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一起來看看LCD和OLED屏幕的實現原理
查看次數:730 次 發布日期:2022-12-16 來源:IT之家

本文來自微信公眾號:中興文檔 

在選購手機的時候,你最關注手機的什么參數呢?

屏幕大小、屏幕樣式、還是攝像頭分辨率?。。。。。。

不知道有沒有同學關注到手機屏幕的材質呢?

我們用手機玩游戲,刷視頻,看直播。。。。。。 親密接觸的都是手機屏幕。

而手機屏幕的材質,直接影響著我們手機使用的整體感受。

那市場上都有什么類型的手機屏幕材質呢?

目前,市場上的主流屏幕材質分為兩大類:

  • LCD(Liquid Crystal Display,液晶顯示)屏

  • OLED(Organic Light-Emitting Diode,有機發光二極管)屏

那這兩種材質的區別是什么呢?我們選購時應該選哪一種呢?

一起來看看 LCD 和 OLED 屏幕的實現原理吧。

我們都知道屏幕都是由成千上萬的像素點組成的,而每個像素點又是由紅綠藍三個子像素組成的。在 LCD 和 OLED 屏幕上看到的各種顏色,都是通過調整紅綠藍三個子像素的明暗程度,從而混合出變化萬千的顏色。

目前的 LCD 和 OLED 屏幕,每個子像素至少都有 256 級的亮度,也就是說,這 3 個子像素可以混合出一千六百多萬種顏色來。

那 LCD 和 OLED 各自是怎樣實現的呢?

LCD 屏

LCD 屏幕的正常工作離不開背光層(發出白光)和液晶層(調節光線亮度)。

為更好的理解 LCD 屏幕的工作原理,我們先看一下 LCD 屏幕的結構,如下圖所示。

其中,背光層包括反光板、導光板、LED 燈、擴散膜、棱鏡膜。

  • 反光板:類似于拍照時的反光板,將光反射回去,提高屏幕亮度。

  • 導光板:把 LED 燈發出的線光源轉換成面光源,使得屏幕亮度均勻。

  • 擴散膜:類似于拍照時的柔光燈,對光線進行擴散,使光線變得更柔和。

  • 棱鏡膜:過濾掉不符合角度的光線,讓光線角度更規范。

液晶層及其他各層材料也都在 LCD 的顯示中起著不可或缺的作用。

  • 底部(垂直)偏光片:只允許垂直方向的光通過,其余的光被過濾掉。

  • TFT(Thin Film Transistor,薄膜場效應晶體管):調節每個子像素(紅綠藍)的電壓,以調整液晶分子的扭曲程度,從而控制子像素的亮度。

  • 配向膜:用于夾住液晶。

  • 液晶層:就像是一個調節閥門一樣,控制出光的量和方向。

  • 公共電極:用于向液晶層施加電壓,維持整個像素的電壓。

  • 彩色濾光膜:由紅、綠、藍組成,讓 LCD 屏幕可以顯出各種各樣的顏色。

  • 頂部(水平)偏光片:只允許水平方向的光通過,其余的光被過濾掉。

通過以下動圖可以看到,LCD 屏幕的具體實現過程。

1。 當我們點亮屏幕的時候,LED 開始發出白光,經過導光板,將線光源轉換成面光源,使光線變得均勻,照亮整個屏幕(同時,左側的反光板會將光反射回去,提高整體亮度)。

2。 光線經過擴散膜,讓光進行擴散,面積變大,讓光線更柔和。

3。 光線經過棱鏡膜,只有符合角度的光線才會射出,確保光線在往正確的方向走。

4。 光線經過底部垂直偏光片,只讓垂直方向的光經過,過濾掉其他方向的光。

5。 TFT 根據顏色顯示需要,控制各個子像素的電壓大小,電壓大小影響液晶分子的扭曲程度,從而對透過液晶層光線的亮度和方向進行控制。

6。 透過液晶層的子像素光線經過彩色濾光膜,再通過頂部的水平偏光片,則在屏幕上看到了需要的顏色。

OLED 屏

OLED 屏采用了有機自發光材料,不需要 LCD 屏那樣的背光層,也不需要控制出光量的液晶層,只要給它通電,有機自發光層就能發光,屏幕就能亮,所以 OLED 就像一個有著無數個小的彩色燈泡(一個子像素點類似于一個小燈泡)組合的屏幕,每個小燈泡都可以被獨立控制。

OLED 屏幕的結構如下圖所示。

組成 OLED 屏幕的各層材料的作用:

  • 塑料基板:用于支撐承載 OLED 屏幕。

  • 電極:用于為發光層施加電壓。

  • 發光層:每一個子像素的發光層都類似一個小燈泡,可根據需要發出屏幕所需的光。

相對于 LCD,OLED 屏幕的結構少去了很多器件,顯得簡潔很多。因此,OLED 像素點工作原理也變得簡單。

1。 在電極兩端施加電壓,電子就會在發光層結合,紅綠藍各子像素發出光。

2。 紅綠藍子像素的光進行混合后,則在屏幕上得到了各種所需的顏色。

LCD 屏和 OLED 屏的優劣勢

對比 LCD 屏和 OLED 屏的實現方式,我們可以看出兩者最核心的區別是:OLED 屏幕沒有背光層和液晶層,所有的像素自發光,而 LCD 屏幕需要背光層的照射才能發光。

正因為 OLED 比 LCD 少了背光層和液晶層,使得 OLED 相對 LCD 具有以下優勢:

  • 屏幕厚度:OLED 可做得比 LCD 屏幕更加輕薄,有利于對手機整體厚度的控制,而更薄的 OLED 屏幕就允許加入更多的元器件來提升其他性能。

  • 可彎曲度:由于 LCD 背光層和液晶層的存在,導致偏厚的 LCD 屏幕無法大幅度彎曲,而輕薄的 OLED 屏則可隨意大幅度彎曲,在手機尺寸限制下,可通過曲面屏、折疊屏等實現更大屏幕的顯示效果。

  • 色彩:由于 LCD 的液晶層無法完全閉合,所以當 LCD 顯示黑色的時候,仍會有部分光穿過濾光片,因此 LCD 的黑色實際上是白色和黑色混合的灰色,就像一個白色手電筒射過一個黑色的薄膜,穿過薄膜的光不會變成純黑的光,而是亮度大幅度遞減的灰色。而 OLED 顯示黑色的時候,可以直接關閉黑色區域的像素點,可達到純黑的效果。

而對比度是指白色與黑色的比值,對比度越高,畫面顏色越濃厚鮮艷。由于 LCD 的黑色不是純黑,所以對比度很難做高。而 OLED 可做到純黑,即黑色幾乎為 0,那么理論上對比度可達到無限。因此 OLED 顯示就像油畫,色彩純而細膩,LCD 顯示就像水彩筆畫,色彩朦朧而淡雅。

  • 耗電程度:OLED 的每個像素點(小燈泡)獨立工作,需要顯示的就亮,不需要顯示的就滅,而 LCD 無論顯示什么顏色都是背光全開,因此 OLED 比 LCD 省電。

當然,OLED 也并非十全十美,相對于 LCD,OLED 也存在以下缺陷:

  • 屏幕壽命相對短:LCD 屏幕采用的是無機材料,OLED 屏幕采用的是有機材料,而無機材料的老化速度比有機材料的老化速度慢很多,因此 OLED 屏幕使用壽命是比 LCD 屏幕短的。

  • 燒屏:OLED 屏幕每個像素點是自發光,而 LCD 是整塊屏幕亮,因此 OLED 屏幕每個像素點的工作時間不一樣,可能產生屏幕像素點老化不均勻導致燒屏的現象。燒屏是指屏幕上出現殘影的現象。但是燒屏需要一個非常長的過程才會出現,一般情況下,只要日常使用時控制手機亮度不要過高,且手機屏幕不長時間顯示一個畫面,OLED 屏幕同樣使用幾年是沒有問題的。

  • 屏閃:屏幕需要進行亮度控制。對于大多數 LCD 屏幕,直接調整背光層的電壓就能控制亮度了(DC(Direct Current)調光),而 OLED 屏幕不能通過調整電壓控制亮度,需要不斷的開關屏幕來控制亮度(PWM(Pulse Width Modulation)調光),即屏幕亮度出現閃爍,可能會使眼睛感覺不適。但當開關的頻率足夠高時,肉眼也無法感受到屏幕的開關動作了。

我們看到,LCD 和 OLED 各有優劣,不宜直接宣稱誰就一定更好,因此當前市場上的手機也是兩種屏幕都大量存在。

這里,我們綜合選購手機的性價比等各種因素,對 LCD 和 OLED 屏幕做個簡單對比。

LCD 屏和 OLED 屏的分類

關注過手機屏幕材質的同學,一定有注意到,除了 LCD、OLED,還常見到 TFT、 IPS、SLCD、AMOLED 等一些字母組合,它們并非代表不同的屏幕材質,而是 LCD 和 OLED 的不同顯示技術。通常情況下,常見的 LCD 顯示技術有:TFT、IPS、SLCD。常見的 OLED 顯示技術有:AMOLED、Super AMOLED。

為對不同顯示技術進行區分,我們簡要介紹各顯示技術的實現方式和效果。

LCD 常見顯示技術

  • TFT(Thin Film Transistor,薄膜場效應晶體管):為每個像素都設有一個半導體開關,每個像素都可以通過點脈沖直接控制,因此每個像素都相對獨立,并可以連續控制,不僅提高了顯示屏的反應速度,同時可以精確控制顯示色階,所以 TFT 液晶的色彩真實、亮度好、層次感強、顏色鮮艷,但也比較耗電。

  • IPS(In-Plane Switching,平面轉換),也稱為“Super TFT”,顯示效果通透、亮麗,可視角大,可以達到接近 180° 的可視角度,且觸摸無水紋、環保省電。

  • SLCD(Splice Liquid Crystal Display,拼接專用液晶屏)是一個完整的拼接顯示單元,是 LCD 的一個高級進階版本,特點是色彩更暖,還原真實,更自然,適合人眼觀看,使用壽命長。

OLED 常見顯示技術

  • AMOLED(Active Matrix OLED,主動式 OLED)使用的是主動式發光的技術,即屏幕上的每一個像素既能完成顯示色彩的功能,還具有自發光的特性。這樣在任何一種背景下并不是屏幕上所有的像素都在發光,純黑地方像素既沒有顯示也沒有發光,這在很大的程度上節省了電量,也對手機屏幕進行了很好的保護。AMOLED 的自發光技術使得屏幕色彩更豐富、屏幕顯示更亮,即使在白天戶外也可以清晰的看到屏幕顯示內容。同時,更薄的 AMOLED 具有更快的反應速度、更廣的視覺、更高的對比度。

  • Super AMOLED:與 AMOLED 相比,Super AMOLED 取消了玻璃覆蓋層,使得面板比 AMOLED 更薄。因為少了一層阻隔,屏幕觸控也更靈敏,顯色也更亮麗了。同時,Super AMOLED 在可視角度、顯示細膩度和色彩鮮艷飽和度方面都有不錯的表現。

關于常見手機屏幕材質的內容,小編今天就介紹到這里了,相信你也對自己手機屏幕有了一定了解,在選購手機時也有了一些的參數指導。

當然,除了文中提到的材質,市場上還有 ASV、NOVA、TN 等其他材質應用在不同廠商的手機中,今天就不一一介紹了。

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