เทคโนโลยีจอภาพ LCD และLED 02

 

ภาพที่ 7โครงสร้างของจอภาพแบบ LCD

หลักการทำงานของจอภาพแบบ LCD
เรามาดูโครงสร้างของจอภาพแบบ LCD ทั่วๆไปกันก่อน ส่วนประกอบหลักๆ ของจอภาพจะมีประมาณ 7 ส่วนด้วยกัน ชั้นในสุดจะเป็นหลอดฟลูออเรสเซนต์เพ่อทำหน้าที่ให้แสงสว่างออกมา (ดังนั้นบางทีจึงเรียกกันว่าเป็นจอแบน backlit คือให้แสงจากด้านหลัง ซึ่งต่างจากจอ LCD ที่เราพบใน

อุปกรณ์ขนาดเล็กทั่วไป ที่มักจะเป็นจอขาว – ดำที่ไม่มีแหล่งกำเนิดแสง แต่ใช้แสงที่ส่องจากด้านหน้าจอเข้าไปสะท้อนที่ฉากหลังออกมา ซึ่งไม่สว่างมากแต่ก็ประหยัดไฟกว่า เครื่องคิดเลขเล็กๆ นาฬิกา หรือแม้แต่คอมพิวเตอร์ขนาดเล็กบางรุ่น เช่น Palm ก็ยังใช้จอแบนนี้ ) ถัดมาเป็นส่วนของ diffuser หรือกระจกฝ้าทำให้แสงที่กระจายออกมามีความสว่างสม่ำเสมอ ส่วนที่สามจะเป็น Polarizer ซึ่งก็คือฟิลเตอร์ชนิดหนึ่งที่ยอมให้คลื่นแสงในแนวใดแนวหนึ่งผ่านได้ แต่จะไม่ยอมให้คลื่นแสงในอีกแนวหนึ่งผ่านไป ซึ่งส่วนมากนิยมจะวางให้คลื่นแสงในแนวนอนผ่านออกมาได้ ต่อมาก็จะเป็นชั้นของแก้วหรือ glass substrate ซึ่งทำหน้าที่เป็นฐานสำหรับขั้ว electrode (ขั้วไฟฟ้า) ชั้นนอกถัดออกมาอีกก็จะเป็นชั้นของ liquid substrate ซึ่งทำหน้าที่เป็นฐานสำหรับขั้ว electrode (ขั้วไฟฟ้า) ชั้นนอกถัดออกมาอีกก็จะเป็นชั้นของ liquid crystal หรือชั้นของผลึกเหลว โดยจะมีชั้นถัดมาเป็นแผ่นแก้วปิดเอาใว้เพื่อไม่ให้ผลึกเหลวไหลออกมาได้ ส่วนชั้นนอกสุดจะเป็น Polarizer อีกชั้นหนึ่งซึ่งนิยมวางให้ทำมุม 90 องศากับ Polarizer ตัวแรก ส่วนถ้าเป็นจอสีก็จะมีฟิลเตอร์สี (แดง , เขียว และน้ำเงิน ) คั่นอยู่ก่อนที่จะถึง Polarizer ตัวนอกสุด
ส่วนการทำงานของจอภาพแบบนี้ก็จะเป็นดังนี้ เริ่มแรกแสงที่เปล่งออกจากหลอดฟลูออเรสเซนต์จะส่องผ่าน diffuser ออกมา แสงที่ผ่านออกมานี้จะมีคลื่นแสงกระจายอยู่ทุกทิศทุกทาง เมื่อแสงนี้มากระทบกับ Polarizer ตัว Polarizer จะกรองให้เหลือแต่คลื่นแสงในแนวนอนผ่านออกมาใด้ เมื่อแสงผ่าน Polarizer ออกมาแล้วก็จะมาถึงชั้นของผลึกเหลว ซึ่งจะถูกกระตุ้น (charge) ด้วยกระแสจากขั้วไฟฟ้านบ glass substrate ผลึกเหลวที่กระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้าแล้วจะเกิดการบิดตัวของโมเลกุล ซึ่งจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าที่ปล่อยเข้าไป โดยจุดที่ถูก charge มากที่สุดจะบิดตัวได้ถึง 90 องศา เมื่อแสงผ่านชั้นของผลึกเหลวนี้แล้วก็จะบิดตัวไปตามโมเลกุลของผลึกเหลวด้วย ต่อมาเมื่อแสงเดินทางมาถึง Polarizer ตัวนอกสุดซึ่งจะยอมให้เฉพาะคลื่นแสงในแนวตั้งเท่านั้นผ่านออกมาได้ คลื่นแสงที่ถูกบิดตัวตามผลึกเหลวถึง 90 องศาก็จะผ่านตัว Polarizer ออกมาได้มากที่สุดกลายเป็นจุดสว่างให้เรามองเห็น ส่วนคลื่นแสงที่ถูกบิดตัวน้อยก็จะผ่านออกมาได้น้อย ทำให้เราเห็นเป็นจุดที่มีความสว่างน้อย ส่วนคลื่นแสงส่วนที่ไม่ถูกบิดตัวเลยก็จะไม่สามารถผ่าน Polarizer ออกมาได้ทำให้กลายเป็นจุดมืดบนจอภาพ ส่วนถ้าเป็นจอแบน LCD สี ก่อนที่แสงจะถึง Polarizer ตัวที่สองก็จะมีฟิวเตอร์สีทำให้แสงที่ออกมานั้นมีสีตามฟิลเตอร์นั้นไปด้วย 

Passie-Matrix LCD
( scan ) หรือส่งสัญญาณไปสร้างภาพหรือควบคุมการบิดตัวตรงจุดนั้น ทั้งทางแนวตั้งและแนวนอน เริ่มจากจุดหนึ่ง (คอลัมน์ที่ 1 ) ในแถสที่ 1 , จุดที่ 2 ในแถวที่ 1 จุดที่ 3 …. ไปเรื่อย ๆ แล้ววนกลับมาจุดแรกในแถวที่ 2 ไปเรื่อยๆ ตามลำดับจนกว่าจะควบคุมทุกจุดบนจอ
ข้อจำกัดของจอภาพแบบ passive นี้ก็คือมีความสว่างน้อย เพราะเวลาที่ใช้ในการ charge จุดในแต่ละแถวมีจำกัด สมมติว่าจอภาพมี vertical refresh rate เท่ากับ 60 Hz ก็หมายความว่าในหนึ่งวินาทีจะต้องกวาดภาพบนจอ 60 ครั้ง ในแต่ละครั้งจะต้องทำการแสกนทุกๆ แถวบนจอภาพ ซึ่งถ้าบนจอภาพมี 480 แถว ก็หมายความว่าจะต้องสแกนให้ครบทุกแถวภายในเลา 1/60 วินาที ยิ่งมีเวลาใหนการสแกนสั้นลงเท่าใด ทั้งความสว่าง ความคมชัด และความกว้างของมุมมองก็จะลดน้อยลงตามไปด้วย ( ในรุ่นใหม่ๆ ของจอแบบ passive นี้จะใช้การเพิ่มการสแกนเป็นสองครั้งหรือที่เรียกว่า dual-scan ซึ่งเป็นที่มาของชื่อ DSTN นั่นเอง ) ส่วนปัญหาออีกข้อหนึ่งของจอภาพแบบ passive ก็คือมีเงาเกิดขึ้นบนจอภาพ (เกิดจากการรบกวนของสัญญาณอื่นหรือ crosstalk ) โดยอาจเห็นเป็นเงาของภาพส่วนบนมาเกิดที่ตอนล่างของจอภาพได้ ทางแก้ปัญหาเหล่านี้ก็คือจอภาพแบบ active –

matrix LCD นั่นเอง Supeer – Twisted Nematic (STN)
จอภาพ Passive matrix รุ่นใหม่ๆมักจะมีกลไกที่เรียกว่า Super – Twisted N ematic Molecule) จะมีการบิดตัวได้มากกว่าปกติ เช่น เบี่ยงเบนแสงได้ถึง 180 หรือ 270 องศา (จากปกติเน 90 องศา) ทำให้ได้ภาพที่ดีขึ้น และได้พัฒนาไปเป็น dual-scan STN ในปัจจุบัน

 

 

ภาพที่ 8โครงสร้างของจอภาพแบบ passive-matrix LCD

Active – Matrix LCD
โครงสร้างของจอภาพแบบ active ที่ต่างจากจอภาพแบบ passive ก็คือในชั้นของ glass substrate แทนที่จะเป็นขั้วไฟฟ้าธรรมดาก็จะเป็นทรานซิสเตอร์ที่สร้างจากแผ่นฟิล์มบางๆ (ซึ่งเป็นที่มาของชื่อ TFT หรือ Thin Film Transistor) ทรานซิสเตอร์เหล่านี้ช่วยทำให้การ charge ผลึกเหลวเป็นไปอย่างรวดเร็วและดีที่ยิ่งขึ้นโดยวงจรแสดงผลสามารถสั่งให้มีการ charge ผลึกของแต่ละสีในแต่ละจุดโดยตรงและค้างเอาไว้ได้ทันที (ไม่ต้อง scan ซ้ำ) แต่จอภาพแบบ active นี้ผลิตได้ยากมากเพราะต้องมีทรานซิสเตอร์กำกับทุกจุดบนจอภาพสมมติว่ามีความละเอียด 640 X 480 จุดก็จะต้องใช้
ทรานซิสเตอร์ถึง 640 X 480 X 3 หรือเท่ากับ 921,600 ตัว (ที่ใช้ทรานซิสเตอร์ 3 ตัวเพราะในหนึ่งจุดจะต้องประกอบด้วยสีแดง , เขียว และน้ำเงิน) โดยจะต้องไม่มีทรานซิสเตอร์ตัวใดเสียเลย เพราะถ้าตัวใดตัวหนึ่งเสีย จุดนั้นบนจอภาพก็จะขาดบางสีไป ในกระบวนการผลิต จอภาพแบบ active นี้เมื่อก่อนอาจจะมีจอภาพที่ผ่านการทดสอบ (ไม่มีทรานซิสเตอร์ตัวใดเสียเลย) เพียง 20% ของจอภาพทั้งหมดที่ผลิตได้เท่านั้น ทำให้ต้นทุนการผลิตสูงมาก แต่ในปัจจุบันเริ่มมีของเสียน้อยลงมากแล้วราคาของจอแบนนี้จึงลดลง
จอภาพ LCD แบบสีที่ใช้กันในเครื่องโน้ตบุ๊คปัจจุบันเริ่มมีขนาดใหญ่ขึ้นไปจนถึง 15 นิ้วหรือกว่านั้นแล้ว (ส่วนของเครื่องตั้งโต๊ะก็ขึ้นไปถึง 19-20 นิ้ว) และด้านความละเอียดก็ขึ้นไปที่ 1024 X 768 หรือไปถึง1,000 X 1,200 จุดเป็นอย่างสูง ส่วนทางด้านจำนวนสี จอรุ่นใหม่ๆอาจแสดงได้ถึงระดับ

 

High – color (65,536 สี คือ 2 16) หรือ True Color (16.7 ล้านสี คือ 224) ก็มี ส่วนขนาดใหญ่ที่สุดที่ทำได้จะอยู่ที่ประมาณ 20 นิ้วในปัจจุบัน แต่ราคายังสูงอยู่

ภาพที่ 9โครงสร้างของจอภาพแบบ Active – matrix LCD 

จอ LCD กับการ์ดแสดงผลแบบดิจิตอล
สำหรับจอ LCD ที่ต่อกับเครื่องพีซีตั้งโต๊ะ จะมีปัญหาที่ควรระวังคือสัณญาณภาพที่ได้จะไม่คมชัดเท่ากับการใช้จอ LCD ของเครื่องโน้ตบุ๊ค หากนำไปต่อกับการ์ดแสดงผลแบบธรรมดาที่ให้สัญญาณออกมาเป็นแบบอนาล็อก (analog) เหมือนการต่อจอ CRT ทั่วไป ทั้งนี้เพราะสัญญาณภาพแบบอนาล็อกอาจจัดไม่ลงตัวว่าจุดหรือพลิกเซลใดบนจอจะ ติดหรือดับ ทำให้ภาพเกิดการกระพริบหรือดิ้นไปมาระหว่างจุดที่อยู่ติดกัน ในขณะที่จอของเครื่องโน้ตบุ๊คไม่เป็นเช่นนั้น (เพราะรับสัญญาณดิจิตอลจากวงจรแสดงผลโดยตรง) วิธีแก้ไขคือใช้สัญญาณดิจิตอลที่ระบุได้ชัดเจนกว่าว่าตรงไหนติดหรือดับและ จุดไหนจะเป็นสีอะไร โดยใช้การ์ดแสดงผลที่ส่งสัญญาณออกมาเป็นแบบดิจิตอลเลยโดยไม่ต้องไปแปลงกลับ อีกทอดหนึ่ง ซึ่งการ์ดแบบนี้ก็อาจต้องมีราคาสูงกว่าปกติสักหน่อย หรือเมนบอร์ดบางรุ่นก็มีวงจรและคอนเน็คเตอร์ที่ต่อกับจอภาพแบบดิจิตอลได้มา ให้ในตัวเลย
ท่ามกลางกระแสของการอนุรักษ์ธรรมชาติที่มีมากขึ้น และความต้องการเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดเล็กลง กินไฟน้อยลง และใช้พื้นที่น้อยลง จอภาพแบบ LCD ดูเหมือนจะเป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับหลาย ๆ คน การพัฒนาจอภาพแบบนี้ยังคงมีต่อไปอย่างต่อเนื่อง ปัจจุบันก็มีมากมายหลายขนาดให้เลือกใช้แล้ว แต่ราคายังคงสูงอยู่ อีกไม่นานนักเราคงจะได้เห็นจอภาพแบบ LCD มีคุณภาพและราคาที่ไม่ต่างจากจอภาพแบบ CRT มากนักมาให้เราได้ใช้กันอย่างแน่นอน

ขนาด: ขนาดหน้าจอของ Monitor คือความยาวของเส้นทแยงมุมของจอนั้นๆ มีหน่วยเป็นนิ้ว จอ LCD, LED ส่วน ใหญ่ที่มีขายในตลาดจะมีขนาดตั้งแต่ 15 นิ้วไปจนถึง 30 นิ้ว และขนาดที่ได้รับความนิยมสูงสุดอยู่ในช่วง 19 ? 24 นิ้ว คุณควรเลือกขนาดที่เหมาะสมกับการใช้งาน ระยะการรับชม และพื้นที่ที่จะใช้วางจอ และพยายามเลือกจอที่มีฐานที่สามารถปรับระดับความสูงขึ้น/ลงได้ เพื่อความสะดวกในการจัดวาง และการปรับระดับความสูงของจอให้พอดีกับระดับความสูงของที่นั่ง

เปรียบเทียบข้อดีข้อด้อยระหว่างมอนิเตอร์แบบ LCD กับ มอนิเตอร์แบบ CRT

 

3.จอLEDที่ได้รับการพัฒนาต่อจากLCDมีหลักการทำงานที่รูปแบบเดียวกันแต่ว่าใช้หลอดLEDทีเป็นหลดขนาดเล็กมาในการส่องแสงแทนการใช้หลอดไฟแบบLCDจึงทำให้สามารถที่จะประหยัดไฟกว่าและความร้อนน้อยกว่า และที่สำคัญสามารถที่จะสานต่อเทคโนโลยีได้มากกว่า ปัจจุบันจึงมาแทนจอแบบLCDมากกว่าจะเห็นได้ว่าในปัจจุบันจะใช้จอภาพที่ทำจากLEDมากกว่า และสามารถที่จะพัฒนาการเชื่อมต่อสัญญาณภาพแบบใหม่ที่ให้ความละเอียดสูง และสามารถที่จะใช้งานในรูปแบบ 3Dได้ด้วย

จอ LED เป็นระบบจอแสดงภาพขนาดใหญ่โดยใช้หลักการทำงานของการผสมสีของ LED หลัก3 สี ได้แก่ สีแดง (Red), สีเขียว(Green) และสีน้ำเงิน (Blue) หรือเรียกสั้นๆว่าRGB ให้เกิดเป็นสีต่างๆโดยความละเอียดในการปรับสีของLED แต่ละสีจะถูกควบคุมด้วยสายสัญญาณที่มีขนาดตั้งแต่16 บิตขึ้นไปดังนั้นยิ่งควบคุมด้วยจำนวนสายสัญญาณมากขึ้นก็จะได้ภาพที่มีความ ลึกของสี (Processing depth) มากขึ้นจึงได้ภาพที่สมจริงยิ่งขึ้น