الأسود والأبيض النقي وقتًا أطول قليلًا، ولكنه يبقى أقصر عمومًا من معظم شاشات LCD. لذلك، تتمتع شاشات OLED بميزة جوهرية في عرض المحتوى الديناميكي.

2.4. يمكن أن تكون شاشات OLED أرق وقابلة للطي

• تتميز شاشات OLED، التي تفتقر إلى طبقات الإضاءة الخلفية والبلورات السائلة، بسهولة تصنيعها رقيقةً للغاية، كما يمكن ثنيها بشكل كبير، تمامًا كالورق. وتتيح هذه المرونة إمكانية تصميم شاشات منحنية بسهولة، مما يُحسّن بشكل ملحوظ من جودة الأجهزة.

• تحتوي شاشات LCD، بالإضافة إلى طبقات الإضاءة الخلفية والبلورات السائلة، على مستقطبات، مما يجعلها أكثر سمكًا. وتستخدم طبقات الإضاءة الخلفية والبلورات السائلة ركائز صلبة، مما يسمح بانحناء طفيف جدًا، وهو ما يُلاحظ عادةً في الشاشات الكبيرة مثل شاشات سطح المكتب.

2.5. عمر شاشات OLED أقصر

• في شاشات الكريستال السائل، تُصدر طبقة الإضاءة الخلفية الضوء. أما طبقة الكريستال السائل فتتحكم فقط في حجب الضوء، بينما يُغير المرشح لون الضوء فقط؛ ولا تُصدر أي منهما ضوءًا. ويتم تطبيق جهد كهربائي على طبقة الكريستال السائل غير المُصدرة للضوء.

• في شاشات OLED، يُطبَّق الجهد الكهربائي مباشرةً على الثنائيات ذاتية الانبعاث، مما يُسبب انتقالًا متكررًا للإلكترونات داخل الطبقة الباعثة للضوء. وبالنظر إلى أن هذه الطبقة مصنوعة من مواد عضوية (تتأثر بالعوامل الجوية أسرع من المواد غير العضوية)، بالإضافة إلى خاصية الانبعاث الذاتي، فإن هذا يؤدي مباشرةً إلى عمر افتراضي أقصر بكثير لشاشات OLED مقارنةً بشاشات LCD.

2.6. شاشة LCD تعاني من تسرب الضوء

• بسبب وجود طبقة الإضاءة الخلفية في شاشات LCD، وضرورة تجميع لوحة الشاشة في الجهاز، قد يتسرب الضوء من الإضاءة الخلفية بسهولة عند الفواصل بين الشاشة وإطار الجهاز. عند عرض صورة سوداء تمامًا، قد تظهر هالات ضوئية كبيرة على الحواف، وهو ما يُعرف بـ"تسرب الضوء".

2.7. شاشات OLED عرضة لظاهرة "الاحتراق"

• في شاشات الكريستال السائل (LCD)، تكون الإضاءة الخلفية وحدة واحدة، وتتعرض جميع وحدات البكسل للتقادم بشكل موحد.

في شاشات OLED، ينبعث الضوء من كل بكسل بشكل مستقل، مما يعني أن مناطق الشاشة المختلفة تتلف بمعدلات متفاوتة تبعًا للاستخدام. على سبيل المثال، إذا كانت المنطقة (أ) تعرض اللون الأزرق باستمرار، فإن البكسلات الفرعية الزرقاء فيها ستتلف بشكل أسرع. لاحقًا، عند عرض لون موحد، سيصبح اللون الأزرق في تلك المنطقة أضعف قليلًا، مما يتسبب في ظهور صورة لاحقة مستمرة، كما لو أن الصورة "محفورة" في الشاشة. تُسمى هذه الظاهرة "الاحتراق الداخلي" (ليس احتراقًا ماديًا، بل هو تدهور غير متساوٍ في البكسلات يؤدي إلى اختلاف في اللون).

2.8. يمكن أن تسبب كل من شاشات LCD و OLED إجهاد العين، ولكن بطرق مختلفة

• يجب أن يكون سطوع الشاشة قابلاً للتحكم ليتناسب مع الإضاءة المحيطة. تُستخدم طريقتان أساسيتان: تعديل عرض النبضة (PWM) وتعتيم التيار المستمر (DC) .

• تقنية التعتيم بالتيار المستمر بسيطة: فهي تتحكم مباشرةً في الجهد لتغيير السطوع. كلما زاد الجهد، زاد سطوع الضوء. ولأن مصدر الضوء يبقى مضاءً باستمرار، فإنه لا يسبب إجهاد العين الناتج عن الوميض.

• تُعدّل تقنية التعتيم بتقنية تعديل عرض النبضة (PWM) سطوع الإضاءة عن طريق تغيير نسبة التشغيل/الإيقاف. فكلما زادت نسبة التشغيل، زادت سطوع الإضاءة. وتتحكم هذه التقنية في السطوع من خلال تشغيل الإضاءة وإيقافها، مما يُحدث وميضًا. ومن عيوبها احتمال إجهاد العين، حيث تكون ترددات الوميض العالية أقل وضوحًا.

• بسبب خصائصها المتأصلة، إذا استخدمت شاشة OLED تقنية التعتيم بالتيار المستمر عند مستويات سطوع منخفضة للغاية، فإن الجهد المنخفض للغاية يتسبب في تأثير غير متساوٍ و"ضبابية" على الشاشة، مما يؤثر بشكل كبير على جودة الصورة. لذلك، لا يمكن لشاشات OLED استخدام تقنية التعتيم بالتيار المستمر بشكل فعال، وتعتمد بشكل أساسي علىPWM .

• علاوة على ذلك، ولأن المواد العضوية في شاشات OLED عرضة للتقادم، فإنها لا تدعم تقنية تعديل عرض النبضة عالية التردد (الأقل وضوحًا)، وغالبًا ما تقتصر على تقنية التعتيم منخفضة التردد (عادةً حتى 250 هرتز تقريبًا). وقد يلاحظ بعض الأشخاص ذوي الحساسية البصرية هذا الوميض، مما يزيد من احتمالية إجهاد العين.

• يُعدّ الضوء الأزرق عالي الطاقة، الذي يتراوح طول موجته بين 420 و440 نانومتر ، الجزء الأكثر ضرراً بالعينين من الضوء المنبعث من الشاشة، إذ يُمكن أن يُسبب تلفاً دائماً للشبكية. تستخدم الإضاءة الخلفية التقليدية لشاشات LCD عدة مصابيح LED ساطعة مزودة بألواح توجيه الضوء. ويقع جزء كبير من الضوء الأزرق عالي الطاقة المنبعث من هذه المصابيح ضمن هذا النطاق.

• باختصار: شاشات LCD تُصدر ضوءًا أزرق قويًا ضارًا، وشاشات OLED تستخدم تقنية PWM لتعتيم الشاشة ، وهي أيضًا ضارة. حتى أن بعض الشاشات منخفضة الجودة تستخدم تقنية PWM في شاشات LCD لخفض التكاليف. ولا يزال من غير الواضح أيّهما أكثر ضررًا.