เทคโนโลยีจอภาพ LED และ LCD 01

เทคโนโลยีจอภาพ LED และ LCD

จอภาพ คือ

                              จอมอนิเตอร์หรือ ว่าจอภาพ มีความสำคัญสำหรับการแสดงผลข้อมูลให้กับทางด้านสายตา ไม่ว่าจะเป็นข้อมูลอะไรก็ตามที่เราสามารถที่จะดูได้ทางจอภาพไม่ว่าจะเป็น ภาพ แสง สี ตัวหนังสือ ถือได้ว่าเป็นอุปกรณ์ในการแสดงผลหลักเลยก็ว่าได้หากไม่มีก็ไม่สามารถที่จะ ตรวจสอบสถานะต่างๆได้ และด้วยการแสดงผลที่ต้องมีคุณภาพจึงมีเทคโนโลยีต่างๆ ที่พัฒนาขึ้นจากที่เคยเป็นจอขาวดำเหมือนเมื่อก่อน แต่ก็ได้เป็นสี โดยทั่วไปแล้วจอภาพที่เราใช้อยู่มีหลายแบบ ทั้งCRT LCD cและLEDที่ถูกแบ่งเป็น 3 ประเภทด้วยกันมีคุณภาพที่แตกต่างกัน

ประเภทของจอภาพ

           1.จอCRT (Cathode Ray Tube)เป็นจอรุ่นเก่ามากตั้งแต่เริ่มต้นเลย เมื่อก่อนเราจะพบว่าเป็นขาวดำแต่ได้พัฒนามาเป็นสีสามารถที่จะเห็นรายละเอียดมากกว่าเดิม จอCRTการ ทำงานเป็นเหมือนจอโทรทัศน์รุ่นเก่าที่มีขนาดใหญ่ มีด้านหลังที่ยื่นออกไปเพราะว่าใช้การฉายแสงอิเล็กตรอนของหลอดภาพในการแสดง ผล และในการยิงแสงแต่ละครั้งจำเป็นต้องใช้เวลาจึงทำให้เราเห็นภาพไม่นิ่งอาจจะ ดูเหมือนสั่นตลอดเวลา และทำให้ปวดตาในที่สุด โดยแสงที่เกิดขึ้นจะเป็นสี แดง เขียว และ น้ำเงิน เกิดจากการผสมสีสามสีเหล่านี้จึงทำให้เกิดเป็นสีต่างๆ บนจอภาพให้เราเห็น สำหรับความละเอียดภาพนั้นมีหน่วยเป็น พิกเซล คือเป็นจุดของการแสดงผลหากมีจำนวนมากก็จะทำให้ภาพเรามีความชัดเจนมาก เนื่องจากการทำงานดังกล่าวทำให้เกิดความร้อนและใช้พลังงานสูงมาก มีขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก และยังมีรังสีแผกระจายออกมาได้ จึงได้พัฒนาเทคโนโลยีมาใหม่ และยกเลิกการผลิตไปแล้ว จึงไม่มีขายตามท้องตลาดหรือว่ามีเพียงแค่ของมือสองเท่านั้น

คุณสมบัติของจอภาพแบบ CRT

ความละเอียดและการสั่น

                              คุณสมบัติของจอภาพที่สำคัญที่สุดคือความละเอียดในหารแสดงผล หมายถึงจำนวนจุดที่จอสามารถแสดงได้ในแนวตั้งและแนวนอน จอที่นิยมใช้กันเริ่มจากความละเอียดขนาด 640 x 480 ( VGA ) , 800 x 600 ( Super VGA ) , และ 1,024 x 768 ( XGA ) ซึ่งเป็นมาตรฐานขั้นต่ำในปัจจุบัน นอกจากนี้บริษัทผู้ผลิตจอภาพก็ได้พยายามเพิ่มความละเอียดของจอภาพเป็น 1,280 x 1024 จุด ( 1.3 ล้านจุดต่อหนึ่งภาพ ) และ 1,600 x 1,20 จุด ๖ เกือบ 2 ล้านจุดต่อหนึ่งภาพ ) การเพิ่มจุดบนจอมอนิเตอร์มีผลต่อประสิทธิภาพและโครงสร้างของจอ โดยมีข้อจำกัดอยู่ที่ความถี่ในการกวาดลำอิเล็คตรอนให้เป็นภาพ ( หรือการสแกน ) ทั้งในแนวตั้ง แนวนอน ซึ่งมีหน่วยวัดเป็นเฮิร์ต ( Hz ) และกิโลเฮิร์ต ( KHz ) ตามลำดับ และรวมถึงความสามารถของวงจรในจอที่จะรับสัญญาณได้ความถี่สูงแค่ไหน หรือที่เรียกว่า “แบนด์วิธ” ( bandwith ) ซึ่งมีหน่วยเป็นเมกะเฮิร์ต ( MHZ ) ด้วย

คำว่า “vertical scan rate” หรือ “vertical refresh rate” ( อัตราการรีเฟรชในแนวตั้ง ) หมายถึงจำนวนเที่ยวต่อวินาทีในการยิงอิเล็คตรอนไล่จากจุดเริ่มต้นที่แถวบน สุดตรงมุมซ้ายมาจนถึงแถวล่างสุด ว่าใน 1 วินาที จะกวาดซ้ำได้กี่เที่ยว ถ้าอัตราการรีเฟรชต่ำเกินไปก็จะทำให้จุดบนจอมีความสว่างลดลงก่อนที่จะถูกยิง ด้วยอิเล็คตรอนซ้ำอีกครั้งหนึ่ง และมีผลทำให้ภาพเกิดอาการสั่นไหว ( สว่างไม่สม่ำเสมอ ) จนเราสังเกตุเห็นได้ และหากนั่งจ้องเป็นเวลานานๆก็จะปวดตาได้

                              ทางหนึ่งที่เราจะลดอาการสั่นของภาพได้ก้คือใช้สารเคมีที่มีความสว่างนานขึ้น จอภาพแบบโมโนโครมในเครื่องพีซีรุ่นแรกๆก็ใช้เทคนิคนี้ ซึ่งก็จะใช้ได้ดีสำหรับจอที่ทำงานแบบ text mode บนเครื่องซีที่มีความเร็วไม่สูงมากนัก แต่ไม่เหมาะกับจอกราฟิกความเร็วสูง เพราะการที่จุดมีความสว่างนานอาจทำให้จุดนั้นยังคงเรืองแสงอยู่ทั้งๆ ที่ควรจะดับไปแล้วเมื่อแสดงภาพอื่น ดังนั้นโดยทั่วๆไปในปัจจุบันจึงนิยมใช้สารเคมีประเภทเรืองแสงไม่นาน แต่อาศัยความถี่สูงในการกวาดลำอิเล็คตรอนซ้ำๆ กันแทน คือการใช้การยิงอิเล็คตรอนซ้ำให้บ่อยพอก่อนที่แสงจะจางลงไป ทำให้เกิดภาพซ้ำๆกันอย่างสม่ำเสมอ

                              เมื่อมีการผลิตการ์ดแสดงผลความละเอียดสูงรุ่นแรกๆ ขณะนั้นยังไม่มีการกำหนดมาตรฐานของอัตราการแสกนหรือกวาดลำอิเล็คตรอนในการ สร้างภาพออกมา การ์ดรุ่นแรกๆจึงมักจะมีอัตราการรีเฟรชแค่ 56 Hz หรือ 56 ครั้งต่อวินาทีเท่านั้น ซึ่งจะเห็นการสั่นของภาพได้ค่อนข้างชัดเจน ต่อมา VESA ( Video Electonics Standard Association ) อันเป็นองค์กรที่กำหนดมาตรฐานระบบการ์ดแสดงผล ได้กำหนดมาตรฐานของอัตราการรีเฟรชหน้าจอขึ้นมาสำหรับจอความละเอียดขนาดต่างๆ ดังตารางต่อไปนี้

ตารางแสดงอัตราการรีเฟรชหน้าจอ

ตามมาตรฐาน VESA

                              การรีเฟรชหน้าจอมีสองแบบด้วยกันคือ แบบ Interlace ( อิน-เตอร์-เลช ) และ Non-interlace โดยแบบ Interlace นั้น จะสแกนแบบแถวเว้นแถว คือจะสแกนได้ครบทุกจุดบนหน้าจอในวงรอบการทำงานสองครั้ง ส่วนแบบ Non-Interlace จะสแกนทุกจุดบนหน้าจอทั้งจอในคราวเดียว จากการใช้งานจะพบว่าแบบ Interlace ซึ่งมักใช้ในมอนิเตอร์ราคาถูกจะมีอาการสั่นของภาพมากกว่า และโปรดสังเกตว่าจอแบบ Interlace ที่จะบุว่ามีอัตราการรีเฟรช 86 ถึง 90 Hz นั้น หมายความว่าจะมีดารสแกนทั้งจอภาพเพียงแค่ 43 หรือ 45 ครั้งเท่านั้นในหนึ่งวินาที ( ต้องสแกนสองรอบจึงจะเต็มจอภาพ ) ดังนั้นจอภาพในปัจจุบันจึงมักออกแบบมาให้รับการสแกนภาพแบบ non-interlace ที่ความถี่ 75 Hz สำหรับความละเอียด 1,024 x 768 จุดเป็นอย่างต่ำ

                              อัตราการแสกนในแนวนอนหรือ horizontal refresh rate สามารถคำนวนคร่าวๆได้จากจากผลคูณระหว่างจำนวนแถวบนจอ กับอัตราการรีเฟรชนั้นในแนวตั้ง (จำนวนเที่ยวที่สแกนซ้ำใน 1 วินาที ) เช่น จอขนาด 640 x 480 ที่มีอัตรารีเฟรชในแนวตั้ง 60 Hz จะได้เท่ากับ 28,800 ครั้งต่อวินาที ( 60Hz x 480 แถว ) แต่เราต้องมีการชดเชยเวลาที่ใช้ในการย้ายลำอิเล็คตรอนจากจุดล่างสุดของจอกลับไปยังจุดเริ่มต้นด้วย เรียกว่า vertical retrace ซึ่งจะกินเวลาเพื่มอีกประมาณ 10% ของเวลาทั้งหมด นันหมายความว่าจะต้องมีอัตราการสแกนแนวนอนประมาณ 31,700 ครั้งต่อวินาที ( 60 x 480 + 10% หรือประมาณ 31.7 KHz )

แบนด์วิธ

สิ่งหนึ่งที่อาจไม่ค่อยนึกถึงนั่นก็คือ แบนด์วิธ (bamdwidth ) ซึ่งโดยทั่วๆไปมักจะไม่ได้ระบุในสเป็ค แบนด์วิธ หมายถึง “ช่วงกว้างในการรับความถี่ของสัญญาณ” หรือพูดอีกอย่างว่าเป็นความสามารถที่จะรับสัญญาณภาพมาเพื่อเปิดและปิดลำอิเล็คตรอนให้ได้ทันสำหรับภาพแต่ละจุดบนจอ ไม่เช่นนั้นภาพก็อาจเกิดอาการเบลอขึ้นได้ ซึ่ง bndwidth นี้สามารถคำนวนได้จากจำนวนจุดบนจอทั้งหมด ( จำนวนจุดที่ต้องปิด/เปิดลำอิเล็คตรอน ) คูณกับการรีเฟรชแนวตั้ง ก็จะเป็นจำนวนจุดทั้งหมดที่ต้องรับเข้ามาในหนึ่งวินาทีนั่นเอง

                              สำหรับจอ VGA ที่ความละเอียด 460 x 480 จุดที่มีอัตราการรีเฟรช 60 Hz จะต้องมีแบนด์วิธไม่ต่ำกว่า 18.4 Hz เพื่อให้เกิดภาพที่คมชัด แต่ตัวเลขนี้เป็นตัวเลขในทางทฤษฎีเท่านั้น ในความเป็นจริงแล้วเราต้องเผื่อเอาไว้ประมาณ 10% สำหรับ horizontal and vertical retrace ด้วย ( หมายถึงเวลาที่วงจรในจอภาพจะย้ายลำอิเล็คตรอนจากจุดสุดท้ายในแถวแรกไปยังจุด แรกของแถวถัดไป และการย้ายลำอิเล็คตรอนจากจุดล่างสุดของจอกลับไปยังจุดเริ่มต้น เช่นเดียวกับการคำนวนอัตราการรีเฟรช แต่คราวนี้ต้องเผื่อทั้งแนวตั้งและแนวนอน ) สำหรับจอ 800 x 600 จุดที่มีอัตราการรีเฟรช 72 Hz จะต้องมีแบนด์วิธไม่ต่ำกว่า 38 Hz ส่วนจอ 1,024 x 768 จุดที่มีอัตราการรีเฟรช 70 Hz จะต้องมีแบนด์วิธถึง 60.6 Hz ทีเดียว และจอทีมีแบนด์วิธสูงกว่าความต้องการขั้นต่ำนี้ให้ภาพที่ดูดีกว่า

Dot pitch และขนาดจอ

                              Dot pitch กับขนาดจอก็ต้องเป็นสิ่งที่ต้องพิจารณาในการเลือกจอมอนิเตอร์เช่น Dot pitch หมายถึง ระยะระหว่างกลุ่มของจุดสีแดง เขียว และน้ำเงิน ( tried ) ในจอมอร์นิเตอร์สี และมักจะมีหน่วยวัดเป็นมิลลิเมตร จอที่มีความละเอียดสูงขึ้นหมายถึงส่าจะต้องมีขนาดของจุดบนจอเล็กลง และในการสร้างจุดขาวบนจอภาพนั้นจะต้องยิงอิเล็คตรอนให้ถูก phospher ครบทั้งสามสีคือ แดง เขียว และน้ำเงิน จึงจะให้แสงที่รวมกันเป็นสีขาวออกมา

                              จอภาพ 14 นิ้วทั่วๆไปนั้นจะมีพื้นที่ในการแสดงภาพกว้างประมาณ 265 มิลลิเมตร ( มม. ) ความละเอียดในการแสดงภาพระดับ VGA จะต้องการใช้จุด 640 จุดในหนึ่งแถว ถ้าเราต้องการให้ลำอิเล็คตรอนยิงถูก phospher สีบะหนึ่งจุดภายในแต่ละ tried ก็จะต้องมีระยะหว่างจุด หรือ dot pitch เท่ากับ 4.1 มม. ( 256/640 ) หรือสำหรับความละเอียดขนาด 800 x 600 บนจอขนาดเดียวกันก็จะต้องมี Dot pitch เทากับ 0.33 มม. ( 256/800 ) และถ้าเราเพิ่มความละเอียดเป็น 1,024 x 768 ก็จะต้องมี Dot pitch ไม่เกิน 0.26 มม. (265/1,024 ) ถึงจะเพียงพอแก่การสร้างภาพให้คมชัด

ประเภทของจอภาพแบบ CRT

1. Monocrom Monitor

2. Color Monitor

- VGA ( Video Graphic Adapter )

- SVGA ( Super Video Graphic Adapter )

- XGA ( eXtended Graphic Adapter )

ถูกแบ่งตามความละเอียดในการแสดงผล หมายถึงจำนวนจุดที่สามารถแสดงได้ในแนวตั้งและแนวนอน

VGA ความละเอียด 640 x 480 จุด แสดงสีได้ 256 สี

SVGA ความละเอียด 800 x 600 จุด แสดงสีได้ 65,536 สี

XGA ความละเอียด 1,024 x 768 จุด แสดงสีได้ 16,777,216 สี

Monocrom Monitor

                          การแสดงผลแบบนี้ Output จากหน่วยความจําจะต่อตรงมายัง Input ของ Dot Shift Register โดยค?า ที่อยู่ในหน่วยความจำจะเป็นรูปแบบจุด (Dot Patterns) ของแต่ละ 8 จุดในเสนสแกนหลังจากค่า Dot Pattern ถูกโหลดจากหน่วยความจําลงใน Shift Register จะถูกเลื่อนไปยังลำแสง CRT เพื่อที่จะสร้าง Dot Pattern ที่ต้องการลงบนหน้าจอโดยค่า Bit Pattern แตละบิตจะกำหนดจุดแต?ละจุด บนหน้าจอว่า ON หรือ OFF จุดแต่ละจุดนั้นบางครั้งเรียกว่า Pixel หรือ Pel ย่อมาจาก Picture Element

ภาพที่ 1โครงสร้างภายในของMonocrom Monitor

Color monitor

                              ลำของอิเล็คตรอนที่ยิงออกมาก่อนจะถึง phospher จะต้องผ่านส่วนที่เรียกว่า "หน้ากาก" ( shadow mask ) ซึ่งเป็นแผ่นโลหะมีรูตามจุดของ phospher เพื่อทำหน้าที่ช่วยให้ลำแสงอิเล็คตรอนมีความแม่นยำสูง ( ลักษณะการจัด mask แบบนี้เรียกว่า Invar Mask ) ระยะห่างระหว่างแต่ละรูบน shadow mask ก็คือระยะระหว่างแต่ละจุดที่ปรากฎบนจอด้วย คือที่เราเรียกว่า dot pitch จอภาพที่มีระยะ dot pitch ต่ำกว่าจะมีความคมชัดสูงกว่า แต่ถ้ามีระยะห่างน้อยเกินไปสีอาจจะเพี้ยนได้ เนื่องจาก phospher ของจุดนั้นอาจจะถูกยิงด้วยละอิเล็คตรอนที่เป็นของสีที่อยู่ข้างเคียงแทน แต่ละจุดบนจอภาพ ( สี ) จะประกอบด้วย phospher 3 จุด คือ สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน อย่างละหนึ่งจุด ส่วนมากมักจะจัดให้จุดทั้งสามเรียงเป็นรูปสามเหลี่ยม ซึ่งเรียกว่า tried แต่ก็มีจอบางรุ่นที่จัดให้จุดทั้งสามเรียงเป็นแนวเดียวกัน เช่น จอที่ใช้หลอดภาพแบบ Trinotron เป็นต้น

ภาพที่ 2 โครงสร้างภายในของ Color Monitor

ภาพที่ 3 ลักษณะลำอิเล็กตรอนที่พุ่งผ่าน Shadow Mask

ภาพที่่ 4 ลักษณะลำอิเล็กตรอนที่พุ่งผ่าน Shadow Mask

ลักษณะของ Shadow Mask

 1. Shawdow Mask หรือ Invar Mask

2. Slot Mask หรือ Aperture Grill

 ภาพที่ 5 ลักษณะของ Shawdow Mask หรือ Invar Mask

ภาพที่ 6 ลักษณะของ Slot Mask หรือ Aperture Grill

ตาราง Dot pitch ที่แนะนำสำหรับจอความละเอียดขนาดต่างๆ

ขนาดจอภาพ

               จอที่มีขนาดใหญ่กว่าจะแสดงรายละเอียดของภาพได้มากกว่า เช่น ถ้าใช้เวิร์ดโปรเซสเซอร์ก็อาจแสดงข้อความได้ทั้งหน้ากรือสองหน้าพร้อมๆกัน ถ้าใช้เสปรดชีตก็สามารถพบเห็นข้อมูลได้มากเซลขึ้น หรือเห็นโปรแกรมที่กำลังงานอยู่ได้พร้อมรายละเอียดได้มากกว่าหนึ่งวิน โดว์พร้อมๆกัน แต่ถึงจะเห็นข้อมูลได้มากขึ้น (เพราะมีจำนวนเซลมากขึ้น ) แต่ไอคอนและตัวอักษรจะเล็กลง ดังนั้นขนาดของจอภาพที่เหมาะสมสำหรับความละเอียดระดับ 640 x 480 จุด ก็น่าจะเป็นจอภาพขนาด 14 – 15 นิ้ว ถ้าขยับขึ้นมาเป็น 800 x 600 จุด ก็ควรจะเนจอภาพขนาด 15 – 17 นิ้ว แต่ถ้าเป็น1,024 x 768 หรือสูงกว่าก็น่าจะเลือกจอขนาดตั้งแต่ 17 นิ้วขึ้นไป

  2.จอLCD (Liquid Crystal Display)มี การใช้เทคโนโลยีแทนการใช้หลอดภาพซึ่งเมื่อก่อนราคาสูงมากแต่ปัจจุบันราคาถูก กว่าเดิมจึงสามารถที่จะมาแทนจอรุ่นเก่าได้ ในยุกแรกๆเราอาจจะเห็นผลิตไว้สำหรับคอมพิวเตอร์แบบกพพาจำพวกโน๊คบุ๊ค เท่านั้นหรือว่าเมือถือ การทำงานโดยใช้ผลึกของเหลวกึ่งของแข็งในการแสดงภาพและใช้หลอดไฟในการส่องแสง สว่างให้กับจอออกมาจึงทำให้เราเป็นภาพต่างๆ และด้วนเห็นนี้จึงสามารถที่จะมองเห็นด้วยความละเอียดกว่า แต่เนื่องจากมีข้อจำกัด อย่าเช่นการมองไม่ถูกมุมอาจจะทำให้สีที่เราเห็นนั้นผิดไปและไม่ชัดในบางมุม ด้วย และอาจจะแสดงผลที่ช้ากว่าจอCRTจึง มีการระบุความเร็วในการแสดงผลไว้กับรายละเอียดการเลือกซื้อด้วย ระยะเวลาในการใช้งานมีข้อจำกัดด้วย แต่ด้วยไม่มีรังสี ใช้ความร้อนและพลังงานน้อยกว่า และมีเทคโนโลยีในการรองรับการทำงานแบบใหม่ สามารถที่จะดูหนังได้สมจริง มีขนาดที่เล็ก จึงทำให้ได้รับความนิยม