บทที่ 6 จอLCD

LCD(Liquid crystal display) โครงสร้างของจอภาพแบบ LCD หลักการทำงานของจอภาพแบบ LCD         เรามาดูโครงสร้างของจอภาพแบบ LCD ทั่วๆไปกันก่อน ส่วนประกอบหลักๆ ของจอภาพจะมีประมาณ 7 ส่วนด้วยกัน ชั้นในสุดจะเป็นหลอดฟลูออเรสเซนต์เพ่อทำหน้าที่ให้แสงสว่างออกมา (ดังนั้นบางทีจึงเรียกกันว่าเป็นจอแบน backlit คือให้แสงจากด้านหลัง ซึ่งต่างจากจอ LCD ที่เราพบในอุปกรณ์ขนาดเล็กทั่วไป 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        ในจอภาพแบบ passive-matrix การกระตุ้นหรือ charge แต่ละจุดบนจอจะทำโดยการกวาด ( 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 โครงสร้างของจอภาพแบบ 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 โครงสร้างของจอภาพแบบ Active – matrix LCD จอ LCD กับการ์ดแสดงผลแบบดิจิตอล           สำหรับจอ LCD ที่ต่อกับเครื่องพีซีตั้งโต๊ะ จะมีปัญหาที่ควรระวังคือสัณญาณภาพที่ได้จะไม่คมชัดเท่ากับการใช้จอ LCD ของเครื่องโน้ตบุ๊ค หากนำไปต่อกับการ์ดแสดงผลแบบธรรมดาที่ให้สัญญาณออกมาเป็นแบบอนาล็อก (analog) เหมือนการต่อจอ CRT ทั่วไป ทั้งนี้เพราะสัญญาณภาพแบบอนาล็อกอาจจัดไม่ลงตัวว่าจุดหรือพลิกเซลใดบนจอจะติดหรือดับ ทำให้ภาพเกิดการกระพริบหรือดิ้นไปมาระหว่างจุดที่อยู่ติดกัน ในขณะที่จอของเครื่องโน้ตบุ๊คไม่เป็นเช่นนั้น (เพราะรับสัญญาณดิจิตอลจากวงจรแสดงผลโดยตรง) วิธีแก้ไขคือใช้สัญญาณดิจิตอลที่ระบุได้ชัดเจนกว่าว่าตรงไหนติดหรือดับและจุดไหนจะเป็นสีอะไร โดยใช้การ์ดแสดงผลที่ส่งสัญญาณออกมาเป็นแบบดิจิตอลเลยโดยไม่ต้องไปแปลงกลับอีกทอดหนึ่ง ซึ่งการ์ดแบบนี้ก็อาจต้องมีราคาสูงกว่าปกติสักหน่อย หรือเมนบอร์ดบางรุ่นก็มีวงจรและคอนเน็คเตอร์ที่ต่อกับจอภาพแบบดิจิตอลได้มาให้ในตัวเลย          ท่ามกลางกระแสของการอนุรักษ์ธรรมชาติที่มีมากขึ้น และความต้องการเครื่องคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดเล็กลง กินไฟน้อยลง และใช้พื้นที่น้อยลง จอภาพแบบ LCD ดูเหมือนจะเป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับหลาย ๆ คน การพัฒนาจอภาพแบบนี้ยังคงมีต่อไปอย่างต่อเนื่อง ปัจจุบันก็มีมากมายหลายขนาดให้เลือกใช้แล้ว แต่ราคายังคงสูงอยู่ อีกไม่นานนักเราคงจะได้เห็นจอภาพแบบ LCD มีคุณภาพและราคาที่ไม่ต่างจากจอภาพแบบ CRT มากนักมาให้เราได้ใช้กันอย่างแน่นอน เปรียบเทียบข้อดีข้อด้อยระหว่างมอนิเตอร์แบบ LCD กับ มอนิเตอร์แบบ CRT การเลือกซื้อจอภาพ LCD          เนื่องจาก จอภาพ แบบ LCD เป็นจอภาพ แบบพิเศษ ที่ใช้เทคโนโลยี ในการสร้างภาพ ที่แตกต่างไปจาก จอภาพแบบ CRT ที่ ที่เราคุ้นเคยกันอยู่ ดังนั้น เพื่อให้สามารถ เลือกหา จอภาพ LCD ได้อย่าง เหมาะสมมากขึ้น เราจึงได้ แยกหัวข้อ การเลือกซื้อ จอภาพ LCD ออกมา เพื่อให้คุณ จะได้ ทำความเข้าใจ ได้อย่างลึกซึ้งมากขึ้น กับเทคโนโลยีนี้ อนาล็อก           1. จะเลือกซื้อจอแบบ อนาล็อก หรือแบบดิจิตอล การทำงานของจอ LCD นั้นจะมีทั้ง ทำงานแบบ อนาล็อก และแบบดิจิตอล 100% ซึ่งจอ ที่ทำงาน แบบอนาล็อกนั้น จะต้องมี วงจรแปลงสัญญาณ จาก อนาล็อก มาเป็นดิจิตอล เพื่อให้มันสามารถ ทำงานกับ การ์ดแสดงผล ส่วนใหญ่ได้ อย่างไรก็ตาม การแปลงสัญญาณมา เป็นดิจิตอลนี้ ก็จะต้องสูญเสีย ข้อมูลบางส่วนไป ทำให้คุณภาพ ของภาพที่ได้ ลดลงตามไปด้วย แต่จอภาพแบบ อนาล็อกจะมีความง่าย ในการติดตั้ง และใช้งาน ในจอภาพ LCD รุ่นใหม่ๆ จะใช้การเชื่อมต่อ กับการ์ดแสดง ผล ในระบบ ดิจิตอลเลย ทำให้ไม่จำเป็น ต้องมีวงจร แปลงสัญญาณ อนาล็อก เป็นดิจิตอล อยู่ภายใน แต่หากคุณ ไม่มีการ์ดแสดงผล ที่เป็นดิจิตอลแล้ว คุณจะต้องติดตั้ง การ์ดแสดงผล แบบดิจิตอล ลงไปใน คอมพิวเตอร์ ก่อนที่จะใช้งานได้ อีกทั้งยังยุ่งยาก ในการกำหนดค่าต่างๆ ก่อนใช้งานอีกด้วย สำหรับราคานั้น ไม่มีความ แตกต่างกันนัก บางทีจอ แบบดิจิตอล จะมีราคาถูกกว่าเสียอีก เนื่องจาก ไม่ต้องมี วงจรแปลงสัญญาณ ติดมาด้วยนั่นเอง อนาล็อก           2. ความละเอียดของการแสดงผล ค่าของ dot pitch ในจอแบบ LCD นั้น จะมีจำนวน Pixel ที่แน่นอน แตกต่างจาก จอภาพแบบ CRT ที่สามารถ ปรับความละเอียด ได้หลายค่า ดังนั้น การแสดงผล ที่หน้าจอ ขนาดเท่ากับ ความละเอียด ที่แสดงผลนั้น ก็จะเท่ากันด้วย อย่างเช่น จอภาพ ขนาด 15 นิ้ว ก็จะทำงาน ที่ความละเอียด 1024x768 ไม่ว่า จะใช้ เทคโนโลยี ใดในการผลิต ก็ตาม ยิ่งจอภาพ มีขนาดมากขึ้นเท่าใด ความละเอียด ก็จะเพิ่มขึ้น ตามไปด้วย ส่วนค่าของ Dot pitch นั้น ไม่ใช่ปัจจัยหลัก ในการพิจารณา เพราะไม่ว่า จะใช้เทคโนโลยีใด ในการผลิต ก็จะมี ค่าของ Dot pitch เท่ากันเสมอ ตัวอย่างจาก จอขนาด 15 นิ้ว จะมีค่าของ Dot pitch เท่ากับ 1024 x 768 / 15 นิ้ว เท่ากับ 0.297 mm หรือบางครั้ง ผู้ผลิตบางราย ก็ใช้ค่าประมาณ 0.30 mm. แทน เป็นต้น อนาล็อก           3. มุมมอง ที่สามารถ เห็นได้ เป็นสิ่งสำคัญ อีกสิ่งหนึ่ง ที่ต้องพิจารณา โดยปกติแล้ว สำหรับจอแบบ LCD นั้น มุมมองที่ดีที่สุด ที่จะทำให้เห็นภาพ ได้ชัดเจนที่สุด คือการนั่งอยู่ ที่น่าจอเท่านั้น ไม่เช่นนั้นแล้ว คุณ อาจจะมองเห็น ภาพบนจอพร่ามัว และสีของภาพไม่ถูกต้องสมจริง เราควรทดสอบดูว่ามุมมองที่สามารถมอง เห็นได้ ในจอภาพ แต่ละรุ่นเป็นอย่างไร สามารถมอง จากแนวเฉียงได้ ในมุมกี่องศา จากแนวกึ่งกลางหน้าจอ รวมทั้ง การมองจากด้านบน ว่าสามารถ เฉียงขึ้นไปได้ กี่องศา ปัจจุบัน จอขนาด 15 นิ้ว ในท้องตลาด ควรจะมีองศา ของมุมมอง ที่ 140 องศา ขึ้นไป ตัวเลขขององศา จะเพิ่มขึ้น หากขนาด ของหน้าจอ ใหญ่ขึ้น