Arbetsprinciper och för-/nackdelar Jämförelse av LCD och OLED

01. Funktionsprinciper för LCD och OLED

1.1. LCD-skärmens funktionsprincip

Tvärsnittsdiagrammet för en LCD-skärm ser ut som följer, bestående huvudsakligen av 7 lager från botten till toppen: bakgrundsbelysningsskikt, vertikal polarisator, positiv elektrodkrets, flytande kristallskikt, negativ elektrodkrets, horisontell polarisator och färgfilter.

• Det nedersta bakgrundsbelysningslagret avger vitt ljus, som passerar genom det färgade färgfiltret och blir ljus med motsvarande färg. Observera: bakgrundsbelysningen är inte en oberoende LED-lampa under varje pixel; snarare delar hela skärmen ett stort bakgrundsbelysningslager.

• När spänning appliceras på den positiva elektrodkretsen penetrerar den flytande kristallskiktet och ansluter till den negativa elektrodkretsen för att bilda en slinga. Denna spänning får flytande kristallmolekylerna att vridas. Vid denna tidpunkt blockerar flytande kristallskiktet, likt en slutare, en del av ljuset. Genom att kontrollera spänningens storlek kan vi kontrollera vridningsvinkeln för flytande kristallmolekylerna och därigenom kontrollera ljusstyrkan hos de röda, gröna och blå delpixlarna. Att ändra ljusstyrkeförhållandet gör det möjligt att blanda vilken önskad färg som helst.

1.2. OLED-funktionsprincip

OLED står för Organic Light-Emitting Diode . Precis som LED-skärmar har den också tre delpixlar. Skillnaden är att den saknar ett flytande kristalllager och ett bakgrundsbelysningslager; den är i sig en specialdesignad självemitterande diod. Genom att styra spänningen, och därmed strömmen som flyter genom dioden för att ändra dess ljusstyrka, kan färgförhållandet för varje delpixel styras, vilket i slutändan blandar önskad färg.

• OLED har inget bakgrundsbelysningslager. Varje pixel kan styras oberoende av varandra för på/av. Därför, till skillnad från LCD-skärmar som måste lysa upp hela bakgrundsbelysningslagret när de är påslagna, kan varje pixel på en OLED-skärm förstås som en oberoende styrd lampa. Detta möjliggör funktioner som Always-On Display (AOD) , där en del av pixlarna kan lysa med låg ljusstyrka och uppdateringsfrekvens för att visa tid, aviseringar och annan viktig information när telefonen är låst.

02. För- och nackdelar jämförelse av LCD och OLED

2.1. OLED har lägre strömförbrukning

• En LCD-skärm, när den är påslagen, tänder hela bakgrundsbelysningen och förbrukar ström kontinuerligt.

• En OLED-skärm förbrukar bara mer ström än LCD när den visar en ren vit bild. Däremot kan varje OLED-pixels ljusstyrka och på/av-läge styras oberoende, vilket möjliggör differentiell ljusstyrkesänkning eller till och med att pixlar släcks. Därför erbjuder OLED i allmänhet längre batteritid om du inte visar en vit skärm under en längre tid.

2.2. OLED har högre kontrastförhållande

• Kontrastförhållande avser ljusstyrkeförhållandet mellan det ljusaste vita och det mörkaste svarta. Ett högre förhållande innebär mer levande och mättade färger.

• För att en LCD-skärm ska kunna visa ren svart skulle idealiskt sett de flytande kristallmolekylerna stängas helt för att blockera all bakgrundsbelysning. De kan dock inte uppnå en fullständig stängning. När svart visas läcker en liten mängd vitt ljus igenom, så det som syns är inte ren svart utan en markant nedtonad gråton. Denna egenskap förhindrar att LCD-skärmar visar äkta, ren svart.

• OLED har ingen bakgrundsbelysning, och varje pixel styrs oberoende. För att visa svart kan strömmen till dessa pixlar stängas av helt, vilket resulterar i att inget ljus utsänds och att man uppnår äkta, ren svart. Därför har OLED-skärmar ett högre kontrastförhållande.

2.3. OLED har snabbare svarstid, fördelaktigt för dynamisk visning

• När dynamiskt innehåll visas måste varje pixel byta färg snabbt. Den tid som krävs för detta byte är skärmens svarstid. Om svarstiden är för lång kan pixlarna inte byta färg i tid, vilket orsakar efterbilder eftersom föregående bildruta inte har försvunnit helt innan nästa visas.

• LCD-skärmar växlar färger genom att kontrollera vridningen av flytande kristallmolekyler. Hastigheten på denna vridning avgör direkt LCD-skärmens grå-till-grå (GtG) svarstid. Denna vridningshastighet är temperaturberoende och saktar ner vid lägre temperaturer, vilket leder till märkbar spökbild på LCD-skärmar i kalla miljöer.

• OLED-skärmar saknar ett flytande kristalllager och är därför inte begränsade av det. Även om OLED-skärmar har en responstid är den mycket kort för färgövergångar och visar nästan ingen spökbild. Växlingen mellan ren svart och ren vit tar något längre tid men är fortfarande generellt kortare än de flesta LCD-skärmar. Därför har OLED en inneboende fördel när det gäller att visa dynamiskt innehåll.

2.4. OLED kan vara tunnare och är vikbar

• OLED-skärmar, som saknar bakgrundsbelysning och flytande kristaller, är mycket enklare att göra tunna och kan böjas avsevärt, precis som papper. Denna böjbarhet möjliggör enkel implementering av böjda skärmar, vilket avsevärt förbättrar den upplevda kvaliteten på enheterna.

• LCD-skärmar, förutom att ha bakgrundsbelysning och flytande kristallskikt, innehåller även polarisatorer, vilket gör dem mycket tjockare. Bakgrundsbelysningen och flytande kristallskikten använder styva substrat, vilket endast tillåter mycket liten böjning, vilket vanligtvis bara ses i stora paneler som stationära bildskärmar.

2.5. OLED har kortare livslängd

• I LCD-skärmar avger bakgrundsbelysningslagret ljus. Flytande kristalllagret styr endast ljusblockering, och filtret ändrar bara ljusfärg; ingetdera avger ljus. Spänning appliceras på det icke-emitterande flytande kristalllagret.

• I OLED-skärmar appliceras spänning direkt på de självemitterande dioderna, vilket orsakar frekvent elektronmigration inom OLED:ens emitterande lager. Kombinerat med det faktum att själva det emitterande lagret är tillverkat av organiska material (som åldras lättare än oorganiska material), och självavgivningsegenskapen, leder detta direkt till en betydligt kortare skärmlivslängd för OLED-skärmar jämfört med LCD-skärmar.

2.6. LCD-skärmen lider av ljusblödning

• På grund av bakgrundsbelysningslagret i LCD-skärmar, och det faktum att skärmpanelen måste monteras i en enhet, kan ljus från bakgrundsbelysningen lätt läcka ut vid skarvarna mellan skärmen och enhetens ram. När en ren svart bild visas kan stora ljusglober uppstå vid kanterna, så kallad "light bleed".

2.7. OLED är benägen att "bränna in"

• I LCD-skärmar är bakgrundsbelysningen en enda enhet och alla pixlar åldras jämnt.

I OLED-skärmar avger varje pixel ljus oberoende, vilket innebär att olika områden på skärmen åldras olika snabbt beroende på användning. Om till exempel område A konsekvent visar blått, kommer de blå delpixlarna där att försämras snabbare. Senare, när en enhetlig färg visas, kommer områdets blå färg att vara något mörkare, vilket orsakar en ihållande efterbild, som om bilden är "inbränd" på skärmen. Detta fenomen kallas "inbränning" (inte fysisk inbränning, utan ojämn pixelåldring som leder till färgskillnader).

2.8. Både LCD och OLED kan orsaka ögonansträngning, men på olika sätt

• Skärmens ljusstyrka måste kunna kontrolleras för att matcha omgivningsljuset. Två huvudsakliga metoder används: PWM (pulsbreddsmodulering) och DC (likströms) dimning .

• DC-dimning är enkelt: den styr direkt spänningen för att ändra ljusstyrkan. Högre spänning ger starkare ljus. Eftersom ljuskällan är tänd hela tiden orsakar den inte flimmerrelaterad ögonansträngning.

• PWM-dimring justerar ljusstyrkan genom att variera ljusets arbetscykel (på/av-tidsförhållande). En större arbetscykel innebär starkare ljus. Den styr ljusstyrkan genom att tända och släcka ljuset, vilket skapar flimmer. En nackdel är potentiell ögonansträngning; högre flimmerfrekvenser är mindre märkbara.

• På grund av dess inneboende egenskaper, om en OLED-skärm använder DC-dimning vid mycket låga ljusstyrkenivåer, orsakar den alltför låga spänningen en ojämn, "lerig" skärmeffekt, vilket påverkar bildkvaliteten avsevärt. Därför kan OLED-skärmar inte effektivt använda DC-dimning och förlitar sig främst påPWM .

• Dessutom, eftersom OLEDs organiska material är benägna att åldras, kan de inte använda högfrekvent PWM (vilket är mindre märkbart) och är ofta begränsade till lågfrekvent PWM-dimning (vanligtvis upp till cirka 250 Hz). Vissa synkänsliga individer kan uppfatta detta flimmer, vilket gör det mer sannolikt att det orsakar syntrötthet.

• Den del av skärmljuset som är mest skadligt för ögonen är högenergiskt blått ljus i våglängdsområdet 420–440 nm , vilket kan orsaka oåterkalleliga skador på näthinnan. Traditionella LCD-skärmars bakgrundsbelysning använder flera ljusstarka LED-lampor med ljusstyrplattor. En betydande del av det högenergiska blå ljuset som avges av dessa lysdioder faller inom detta område.

• Sammanfattningsvis: LCD-skärmar har starkt blått ljus vilket är skadligt, och OLED-skärmar använder PWM-dimning vilket också är skadligt. Vissa enklare skärmar använder till och med PWM-dimning på LCD-skärmar för att minska kostnaderna. Vilken som är mest skadlig är inte definitivt klart.