เทคโนโลยีจอภาพแสดงผล

เทคโนโลยีจอภาพแสดงผล

จอภาพ LCD และ CRT        เทคโนโลยีสารสนเทศได้เข้ามามีบทบาทต่อชีวิตประจำวันอย่างมาก การใช้เครื่องมือต่างๆ ในชีวิตประจำวันเกี่ยวข้องกับการแสดงผลเพื่อที่จะให้ข้อมูลข่าวสารปรากฎแก่สายตาของผู้ใช้พัฒนาการของจอภาพจึงต้องพัฒนาตามอย่างต่อเนื่อง            คอมพิวเตอร์เป็นเทคโนโลยีที่ขึ้นกับการแสดงผล ผู้ใช้คอมพิวเตอร์ต้องติดต่อกับเครื่องผ่านทางเป้นพิมพ์และ แสดงผลออกมาทางจอภาพและการแสดงผลนั้นก็ได้รับการพัฒนาจากหลอดภาพ CRT และแผงแสดง LCD         CRT มีการใช้กันอย่างกว้างขวางเพราะเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับการพัฒนามานาน CRT เป็นจอภาพที่ใช้กับโทรทัศน์และ พัฒนาต่อให้ใช้กับจอภาพของคอมพิวเตอร์ ปัจจุบันได้มีการผลิตจอภาพหลายสิบล้านเครื่องต่อปี หากพิจารณาที่เเทคโนโลยีการแสดงผล โดยพิจารณาหลักการของการใช้แสงเพื่อสร้างงาน เราสามารถแบ่งแยกหลักการออกเป็น 2 ประเภท :- การให้แหล่งกำเนิดแสงแสดงภาพและตัวอักษรดยตรง หลักการนี้ใช้ในจอภาพ CRT ซึ่งอาศัยลำอิเล็กตรอนกระทบกับสารเรืองแสงที่ติดอยู่กับจอภาพ สารเรืองแสงจะเปล่งแสงออกมาใมห้ตามองเห็น การใช้แสงที่มีอยู่แล้วให้เกืดคุณค่า โดยการใช้หลักการสะท้าน หรือสร้างสิ่งแวดว้อมให้ส่องทะลุ กล่าวคือ ปิดเปิดลำแสงที่มีอยู่แล้วด้วยการ ให้ส่องทะลบุผ่านหรือกั้นไว้ หรือสะท้อน เป็นลักษณะของเทคโนโลยี LCD ( Liquid Crystal ) แผงแสดงผลึกเหลว           อย่างไรก็ดี การแสดงผลบนจอภาพส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยี CRT เพราะ CRT มีราคาถูกกว่า มีการพัฒนามานาน มีการผลิตในขั้นอุตสาหกรรมมาก มีความทนทาน เชื่อถือได้ CRT จึงเป็นเทคโนโลยีที่อยู่คู่คอมพิวเตอร์ โดยเฉพาะไมโครคอมพิวเตอร์ตั้งแต่เริ่มต้น         สำหรับ LCD นั้นได้เริ่มนำมาใช้ในจอแสดงผลในเครื่องคอมพิวเตอร์แบบแลปท็อป แบบโน๊ตบุ้ค แบบพาล์มท็อป การแสดงผลของ LCD มีลักษณะแบบแบนราบ น้ำหนักเบา กินไฟน้อย พัฒนาการของ LCD         LCD มีการพัฒนาก้าวหน้าขึ้นอย่างรวดเร็ว เริ่มจากการพัฒนาขึ้นเพื่อใช้กับเครื่องคิดเลขและนาฬิกาดิจิตอล หลังจากนั้นก็พัฒนาต่อเนื่องเพื่อรองรับความต้องการที่มีมากขึ้น เทคโนโลยี LCD เป็นเทคโนโลยีที่มียุคสมัย และแบ่งยุคได้ตามการพัฒนาเป็นขั้นๆเหมือนยุคของคอมพิวเตอร์ ยุคแรก สร้างฐานของเทคโนโลยี ในยุคนี้เป็นยุคที่เริ่มต้นของการพัฒนา LCD เทคนิควิธีการที่ใช้เป็นแบบ DMS ( Dynamic Seattering Method )และ TN ( Twisted Nematic ) ข้อเด่นของเทคโนโลยีนี้คือ ใช้กำลังงานไฟฟ้าต่ำ ใช้แรงดันต่ำ เหมาะสมที่จะใช้งานกับเทคโนโลยี CMOS จึงนำมาประยุกต์ใช้ในเครื่องคิดเลข นาฬิกา ฯลฯ ยุคที่สอง ยุคขยายฐาน การประยุกต์ใช้งาน LCD เริ่มกว้างขวางมากขึ้น เทคโนโลยีที่ใช้ส่วนใหญ่เป็นแบบTNโดยพัฒนาให้แผงแสดง มีลักษณะบางและ กระทัดรัดและเริ่มใช้ตัวสะท้อนให้มีสี การประยุกต์ใช้งานส่วนใหญ่ยังคงเป็นเรื่องของเครื่องคิดเลข นาฬิกา ฯลฯ ยุคที่สาม ยุคกระจาย ในยุคนี้มีการผลิตแพร่หลาย มีการตั้งโรงงานการผลิต LCD กระจายขึ้นทั่วโลก เทคโนโลยีที่ใช้เป็นแบบ TN และ GH ( Guest Host ) ข้อเด่นที่ได้ในยุคนี้ก็คือ LCD มีความเชื่อถือสูง มีความคงทน มีความเข้มคมชัด ีความเร็วในการตอบสนองต่อสัญญาณ ไฟฟ้าได้เร็ว การขยายการใช้งานจึงกว้างขวางขึ้นมาก มีการประยุคใช้ในกล้องถ่ายรูปรถยนต์แผงแสดงของจอคอมพิวเตอร์เกม และอุปกรณ์สำนักงานต่างๆ การก้าวเข้าสู่รถยนต์ก็เพราะว่าสามารถลดอุปกรณ์การวัดที่ต้องอาศัยกลไกมาเป็นอิเล็กทรอนิกส์ ได้มาก การแสดงผลเป็นแบบพาสซีฟจึงไม่สามารถสร้างความเครียดให้กับสายตา ยุคที่สี่ ยุคท้าทายที่จะแทน CRT การใช้งานกว้างขวางและมีตลาดรองรับอยู่มาก เทคโนโลยีที่ก้าวเข้ามาในยุคนี้คือ การใช้ TFT หรือ Thin Film Transistor เพื่อสร้างจอภาพแสดงผลแบบแอคตีฟ ข้อดีคือ สามารถมัลติเพล็กซ์สัญญาณการแสดงผลได้เร็วทำให้จอภาพมีขนาดใหญ่ขึ้น ราคาถูกลง แสดงสีได้เหมือนนนธรรมชาติ การประยุกต์ใช้งานจึงเน้นจำพวกโทรทัศน์จอแบน จอคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์เครื่องมือวัด เกม ฯลฯ ความแตกต่างระหว่าง LCD กับ CRT         LCD เป็นแผงแสดงผลที่แตกต่างจาก CRT ตรงที่ตัว LCD ไม่ได้เปล่งแสงออกมา แต่ใช้หลักการควบคุมแสง จึงมีข้อเด่นมากมายเมื่อเปรียบเทียบกับ CRT         จุดเด่นของ LCD จึงแสดงผลได้แม้ในสิ่งแวดล้อมที่มีแสงจ้าหรือ กลาง แจ้ง การมองเห็นทำได้อย่างชัดเจนไม่จางเหมือนอุปกรณ์ ที่ กำเนิดแสงเช่น CRT หรือ LED LCE ใช้กำลังไฟฟ้าต่ำมากโดยทั่วไปใช้กำลังไฟฟ้าเพียง 1 -10 MicroWatt per Cm ใช้แรงดันไฟฟ้าขับที่แรงดันต่ำ จึงใช้วงจร CMOS ที่ทำงานเพียง 3 Volt ก็สามารถขับ LCD ได้จึงใช้ในวงจรรคอมพิวเตอร์หรือ วงจรดิจิตอลทั่วไปได้ แหล่งจ่ายไฟสำหรับ LCD ใช้แหล่งเดียวและะแรงดันไฟฟ้าระดับเดียว จึงไม่ยุ่งยากซับซ้อนในการใช้งาน          การแสดงผลของ LCD มีความคมชัด ไม่มีการกระพริบหรือภาพสั่นไหวไม่สร้างสัญญาณเสียงรบกวน มีขนาดกกะทัดรัด น้ำหนักเบา แบนราบ ขนาดแสดงผลมีขนาดเหมาะสมกับการประยุกต์เข้ากับอุปกรณ์ต่างๆ ผู้ออกแบบการแสดงผลทำได้ตามต้องการ ด้วยเทคโนโลยี LCD แสดงผลในลักษณะหลายสี เหมือนจอ CRT ได้ การเชื่อมต่อไม่ต้องมีกลไกจึงทำให้ออกแบบประยุกต์ได้ง่าย       หลักการเบื้องต้นของ LCD         สารผลึกเหลวที่ใช้ใน LCD นั้นเป็นสารสังเคราะห์ที่จัดได้ว่าเป็นสารใหม่ที่พัฒนากันมาเมื่อไม่นานนี้ คำว่าผลึกเหลว ( Liquid Crystal ) หมายถึง สารที่อยู่ระหว่างของแข็งกับของเหลว ปกติสารทั่วไปเมื่อเป็นของแข็งที่อุณหภูมิหนึ่งครั้นได้รับอุณหภูมิสูงขึ้นก็จะหลอมละลายเป็นของเหลว แต่สำหรับผลึกเหลวนี้มีคุณสมบัติพิเศษคือมีช่วงอุณหภูมิที่กว้างสำหรับสถานะที่อยู่ระหว่าง ของแข็งกับของเหลว         ผลึกเหลวจึงแตกต่างจากวัสดุทั่วไปที่มีจุดหลอมเหลวที่เปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลว หรือแม้แต่พลาสติกก็จะเริ่มอ่อนตัวเมื่อได้รับความร้อนจนหลอมละลาย แต่สำหรับผลึกเหลวมีลักษณะพิเศษ ชนิดของผลึกเหลวแยกตามโครงสร้างโมเลกุลเช่น แบบเนมาติก ( nematic ) แบบสเมติก ( smetic ) แบบคอเลสเตริก         สำหรับหลักการทำงานของมันนั้น ปรากฏการณ์ของผลึกเหลวเป็นปรากฏการณ์ที่มีลักษณะพิเศษสารอื่นๆ ในสถานะปกติ เมื่อยังไม่มีแรงดันไฟฟ้าป้อนให้ โมเลกุลของผลึกเหลววางตัวเป็นเกลียวในแนวคอลัมน์ แต่เมื่อ้อนแรงดันไฟฟ้าให้กับผลึกเหลว โครงสร้างโมเลกุลจะกระจักกระจายอย่างสุ่มดังภาพ           โครงสร้างผลึกที่จัดตัวเป็นเกลียวจะทำให้แสงผ่านทะลุลงไปได้ แต่เมื่อมีสนามไฟฟ้า ผลึกจะกระจัดกระจาย แสงจึงผ่านไปไม่ได้ ลักษณะเช่นนี้ทำให้เกิดลักษณะการแสดงผลเป็นแบบขาวดำ

อัตราส่วนการแสดงผลของจอภาพมาตรฐานต่างๆ

 

          เปรียบเทียบอัตราส่วนการแสดงผลของจอภาพมาตรฐานต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นจอโทรทัศน์ จอคอมพิวเตอร์ ไปจนถึงการแสดงผลแบบ HDTV ( High Definition Television ) ซึ่งการแสดงผลของภาพในปัจจุบันกำลังพัฒนาไปสู่การแสดงผลของภาพที่ให้ความคมชัดสูงมากขึ้นเรื่อยๆ เพื่อที่จะทำให้การแสดงผลของจอภาพรองรับมาตรฐานแบบ Full HD

 

จากรูป..เป็นการเปรียบเทียบการแสดงผล สำหรับจอภาพ ตามมาตรฐานต่างๆ ที่เรารู้จัก...

       - Full HD (High Definition) 1920 x 1080

       - HD (High Definition) 1280x720

       - PC XGA (Extended Graphics Array) 1024x768

       - SD (Standard Definition) PAL TV 768x576

       - SD (Standard Definition) NTSC TV 720x480

       - CIF (Common Intermediate Format) 352x288

       - QCIF (Quarter Common Intermediate Format) 176x144

 

      ซึ่งแต่ละระบบ มีความแตกต่างกันของขนาดภาพ มันเกี่ยวข้องกับการบันทึกภาพวิดีโอ หรือการนำไปตัดต่อภาพวิดีโอด้วย เช่น การส่งภาพข่าวของผู้สื่อข่าว บมจ.อสมท ในขณะนี้ใช้ขนาด 720x576 และกล้องวิดีโอที่ส่งมาให้ใช้งานตามภูมิภาค ปรับมาตรฐานของภาพที่บันทึกเป็น 720x576 นั่นเอง ซึ่งอยู่ในระบบ SD ที่จะกล่าวในลำดับต่อไป

     

 

 

 

HDTV ( High Definition Television )
      มีชื่อเรียกอย่างเป็นทางการว่า "โทรทัศน์ความคมชัดสูง" หรือ "โทรทัศน์รายละเอียดสูง"  หรือเรียกสั้นๆ ว่า HDTV เป็นคำสั้นๆ ที่แสดงให้เห็นถึงการแสดงภาพวิดีโอ โดยเลข 1080 หมายถึง จำนวนความละเอียดของเส้นในแนวนอน 1,080 เส้น และตัวอักษร p ย่อมาจาก Progressive Scan หรือ non-interlaced ในขณะที่ i ย่อมาจาก interlaced ปัจจุบันทั้ง 1080i และ 1080p เป็นฟอร์แมตความละเอียดสูงสุด ที่ใช้กันทั่วไปในการแพร่ภาพโทรทัศน์และการเก็บภาพวิดีโอ

 

      ดังนั้น 1080p จึงเป็นสัญญาณภาพแบบ HDTV โดยมีการรับส่งสัญญาณภาพในแบบจอกว้างหรือไวด์สกรีน ( Widescreen ) อัตราส่วน 16:9 นั่นหมายความว่า ความละเอียดของการแสดงจะผลอยู่ที่ 1920 จุดในแนวนอน และมีความละเอียด 1080 จุดในแนวตั้ง รวมเท่ากับ 1920 x 1080 หรือเท่ากับ 2,073,600 พิกเซล ( 2Mpixel หรือ 2 ล้านพิกเซล )

 

คำว่า Full HD และ HD-Ready มีความหมายอย่างไร
      Full HD หมายถึงการแสดงผลของจอภาพโทรทัศน์ที่ให้รายละเอียดจำนวนของเส้นในแนวนอนเท่ากับ 1,080 เส้น ทั้งแบบ 1080i และ 1080p ถือว่าเป็นแบบ Full HD สำหรับจอแสดงภาพในแนวนอนเท่ากับ 1,080 เส้น นั่นคือเป็นคำจำกัดความของจอภาพแบบ  Full HD จะแสดงผลทางแนวตั้งและแนวนอน เท่ากับ 1920x1080 จุด ซึ่งเท่ากับ 2,073,600 พิกเซล ( 2Mpixel หรือ 2 ล้านพิกเซล ) นั่นเอง
     
      HD Ready คำนี้จะใช้สำหรับจอภาพที่มีความละเอียดต่ำกว่า Full HD ไม่ว่าจะเป็นขนาดภาพ 1366x768 หรือ 1024x768 หรือ 1280x720 สำหรับจอภาพโทรทัศน์ที่โฆษณาว่าเป็น HD Ready นั้นจะรองรับการนำเข้า input HDMI รับสัญญาณภาพจากเครื่องเล่นที่เป็น Full HD ( 1080i หรือ 1080p ) เช่น..เครื่องเล่น Blu-ray มีขนาดภาพ Full HD 1920x1080 (pixels) ส่งต่อสัญญาณภาพให้โทรทัศน์ที่มีขนาดจอภาพเป็น HD เพียง 1280x720 (pixels) เครื่องรับโทรทัศน์จะทำการ Down Scale ให้เหลือแค่ Native Resolution ให้แสดงผลเท่าที่จอภาพของมันจะทำได้เท่านั้น คือจากขนาดภาพ 1920x1080 pixels (1,080 เส้น) เหลือเพียงขนาดภาพ 1280x720 (720 เส้น) เหมือนว่ารองรับสัญญาณภาพ Full HD 1920x1080 (1,080 เส้น) แต่จริงๆแล้วแสดงผลบนจอภาพโทรทัศน์เพียง 1280x720 (720 เส้น) เท่านั้น จึงเรียกว่า HD-Ready ( แปลว่า...พร้อมสำหรับ HD แต่ไม่ใช่ Full HD )
     
      ตามมาตรฐานของญี่ปุ่น ยอมรับว่าการแสดงผลแบบ 1080p ถือว่าเป็น Full HD แต่สำหรับการแสดงผลแบบ 1080i แค่ยอมรับได้ว่าเป็น HD  แต่ทางอเมริกากำหนดว่าการแสดงผลแบบ 1080i และ 1080p เป็นแบบ Full HD ส่วนการแสดงผลแบบ 720p ที่มีจำนวนเส้นในแนวนอน 720 เส้น แบบ Progressive Scan นั้นเป็นเพียง HD ธรรมดา  ( แต่ญี่ปุ่นไม่ยอมรับว่า 720p เป็น HD เพราะประเทศญี่ปุ่นมีมาตรฐานสูงและเป็นผู้พัฒนาระบบ HD เป็นประเทศแรก เขายังกล่าวว่าสามารถผลิตภาพที่มีความคมชัดสูงมากกว่านี้ ที่เรียกว่า Super Vision Television ซึ่งผมเคยไปเห็นด้วยตามาแล้ว... )

 

     ส่วนภาพขนาด 720i ( 720 เส้น แบบ interlaced ) ไม่ถือว่าเป็น HD แต่เป็นแบบ EDTV (Extended Definition Television) ระดับภาพแบบมาตรฐานของเครื่องเล่น DVD หรือ HD-DVD

 

สรุปตามขนาดการแสดงภาพแบบ HD ซึ่งเป็นสัญญาณภาพที่มีขนาดใหญ่ที่สุด ได้ว่า

- ขนาดภาพแบบ Full HD เท่ากับ 1,920 x 1,080 pixels = 2,073,600 พิกเซล

- ขนาดภาพแบบ HD เท่ากับ 1,280 x 720 pixels = 921,600 พิกเซล ( ไม่ใช่ Full HD )

 

อัตราส่วนของจอภาพ สำหรับ HD คือ ขนาดความกว้าง x ความสูง เป็น 16 ต่อ 9 (16:9) ซึ่งเปรียบเทียบค่าได้จากการนำค่าของความกว้างกับความสูงมาหารกัน ดังนี้ 1,920/1,080 เท่ากับ 16/9 และ 1,280/720 เท่ากับ 16/9 เหมือนกันนั่นเอง

 

 

XGA ( Extended Graphics Array )

     คือคำที่เรียกการแสดงผลของจอภาพคอมพิวเตอร์ ( Monitor Computer ) ย่อมาจาก Extended Graphics Array (แปลว่าขบวนปรับภาพแบบขยาย) เป็นชนิดจอ LCD หรือ LED มีหลายมาตรฐาน คือ

 

VGA ( Video Graphics Array )

SVGA ( SuperVideo Graphics Array )

SXGA ( Super Extended Graphics Array )

UXGA ( Ultra Extended Graphics Array )

 

มีความละเอียดตั้งแต่

VGA คือ ขนาดภาพ 640x480 พิกเซล ( 4:3 )
SVGA คือ ขนาดภาพ 800x600 พิกเซล ( 4:3 )
XGA คือ ขนาดภาพ 1024x768 พิกเซล ( 4:3 )
SXGA คือ ขนาดภาพ 1280x1024 พิกเซล ( 4:3 )
SXGA+ คือ ขนาดภาพ 1400x1050 พิกเซล ( 4:3 )
UXGA คือ ขนาดภาพ 1600x1200 พิกเซล ( 4:3 )

 

แล้วยังมีขนาดอัตราส่วนอื่นๆ อีก ที่ขึ้นต้นด้วย W เรียกว่า Wide Screen (จอกว้าง) คือ
WVGA คือ ขนาดภาพ 840x480 พิกเซล ( 16:10 )
WXGA คือ ขนาดภาพ 1280x800 พิกเซล ( 16:10 )
WXGA+ คือ ขนาดภาพ 1440x900 พิกเซล ( 16:10 )
WSXGA คือ ขนาดภาพ 1680x1050 พิกเซล ( 16:10 )
WUXGA คือ ขนาดภาพ 1920x1200 พิกเซล ( 16:10 )
WXGA (HD-Ready) คือ ขนาดภาพ 1366x768 พิกเซล ( 16:9 )
WSVGA (Full HD) คือ ขนาดภาพ 1920x1080  พิกเซล ( 16:9 )