Princípios de funcionamento e comparação de prós e contras de LCD e OLED

01. Princípios de funcionamento de LCD e OLED

1.1. Princípio de funcionamento do LCD

O diagrama transversal de um LCD é o seguinte, consistindo principalmente de 7 camadas de baixo para cima: Camada de retroiluminação, Polarizador vertical, Circuito do eletrodo positivo, Camada de cristal líquido, Circuito do eletrodo negativo, Polarizador horizontal e Filtro de cor.

• A camada de retroiluminação mais inferior emite luz branca, que passa pelo filtro de cor para se transformar em luz da cor correspondente. Observação: a retroiluminação não é uma lâmpada LED independente sob cada pixel; em vez disso, toda a tela compartilha uma grande camada de retroiluminação.

• Quando uma tensão é aplicada ao circuito do eletrodo positivo , ela penetra na camada de cristal líquido e se conecta ao circuito do eletrodo negativo, formando um circuito fechado. Essa tensão faz com que as moléculas de cristal líquido se torçam. Nesse ponto, a camada de cristal líquido, como um obturador, bloqueia parte da luz. Controlando a magnitude da tensão, podemos controlar o ângulo de torção das moléculas de cristal líquido, controlando assim o brilho dos subpixels vermelho, verde e azul. Alterar a proporção de brilho permite misturar qualquer cor desejada.

1.2. Princípio de funcionamento do OLED

OLED significa Diodo Emissor de Luz Orgânico . Assim como as telas de LED, ele também possui três subpixels. A diferença é que não possui uma camada de cristal líquido nem uma camada de retroiluminação; trata-se de um diodo autoemissivo especialmente projetado. Controlando a voltagem, e consequentemente a corrente que flui pelo diodo para alterar seu brilho, é possível controlar a proporção de cores de cada subpixel, resultando na mistura da cor desejada.

• A tecnologia OLED não possui camada de retroiluminação. Cada pixel pode ser controlado individualmente para ligar/desligar. Portanto, ao contrário das telas LCD, que precisam iluminar toda a camada de retroiluminação ao serem ligadas, em uma tela OLED, cada pixel pode ser considerado uma lâmpada controlada independentemente. Isso possibilita recursos como o Always-On Display (AOD) , em que parte dos pixels pode ser iluminada com baixo brilho e taxa de atualização para exibir a hora, notificações e outras informações importantes quando o telefone está bloqueado.

02. Comparação de Prós e Contras entre LCD e OLED

2.1. A tecnologia OLED tem menor consumo de energia.

• Uma tela LCD, uma vez ligada, ilumina toda a sua área de trabalho e consome energia continuamente.

• Uma tela OLED consome mais energia do que uma LCD apenas ao exibir uma imagem totalmente branca. No entanto, o brilho e o estado ligado/desligado de cada pixel OLED podem ser controlados independentemente, permitindo a redução diferencial do brilho ou até mesmo o desligamento de pixels. Portanto, a menos que você permaneça com a tela branca por muito tempo, a tela OLED geralmente oferece maior duração da bateria.

2.2. A tecnologia OLED possui uma taxa de contraste mais alta.

• A taxa de contraste refere-se à proporção de brilho entre o branco mais brilhante e o preto mais escuro. Uma taxa mais alta significa cores mais vibrantes e saturadas.

• Para que um LCD exiba preto puro, idealmente, as moléculas de cristal líquido deveriam se fechar completamente para bloquear toda a luz de fundo emitida. No entanto, isso não é possível. Ao exibir preto, uma pequena quantidade de luz branca vaza, de modo que o que se vê não é preto puro, mas um cinza significativamente mais escuro. Essa característica impede que os LCDs exibam o preto puro verdadeiro.

• A tecnologia OLED não possui retroiluminação, e cada pixel é controlado individualmente. Para exibir a cor preta, a energia fornecida a esses pixels pode ser completamente cortada, resultando na ausência de emissão de luz e na obtenção de um preto puro e verdadeiro. Dessa forma, as telas OLED apresentam uma taxa de contraste mais alta.

2.3. A tecnologia OLED possui um tempo de resposta mais rápido, o que é vantajoso para telas dinâmicas.

• Ao exibir conteúdo dinâmico, cada pixel precisa mudar de cor rapidamente. O tempo necessário para essa mudança é o tempo de resposta da tela. Se o tempo de resposta for muito longo, os pixels não conseguem mudar de cor a tempo, causando imagens residuais, pois o quadro anterior não desaparece completamente antes que o próximo apareça.

• Os LCDs alternam as cores controlando a torção das moléculas de cristal líquido. A velocidade dessa torção determina diretamente o tempo de resposta cinza a cinza (GtG) do LCD. Essa velocidade de torção é dependente da temperatura, diminuindo em temperaturas mais baixas, o que leva ao aparecimento de fantasmas perceptíveis em telas de LCD em ambientes frios.

• As telas OLED não possuem uma camada de cristal líquido e, portanto, não são limitadas por ela. Embora as telas OLED tenham um tempo de resposta, ele é muito curto para transições de cor para cor, praticamente sem efeito fantasma. A transição entre preto puro e branco puro leva um pouco mais de tempo, mas ainda é geralmente mais rápida do que na maioria dos LCDs. Portanto, a tecnologia OLED tem uma vantagem inerente na exibição de conteúdo dinâmico.

2.4. A tela OLED pode ser mais fina e dobrável.

• As telas OLED, por não possuírem retroiluminação nem camadas de cristal líquido, são muito mais fáceis de fabricar em espessura reduzida e podem ser curvadas significativamente, como papel. Essa flexibilidade permite a fácil implementação de telas curvas, melhorando consideravelmente a qualidade percebida dos dispositivos.

• As telas LCD, além de possuírem retroiluminação e camadas de cristal líquido, também contêm polarizadores, o que as torna muito mais espessas. A retroiluminação e as camadas de cristal líquido utilizam substratos rígidos, permitindo apenas uma ligeira curvatura, normalmente observada somente em painéis grandes, como monitores de computador.

2.5. A tecnologia OLED tem uma vida útil mais curta.

• Nos LCDs, a camada de retroiluminação emite luz. A camada de cristal líquido apenas controla o bloqueio da luz, e o filtro apenas altera a cor da luz; nenhum dos dois emite luz. A tensão é aplicada à camada de cristal líquido não emissiva.

• Nos OLEDs, a tensão é aplicada diretamente aos diodos autoemissivos, causando migração frequente de elétrons dentro da camada emissora do OLED. Combinado com o fato de que a própria camada emissora é feita de materiais orgânicos (que envelhecem mais facilmente do que materiais inorgânicos) e com a propriedade de autoemissão, isso leva diretamente a uma vida útil significativamente menor para telas OLED em comparação com telas LCD.

2.6. O LCD sofre com vazamento de luz.

• Devido à presença da camada de retroiluminação nas telas LCD e ao fato de o painel da tela precisar ser montado em um dispositivo, a luz da retroiluminação pode vazar facilmente pelas junções entre a tela e a moldura do dispositivo. Ao exibir uma imagem totalmente preta, grandes halos de luz podem aparecer nas bordas, um fenômeno conhecido como "vazamento de luz".

2.7. OLED é propenso a "burn-in"

• Nos LCDs, a luz de fundo é uma unidade única e todos os pixels envelhecem uniformemente.

Em telas OLED, cada pixel emite luz independentemente, o que significa que diferentes áreas da tela envelhecem em ritmos diferentes, dependendo do uso. Por exemplo, se a área A exibir constantemente a cor azul, os subpixels azuis ali presentes se degradarão mais rapidamente. Posteriormente, ao exibir uma cor uniforme, o azul dessa área ficará ligeiramente mais fraco, causando uma imagem residual persistente, como se a imagem estivesse "gravada" na tela. Esse fenômeno é chamado de "burn-in" (não se trata de queima física, mas sim do envelhecimento desigual dos pixels, que leva a diferenças de cor).

2.8. Tanto o LCD quanto o OLED podem causar cansaço visual, mas de maneiras diferentes.

• O brilho da tela precisa ser controlável para se adequar à luz ambiente. Dois métodos principais são usados: PWM (Modulação por Largura de Pulso) e escurecimento por corrente contínua (CC) .

• O controle de intensidade luminosa em corrente contínua (DC Dimming) é simples: ele controla diretamente a tensão para alterar o brilho. Uma tensão mais alta resulta em uma luz mais brilhante. Como a fonte de luz permanece acesa continuamente, ela não causa fadiga ocular relacionada à cintilação.

• O controle de brilho por PWM ajusta a luminosidade variando o ciclo de trabalho (proporção entre o tempo ligado e desligado) da lâmpada. Um ciclo de trabalho maior significa luz mais brilhante. Ele controla a luminosidade ligando e desligando a lâmpada, o que cria oscilações. Uma desvantagem é o potencial cansaço visual; frequências de oscilação mais altas são menos perceptíveis.

• Devido às suas características inerentes, se uma tela OLED utiliza escurecimento DC em níveis de brilho muito baixos, a tensão excessivamente baixa causa um efeito de tela irregular e "turvo", impactando significativamente a qualidade da imagem. Portanto, as telas OLED não podem utilizar o escurecimento DC de forma eficaz e dependem principalmente de...PWM .

• Além disso, como os materiais orgânicos dos OLEDs são propensos ao envelhecimento, eles não podem usar PWM de alta frequência (que é menos perceptível) e geralmente são limitados ao escurecimento por PWM de baixa frequência (tipicamente até cerca de 250 Hz). Algumas pessoas com sensibilidade visual podem perceber essa cintilação, tornando-a mais propensa a causar fadiga visual.

• A parte da luz emitida pela tela mais prejudicial aos olhos é a luz azul de alta energia na faixa de comprimento de onda de 420 a 440 nm , que pode causar danos irreversíveis à retina. Os sistemas de retroiluminação tradicionais de telas LCD utilizam várias lâmpadas LED brilhantes com placas guia de luz. Uma parcela significativa da luz azul de alta energia emitida por esses LEDs se encontra nessa faixa de comprimento de onda.

• Em resumo: os LCDs emitem forte luz azul , que é prejudicial, e os OLEDs utilizam escurecimento por PWM , que também é prejudicial. Algumas telas de baixo custo chegam a usar escurecimento por PWM em LCDs para reduzir custos. Qual é mais prejudicial ainda não está totalmente esclarecido.