หลักการทำงานและข้อดีข้อเสียเปรียบเทียบระหว่าง LCD และ OLED

01. หลักการทำงานของ LCD และ OLED

1.1. หลักการทำงานของจอ LCD

แผนภาพภาคตัดขวางของจอ LCD ประกอบด้วยชั้นหลัก 7 ชั้น จากล่างขึ้นบน ดังนี้ ชั้นแบ็คไลท์, ตัวกรองแสงแนวตั้ง, วงจรขั้วบวก, ชั้นผลึกเหลว, วงจรขั้วลบ, ตัวกรองแสงแนวนอน และตัวกรองสี

• ชั้นแบ็คไลท์ ด้านล่างสุดจะเปล่งแสงสีขาว ซึ่งจะผ่าน ตัวกรองสี เพื่อเปลี่ยนเป็นแสงสีที่ตรงกับสีนั้นๆ หมายเหตุ: แบ็คไลท์ไม่ใช่หลอด LED แยกต่างหากใต้แต่ละพิกเซล แต่หน้าจอทั้งหมดใช้แบ็คไลท์ชั้นเดียวขนาดใหญ่ร่วมกัน

• เมื่อจ่ายแรงดัน ไฟฟ้าให้กับวงจรขั้วบวก แรงดันไฟฟ้าจะทะลุผ่าน ชั้นผลึกเหลว และเชื่อมต่อกับ วงจรขั้วลบเพื่อสร้างวงจรปิด แรงดันไฟฟ้า นี้จะผลักดันให้โมเลกุลของผลึกเหลวบิดตัว ณ จุดนี้ ชั้นผลึกเหลวจะทำหน้าที่เหมือนชัตเตอร์ปิดกั้นแสงบางส่วน การควบคุมขนาดของแรงดันไฟฟ้าจะช่วยควบคุมมุมการบิดตัวของโมเลกุลผลึกเหลว ซึ่งส่งผลให้สามารถควบคุมความสว่างของพิกเซลย่อยสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินได้ การเปลี่ยนอัตราส่วนความสว่างจะช่วยให้สามารถผสมสีต่างๆ ได้ตามต้องการ

1.2. หลักการทำงานของ OLED

OLED ย่อมาจาก Organic Light-Emitting Diode (ไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์) เช่นเดียวกับจอ LED OLED ก็มีพิกเซลย่อยสามพิกเซลเช่นกัน ความแตกต่างคือ OLED ไม่มีชั้นผลึกเหลวและชั้นแบ็คไลท์ ตัว OLED เองเป็นไดโอดเปล่งแสงที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ โดยการควบคุมแรงดันไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านไดโอดเพื่อเปลี่ยนความสว่าง อัตราส่วนสีของแต่ละพิกเซลย่อยสามารถควบคุมได้ และในที่สุดก็จะได้สีที่ต้องการผสมกัน

• จอ OLED ไม่มีชั้นแบ็คไลท์ แต่ละพิกเซลสามารถควบคุมการเปิด/ปิดได้อย่างอิสระ ดังนั้น ต่างจากจอ LCD ที่ต้องเปิดไฟแบ็คไลท์ทั้งชั้นเมื่อเปิดใช้งาน ในจอ OLED แต่ละพิกเซลสามารถมองได้ว่าเป็นหลอดไฟที่ควบคุมได้อย่างอิสระ ทำให้สามารถใช้งานฟีเจอร์ต่างๆ เช่น Always-On Display (AOD) ได้ โดยที่บางส่วนของพิกเซลจะสว่างขึ้นด้วยความสว่างและอัตราการรีเฟรชต่ำ เพื่อแสดงเวลา การแจ้งเตือน และข้อมูลสำคัญอื่นๆ เมื่อโทรศัพท์ถูกล็อกอยู่

02. การเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของจอ LCD และ OLED

2.1. จอ OLED ใช้พลังงานต่ำกว่า

• เมื่อเปิดหน้าจอ LCD แล้ว ไฟแบ็คไลท์จะสว่างขึ้นทั้งหมดและใช้พลังงานอย่างต่อเนื่อง

• หน้าจอ OLED ใช้พลังงานมากกว่าหน้าจอ LCD เฉพาะเมื่อแสดงภาพสีขาวบริสุทธิ์เท่านั้น อย่างไรก็ตาม ความสว่างและสถานะการเปิด/ปิดของแต่ละพิกเซลในหน้าจอ OLED สามารถควบคุมได้อย่างอิสระ ทำให้สามารถลดความสว่างลงหรือแม้กระทั่งปิดพิกเซลได้ ดังนั้น โดยทั่วไปแล้ว หน้าจอ OLED จึงมีอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานกว่า เว้นแต่คุณจะใช้งานหน้าจอสีขาวเป็นเวลานาน

2.2. จอ OLED มีอัตราส่วนความคมชัดสูงกว่า

• อัตราส่วนความคมชัดหมายถึงอัตราส่วนความสว่างระหว่างสีขาวที่สว่างที่สุดกับสีดำที่มืดที่สุด อัตราส่วนที่สูงขึ้นหมายถึงสีที่สดใสและอิ่มตัวมากขึ้น

• ในอุดมคติแล้ว จอ LCD จะแสดงสีดำสนิทได้นั้น โมเลกุลของผลึกเหลวจะต้องปิดสนิทเพื่อปิดกั้นแสงพื้นหลังที่ปล่อยออกมาทั้งหมด อย่างไรก็ตาม พวกมันไม่สามารถปิดสนิทได้อย่างสมบูรณ์ เมื่อแสดงสีดำ แสงสีขาวเล็กน้อยจะเล็ดลอดผ่านเข้ามา ดังนั้นสิ่งที่เห็นจึงไม่ใช่สีดำสนิท แต่เป็นสีเทาที่จางลงอย่างมาก คุณลักษณะนี้ทำให้จอ LCD ไม่สามารถแสดงสีดำสนิทได้อย่างแท้จริง

• จอ OLED ไม่มีแสงไฟด้านหลัง และแต่ละพิกเซลสามารถควบคุมได้อย่างอิสระ ในการแสดงผลสีดำ สามารถตัดกระแสไฟไปยังพิกเซลเหล่านั้นได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้ไม่มีแสงเปล่งออกมาและได้สีดำสนิทอย่างแท้จริง ดังนั้น จอ OLED จึงมีอัตราส่วนความคมชัดสูงกว่า

2.3. จอ OLED มีเวลาตอบสนองที่เร็วกว่า ซึ่งเป็นข้อดีสำหรับจอแสดงผลแบบไดนามิก

• เมื่อแสดงเนื้อหาแบบไดนามิก พิกเซลแต่ละพิกเซลจำเป็นต้องเปลี่ยนสีอย่างรวดเร็ว เวลาที่ใช้ในการเปลี่ยนสีนี้คือเวลาตอบสนองของหน้าจอ หากเวลาตอบสนองนานเกินไป พิกเซลจะไม่สามารถเปลี่ยนสีได้ทันเวลา ทำให้เกิดภาพติดค้าง เนื่องจากเฟรมก่อนหน้ายังไม่หายไปอย่างสมบูรณ์ก่อนที่เฟรมถัดไปจะปรากฏขึ้น

• จอ LCD เปลี่ยนสีโดยการควบคุมการบิดตัวของโมเลกุลผลึกเหลว ความเร็วในการบิดตัวนี้เป็นตัวกำหนดเวลาตอบสนองสีเทาต่อสีเทา (GtG) ของจอ LCD โดยตรง ความเร็วในการบิดตัวนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ โดยจะช้าลงในอุณหภูมิต่ำ ทำให้เกิดภาพซ้อนที่เห็นได้ชัดบนหน้าจอ LCD ในสภาพแวดล้อมที่เย็น

• หน้าจอ OLED ไม่มีชั้นผลึกเหลว จึงไม่ถูกจำกัดด้วยชั้นนั้น แม้ว่า OLED จะมีเวลาตอบสนอง แต่ก็สั้นมากสำหรับการเปลี่ยนสี ทำให้แทบไม่มีภาพซ้อน การเปลี่ยนระหว่างสีดำสนิทและสีขาวสนิทใช้เวลานานขึ้นเล็กน้อย แต่โดยทั่วไปก็ยังสั้นกว่า LCD ส่วนใหญ่ ดังนั้น OLED จึงมีข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติในการแสดงผลเนื้อหาแบบไดนามิก

2.4. จอ OLED สามารถบางลงและพับได้

• หน้าจอ OLED ซึ่งไม่มีชั้นแบ็คไลท์และชั้นผลึกเหลว ทำให้ผลิตให้บางได้ง่ายกว่ามาก และสามารถงอได้มากเหมือนกระดาษ ความสามารถในการงอได้นี้ช่วยให้สามารถผลิตหน้าจอโค้งได้ง่าย ซึ่งช่วยเพิ่มคุณภาพของอุปกรณ์ที่ผู้ใช้รับรู้ได้อย่างมาก

• จอ LCD นอกจากจะมีชั้นแบ็คไลท์และชั้นผลึกเหลวแล้ว ยังมีแผ่นโพลาไรเซอร์ ทำให้จอมีความหนามากขึ้น ชั้นแบ็คไลท์และชั้นผลึกเหลวใช้พื้นผิวแข็ง ทำให้สามารถโค้งงอได้เพียงเล็กน้อย ซึ่งโดยทั่วไปจะพบได้เฉพาะในจอขนาดใหญ่ เช่น จอมอนิเตอร์สำหรับเดสก์ท็อป

2.5. จอ OLED มีอายุการใช้งานสั้นกว่า

• ในจอ LCD ชั้นแบ็คไลท์จะเปล่งแสง ชั้นผลึกเหลวทำหน้าที่ควบคุมการบังแสงเท่านั้น และตัวกรองทำหน้าที่เปลี่ยนสีของแสงเท่านั้น ทั้งสองชั้นนี้ไม่เปล่งแสง มีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับชั้นผลึกเหลวที่ไม่เปล่งแสง

• ในจอ OLED นั้น แรงดันไฟฟ้าจะถูกจ่ายโดยตรงไปยังไดโอดเปล่งแสง ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอย่างต่อเนื่องภายในชั้นเปล่งแสงของ OLED เมื่อรวมกับข้อเท็จจริงที่ว่าชั้นเปล่งแสงนั้นทำจากวัสดุอินทรีย์ (ซึ่งเสื่อมสภาพได้ง่ายกว่าวัสดุอนินทรีย์) และคุณสมบัติการเปล่งแสงเอง ทำให้จอ OLED มีอายุการใช้งานสั้นกว่าจอ LCD อย่างมาก

2.6. จอ LCD มีปัญหาเรื่องแสงรั่ว

• เนื่องจากมีชั้นแบ็คไลท์อยู่ภายในจอ LCD และข้อเท็จจริงที่ว่าแผงหน้าจอต้องถูกประกอบเข้ากับตัวเครื่อง แสงจากแบ็คไลท์จึงสามารถเล็ดลอดออกมาได้ง่ายตามรอยต่อระหว่างหน้าจอและกรอบของตัวเครื่อง เมื่อแสดงภาพสีดำสนิท อาจปรากฏแสงเป็นวงกว้างที่ขอบ ซึ่งเรียกว่า "แสงรั่ว"

2.7. จอ OLED มีแนวโน้มที่จะเกิด "รอยไหม้"

• ในจอ LCD นั้น แบ็คไลท์เป็นหน่วยเดียว และพิกเซลทั้งหมดจะเสื่อมสภาพอย่างสม่ำเสมอ

ในจอ OLED แต่ละพิกเซลจะเปล่งแสงอย่างอิสระ ซึ่งหมายความว่าบริเวณต่างๆ ของหน้าจอจะเสื่อมสภาพในอัตราที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับการใช้งาน ตัวอย่างเช่น หากบริเวณ A แสดงสีน้ำเงินอย่างต่อเนื่อง พิกเซลย่อยสีน้ำเงินในบริเวณนั้นจะเสื่อมสภาพเร็วกว่า ต่อมา เมื่อแสดงสีที่สม่ำเสมอ สีน้ำเงินในบริเวณนั้นจะจางลงเล็กน้อย ทำให้เกิดภาพติดค้างราวกับว่าภาพนั้น "ไหม้" อยู่บนหน้าจอ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "เบิร์นอิน" (ไม่ใช่การเผาไหม้ทางกายภาพ แต่เป็นการเสื่อมสภาพของพิกเซลที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งนำไปสู่ความแตกต่างของสี)

2.8. ทั้งจอ LCD และ OLED สามารถทำให้เกิดอาการปวดตาได้ แต่ในลักษณะที่แตกต่างกัน

• ความสว่างของหน้าจอต้องสามารถควบคุมได้เพื่อให้เข้ากับแสงโดยรอบ โดยมีวิธีหลักสองวิธีคือ PWM (Pulse Width Modulation) และ DC (Direct Current) Dimming

• การหรี่แสงแบบ DC นั้นเข้าใจง่าย: มันควบคุมแรงดันไฟฟ้าโดยตรงเพื่อเปลี่ยนความสว่าง แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นหมายถึงแสงสว่างมากขึ้น เนื่องจากแหล่งกำเนิดแสงเปิดอยู่ตลอดเวลา จึงไม่ทำให้เกิดอาการปวดตาจากการกระพริบของแสง

• การหรี่แสงแบบ PWM ปรับความสว่างโดยการเปลี่ยนแปลงรอบการทำงาน (อัตราส่วนเวลาเปิด/ปิด) ของแสง รอบการทำงานที่มากขึ้นหมายถึงแสงที่สว่างขึ้น การควบคุมความสว่างทำได้โดยการเปิดและปิดแสง ซึ่งทำให้เกิดการกระพริบ ข้อเสียคืออาจทำให้ปวดตาได้ ความถี่การกระพริบที่สูงขึ้นจะสังเกตเห็นได้ยากขึ้น

• เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะตัว หากหน้าจอ OLED ใช้การหรี่แสงแบบ DC ที่ระดับความสว่างต่ำมาก แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำเกินไปจะทำให้ภาพไม่สม่ำเสมอและดู "มัว" ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพของภาพ ดังนั้น หน้าจอ OLED จึงไม่สามารถใช้การหรี่แสงแบบ DC ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และต้องอาศัยการหรี่แสงแบบอื่นเป็นหลักPWM .

• นอกจากนี้ เนื่องจากวัสดุอินทรีย์ของ OLED มีแนวโน้มที่จะเสื่อมสภาพ จึงไม่สามารถใช้ PWM ความถี่สูง (ซึ่งสังเกตได้ยากกว่า) และมักจำกัดอยู่ที่ การหรี่แสง PWM ความถี่ต่ำ (โดยทั่วไปสูงสุดประมาณ 250Hz) บุคคลที่มีความไวต่อแสงบางคนอาจรับรู้ถึงการกะพริบนี้ ทำให้มีโอกาสเกิดอาการเมื่อยล้าทางสายตาได้มากขึ้น

• แสงที่ปล่อยออกมาจากหน้าจอซึ่งเป็นอันตรายต่อดวงตามากที่สุดคือแสงสีฟ้าพลังงานสูงในช่วงความยาวคลื่น 420-440 นาโนเมตร ซึ่งสามารถก่อให้เกิดความเสียหายถาวรต่อจอประสาทตาได้ แบ็คไลท์ของหน้าจอ LCD แบบดั้งเดิมใช้หลอด LED สว่างหลายดวงพร้อมแผ่นนำแสง แสงสีฟ้าพลังงานสูงส่วนใหญ่ที่ปล่อยออกมาจาก LED เหล่านี้อยู่ในช่วงความยาวคลื่นนี้

• โดยสรุป: จอ LCD มีแสงสีฟ้าเข้ม ซึ่งเป็นอันตราย และ จอ OLED ใช้การหรี่แสงแบบ PWM ซึ่งก็เป็นอันตรายเช่นกัน จอราคาถูกบางรุ่นยังใช้การหรี่แสงแบบ PWM ในจอ LCD เพื่อลดต้นทุน จึงยังไม่แน่ชัดว่าจอใดเป็นอันตรายมากกว่ากัน