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