Principi di funzionamento e confronto pro/contro di LCD e OLED

01. Principi di funzionamento di LCD e OLED

1.1. Principio di funzionamento dell'LCD

Lo schema trasversale di un LCD è il seguente, costituito principalmente da 7 strati dal basso verso l'alto: strato di retroilluminazione, polarizzatore verticale, circuito dell'elettrodo positivo, strato di cristalli liquidi, circuito dell'elettrodo negativo, polarizzatore orizzontale e filtro colore.

• Lo strato di retroilluminazione più in basso emette luce bianca, che passa attraverso il filtro colorato per trasformarsi in luce del colore corrispondente. Nota: la retroilluminazione non è una lampada LED indipendente sotto ogni pixel; piuttosto, l'intero schermo condivide un unico grande strato di retroilluminazione.

• Quando la tensione viene applicata al circuito dell'elettrodo positivo , questa penetra nello strato di cristalli liquidi e si collega al circuito dell'elettrodo negativo per formare un anello. Questa tensione provoca la torsione delle molecole di cristalli liquidi. A questo punto, lo strato di cristalli liquidi, come un otturatore, blocca parte della luce. Controllando l'intensità della tensione, possiamo controllare l'angolo di torsione delle molecole di cristalli liquidi, controllando così la luminosità dei sub-pixel rosso, verde e blu. Modificando il rapporto di luminosità è possibile miscelare qualsiasi colore desiderato.

1.2. Principio di funzionamento dell'OLED

OLED è l'acronimo di Organic Light-Emitting Diode (diodo organico a emissione di luce) . Come gli schermi a LED, anche questo ha tre sub-pixel. La differenza è che non ha uno strato di cristalli liquidi e uno strato di retroilluminazione; è esso stesso un diodo auto-emissivo appositamente progettato. Controllando la tensione, e quindi la corrente che scorre attraverso il diodo per modificarne la luminosità, è possibile controllare il rapporto di colore di ciascun sub-pixel, ottenendo così il colore desiderato.

• Gli OLED non hanno uno strato di retroilluminazione. Ogni pixel può essere controllato in modo indipendente per accensione/spegnimento. Pertanto, a differenza degli schermi LCD che devono illuminare l'intero strato di retroilluminazione quando accesi, in uno schermo OLED, ogni pixel può essere considerato come una lampada controllata in modo indipendente. Questo consente funzionalità come l'Always-On Display (AOD) , in cui una parte dei pixel può essere illuminata a bassa luminosità e bassa frequenza di aggiornamento per mostrare l'ora, le notifiche e altre informazioni importanti quando il telefono è bloccato.

02. Confronto tra pro e contro di LCD e OLED

2.1. L'OLED ha un consumo energetico inferiore

• Uno schermo LCD, una volta acceso, attiva l'intera retroilluminazione e consuma energia in modo continuo.

• Uno schermo OLED consuma più energia di un LCD solo quando visualizza un'immagine in bianco puro. Tuttavia, la luminosità e lo stato di accensione/spegnimento di ciascun pixel OLED possono essere controllati in modo indipendente, consentendo una riduzione differenziale della luminosità o persino lo spegnimento dei pixel. Pertanto, a meno che non si rimanga a lungo su uno schermo bianco, gli OLED offrono generalmente una maggiore durata della batteria.

2.2. L'OLED ha un rapporto di contrasto più elevato

• Il rapporto di contrasto si riferisce al rapporto di luminosità tra il bianco più luminoso e il nero più scuro. Un rapporto più alto significa colori più vivaci e saturi.

• Affinché un LCD possa visualizzare un nero puro, idealmente, le molecole dei cristalli liquidi dovrebbero chiudersi completamente per bloccare tutta la retroilluminazione emessa. Tuttavia, non è possibile ottenere una chiusura completa. Quando si visualizza il nero, una piccola quantità di luce bianca filtra, quindi ciò che si vede non è un nero puro, ma un grigio significativamente attenuato. Questa caratteristica impedisce agli LCD di visualizzare un nero puro e autentico.

• Gli schermi OLED non hanno retroilluminazione e ogni pixel è controllato in modo indipendente. Per visualizzare il nero, l'alimentazione di questi pixel può essere completamente interrotta, eliminando l'emissione di luce e ottenendo un nero puro e autentico. Pertanto, gli schermi OLED hanno un rapporto di contrasto più elevato.

2.3. L'OLED ha un tempo di risposta più rapido, vantaggioso per la visualizzazione dinamica

• Quando si visualizzano contenuti dinamici, ogni pixel deve cambiare colore rapidamente. Il tempo necessario per questo cambio è il tempo di risposta dello schermo. Se il tempo di risposta è troppo lungo, i pixel non riescono a cambiare colore in tempo, causando immagini residue, poiché il fotogramma precedente non è ancora completamente scomparso prima che appaia quello successivo.

• Gli LCD cambiano colore controllando la torsione delle molecole dei cristalli liquidi. La velocità di questa torsione determina direttamente il tempo di risposta grigio-grigio (GtG) dell'LCD. Questa velocità di torsione dipende dalla temperatura, rallentando a temperature più basse e causando un evidente ghosting sugli schermi LCD in ambienti freddi.

• Gli schermi OLED non hanno uno strato di cristalli liquidi e quindi non ne sono limitati. Sebbene gli OLED abbiano un tempo di risposta, è molto breve per le transizioni colore-colore, con un effetto ghosting praticamente assente. Il passaggio dal nero puro al bianco puro richiede un po' più di tempo, ma è comunque generalmente più rapido rispetto alla maggior parte degli LCD. Pertanto, gli OLED hanno un vantaggio intrinseco nella visualizzazione di contenuti dinamici.

2.4. L'OLED può essere più sottile ed è pieghevole

• Gli schermi OLED, privi di retroilluminazione e strati di cristalli liquidi, sono molto più facili da realizzare sottili e possono essere piegati in modo significativo, come la carta. Questa flessibilità consente di realizzare facilmente schermi curvi, migliorando significativamente la qualità percepita dei dispositivi.

• Gli schermi LCD, oltre ad avere strati di retroilluminazione e cristalli liquidi, contengono anche polarizzatori, che li rendono molto più spessi. Gli strati di retroilluminazione e cristalli liquidi utilizzano substrati rigidi, consentendo solo una flessione molto leggera, tipica di pannelli di grandi dimensioni come i monitor da tavolo.

2.5. L'OLED ha una durata di vita più breve

• Negli LCD, lo strato di retroilluminazione emette luce. Lo strato di cristalli liquidi controlla solo il blocco della luce e il filtro cambia solo il colore della luce; nessuno dei due emette luce. La tensione viene applicata allo strato di cristalli liquidi non emissivo.

• Negli OLED, la tensione viene applicata direttamente ai diodi autoemissivi, causando una frequente migrazione di elettroni all'interno dello strato emissivo dell'OLED. Questo, unito al fatto che lo strato emissivo stesso è costituito da materiali organici (che invecchiano più facilmente rispetto ai materiali inorganici) e alla proprietà di autoemissione, si traduce direttamente in una durata di vita dello schermo significativamente inferiore per gli OLED rispetto agli LCD.

2.6. Il display LCD soffre di sbavature di luce

• A causa della presenza dello strato di retroilluminazione negli schermi LCD e del fatto che il pannello dello schermo deve essere assemblato in un dispositivo, la luce della retroilluminazione può facilmente fuoriuscire dalle giunture tra lo schermo e la cornice del dispositivo. Quando si visualizza un'immagine completamente nera, possono comparire grandi aloni di luce ai bordi, noti come "light bleed".

2.7. L'OLED è soggetto a "burn-in"

• Negli LCD, la retroilluminazione è un'unità singola e tutti i pixel invecchiano in modo uniforme.

Negli OLED, ogni pixel emette luce in modo indipendente, il che significa che diverse aree dello schermo invecchiano a velocità diverse a seconda dell'utilizzo. Ad esempio, se l'area A visualizza costantemente il blu, i subpixel blu presenti si degraderanno più rapidamente. Successivamente, quando viene visualizzato un colore uniforme, il blu di quell'area sarà leggermente più debole, causando un'immagine residua persistente, come se l'immagine fosse "impresso" sullo schermo. Questo fenomeno è chiamato "burn-in" (non bruciatura fisica, ma invecchiamento irregolare dei pixel che porta a differenze di colore).

2.8. Sia LCD che OLED possono causare affaticamento degli occhi, ma in modo diverso

• La luminosità dello schermo deve essere regolabile in base alla luce ambientale. Vengono utilizzati due metodi principali: PWM (modulazione di larghezza di impulso) e dimmeraggio in corrente continua (DC) .

• La regolazione della luminosità in corrente continua (DC Dimming) è semplice: controlla direttamente la tensione per modificare la luminosità. Una tensione più alta equivale a una luce più intensa. Poiché la sorgente luminosa rimane costantemente accesa, non causa affaticamento degli occhi dovuto allo sfarfallio.

• Il dimmer PWM regola la luminosità variando il duty cycle (rapporto tra tempo di accensione e spegnimento) della luce. Un duty cycle più ampio significa una luce più intensa. Il controllo della luminosità avviene accendendo e spegnendo la luce, creando uno sfarfallio. Uno svantaggio è il potenziale affaticamento degli occhi; frequenze di sfarfallio più elevate sono meno evidenti.

• A causa delle sue caratteristiche intrinseche, se uno schermo OLED utilizza la dimmerazione DC a livelli di luminosità molto bassi, la tensione eccessivamente bassa provoca un effetto schermo irregolare e "fangoso", con un impatto significativo sulla qualità dell'immagine. Pertanto, gli schermi OLED non possono utilizzare efficacemente la dimmerazione DC e si basano principalmente suPWM .

• Inoltre, poiché i materiali organici degli OLED sono soggetti a invecchiamento, non possono utilizzare PWM ad alta frequenza (che è meno percettibile) e sono spesso limitati alla regolazione PWM a bassa frequenza (in genere fino a circa 250 Hz). Alcune persone visivamente sensibili possono percepire questo sfarfallio, aumentando la probabilità di affaticamento visivo.

• La parte di luce emessa dallo schermo più dannosa per gli occhi è la luce blu ad alta energia nell'intervallo di lunghezza d'onda 420-440 nm , che può causare danni irreversibili alla retina. Le tradizionali retroilluminazioni degli schermi LCD utilizzano diverse lampade LED ad alta luminosità con piastre guida luce. Una parte significativa della luce blu ad alta energia emessa da questi LED rientra in questo intervallo.

• In sintesi: gli LCD emettono una forte luce blu , che è dannosa, e gli OLED utilizzano la regolazione PWM, anch'essa dannosa. Alcuni schermi di fascia bassa utilizzano addirittura la regolazione PWM sugli LCD per ridurre i costi. Non è ancora chiaro quale sia il più dannoso.