ให้คุณรู้เท่าทันกับเทคโนโลยีหน้าจอโทรศัพท์มือถือ

ยังจำกันได้หรือไม่ ในยุคแรกของมือถือ หน้าจอยังแสดงผลได้เพียงสีขาวกับสีดำ และแสดงผลได้แค่บรรทัดสองบรรทัด ต่อมาก็ได้มีการพัฒนาให้มีการไล่ระดับสีขาวดำแบบ Grey-Scale ได้ หลังจากนั้นก็มีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว จนทำให้สามารถแสดงสีได้ จาก 3 สี, 256 สี, 4096 สี, 65536 สี และล่าสุดหน้าจอมือถือสามารถแสดงสีได้สูงสุดถึง 262000 สี ซึ่งหน้าจอมือถือแทบทุกรุ่นที่ออกมาใหม่ในปัจจุบัน ก็จะแสดงผลเป็นสีกันทั้งสิ้น และที่นิยมกันมากในปัจจุบัน ก็จะเป็นหน้าจอที่แสดงสีได้อย่างน้อย 65,536 สีขึ้นไป ซึ่งสามารถรองรับกับการใช้งานที่หลากหลายในปัจจุบันได้เป็นอย่างดี

ทำความรู้จักกับ LCD Technology

ก่อนที่จะไปดูกันว่าหน้าจอมือถือที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันมีชนิดใดบ้าง ก็อยากให้ลองทำความรู้จักกับเทคโนโลยีของ LCD กันเสียก่อน เพราะน่าจะทำให้เข้าใจกับเนื้อหาได้ดียิ่งขึ้น

หลายคนคงคุ้นหูกันดีกับคำว่า LCD แต่จะมีซักกี่คนที่รู้ว่าจริงๆ แล้วการทำงานของมันเป็นอย่างไร LCD ย่อมาจากคำเต็มว่า Liquid Crystal Display ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องอาศัยพลังงาน (Passive Device) โดย LCD จะไม่สามารถให้กำเนิดพลังงานแสงได้ด้วยตัวของมันเอง แต่จะรวบรวมพลังงานแสงจากรอบๆ ตัวของมัน

Liquid Crystal (ผลึกเหลว) ถูกคิดค้นขึ้นมาโดย Austrian Botanist Fredreich Rheinizer ในปี ค.ศ.1888 ซึ่ง Liquid Crystal นี้จะมีคุณสมบัติที่ไม่เป็นทั้งของแข็งและของเหลว คล้ายกับน้ำสบู่ ต่อมาราวกลางปี ค.ศ.1960 ได้มีนักวิทยาศาสตร์ได้ทดลองแสดงให้เห็นถึงผลของการเปลี่ยนแปลงของแสงที่วิ่งผ่าน Liquid Crystal เมื่อทำการป้อนกระแสไฟฟ้าเข้าไป

เมื่อมีการทดลองเช่นนั้น ทำให้ช่วงปลายปี ค.ศ.1960 ก็ได้มีต้นแบบรุ่นแรกของจอ LCD แต่ทว่าก็ยังไม่สามารถที่จะผลิตออกสู่ตลาดได้จริง จนกระทั่งต่อมาสถาบันวิจัย British Research ก็ได้นำเสนอ Liquid Crystal ที่มีนามว่า Bipheny1 ซึ่งนั่นก็ทำให้สามารถนำมาผลิตหน้าจอ LCD ออกสู่ตลาดได้จริงในที่สุด

หลักการพื้นฐานก็คือการไปบังคับให้หยดของ Liquid Crystal (ผลึกเหลว) ซึ่งมีแผ่นแก้วกักเอาไว้ ให้ไปปิดรูช่องแสงที่ถูกฉายมาจากด้านหลังของหน้าจอ ก่อให้เกิดการแสดงผลเป็นตัวอักษร หรือตัวเลขในรูปแบบต่างๆ ได้ตามต้องการ ซึ่งหน้าจอมือถือก็จะประกอบไปด้วยรูเล็กๆ เหล่านี้นับร้อยนับพันรูแล้วแต่ขนาดของหน้าจอแต่ละอันนั่นเอง

จุดเด่นของหน้าจอ LCD ขาว-ดำ แบบเดิมๆ หรือเรียกอีกอย่างว่าหน้าจอแบบ Monochrome คือใช้พลังงานน้อย แต่กลับให้การแสดงผลที่ชัดเจน ซึ่งหน้าจอแบบนี้ก็ใช้กันอย่างแพร่หลายกับมือถือรุ่นเก่าๆ ก่อนที่จะมาเป็นจอสี

กระบวนการผลิต LCD นั้นมีอยู่หลากหลายวิธี แต่ที่นิยมกันมากที่สุดคือวิธีให้เกิดภาพจากที่เกิดจากเส้นแรงการบิดตัวของของเหลว (Field Effect Twisted Nematic Liquid Display : TNFE)

องค์ประกอบที่สำคัญของ LCD คงหนีไม่พ้น Liquid Crystal ซึ่งเป็นวัตถุที่มีโครงสร้างโมเลกุลในลักษณะเกาะกลุ่มทำมุมที่แตกต่างกัน 3 มุม (3 สถานะ) ดังนี้คือ

1. สถานะ Crystalline (เส้นผลึก) หรือ Solid State (ทึบแสง) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออยู่ในสภาพที่มีอุณหภูมิต่ำ
2. สถานะ Isotropic (สามมิติ) หรือ Liquid State (โปร่งแสง) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออยู่ในสภาพที่มีอุณหภูมิสูง
3. สถานะ Nematic State ซึ่งเป็นสถานะที่เกิดขึ้นระหว่างสถานะ Crystalline กับ Isotropic หรืออีกนัยหนึ่งก็คืออยู่ระหว่างสถานะที่มีอุณหภูมิต่ำ (ทึบแสง) และอุณหภูมิสูง (โปร่งแสง) นั่นเอง

ส่วนประกอบและโครงสร้างของ LCD

จอภาพ LCD ที่เราเห็นกันอยู่ทุกวันนี้ เป็นอุปกรณ์ที่มีโครงสร้างโดยรวมเป็นแผ่นแก้วบางๆ ประกอบกันอยู่หลายชั้น โดยระหว่างชั้นก็จะมีตัวนำเคลือบแผ่นแก้วอยู่ เรียกว่า ITO (Indium Tin Oxide) ซึ่งตัวนำนี้จะถูกกำหนดให้วางอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมระหว่างขั้วตัวนำ เพื่อสร้างหน้าสัมผัสของการเชื่อมต่อวงจรไฟฟ้า

การทำให้ตัวนำของแผ่นแก้วทั้งสองตรงกันอย่างแม่นยำ ทำโดยใช้ Spacer ที่หนาประมาณ 8 ไมโครเมตร (um) หรือ 0.008 มิลลิเมตร (mm) เท่านั้น และบริเวณรอยต่อระหว่างแผ่นแก้วแต่ละอัน จะถูกผนึกไว้ด้วยกัน แล้วทำการปิดการรั่วไหลของ Liquid Crystal (ผลึกเหลว)

จากนั้น Liquid Crystal จะถูกเติมเข้าไปด้วยระบบสูญญากาศ (Vacuum) โดยการเติมตัวอุดเข้าไป และขั้นตอนสุดท้ายจะทำการเคลือบแผ่นขั้วทั้งสองด้าน รวมถึงแผ่นสะท้อนเข้าไว้ด้วยกัน ซึ่งจะต้องใช้ความระมัดระวังอย่างสูง จนอาจถึงกับต้องเตรียมขั้วต่อของแต่ละตัวนำล่วงหน้าไว้ก่อน นอกจากนั้นก่อนจะส่งออกจากสายการผลิต ก็จะต้องทำการทดสอบการทำงานของทุกชิ้นงาน รวมถึงการทำงานทางไฟฟ้าด้วย

ประเภทของหน้าจอแสดงผล

ผู้ใช้จำนวนมากยังไม่เข้าใจว่าทำไมหน้าจอของมือถือรุ่นที่สามารถแสดงสีได้เท่ากัน แต่กลับให้ภาพที่มีความละเอียดคมชัดสดใสแตกต่างกัน นั่นก็เป็นเพราะว่าเทคโนโลยีของหน้าจอนั้นมีหลายชนิด แต่ละชนิดก็จะมีคุณสมบัติแตกต่างกันไป ดังต่อไปนี้

1. OLED (Organic Light-Emitting Diode)

เป็นหน้าจอที่มีจุดเด่นที่ไม่เหมือนหน้าจอแบบอื่นๆ คือแต่ละจุดของมันสามารถปล่อยแสงออกมาได้ด้วยตัวของมันเอง ทำให้ไม่ต้องอาศัยไฟ Backlight ช่วย และยังสามารถประมวลผลข้อมูลได้รวดเร็ว ประหยัดพลังงาน นับว่าหน้าจอแบบ OLED เป็นเทคโนโลยีหน้าจอที่น่าจับตามองอย่างยิ่ง และมีความเป็นไปได้ว่าอาจจะนำไปใช้อย่างแพร่หลายกับมือถือที่จะผลิตออกมาในอนาคต

ในปัจจุบันผู้ผลิตมักจะนำจอภาพแบบ OLED มาทำเป็นจอภาพด้านนอกของโทรศัพท์มือถือ โดยเฉพาะมือถือสไตล์ฝาพับทั้งหลาย เนื่องจากประหยัดพลังงานในการแสดงผล สีสันสดใส และสามารถรองรับกับภาพเคลื่อนไหวได้เป็นอย่างดี

2. STN LCD (Super Twisted Nematic)

การทำงานของหน้าจอแบบนี้จะอาศัยหลักการบังคับสายไฟที่วางพาดกันอยู่ทั้งในแนวตั้งและแนวนอน ให้เกิดการปล่อยกระแสไฟไปยังช่องแสงต่างๆ (Pixels) ที่กำหนดไว้ ข้อดีของหน้าจอแบบ STN ก็คือต้นทุนการผลิตต่ำ ทำให้ราคาเครื่องก็ต่ำไปด้วย จึงมักจะนำมาใช้กับมือถือจอสีราคาประหยัด และข้อดีอีกอย่างคือใช้พลังงานน้อย แต่ข้อเสียของหน้าจอ STN ก็คือการตอบสนองการทำงานที่ค่อนข้างช้า ไม่เหมาะกับการแสดงภาพเคลื่อนไหว หรือการแสดงผลที่ต้องมีการสลับไปสลับมาอย่างรวดเร็ว และยังให้ความสว่างค่อนข้างน้อย รวมทั้งสีสันไม่สดใสถ้าเทียบกับหน้าจอแบบ TFT

โดยหน้าจอแบบ STN LCD ก็จะแบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลักๆ ดังนี้

2.1 Transmissive Color

มีหลักการทำงานให้สามารถแสดงผลเป็นสีก็คือ จะใช้ Color Filter (แผ่นกรองสี) วางซ้อนไว้ที่ชั้นบน และเมื่อแสงถูกส่องผ่านมาจากทางด้านหลัง (Backlight) ก็จะผ่านแผ่นกรองสีนี้ โดยแหล่งกำเนิดแสงก็คือหลอด Fluorescent หรือ LED นั่นเอง

2.2 Reflective Color

STN LCD ประเภทนี้สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องใช้การส่องแสงมาจากทางด้านหลัง (Backlight) เหมือนกับประเภท Transmissive แต่ก็มีข้อเสียคือหากไปอยู่ในสถานที่ที่ไม่มีแสงสว่างเพียงพอ ก็จะทำให้ไม่สามารถมองเห็นภาพได้

2.3 Transflective Color

เป็นประเภทที่นำมาแก้ปัญหาของ 2 ประเภทข้างต้น ซึ่ง STN LCD ประเภทนี้จะสามารถใช้ได้ทั้งสภาพที่มีแสงสว่าง และสภาพที่ไม่มีแสงสว่างนั่นเอง

3. TFT LCD (Thin Film Transistor)

หน้าจอแบบ TFT LCD จะมีโครงสร้างหลักเป็นแผ่นแก้วบางๆ สองแผ่นประกบกันอยู่ โดยระหว่างแผ่นแก้วทั้งสองแผ่นจะมี Liquid Crystal แทรกอยู่ ซึ่งแผ่นแก้วแต่ละแผ่นก็จะประกอบด้วย TFT (Thin Film Transistor) เป็นจำนวนมาก นั่นก็คือจำนวนจุดเล็กๆ (Pixels) แต่ละจุดที่ใช้สำหรับการแสดงผลภาพนั่นเอง และสำหรับการทำให้แสดงสีได้นั้น ก็จะอาศัย Color Filter (แผ่นกรองสี) เป็นตัวช่วย

ส่วนประกอบหลักๆ ของหน้าจอแบบ TFT LCD จะแบ่งได้เป็น 3 ส่วนคือ

- LCD Panel (จอภาพ)

ส่วนนี้จะประกอบไปด้วยส่วนที่เป็นโครงสร้างของ TFT และส่วนที่เป็นโครงสร้างของ Color Filter (แผ่นกรองสี)

- Driving Circuit Unit (หน่วยควบคุมการแสดงผล)

ส่วนนี้จะประกอบไปด้วย LCD Driving IC (LDI : วงจรรวม) และ PCB (แผ่นวงจร) รวมถึง Driving Circuit (วงจรควบคุม)

- Backlight และ Chassis Unit

ส่วนนี้จะประกอบไปด้วยชุดหน่วยไฟส่องแสงภาพจากทางด้านหลัง และชุดฐานรองรับ

การทำงานของผลึกเหลวจะขึ้นอยู่กับระดับความต่างศักย์ของแรงดันที่อยู่ระหว่าง Color Filter Glass (แผ่นกรองแสง) และ TFT Glass (แผ่นแก้ว TFT) ส่วนความสว่างของหน้าจอก็จะขึ้นอยู่กับแสง Backlight (แสงที่ถูกส่องมาจากทางด้านหลังของหน้าจอ) ซึ่งการที่จะแสดงผลสีได้อย่างถูกต้องสมบูรณ์นั้น ก็ต้องมีการทำงานที่สัมพันธ์กับจำนวนของ Liquid Crystal ด้วย

จากการที่แต่ละช่อง (Pixel) มีการกำกับด้วยตัวส่งสัญญาณอยู่ทุกช่อง ทำให้มีการตอบสนองค่อนข้างไว ส่งผลให้การแสดงผลมีความคมชัด สีสันสดใส และมีความสว่างมากกว่าหน้าจอแบบ STN แต่ก็มีข้อด้อยคือต้นทุนในการผลิตสูง และต้องใช้พลังงานในการทำงานค่อนข้างมาก ด้วยเหตุนี้หน้าจอแบบ TFT จึงมักจะนำไปใช้กับอุปกรณ์อิเลคทรอนิกราคาแพง เช่นหน้าจอ Notebook หรือหน้าจอมือถือระดับหรู โดยจะเห็นได้ว่าขนาดความจุของแบตเตอรี่ที่เอามารองรับ ก็จะมากขึ้นด้วย จึงจะสามารถให้พลังงานกับหน้าจอ TFT ได้อย่างต่อเนื่องยาวนาน

4. TFD LCD (Thin Film Diode)

เป็นหน้าจอที่พัฒนาต่อเนื่องมาจากหน้าจอแบบ STN และ TFT ซึ่งหน้าจอแบบ TFD นี้จะเอาข้อดีของหน้าจอทั้งสองแบบข้างต้นมารวมเข้าด้วยกัน และพยายามตัดข้อด้อยที่มีอยู่เดิมออกไปด้วย กล่าวคือหน้าจอแบบ TFD จะมีความสามารถในการแสดงผลที่คมชัด สีสันสดใส มีการตอบสนองสัญญาณได้รวดเร็ว เหมือนกับหน้าจอแบบ TFT แต่ใช้พลังงานน้อยเทียบเท่ากับหน้าจอแบบ STN นั่นเอง ทำให้แบตเตอรี่สามารถใช้งานได้ยาวนานขึ้น ไม่ต้องมีการประจุไฟบ่อยครั้ง

5. UFB LCD (Ultra Fine And Bright)

เป็นหน้าจอที่ถูกพัฒนาขึ้นมาโดยบริษัท Samsung เริ่มแรกในช่วงปี ค.ศ.2002 โดยใช้กลุ่มนักพัฒนาที่เรียกว่า Samsung SDI Display Unit โดยทาง Samsung ได้ชูจุดเด่นของหน้าจอ UFB ว่าเป็นหน้าจอที่สามารถตอบสนองต่อการประมวลผลได้สูงกว่าหน้าจอแบบ TFT แต่ใช้พลังงานในการทำงานน้อยพอๆ กันกับหน้าจอแบบ STN ซึ่งขณะนี้ทาง Samsung ก็ได้ผลิตหน้าจอแบบ UFB ให้กับบริษัทผู้ผลิตมือถือชั้นนำหลายราย อาทิเช่น Nokia, Motorola หรือ LG เป็นต้น

ความละเอียดของหน้าจอคืออะไร

ความละเอียดของหน้าจอ หรือที่เรียกว่า Resolution นั้น ก่อนอื่นต้องเข้าใจก่อนว่า หน้าจอมือถือที่เห็นกันอยู่ และภาพที่เราเห็นผ่านหน้าจอมือถือนั้นเกิดจากจุดแสดงสีเล็กๆ (Pixel) ที่เรียงต่อกันเป็นจำนวนมาก ทั้งแนวตั้งและแนวนอน ซึ่งก็จะเป็นลักษณะเดียวกันกับหน้าจอโทรทัศน์หรือคอมพิวเตอร์นั่นเอง ดังนั้นหากหน้าจอมือถือรุ่นใดมีจุดเหล่านี้มากกว่า ก็จะให้ภาพที่มีความละเอียดคมชัดสูงกว่าไปด้วย ทำให้การแสดงผลสวยงามน่ามองยิ่งขึ้น เช่นหน้าจอที่มีความละเอียด 320 x 240 Pixels ก็จะให้ภาพที่ละเอียดคมชัดกว่าหน้าจอที่มีความละเอียด 176 x 220 Pixels นั่นเอง

ความแตกต่างของระดับสีในการแสดงผล

มือถือแต่ละรุ่นก็จะมีหน้าจอที่สามารถแสดงสีได้มากน้อยแตกต่างกันไป ถ้ายิ่งแสดงสีได้มากเท่าไหร่ ภาพที่แสดงบนหน้าจอก็จะมีสีสันสดใสสมจริงขึ้นเท่านั้น แต่ทว่าความแตกต่างก็อาจจะมองไม่ออก หากภาพที่เห็นเป็นภาพที่ประกอบด้วยสีไม่กี่สี โดยเฉพาะภาพที่มีลักษณะเป็นการ์ตูนทั้งหลาย ซึ่งหากมองไปแล้วอาจจะไม่เห็นความแตกต่างกันเลยระหว่างหน้าจอที่แสดงสีได้แตกต่างกัน เช่นระหว่างหน้าจอ 256 สี กับ 65,536 สี แต่ถ้าหากเป็นภาพที่ประกอบไปด้วยโทนสี และแสงเงาที่แตกต่างกันอย่างมาก เช่นภาพถ่ายจริง ภาพวิวทิวทัศน์ ก็จะเห็นความแตกต่างกันได้อย่างชัดเจน เช่นสมมติในรูปตัวอย่างต่อไปนี้จะแทนภาพด้านซ้ายเป็นภาพจากหน้าจอที่สามารถแสดงสีได้น้อยกว่า ในขณะที่ภาพด้านขวาเป็นภาพจากหน้าจอที่สามารถแสดงผลสีได้มากกว่า

จะสังเกตเห็นว่าภาพด้านซ้ายจะมีการไล่สีที่ไม่นุ่มนวล ดูไปแล้วภาพค่อนข้างหยาบ ในขณะที่ภาพด้านขวาจะมีการไล่สีที่ดูนุ่มนวลสวยงามกว่ามาก เท่านี้ก็คงพอจะนึกภาพได้ชัดขึ้นว่าทำไมหน้าจอของมือถือราคาแพง ที่สามารถแสดงผลสีได้เยอะๆ เช่น 65,536 สีหรือ 262,000 สี ให้ภาพที่สวยงามนุ่มนวลสมจริงกว่าหน้าจอแบบ 256 หรือ 4,096 สี

ซึ่งในปัจจุบัน หน้าจอที่แสดงผลได้แค่ 4,096 สีหาได้น้อยลงมากแล้ว เนื่องจากมาตรฐานของมือถือรุ่นใหม่ๆ ก็จะมีหน้าจอที่แสดงผลได้ 65,536 สีขึ้นไปเป็นอย่างน้อย เพื่อให้รองรับกับการใช้งานที่หลากหลายมากขึ้นในปัจจุบันและอนาคต

ก็จบกันไปแล้ว เป็นอย่างไรบ้างครับ สำหรับความรู้เกี่ยวกับเทคโนโลยีหน้าจอแสดงผลของโทรศัพท์มือถือที่ใช้กันอยู่ในทุกวันนี้ ผมเชื่อว่าคงไม่ยากเกินที่ทุกท่านจะทำความเข้าใจและเรียนรู้อย่างแน่นอน และหวังว่าทุกท่านที่ได้อ่านบทความนี้คงจะได้รับความรู้ความเข้าใจใหม่ๆ และนำไปประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์ในสถานการณ์ต่างๆ โดยเฉพาะการเลือกซื้อมือถือเครื่องใหม่ได้ไม่มากก็น้อยนะครับ

>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

ขอบคุณทุกท่านที่ติดตาม

Oska (Thaimobilecenter Editor)

โปรดทราบ : บทความนี้เป็นลิขสิทธิ์เฉพาะของเว็บไซต์ Thaimobilecenter.Com โดยตรง หากท่านต้องการนำบทความนี้ไปเผยแพร่ ณ ที่อื่นที่ใด กรุณาติดต่อ บรรณาธิการเนื้อหา (Editor) โดยตรง