Принципы работы и сравнение преимуществ и недостатков ЖК- и OLED-дисплеев

01. Принципы работы ЖК- и OLED-дисплеев

1.1. Принцип работы ЖК-дисплея

Поперечное сечение ЖК-дисплея выглядит следующим образом и состоит в основном из 7 слоев снизу вверх: слой подсветки, вертикальный поляризатор, цепь положительного электрода, слой жидкого кристалла, цепь отрицательного электрода, горизонтальный поляризатор и цветовой фильтр.

• Нижний слой подсветки излучает белый свет, который проходит через цветной цветовой фильтр и превращается в свет соответствующего цвета. Примечание: подсветка не представляет собой независимую светодиодную лампу под каждым пикселем; вместо этого весь экран использует один большой слой подсветки.

• Когда напряжение подается на цепь положительного электрода , оно проникает в слой жидких кристаллов , соединяясь с цепью отрицательного электрода и образуя замкнутый контур. Это напряжение заставляет молекулы жидких кристаллов скручиваться. В этот момент слой жидких кристаллов, подобно затвору, блокирует часть света. Контролируя величину напряжения, мы можем управлять углом скручивания молекул жидких кристаллов, тем самым регулируя яркость красных, зеленых и синих субпикселей. Изменение соотношения яркости позволяет смешивать любые желаемые цвета.

1.2. Принцип работы OLED-дисплея

OLED расшифровывается как органический светодиод . Как и светодиодные экраны, он также имеет три субпикселя. Разница заключается в отсутствии жидкокристаллического слоя и слоя подсветки; это специально разработанный самоизлучающий диод. Управляя напряжением, а следовательно, и током, протекающим через диод и изменяющим его яркость, можно контролировать соотношение цветов каждого субпикселя, в конечном итоге смешивая желаемые цвета.

• OLED-экраны не имеют подсветки. Каждый пиксель может управляться независимо для включения/выключения. Поэтому, в отличие от ЖК-экранов, которые должны подсвечивать всю подсветку при включении, в OLED-экране каждый пиксель можно рассматривать как независимо управляемую лампу. Это позволяет использовать такие функции, как Always-On Display (AOD) , при которых часть пикселей может подсвечиваться с низкой яркостью и частотой обновления для отображения времени, уведомлений и другой важной информации, когда телефон заблокирован.

02. Сравнение преимуществ и недостатков LCD и OLED.

2.1. OLED-дисплей имеет более низкое энергопотребление.

• При включении ЖК-экрана загорается вся подсветка, и он постоянно потребляет энергию.

• OLED-экран потребляет больше энергии, чем LCD-экран, только при отображении чисто белого изображения. Однако яркость и состояние включения/выключения каждого пикселя OLED можно контролировать независимо, что позволяет регулировать яркость по-разному или даже отключать пиксели. Поэтому, если вы не работаете с белым экраном длительное время, OLED-экраны, как правило, обеспечивают более длительное время автономной работы.

2.2. OLED-дисплей обладает более высоким коэффициентом контрастности.

• Коэффициент контрастности — это отношение яркости самого светлого белого цвета к самому тёмному чёрному. Чем выше коэффициент, тем ярче и насыщеннее цвета.

• В идеале, для отображения чисто черного цвета на ЖК-дисплее молекулы жидкого кристалла должны полностью закрыться, блокируя весь излучаемый свет. Однако полного закрытия достичь невозможно. При отображении черного цвета небольшое количество белого света просачивается, поэтому на экране отображается не чистый черный цвет, а значительно приглушенный серый. Эта особенность препятствует отображению истинного, чистого черного цвета на ЖК-дисплеях.

• OLED-дисплеи не имеют подсветки, и каждый пиксель управляется независимо. Для отображения черного цвета питание этих пикселей может быть полностью отключено, что приводит к отсутствию светового излучения и достижению истинного, чистого черного цвета. Таким образом, OLED-экраны обладают более высоким коэффициентом контрастности.

2.3. OLED-дисплей обладает более быстрым временем отклика, что является преимуществом для динамических изображений.

• При отображении динамического контента каждый пиксель должен быстро менять цвет. Время, необходимое для этого переключения, называется временем отклика экрана. Если время отклика слишком велико, пиксели не успевают изменить цвет вовремя, что приводит к появлению остаточных изображений, поскольку предыдущий кадр не успевает полностью исчезнуть до появления следующего.

• ЖК-дисплеи меняют цвет за счет управления скручиванием молекул жидкого кристалла. Скорость этого скручивания напрямую определяет время отклика ЖК-дисплея на изменение цвета от серого к серому (GtG). Эта скорость скручивания зависит от температуры, замедляясь при более низких температурах, что приводит к заметному появлению двоения изображения на ЖК-экранах в холодных условиях.

• OLED-экраны не имеют жидкокристаллического слоя и, следовательно, не ограничены им. Хотя OLED-дисплеи и обладают временем отклика, оно очень короткое для переходов между цветами, практически не вызывая эффекта остаточного изображения. Переключение между чистым черным и чистым белым занимает немного больше времени, но все же, как правило, короче, чем у большинства ЖК-дисплеев. Таким образом, OLED-дисплеи обладают существенным преимуществом при отображении динамического контента.

2.4. OLED-дисплей может быть тоньше и складываться.

• OLED-экраны, не имеющие подсветки и жидкокристаллических слоев, гораздо проще сделать тонкими и могут значительно изгибаться, как бумага. Эта гибкость позволяет легко создавать изогнутые экраны, значительно повышая воспринимаемое качество устройств.

• ЖК-экраны, помимо подсветки и жидкокристаллических слоев, также содержат поляризаторы, что делает их значительно толще. Подсветка и жидкокристаллические слои используют жесткие подложки, допускающие лишь очень незначительное изгибание, обычно наблюдаемое только в больших панелях, таких как настольные мониторы.

2.5. OLED-дисплеи имеют более короткий срок службы.

• В ЖК-дисплеях свет излучает слой подсветки. Слой жидких кристаллов только блокирует свет, а фильтр только изменяет цвет света; ни один из них не излучает свет. Напряжение подается на неизлучающий слой жидких кристаллов.

• В OLED-дисплеях напряжение подается непосредственно на самоизлучающие диоды, вызывая частую миграцию электронов внутри излучающего слоя OLED. В сочетании с тем фактом, что сам излучающий слой изготовлен из органических материалов (которые стареют быстрее, чем неорганические), и свойством самоизлучения, это напрямую приводит к значительному сокращению срока службы OLED-экранов по сравнению с LCD-дисплеями.

2.6. ЖК-дисплей страдает от засветки.

• Из-за наличия подсветки в ЖК-экранах и необходимости сборки экранной панели в устройство, свет от подсветки может легко просачиваться через стыки между экраном и рамкой устройства. При отображении чисто черного изображения по краям могут появляться большие ореолы света, известные как «просачивание света».

2.7. OLED-дисплеи склонны к «выгоранию».

• В ЖК-дисплеях подсветка представляет собой единый блок, и все пиксели изнашиваются равномерно.

В OLED-дисплеях каждый пиксель излучает свет независимо, а это значит, что разные участки экрана стареют с разной скоростью в зависимости от использования. Например, если область А постоянно отображает синий цвет, то синие субпиксели в этой области будут изнашиваться быстрее. Позже, при отображении однородного цвета, синий цвет в этой области станет немного тусклее, вызывая стойкое остаточное изображение, как будто изображение «выжжено» на экране. Это явление называется «выгоранием» (не физическое выгорание, а неравномерное старение пикселей, приводящее к изменению цвета).

2.8. И ЖК-, и OLED-экраны могут вызывать напряжение глаз, но по-разному.

• Яркость экрана должна регулироваться в соответствии с окружающим освещением. Используются два основных метода: ШИМ (широтно-импульсная модуляция) и диммирование постоянным током .

• Регулировка яркости постоянным током проста: она напрямую управляет напряжением для изменения яркости. Чем выше напряжение, тем ярче свет. Поскольку источник света постоянно включен, это не вызывает напряжения глаз, связанного с мерцанием.

• Функция ШИМ-диммирования регулирует яркость, изменяя коэффициент заполнения (соотношение времени включения/выключения) света. Больший коэффициент заполнения означает более яркий свет. Она управляет яркостью путем включения и выключения света, что создает мерцание. Недостатком является потенциальное напряжение глаз; более высокие частоты мерцания менее заметны.

• Из-за своих особенностей, если OLED-экран использует диммирование постоянным током при очень низких уровнях яркости, чрезмерно низкое напряжение вызывает неравномерный, «размытый» эффект изображения, что значительно ухудшает качество картинки. Поэтому OLED-экраны не могут эффективно использовать диммирование постоянным током и в основном полагаются наPWM .

• Кроме того, поскольку органические материалы OLED-дисплеев подвержены старению, они не могут использовать высокочастотную ШИМ (которая менее заметна) и часто ограничены низкочастотным ШИМ-диммированием (обычно до 250 Гц). Некоторые люди с повышенной чувствительностью к свету могут воспринимать это мерцание, что повышает вероятность возникновения зрительной усталости.

• Наиболее вредной для глаз частью излучаемого экраном света является высокоэнергетический синий свет в диапазоне длин волн 420-440 нм , который может вызвать необратимое повреждение сетчатки. В традиционных системах подсветки ЖК-экранов используются несколько ярких светодиодных ламп со световодными пластинами. Значительная часть высокоэнергетического синего света, излучаемого этими светодиодами, попадает в этот диапазон.

• Вкратце: ЖК-дисплеи излучают сильный синий свет , который вреден, а OLED-дисплеи используют ШИМ-диммирование, которое также вредно. Некоторые недорогие экраны даже используют ШИМ-диммирование на ЖК-дисплеях для снижения затрат. Что же вреднее, однозначно не ясно.