LCD和OLED工作原理及优劣对比

原创 硬件笔记本 2022-03-21 07:30

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了解屏幕的工作原理,首先要了解什么是像素点。


你看到一整块的画面实际上是由无数小点拼凑出来的,这些小点就是我们说的像素点。

 


每个像素点由红绿蓝三个子像素构成。红绿蓝是三原色,可以通过红绿蓝三个子像素的颜色比例来得到一切你想要的颜色,这样每个像素点各司其职显示自己的颜色,最终拼凑出了你看到的完整的画面。分辨率指的是单位长度内包含像素点的数目。01

01

LCD和OLED的工作原理


1.1、LCD工作原理 

LCD的剖面图如下,主要有7层,从下到上依次是背光层、垂直偏光片、正极电路、液晶层、负极电路、水平偏光片和彩色滤光片。


最底下背光层的作用是发射白光,白光穿透具有颜色的彩色滤光片后就可以变成对应颜色的光线。注意,背光层并不是像素点下面一个独立的LED灯珠,而是整个屏幕所有像素点共享一整块大的背光层。

 

当我们给正极电路施加电压,它会穿透液晶层,连通负极电路构成回路,这个电压会驱使液晶层发生偏转,此时液晶层就和百叶窗一样会遮挡住一部分光线,这时我们只需要控制电压的大小,就可以控制液晶分子的偏转角度,进而控制红色、绿色和蓝色子像素的亮度。通过亮度比例的改变就可以混合出一切你想要的颜色。


1.2、OLED工作原理 

OLED全称是有机发光二极管(organic Light-Emitting Diode),它和LED屏幕一样也有三个子像素。不同的是,它没有液晶层和背光层,本身是一种特殊设计的自发光二极管。通过控制电压,从而控制流过二极管的电流来改变亮度,就可以控制每个子像素的颜色配比,最终混合出你想要的颜色。 


 

OLED没有背光层,每个像素点都可以独立控制开关,所以不需要向LCD屏那样一打开后,整个背光层都需要点亮。OLED屏幕每个像素点都可以理解为一颗独立控制的灯珠,可以做息屏提醒,在手机锁屏的时候可以单独点亮部分像素点,以低亮度和低刷新率来显示时间和通知等一些重要信息。

 


02

LCD和OLED的优劣对比

2.1、OLED功耗更低 

LCD屏只要一打开,整个屏全亮,就会一直耗电。OLED屏只有在打开显示纯白画面的时候,耗电会比LCD高,但是OLED屏每个像素点是独立控制亮度和开关的,这样就可以做到分别降低亮度,甚至是关闭。因此,除非你长时间停留在白色的画面下,否则OLED的续航时间更长一些。


2.2、OLED对比度更高

对比度指画面黑白明暗的亮度比值。对比度越高,画面越鲜艳,色彩越浓郁。

 

LCD如果要显示纯黑色的话,理想状态是液晶分子完全闭合,完全遮挡住发射出来的背光,但液晶分子的偏转不能做到完全闭合。因此在显示黑色的时候,会有少量的白光照射出去,所以在屏幕上看到的并不是纯黑色,而是亮度大幅度递减的灰色,这个特性决定了LCD不能显示真正意义上纯黑的黑色。

 


OLED本身并没有背光的存在,且每个像素点都独立控制,所以可以直接断掉显示黑色像素点的供电,做到完全不发光,达到真正意义上的纯黑。

 

因此OLED屏对比度更高。



2.3、OLED响应时间更快,动态显示更有优势。 

在显示动态画面的时候,意味着每个像素点需要快速切换颜色,颜色的切换需要一定的时间,这个时间就是我们所说的屏幕响应时间。


响应时间过长就会导致动态画面显示的时候,像素点来不及改变颜色,导致上一幅画面还未完全消失,下一幅画面就要显示出来,就会导致屏幕上出现残影。 



LCD屏幕颜色的切换是通过控制液晶分子的偏转来完成的。因此液晶层偏转的速度就直接决定了LCD的灰阶响应时间,而液晶层的偏转和温度有关,温度越低偏转的速度越慢,导致LCD屏幕在低温下会出现非常明显的拖影现象。

 

OLED屏没有液晶层也自然不受到液晶层的温度的限制。不过OLED屏并不是没有响应时间,OLED屏幕在彩色之间切换颜色,响应时间非常短,几乎没有拖影的现象,但是OLED屏从纯黑切换到纯白,或者从纯白切换到纯黑的时候,需要花费的时候会比其它颜色长得多,但OLED在黑白颜色之间切换的时候也比大部分LCD时间短。


所以OLED在屏幕显示动态画面上是具有天生优势的。


2.4、OLED可以做到更薄,易折叠

OLED屏没有背光层和液晶层,所以非常容易做薄,可以和纸张一样进行大幅度的弯折可以弯曲就意味着可以很轻松的实现曲面屏,可以显著提高手机本身的质感。 


LCD屏除了有背光层和液晶层,中间还有一些偏正片,所以比OLED厚很多。背光层和液晶层是硬质基材,只能做非常小幅度的弯曲,还只是能台式机显示器这种大型面板上看到。

 

2.5、OLED寿命更短 

LCD用来发光的是背光层,液晶层只负责偏转控制出光量,滤光层只负责改变光的颜色,不参与发光,电压是施加在不参与发光的液晶层上。


OLED屏电压是直接施加在自发光二极管上,导致电子频繁的在OLED的发光层迁移。再加上发光层本身是有机物,有机物相对于无机物来讲非常容易老化,所以有机物+频繁的电子迁移+自发光,直接导致了OLED的屏幕寿命明显短于LCD屏。 


2.6、LCD有漏光的缺点 

由于LCD屏有背光层的存在,而屏幕面板最终是要装进手机或显示器上,屏边框的衔接处,背光层的背光就很容易漏出去,在显示纯黑画面的时候,边框处会出现大面积的光晕现象,这被称之为漏光。 



2.7、OLED容易出现烧屏现象 

LCD屏背光是一整块 全体像素点会一起老化。OLED屏每个像素点都是独立发光,意味着屏幕不同区域根据使用程度不同,老化速度不一样。

 


比如A区域长期显示蓝色,那蓝色像素点衰减速度就比较快。下次显示纯色的时候,那个地方的蓝色就会稍微暗一点,导致出现残影,就好像画面被烧在了屏幕上,这个现象被称为烧屏。不是说屏幕物理层面的烧毁,而是像素点老化不均匀导致的屏幕色差。

 

2.8、LCD和OLED都会伤眼,但有所不同。 

手机屏幕亮度是需要可控的,不然没法和环境光强匹配,目前控制亮度主要是两种方式:PWMDC调节

DC调光很简单,直接控制电压来改变灯的亮度,电压越高,亮度越亮。DC调光由于光源全程是处于开启状态,所以并不会出现频闪伤眼的现象。

 

PWM调光是采取调整占空比来调整控制灯的亮度,占空比越大,亮度越亮。它的调光控制灯的开关时间,会产生频闪,所以它有一个弊端就是伤眼,频率越高,频闪现象越不明显。

  

OLED屏幕由于本身的特性,如果使用DC调光,在亮度过低的时候,电压过低,屏幕就会出现和抹布一样不均匀的效果,对显示画面的影响特别大,所以OLED屏幕不能采用DC调光,只能用PWM

  

OLED由于有机材料又容易老化,所以OLED不能使用高频PWM调光,只能采用低频PWM调光。一般频率为最高为250Hz左右,一些视觉敏感的人就会察觉出来,就更容易产生视觉疲劳。

  


屏幕发射的光线对人眼伤害最大的部分是420-440波长的蓝光,这些高能光线会对人的视网膜产生不可逆的伤害,传统LCD屏幕的背光是用数个高亮的LED灯珠加匀光板完成的,这些LED灯珠发射出来的光线,其高能蓝光有相当大一部分处在这个区间中。


LCD的蓝光强伤眼,OLED采用PWM调光也伤眼。有的低端屏幕为了节约成本,在LCD上也采用PWM调光。哪个伤害更大不好说。 


图片来源网络。

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