Nguyên lý hoạt động và so sánh ưu/nhược điểm của màn hình LCD và OLED

01. Nguyên lý hoạt động của màn hình LCD và OLED

1.1. Nguyên lý hoạt động của màn hình LCD

Sơ đồ mặt cắt ngang của màn hình LCD như sau, chủ yếu gồm 7 lớp từ dưới lên trên: Lớp đèn nền, Lớp phân cực dọc, Mạch điện cực dương, Lớp tinh thể lỏng, Mạch điện cực âm, Lớp phân cực ngang và Lớp lọc màu.

• Lớp đèn nền dưới cùng phát ra ánh sáng trắng, ánh sáng này đi qua bộ lọc màu để trở thành ánh sáng có màu tương ứng. Lưu ý: đèn nền không phải là một đèn LED độc lập dưới mỗi điểm ảnh; mà toàn bộ màn hình sử dụng chung một lớp đèn nền lớn.

• Khi điện áp được đặt vào mạch cực dương , nó sẽ xuyên qua lớp tinh thể lỏng , kết nối với mạch cực âm để tạo thành một vòng khép kín. Điện áp này làm cho các phân tử tinh thể lỏng xoắn lại. Tại thời điểm này, lớp tinh thể lỏng, giống như một tấm chắn, sẽ chặn một phần ánh sáng. Bằng cách điều khiển độ lớn của điện áp, chúng ta có thể điều khiển góc xoắn của các phân tử tinh thể lỏng, từ đó điều khiển độ sáng của các điểm ảnh phụ màu đỏ, xanh lá cây và xanh dương. Thay đổi tỷ lệ độ sáng cho phép pha trộn bất kỳ màu sắc mong muốn nào.

1.2. Nguyên lý hoạt động của OLED

OLED là viết tắt của Organic Light-Emitting Diode ( Điốt phát quang hữu cơ). Giống như màn hình LED, nó cũng có ba điểm ảnh phụ. Điểm khác biệt là nó không có lớp tinh thể lỏng và lớp đèn nền; bản thân nó là một điốt tự phát quang được thiết kế đặc biệt. Bằng cách điều khiển điện áp, và do đó dòng điện chạy qua điốt để thay đổi độ sáng, tỷ lệ màu của mỗi điểm ảnh phụ có thể được điều khiển, cuối cùng tạo ra màu sắc mong muốn.

• Màn hình OLED không có lớp đèn nền. Mỗi điểm ảnh có thể được điều khiển độc lập để bật/tắt. Do đó, không giống như màn hình LCD phải bật toàn bộ lớp đèn nền khi bật, trên màn hình OLED, mỗi điểm ảnh có thể được coi là một đèn được điều khiển độc lập. Điều này cho phép các tính năng như Màn hình luôn bật (Always-On Display - AOD) , trong đó một phần các điểm ảnh có thể được chiếu sáng ở độ sáng và tốc độ làm mới thấp để hiển thị thời gian, thông báo và các thông tin quan trọng khác khi điện thoại bị khóa.

02. So sánh ưu điểm và nhược điểm của màn hình LCD và OLED

2.1. Màn hình OLED tiêu thụ điện năng thấp hơn

• Màn hình LCD, khi được bật, sẽ làm sáng toàn bộ đèn nền và tiêu thụ điện năng liên tục.

• Màn hình OLED chỉ tiêu thụ nhiều điện năng hơn màn hình LCD khi hiển thị hình ảnh màu trắng tinh khiết. Tuy nhiên, độ sáng và trạng thái bật/tắt của mỗi điểm ảnh OLED có thể được điều khiển độc lập, cho phép giảm độ sáng khác nhau hoặc thậm chí tắt các điểm ảnh. Do đó, trừ khi bạn sử dụng màn hình trắng trong thời gian dài, màn hình OLED thường có thời lượng pin lâu hơn.

2.2. Màn hình OLED có tỷ lệ tương phản cao hơn

• Tỷ lệ tương phản đề cập đến tỷ lệ độ sáng giữa màu trắng sáng nhất và màu đen tối nhất. Tỷ lệ càng cao thì màu sắc càng rực rỡ và bão hòa hơn.

• Để màn hình LCD hiển thị màu đen thuần túy, lý tưởng nhất là các phân tử tinh thể lỏng sẽ đóng hoàn toàn để chặn tất cả ánh sáng nền phát ra. Tuy nhiên, chúng không thể đóng hoàn toàn. Khi hiển thị màu đen, một lượng nhỏ ánh sáng trắng vẫn lọt qua, vì vậy những gì nhìn thấy không phải là màu đen thuần túy mà là màu xám mờ hơn đáng kể. Đặc điểm này ngăn cản màn hình LCD hiển thị màu đen thuần túy thực sự.

• Màn hình OLED không có đèn nền, và mỗi điểm ảnh được điều khiển độc lập. Để hiển thị màu đen, nguồn điện đến các điểm ảnh đó có thể bị ngắt hoàn toàn, dẫn đến không phát ra ánh sáng và đạt được màu đen thực sự, thuần khiết. Do đó, màn hình OLED có tỷ lệ tương phản cao hơn.

2.3. Màn hình OLED có thời gian phản hồi nhanh hơn, mang lại lợi thế cho hiển thị động.

• Khi hiển thị nội dung động, mỗi pixel cần phải chuyển đổi màu sắc nhanh chóng. Thời gian cần thiết cho việc chuyển đổi này được gọi là thời gian phản hồi của màn hình. Nếu thời gian phản hồi quá lâu, các pixel không thể thay đổi màu sắc kịp thời, gây ra hiện tượng lưu ảnh vì khung hình trước đó chưa biến mất hoàn toàn trước khi khung hình tiếp theo xuất hiện.

• Màn hình LCD chuyển đổi màu sắc bằng cách điều khiển sự xoắn của các phân tử tinh thể lỏng. Tốc độ xoắn này quyết định trực tiếp thời gian phản hồi xám sang xám (GtG) của màn hình LCD. Tốc độ xoắn này phụ thuộc vào nhiệt độ, chậm lại ở nhiệt độ thấp hơn, dẫn đến hiện tượng bóng mờ dễ nhận thấy trên màn hình LCD trong môi trường lạnh.

• Màn hình OLED không có lớp tinh thể lỏng nên không bị hạn chế bởi lớp này. Mặc dù OLED có thời gian phản hồi, nhưng thời gian phản hồi rất ngắn đối với các chuyển đổi màu sắc, hầu như không xuất hiện hiện tượng bóng mờ. Quá trình chuyển đổi giữa màu đen tuyền và màu trắng tuyền mất thời gian lâu hơn một chút nhưng nhìn chung vẫn ngắn hơn so với hầu hết các màn hình LCD. Do đó, OLED có lợi thế vốn có trong việc hiển thị nội dung động.

2.4. Màn hình OLED có thể mỏng hơn và có thể gập lại được.

• Màn hình OLED, không có lớp đèn nền và tinh thể lỏng, dễ dàng chế tạo mỏng hơn và có thể uốn cong đáng kể, giống như giấy. Khả năng uốn cong này cho phép dễ dàng triển khai màn hình cong, nâng cao đáng kể chất lượng cảm nhận của thiết bị.

• Màn hình LCD, ngoài lớp đèn nền và lớp tinh thể lỏng, còn chứa các lớp phân cực, khiến chúng dày hơn nhiều. Lớp đèn nền và lớp tinh thể lỏng sử dụng chất nền cứng, chỉ cho phép uốn cong rất nhẹ, thường chỉ thấy ở các tấm nền lớn như màn hình máy tính để bàn.

2.5. Màn hình OLED có tuổi thọ ngắn hơn

• Trong màn hình LCD, lớp đèn nền phát ra ánh sáng. Lớp tinh thể lỏng chỉ điều khiển việc chắn sáng, còn bộ lọc chỉ thay đổi màu sắc ánh sáng; cả hai đều không phát ra ánh sáng. Điện áp được cấp vào lớp tinh thể lỏng không phát sáng.

• Trong màn hình OLED, điện áp được cấp trực tiếp vào các điốt tự phát quang, gây ra hiện tượng di chuyển electron thường xuyên trong lớp phát quang của OLED. Kết hợp với thực tế là bản thân lớp phát quang được làm từ vật liệu hữu cơ (dễ bị lão hóa hơn vật liệu vô cơ) và đặc tính tự phát quang, điều này trực tiếp dẫn đến tuổi thọ màn hình OLED ngắn hơn đáng kể so với màn hình LCD.

2.6. Màn hình LCD bị hiện tượng hở sáng

• Do sự hiện diện của lớp đèn nền trong màn hình LCD và việc tấm màn hình phải được lắp ráp vào thiết bị, ánh sáng từ đèn nền có thể dễ dàng rò rỉ ra ngoài tại các đường nối giữa màn hình và khung máy. Khi hiển thị hình ảnh màu đen tuyền, các quầng sáng lớn có thể xuất hiện ở các cạnh, được gọi là "hiện tượng rò rỉ ánh sáng".

2.7. Màn hình OLED dễ bị "cháy ảnh"

• Trong màn hình LCD, đèn nền là một khối duy nhất và tất cả các điểm ảnh đều bị lão hóa đồng đều.

Trong màn hình OLED, mỗi điểm ảnh phát ra ánh sáng độc lập, có nghĩa là các vùng khác nhau của màn hình sẽ lão hóa với tốc độ khác nhau tùy thuộc vào cách sử dụng. Ví dụ, nếu vùng A luôn hiển thị màu xanh lam, các điểm ảnh phụ màu xanh lam ở đó sẽ bị xuống cấp nhanh hơn. Sau đó, khi hiển thị một màu đồng nhất, màu xanh lam ở vùng đó sẽ mờ hơn một chút, gây ra hiện tượng lưu ảnh kéo dài, như thể hình ảnh bị "cháy" vào màn hình. Hiện tượng này được gọi là "cháy ảnh" (không phải là cháy vật lý, mà là sự lão hóa không đồng đều của các điểm ảnh dẫn đến sự khác biệt về màu sắc).

2.8. Cả màn hình LCD và OLED đều có thể gây mỏi mắt, nhưng theo những cách khác nhau.

• Độ sáng màn hình cần phải điều chỉnh được để phù hợp với ánh sáng môi trường xung quanh. Có hai phương pháp chính được sử dụng: PWM (Điều chế độ rộng xung) và làm mờ bằng dòng điện một chiều (DC) .

• Điều chỉnh độ sáng DC rất đơn giản: nó điều khiển trực tiếp điện áp để thay đổi độ sáng. Điện áp càng cao thì ánh sáng càng sáng. Vì nguồn sáng luôn bật nên nó không gây mỏi mắt do hiện tượng nhấp nháy.

• Điều chỉnh độ sáng bằng PWM sử dụng phương pháp thay đổi chu kỳ hoạt động (tỷ lệ thời gian bật/tắt) của đèn. Chu kỳ hoạt động càng lớn thì đèn càng sáng. Phương pháp này điều khiển độ sáng bằng cách bật và tắt đèn liên tục, tạo ra hiện tượng nhấp nháy. Nhược điểm là có thể gây mỏi mắt; tần số nhấp nháy cao hơn sẽ ít gây khó chịu hơn.

• Do đặc tính vốn có, nếu màn hình OLED sử dụng chế độ làm mờ DC ở mức độ sáng rất thấp, điện áp quá thấp sẽ gây ra hiệu ứng màn hình không đồng đều, "mờ nhạt", ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng hình ảnh. Do đó, màn hình OLED không thể sử dụng hiệu quả chế độ làm mờ DC và chủ yếu dựa vào...PWM .

• Hơn nữa, do vật liệu hữu cơ của OLED dễ bị lão hóa, chúng không thể sử dụng PWM tần số cao (ít gây khó nhận biết hơn) và thường chỉ giới hạn ở việc làm mờ PWM tần số thấp (thường lên đến khoảng 250Hz). Một số người có thị lực nhạy cảm có thể cảm nhận được hiện tượng nhấp nháy này, khiến nó dễ gây mỏi mắt hơn.

• Phần ánh sáng phát ra từ màn hình gây hại nhất cho mắt là ánh sáng xanh năng lượng cao trong dải bước sóng 420-440 nm , có thể gây tổn thương không thể phục hồi cho võng mạc. Đèn nền màn hình LCD truyền thống sử dụng một số đèn LED sáng với các tấm dẫn sáng. Một phần đáng kể ánh sáng xanh năng lượng cao do các đèn LED này phát ra nằm trong dải bước sóng này.

• Tóm lại: Màn hình LCD phát ra ánh sáng xanh mạnh gây hại, còn màn hình OLED sử dụng công nghệ làm mờ PWM cũng gây hại. Một số màn hình cấp thấp thậm chí còn sử dụng công nghệ làm mờ PWM trên màn hình LCD để giảm chi phí. Vậy loại nào gây hại hơn thì vẫn chưa rõ ràng.