Zasady działania i porównanie zalet/wad wyświetlaczy LCD i OLED

01. Zasada działania wyświetlaczy LCD i OLED

1.1. Zasada działania wyświetlacza LCD

Poniżej przedstawiono schemat przekroju poprzecznego wyświetlacza LCD. Składa się on głównie z 7 warstw, od dołu do góry: warstwa podświetlenia, polaryzator pionowy, obwód elektrody dodatniej, warstwa ciekłokrystaliczna, obwód elektrody ujemnej, polaryzator poziomy i filtr kolorów.

• Najniższa warstwa podświetlenia emituje białe światło, które przechodzi przez kolorowy filtr kolorów , stając się światłem o odpowiednim kolorze. Uwaga: podświetlenie nie jest niezależną lampą LED pod każdym pikselem, lecz całym ekranem, który współdzieli jedną, dużą warstwę podświetlenia.

• Po przyłożeniu napięcia do obwodu elektrody dodatniej , przenika ono przez warstwę ciekłego kryształu i łączy się z obwodem elektrody ujemnej , tworząc pętlę. To napięcie powoduje skręcanie cząsteczek ciekłego kryształu. W tym momencie warstwa ciekłego kryształu, niczym przesłona, blokuje część światła. Kontrolując wartość napięcia, możemy kontrolować kąt skręcenia cząsteczek ciekłego kryształu, a tym samym kontrolować jasność czerwonych, zielonych i niebieskich subpikseli. Zmiana współczynnika jasności pozwala na mieszanie dowolnych kolorów.

1.2. Zasada działania OLED

OLED to skrót od Organic Light-Emitting Diode (organiczna dioda elektroluminescencyjna) . Podobnie jak ekrany LED, OLED również posiada trzy subpiksele. Różnica polega na tym, że nie posiada warstwy ciekłokrystalicznej ani warstwy podświetlenia; sam w sobie jest specjalnie zaprojektowaną diodą samoemisyjną. Kontrolując napięcie, a tym samym prąd płynący przez diodę, aby zmienić jej jasność, można kontrolować stosunek kolorów każdego subpiksela, ostatecznie mieszając pożądany kolor.

• OLED nie posiada warstwy podświetlenia. Każdy piksel można niezależnie włączać i wyłączać. Dlatego, w przeciwieństwie do ekranów LCD, które po włączeniu muszą świecić całą warstwą podświetlenia, w ekranie OLED każdy piksel można traktować jako niezależnie sterowaną lampę. Umożliwia to korzystanie z funkcji takich jak Always-On Display (AOD) , gdzie część pikseli może świecić z niską jasnością i częstotliwością odświeżania, aby wyświetlać godzinę, powiadomienia i inne ważne informacje, gdy telefon jest zablokowany.

02. Porównanie zalet i wad wyświetlaczy LCD i OLED

2.1. OLED ma niższe zużycie energii

• Ekran LCD po włączeniu włącza się całkowicie, a podświetlenie zaczyna działać nieprzerwanie.

• Ekran OLED zużywa więcej energii niż LCD tylko podczas wyświetlania czystego białego obrazu. Jednak jasność i stan włączenia/wyłączenia każdego piksela OLED można regulować niezależnie, co pozwala na różnicową redukcję jasności, a nawet wyłączanie pikseli. Dlatego, o ile nie korzystasz z białego ekranu przez długi czas, OLED zazwyczaj zapewnia dłuższy czas pracy na baterii.

2.2. OLED ma wyższy współczynnik kontrastu

• Współczynnik kontrastu odnosi się do stosunku jasności między najjaśniejszą bielą a najciemniejszą czernią. Wyższy współczynnik oznacza bardziej żywe i nasycone kolory.

• Aby wyświetlacz LCD wyświetlał czystą czerń, idealnie byłoby, gdyby cząsteczki ciekłokrystaliczne zamknęły się całkowicie, blokując całe emitowane podświetlenie. Nie jest to jednak możliwe. Podczas wyświetlania czerni, niewielka ilość białego światła przedostaje się przez nią, więc widoczny obraz nie jest czystą czernią, lecz znacznie przyciemnioną szarością. Ta cecha uniemożliwia wyświetlaczom LCD wyświetlanie prawdziwej, czystej czerni.

• OLED nie posiada podświetlenia, a każdy piksel jest sterowany niezależnie. Aby wyświetlić czerń, można całkowicie odciąć zasilanie tych pikseli, co skutkuje brakiem emisji światła i uzyskaniem prawdziwej, czystej czerni. Dzięki temu ekrany OLED charakteryzują się wyższym współczynnikiem kontrastu.

2.3. OLED ma szybszy czas reakcji, co jest korzystne w przypadku dynamicznego wyświetlania

• Podczas wyświetlania treści dynamicznych, każdy piksel musi szybko zmieniać kolor. Czas potrzebny na to przełączenie to czas reakcji ekranu. Jeśli czas reakcji jest zbyt długi, piksele nie mogą zmieniać koloru na czas, co powoduje powstawanie powidoków, ponieważ poprzednia klatka nie zniknie całkowicie przed pojawieniem się kolejnej.

• Ekrany LCD zmieniają kolory, kontrolując skręt cząsteczek ciekłokrystalicznych. Prędkość tego skrętu bezpośrednio determinuje czas reakcji szarości do szarości (GtG) ekranu LCD. Prędkość skrętu zależy od temperatury i spada w niższych temperaturach, co prowadzi do zauważalnego efektu smużenia na ekranach LCD w niskich temperaturach.

• Ekrany OLED nie posiadają warstwy ciekłokrystalicznej i nie są nią ograniczone. Chociaż OLED-y mają czas reakcji, jest on bardzo krótki w przypadku przejść między kolorami, co praktycznie eliminuje efekt smużenia. Przełączanie między czystą czernią a czystą bielą trwa nieco dłużej, ale nadal jest generalnie krótsze niż w przypadku większości wyświetlaczy LCD. Dlatego OLED ma wrodzoną przewagę w wyświetlaniu dynamicznej treści.

2.4. OLED może być cieńszy i składany

• Ekrany OLED, pozbawione podświetlenia i warstw ciekłokrystalicznych, są znacznie łatwiejsze do wykonania i można je znacząco wyginać, niczym papier. Ta giętkość pozwala na łatwą realizację zakrzywionych ekranów, znacząco poprawiając postrzeganą jakość urządzeń.

• Ekrany LCD, oprócz podświetlenia i warstw ciekłokrystalicznych, zawierają również polaryzatory, dzięki czemu są znacznie grubsze. Warstwy podświetlenia i ciekłokrystaliczne wykorzystują sztywne podłoża, co pozwala na jedynie niewielkie wygięcie, typowe dla dużych paneli, takich jak monitory stacjonarne.

2.5. OLED ma krótszą żywotność

• W wyświetlaczach LCD warstwa podświetlająca emituje światło. Warstwa ciekłokrystaliczna kontroluje jedynie blokowanie światła, a filtr jedynie zmienia jego kolor; żadna z warstw nie emituje światła. Do nieemisyjnej warstwy ciekłokrystalicznej przykładane jest napięcie.

• W diodach OLED napięcie jest przykładane bezpośrednio do diod samoemisyjnych, co powoduje częstą migrację elektronów w warstwie emisyjnej OLED. W połączeniu z faktem, że sama warstwa emisyjna jest wykonana z materiałów organicznych (które starzeją się szybciej niż materiały nieorganiczne), oraz z właściwością samoemisyjną, prowadzi to bezpośrednio do znacznie krótszej żywotności ekranu OLED w porównaniu z wyświetlaczami LCD.

2.6. Wyświetlacz LCD cierpi na prześwitywanie światła

• Ze względu na obecność warstwy podświetlenia w ekranach LCD oraz konieczność montażu panelu ekranu w urządzeniu, światło z podświetlenia może łatwo wydostawać się przez szczeliny między ekranem a ramką urządzenia. Podczas wyświetlania całkowicie czarnego obrazu na krawędziach mogą pojawić się duże poświaty, tzw. „przecieki światła”.

2.7. OLED jest podatny na „wypalanie”

• W przypadku wyświetlaczy LCD podświetlenie stanowi pojedynczą jednostkę, a wszystkie piksele starzeją się równomiernie.

W wyświetlaczach OLED każdy piksel emituje światło niezależnie, co oznacza, że ​​różne obszary ekranu starzeją się z różną szybkością w zależności od użytkowania. Na przykład, jeśli obszar A stale wyświetla kolor niebieski, niebieskie subpiksele w tym obszarze będą ulegać szybszej degradacji. Później, podczas wyświetlania jednolitego koloru, niebieski obszar w tym obszarze będzie nieco ciemniejszy, powodując trwały powidok, jakby obraz był „wypalony” na ekranie. Zjawisko to nazywa się „wypaleniem” (nie chodzi o fizyczne wypalenie, ale o nierównomierne starzenie się pikseli, prowadzące do różnic w kolorach).

2.8. Zarówno LCD, jak i OLED mogą powodować zmęczenie oczu, ale w różny sposób

• Jasność ekranu musi być regulowana, aby dopasować się do oświetlenia otoczenia. Stosowane są dwie główne metody: ściemnianie PWM (modulacja szerokości impulsu) i DC (prąd stały) .

• Ściemnianie prądem stałym jest proste: bezpośrednio steruje napięciem, aby zmienić jasność. Wyższe napięcie oznacza jaśniejsze światło. Ponieważ źródło światła jest stale włączone, nie powoduje to zmęczenia oczu związanego z migotaniem.

• Ściemnianie PWM reguluje jasność poprzez zmianę współczynnika wypełnienia (stosunku czasu włączenia do wyłączenia) lampy. Większy współczynnik wypełnienia oznacza jaśniejsze światło. Sterowanie jasnością odbywa się poprzez włączanie i wyłączanie lampy, co powoduje migotanie. Wadą jest potencjalne zmęczenie oczu; wyższe częstotliwości migotania są mniej zauważalne.

• Ze względu na swoje naturalne właściwości, jeśli ekran OLED korzysta ze ściemniania prądem stałym przy bardzo niskich poziomach jasności, zbyt niskie napięcie powoduje nierównomierny, „mętny” efekt ekranu, co znacząco wpływa na jakość obrazu. Dlatego ekrany OLED nie mogą efektywnie korzystać ze ściemniania prądem stałym i polegają głównie naPWM .

• Co więcej, ze względu na podatność materiałów organicznych OLED na starzenie się, nie mogą one wykorzystywać modulacji PWM o wysokiej częstotliwości (co jest mniej zauważalne) i często ograniczają się do regulacji PWM o niskiej częstotliwości (zwykle do około 250 Hz). Niektóre osoby o dużej wrażliwości wzrokowej mogą odczuwać to migotanie, co zwiększa prawdopodobieństwo zmęczenia wzroku.

• Najbardziej szkodliwą dla oczu częścią światła emitowanego przez ekran jest wysokoenergetyczne światło niebieskie o długości fali 420–440 nm , które może spowodować nieodwracalne uszkodzenie siatkówki. Tradycyjne podświetlacze ekranów LCD wykorzystują kilka jasnych diod LED z płytkami rozpraszającymi światło. Znaczna część wysokoenergetycznego światła niebieskiego emitowanego przez te diody LED mieści się w tym zakresie.

• Podsumowując: ekrany LCD emitują silne niebieskie światło , które jest szkodliwe, a OLED-y wykorzystują ściemnianie PWM , które również jest szkodliwe. Niektóre ekrany z niższej półki cenowej wykorzystują nawet ściemnianie PWM w ekranach LCD, aby obniżyć koszty. Nie jest do końca jasne, który z nich jest bardziej szkodliwy.