Principios de funcionamiento y comparación de ventajas y desventajas de LCD y OLED

01. Principios de funcionamiento de LCD y OLED

1.1 Principio de funcionamiento de la pantalla LCD

El diagrama de la sección transversal de una pantalla LCD es el siguiente, y consta principalmente de 7 capas de abajo a arriba: capa de retroiluminación, polarizador vertical, circuito de electrodo positivo, capa de cristal líquido, circuito de electrodo negativo, polarizador horizontal y filtro de color.

• La capa de retroiluminación inferior emite luz blanca, que atraviesa el filtro de color para convertirse en luz del color correspondiente. Nota: La retroiluminación no es una lámpara LED independiente debajo de cada píxel, sino que toda la pantalla comparte una gran capa de retroiluminación.

• Cuando se aplica voltaje al circuito del electrodo positivo , este penetra la capa de cristal líquido y se conecta al circuito del electrodo negativo para formar un bucle. Este voltaje provoca la torsión de las moléculas de cristal líquido. En este punto, la capa de cristal líquido, como un obturador, bloquea parte de la luz. Al controlar la magnitud del voltaje, podemos controlar el ángulo de torsión de las moléculas de cristal líquido, controlando así el brillo de los subpíxeles rojo, verde y azul. Modificar la relación de brillo permite mezclar cualquier color deseado.

1.2. Principio de funcionamiento de OLED

OLED significa Diodo Orgánico Emisor de Luz . Al igual que las pantallas LED, también tiene tres subpíxeles. La diferencia radica en que carece de una capa de cristal líquido y una capa de retroiluminación; es un diodo autoemisor especialmente diseñado. Al controlar el voltaje y, por lo tanto, la corriente que fluye a través del diodo para modificar su brillo, se puede controlar la proporción de color de cada subpíxel, logrando así la mezcla de colores deseada.

• La tecnología OLED no tiene retroiluminación. Cada píxel se puede controlar de forma independiente para encenderlo o apagarlo. Por lo tanto, a diferencia de las pantallas LCD, que deben iluminar toda la retroiluminación al encenderse, en una pantalla OLED, cada píxel funciona como una lámpara con control independiente. Esto habilita funciones como la pantalla siempre activa (AOD) , donde una parte de los píxeles se puede iluminar con bajo brillo y frecuencia de actualización para mostrar la hora, notificaciones y otra información importante cuando el teléfono está bloqueado.

02. Comparación de ventajas y desventajas de LCD y OLED

2.1. OLED tiene menor consumo de energía

• Una pantalla LCD, una vez encendida, ilumina toda la luz de fondo y consume energía continuamente.

• Una pantalla OLED solo consume más energía que una LCD al mostrar una imagen completamente blanca. Sin embargo, el brillo y el estado de encendido/apagado de cada píxel OLED se pueden controlar de forma independiente, lo que permite una reducción diferencial del brillo o incluso apagar los píxeles. Por lo tanto, a menos que la pantalla permanezca en blanco durante mucho tiempo, la OLED generalmente ofrece una mayor duración de la batería.

2.2. OLED tiene una relación de contraste más alta

• La relación de contraste se refiere a la relación de brillo entre el blanco más brillante y el negro más oscuro. Una relación más alta significa colores más vibrantes y saturados.

• Para que una pantalla LCD muestre negro puro, idealmente, las moléculas de cristal líquido se cerrarían por completo para bloquear la retroiluminación emitida. Sin embargo, no pueden lograr un cierre completo. Al mostrar negro, se filtra una pequeña cantidad de luz blanca, por lo que lo que se ve no es negro puro, sino un gris significativamente atenuado. Esta característica impide que las pantallas LCD muestren un negro puro y auténtico.

• La pantalla OLED no tiene retroiluminación y cada píxel se controla de forma independiente. Para mostrar el negro, se puede cortar por completo la alimentación de esos píxeles, lo que resulta en la ausencia de emisión de luz y un negro puro y auténtico. Por lo tanto, las pantallas OLED tienen una mayor relación de contraste.

2.3. OLED tiene un tiempo de respuesta más rápido, lo que resulta ventajoso para la visualización dinámica.

• Al mostrar contenido dinámico, cada píxel necesita cambiar de color rápidamente. El tiempo necesario para este cambio es el tiempo de respuesta de la pantalla. Si el tiempo de respuesta es demasiado largo, los píxeles no pueden cambiar de color a tiempo, lo que provoca imágenes residuales, ya que el fotograma anterior no desaparece por completo antes de que aparezca el siguiente.

• Las pantallas LCD cambian de color controlando la torsión de las moléculas de cristal líquido. La velocidad de esta torsión determina directamente el tiempo de respuesta de gris a gris (GtG) de la pantalla. Esta velocidad de torsión depende de la temperatura y disminuye a temperaturas más bajas, lo que provoca un efecto fantasma notable en las pantallas LCD en entornos fríos.

• Las pantallas OLED carecen de una capa de cristal líquido y, por lo tanto, no están limitadas por ella. Si bien los OLED tienen un tiempo de respuesta, este es muy corto para las transiciones de color a color, y prácticamente no presentan imágenes fantasma. La transición entre el negro puro y el blanco puro tarda un poco más, pero sigue siendo generalmente más corta que la de la mayoría de las pantallas LCD. Por lo tanto, los OLED tienen una ventaja inherente al mostrar contenido dinámico.

2.4. OLED puede ser más delgado y es plegable

• Las pantallas OLED, al carecer de retroiluminación y capas de cristal líquido, son mucho más fáciles de adelgazar y se pueden doblar considerablemente, como el papel. Esta flexibilidad facilita la implementación de pantallas curvas, lo que mejora significativamente la calidad percibida de los dispositivos.

• Las pantallas LCD, además de contar con retroiluminación y capas de cristal líquido, también contienen polarizadores, lo que las hace mucho más gruesas. Estas capas utilizan sustratos rígidos, lo que permite una flexión muy leve, característica habitual solo en paneles grandes como los monitores de escritorio.

2.5. La tecnología OLED tiene una vida útil más corta

• En las pantallas LCD, la capa de retroiluminación emite luz. La capa de cristal líquido solo controla el bloqueo de la luz, y el filtro solo cambia el color de la luz; ninguna de las dos emite luz. Se aplica voltaje a la capa de cristal líquido no emisora.

• En los OLED, se aplica voltaje directamente a los diodos autoemisores, lo que provoca una frecuente migración de electrones dentro de la capa emisiva del OLED. Esto, combinado con el hecho de que la propia capa emisiva está hecha de materiales orgánicos (que envejecen con mayor facilidad que los materiales inorgánicos) y la propiedad de autoemisión, resulta directamente en una vida útil de la pantalla significativamente más corta para los OLED en comparación con los LCD.

2.6. La pantalla LCD sufre de sangrado de luz

• Debido a la presencia de la capa de retroiluminación en las pantallas LCD y a que el panel de la pantalla debe ensamblarse en un dispositivo, la luz de la retroiluminación puede filtrarse fácilmente por las uniones entre la pantalla y el marco del dispositivo. Al mostrar una imagen completamente negra, pueden aparecer grandes halos de luz en los bordes, conocidos como "filtración de luz".

2.7. La tecnología OLED es propensa al quemado

• En las pantallas LCD, la retroiluminación es una unidad única y todos los píxeles envejecen de manera uniforme.

En los OLED, cada píxel emite luz de forma independiente, lo que significa que las distintas áreas de la pantalla envejecen a un ritmo distinto según el uso. Por ejemplo, si el área A se muestra constantemente en azul, los subpíxeles azules de esa área se degradarán más rápido. Posteriormente, al mostrar un color uniforme, el azul de esa área será ligeramente más tenue, lo que provocará una imagen persistente, como si la imagen se hubiera "quemado" en la pantalla. Este fenómeno se denomina "burn-in" (no se trata de un quemado físico, sino de un envejecimiento desigual de los píxeles que provoca diferencias de color).

2.8. Tanto las pantallas LCD como las OLED pueden causar fatiga visual, pero de forma diferente

• El brillo de la pantalla debe ser controlable para adaptarse a la luz ambiental. Se utilizan dos métodos principales: PWM (Modulación por Ancho de Pulso) y atenuación por corriente continua (CC) .

• La atenuación de CC es sencilla: controla directamente el voltaje para modificar el brillo. Un voltaje más alto equivale a una luz más brillante. Como la fuente de luz permanece encendida constantemente, no causa fatiga visual por parpadeo.

• La atenuación PWM ajusta el brillo variando el ciclo de trabajo (tiempo de encendido/apagado) de la luz. Un ciclo de trabajo más largo implica una luz más brillante. Controla el brillo encendiendo y apagando la luz, lo que genera parpadeo. Una desventaja es la posible fatiga visual; las frecuencias de parpadeo más altas son menos perceptibles.

• Debido a sus características inherentes, si una pantalla OLED utiliza atenuación de CC con niveles de brillo muy bajos, el voltaje excesivamente bajo provoca un efecto de pantalla irregular y turbio, lo que afecta significativamente la calidad de la imagen. Por lo tanto, las pantallas OLED no pueden utilizar eficazmente la atenuación de CC y dependen principalmente de...PWM .

• Además, debido a que los materiales orgánicos de los OLED son propensos al envejecimiento, no pueden utilizar PWM de alta frecuencia (que es menos perceptible) y suelen limitarse a una atenuación PWM de baja frecuencia (normalmente hasta unos 250 Hz). Algunas personas con sensibilidad visual pueden percibir este parpadeo, lo que aumenta la probabilidad de que cause fatiga visual.

• La parte de la luz emitida por las pantallas más dañina para los ojos es la luz azul de alta energía, en el rango de longitud de onda de 420-440 nm , que puede causar daños irreversibles a la retina. La retroiluminación tradicional de las pantallas LCD utiliza varias lámparas LED brillantes con placas guía de luz. Una parte significativa de la luz azul de alta energía emitida por estos LED se encuentra en este rango.

• En resumen: las pantallas LCD emiten una luz azul intensa , que es perjudicial, y las OLED utilizan atenuación PWM , que también es perjudicial. Algunas pantallas de gama baja incluso utilizan atenuación PWM para reducir costes. No está claro cuál es más perjudicial.