- หน้าจอ แปลงสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ให้เป็น ภาพ
- ประกอบด้วยหน่วยย่อยระดับพิกเซล จึงแสดง ข้อมูลสี และข้อมูลความสว่างได้
- เทคโนโลยีจอแสดงผล มีหลายประเภท เช่น CRT, LCD และ OLED
- แต่ละเทคโนโลยีมีความแตกต่างกันในด้าน วิธีการให้แสง และหลักการควบคุมพิกเซล
- แปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นแอนะล็อกเพื่อแสดง ข้อมูลทางสายตา
หลักการทำงานของหน้าจอ
- หน้าจอ รับสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์แล้วแปลงเป็น ภาพที่มองเห็นได้
- จอแสดงผลประกอบด้วย พิกเซล ตั้งแต่หลายพันไปจนถึงหลายล้านจุด และแต่ละพิกเซลใช้การผสม RGB (แดง เขียว น้ำเงิน) เพื่อแสดงสีที่หลากหลาย
- ในอดีต CRT แสดงภาพด้วยวิธี ใช้ปืนอิเล็กตรอนกระตุ้นสารเรืองแสง
- จอแสดงผลสมัยใหม่อย่าง LCD และ OLED ใช้ โมเลกุลคริสตัลเหลว และ พิกเซลเปล่งแสงได้เอง ตามลำดับ
- LCD ต้องมี แบ็กไลต์ ส่วน OLED แต่ละพิกเซลจะเปล่งแสงได้ด้วยตัวเอง
พิกเซลและการประมวลผลสัญญาณ
- ภาพเกิดจากการส่ง สัญญาณพิกเซลตามพิกัดของหน้าจอ (แถว, คอลัมน์)
- พิกเซลจะกำหนดสีและความสว่างตาม สัญญาณดิจิทัล ที่ป้อนเข้าไป
- ชิปเซ็ตกราฟิก ภายในคอมพิวเตอร์หรือสมาร์ตโฟนจะสร้างสัญญาณให้ตรงกับรูปแบบของหน้าจอ
ประเภทของจอแสดงผลและความแตกต่าง
- CRT: มีขนาดใหญ่และใช้พลังงานสูง แต่ ตอบสนองได้รวดเร็ว
- LCD: เด่นเรื่องความบางและการใช้พลังงานต่ำ โดย ใช้แหล่งกำเนิดแสงและฟิลเตอร์
- OLED: บางกว่าและให้คอนทราสต์สูงได้ แต่ละ พิกเซลเปล่งแสงได้โดยตรง
สรุป
- หน้าจอสร้างภาพผ่าน กระบวนการแปลงสัญญาณ และ เทคโนโลยีควบคุมพิกเซล ที่ซับซ้อน
- วิธีการแสดงผล ที่หลากหลายทำให้หลักการทำงาน รวมถึงข้อดีข้อเสีย แตกต่างกันไป
- ทุกกระบวนการมีเป้าหมายสุดท้ายคือการแสดง สัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ให้เป็นข้อมูลที่มองเห็นได้
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นบน Hacker News
บทความนี้มีประโยคที่พอจะปล่อยผ่านแบบกำกวมในเชิงเทคนิคได้อยู่บ้าง แต่ถ้าพูดกันแบบเคร่งครัดแล้วไม่ถูกต้อง และอาจทำให้เกิดความเข้าใจผิด
ดีใจที่มีการพูดถึงว่า IPS(PLS) และ VA ต่างจาก TN รุ่นเก่าอย่างไร
แต่ทั้ง LCD และ OLED ก็ยังอัปเดตแรงดันที่เก็บไว้ในเซลล์แบบประมาณทีละเส้นเหมือนเดิม (เช่น OLED ใช้ประมาณ 5 clock ใน GIP เพื่อชดเชย offset voltage ของทรานซิสเตอร์ภายใน)
ส่วนตัวเสียดายที่ไม่มีการพูดถึง
circular polarizerของ OLEDแม้ว่าใน Quantum Dot OLED จะขยับไปใช้ color filter แล้ว แต่เหตุผลที่สีดำของอุปกรณ์ mobile OLED ดูดำสนิทมากก็เพราะ
circular polarizerนอกจากนี้ยังไม่ได้พูดถึงแพตเทิร์นซับพิกเซล
pentile RGGBซึ่งเป็นกระแสหลักใน mobile OLED ด้วย (ใช้ในอุปกรณ์มากกว่า 50%)ระยะหลัง OLED ก็พัฒนาไปเป็นสแตกแบบ
tandemเพื่อเพิ่มความสว่างและลดความหนาแน่นกระแส แต่ไม่ใช่แพตเทิร์นซับพิกเซลแบบระนาบ-ลิ่ม (lateral)จุดเด่นใหญ่ของจอแบบ active matrix (รวมถึง passive matrix) คือ ในจอขนาด m x n เราต้องมีสายสัญญาณแค่ m+n เส้นก็เข้าถึงพิกเซลได้
เวลาจะเปลี่ยนสีของพิกเซลหนึ่งจุด ก็จะส่งสัญญาณไปตามเส้นที่ตรงกับแถวและคอลัมน์ของพิกเซลนั้นเพื่อเลือกมัน แล้วมีอีกเส้นหนึ่งส่งค่าจริงเข้าไป
ด้วยโครงสร้างแบบนี้จึงเป็นไปไม่ได้ที่จะควบคุมทุกพิกเซลพร้อมกัน และถ้าจะทำแบบนั้นจริงก็จะต้องใช้สายควบคุมนับล้านเส้น
ไดอะแกรมที่แนะนำไว้ตอนต้นก็ดีพอและชัดเจนมากอยู่แล้ว
ตอนซูมภาพเข้าออก เสียง 'ป๊อก'-'ปี๊บ' ก็สนุกเหมือนเล่นของเล่นบับเบิลป็อป
ไม้บรรทัดทางขวาก็ยังมีเสียงประกอบอีก
คิดว่าเป็นหน้าที่เจ๋งมากจริง ๆ
และหน้าแลนดิ้งเพจ https://www.makingsoftware.com/ ก็ยังมีอะไรใหม่ ๆ ให้ดูต่อเนื่อง
เป็นงานที่เก็บรายละเอียดจนออกมาสะอาดมากจริง ๆ
รู้สึกว่าถ้า Dan เป็นคนเขียนหนังสือเรียนวิทยาศาสตร์/คณิตศาสตร์ทุกชั้นปี โลกคงจะดีกว่านี้สำหรับนักเรียนที่มีปัญหากับการเรียน
เป็นนักสื่อสารที่มีพรสวรรค์มาก
ทำให้นึกถึงงานยอดเยี่ยมของ Bartosz Ciechanowski
https://ciechanow.ski/archives/
ผมเองก็อยากร่วมแสดงความยินดีและขอบคุณด้วย
กราฟิกและคำอธิบายที่ชัดเจนจนแม้แต่คนกึ่งผู้เชี่ยวชาญก็เข้าใจได้ เป็นแพลตฟอร์มการสอนที่ทรงพลังมาก
คิดว่าเป็นโปรเจกต์ที่ยอดเยี่ยมจริง ๆ
ขอให้ผู้เขียนประสบความสำเร็จ
นี่เป็นครั้งแรกในรอบนานมากที่ผมสมัครรับจดหมายข่าว
จอ CRT เป็นเทคโนโลยีแอนะล็อกที่เจ๋งกว่าอุปกรณ์ดิจิทัลที่มาทีหลังเสียอีก
ในจอมอนิเตอร์มีปืนเรย์จริง ๆ หรือก็คือเครื่องเร่งอนุภาค ที่สร้างภาพที่ผมมองเห็น
แนวคิดที่แต่ละพิกเซลมีทรานซิสเตอร์และคาปาซิเตอร์คอยรักษาสถานะของตัวเองโดยตรง ทำให้กระบวนการผลิตดูราวกับเวทมนตร์
ช่วงหนึ่ง dead pixel ใน LCD เป็นปัญหาใหญ่ แต่ผ่านมากว่า 20 ปีแล้วจนแทบจำไม่ได้ว่าปัญหานั้นเคยมีอยู่
CRT ยังเป็นอุปกรณ์ที่ดูเหมือนเวทมนตร์อยู่เล็กน้อยจนทุกวันนี้
ภาพไม่ได้มีอยู่จริง แต่เป็นภาพลวงตาทั้งหมด
ถ้าดวงตามนุษย์ทำงานได้เร็วระดับอิเล็กตรอน เราจะเห็นจุดสว่างจ้ามากวิ่งวาดเป็นลวดลาย raster อยู่ตลอดเวลา
ในวิดีโอ YouTube ของ "The Slow Mo Guys" สามารถเห็นภาพนี้ได้จริง
https://youtu.be/3BJU2drrtCM?t=190
วิดีโอสโลว์โมชั่นนั้นอาจทำให้เข้าใจผิดได้เล็กน้อย
จริง ๆ แล้ว phosphor ของ CRT จะเรืองแสงอยู่พักหนึ่ง จึงมีภาพส่วนใหญ่มองเห็นได้ตลอดเวลา
ปัญหาคือวิดีโอนั้นตั้งค่า exposure ไปที่ส่วนที่สว่างมากเกินไป ทำให้ส่วนที่เหลือดูมืด
พิกเซลหรือ phosphor ก็มี persistence อยู่ระดับหนึ่ง จึงอาจพูดได้ไม่เต็มปากว่าเป็นภาพลวงตาล้วน ๆ
สุดท้ายแล้วการมองเห็นของมนุษย์ก็รวมภาพเข้าด้วยกันแบบเป็นเฟรม
ยังมีเรื่อง interlacing เข้ามาเกี่ยวข้องด้วย
ช่วงหลังผมอ่านเจอเรื่องน่าสนใจว่าพออายุมากขึ้น “อัตราเฟรมที่ใช้ในการรวมภาพ” จะต่ำลง แต่ก็ไม่แน่ใจว่าเป็นเรื่องจริงไหม
ตอนทีวีออกมาใหม่ ๆ ผมรู้สึกว่ามันเจ๋งมากที่ลำแสงสแกนของทีวีกับกล้องถูกซิงก์กันอย่างสมบูรณ์ทั่วประเทศ
มันให้ความรู้สึกเหมือนกล้องกำลังควบคุมทีวีของผมโดยตรง
สำหรับผม ส่วนที่น่าทึ่งที่สุดของ CRT คือการแสดงผลสี
ทุกวันนี้ก็ยังไม่เข้าใจโครงสร้างของ shadow mask อย่างถ่องแท้
มันมีรูที่สอดคล้องกับปืนอิเล็กตรอนทั้งสามกระบอก และลำแสงจากแต่ละกระบอกก็ไปโดนเฉพาะจุด phosphor ที่ตรงกับตัวเองพอดี
ยิ่งไปกว่านั้น แม้ลำแสงจะถูกหักเหด้วยคอยล์ แต่ลำแสงจากปืนทั้งสามก็ไม่ไปรบกวนกันเอง ซึ่งน่าทึ่งมาก
มีคนบอกว่า "นี่คือภาพลวงตา" แต่จริง ๆ แล้วการมองเห็นเองก็เป็นภาพลวงตาโดยเนื้อแท้อยู่แล้ว
ผมขอคัดค้านการใช้คำว่า "พิกเซล" และ "ซับพิกเซล" กับ CRT
CRT แสดงผลเป็น
scanlineไม่ใช่ "พิกเซล" จริง ๆแต่ละเส้นเป็นสัญญาณแอนะล็อกที่แรงดันเปลี่ยนไปอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นความละเอียดจึงขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของ DAC และฮาร์ดแวร์ภายใน CRT
และแนวคิดเรื่อง "พิกเซล" นี้ก็ไม่ได้มีความสัมพันธ์แบบ 1:1 กับจุด phosphor จริง ๆ (color dot)
แม้แต่สัญญาณ RGB แบบดิจิทัล เมื่อเข้าไปอยู่ใน CRT ก็ไม่ได้เป็นดิจิทัลอย่างเคร่งครัด
แต่ละช่องสีแค่กำหนดแรงดันสำหรับเปิดและปิดเท่านั้น ไม่ได้ทำงานแบบ “ดิจิทัล” เต็มตัวเสมอไป (บางครั้งก็มี intensity pin แยกต่างหาก)
ปืนอิเล็กตรอนเองก็ไม่ได้ตอบสนองได้เร็วอย่างไร้ขีดจำกัดในทุกขณะ
จอแสดงผลดิจิทัลที่เป็นกระแสหลักจริง ๆ เพิ่งเกิดขึ้นในยุค LCD, DVI และ HDMI
แม้แต่ HD CRT แบบแอนะล็อกก็ยังรับสัญญาณดิจิทัลแบบนี้ได้
เลือกรุ่นนั้นเพราะมีพอร์ต VGA และโฆษณาว่ารองรับความละเอียด 640x480
แต่ในคอมพิวเตอร์จริงผมสามารถเลือกความละเอียด 848x480 ได้ และมันก็ทำงานได้สมบูรณ์แบบ เลยดีใจมาก
ในยุคนั้นความละเอียดระดับนั้นก็เพียงพอสำหรับการท่องเว็บแล้ว
ตอนแรกผมนึกว่าบทความนี้จะพูดถึงโปรแกรมเทอร์มินัล
screen(terminal multiplexer)ผมเองก็ลังเลอยู่เกือบ 50/50 เหมือนกัน
แต่ source code ของ
screenอ่านค่อนข้างง่าย และสำหรับโค้ด Unix ก็ถือว่ามีคอมเมนต์ที่เป็นมิตรทีเดียวชื่อฟังก์ชันก็พอทำให้เข้าใจความหมายได้จริง
ผมก็อ่านแบบนั้นเหมือนกัน
ผมมีกล้องจุลทรรศน์สเตอริโอบนโต๊ะ เลยลองส่อง Pixel 9 ที่กำลังขยาย 100 เท่า (เลนส์ตา 10x x เลนส์วัตถุ 10x)
ถ้าขยับหัวนิดหน่อย ภาพจะเคลื่อนบนจอประสาทตา โดยสีน้ำเงินจะเคลื่อนเร็วกว่า สีแดงแทบไม่ขยับ และสีเขียวอยู่กึ่งกลางระหว่างนั้น
บนกระดาษแล้ว LCD ดูมีข้อเสียหลายอย่าง แต่ในทางปฏิบัติเทคโนโลยี LCD สำหรับทีวีสมัยใหม่ก็ยอดเยี่ยมมากทีเดียว
ในไม่ช้า การจับคู่ RGB LED backlight กับแผง WHVA+ น่าจะทำให้ได้มุมมองกว้างใกล้เคียง IPS, ช่วงสีมากกว่า 95% ของ REC 2020 และ response time ระดับ 1-2ms
phosphorescent blue OLED จะช่วยลดการใช้พลังงานของจอ OLED เดิมลงได้ 20~30%
ถึงอย่างนั้น เทคโนโลยีนี้ก็ดูยังอีกไกลกว่าจะถูกใช้ในโทรศัพท์หรืออุปกรณ์ตลาดแมสอย่างแพร่หลาย
โดยปกติแล้ว เทคโนโลยีมักจะไปถึงจุดที่มีประสิทธิภาพดีที่สุดตอนใกล้ถูกแทนที่
หลอดสุญญากาศ, CRT, แผ่นดิสก์แบบออปติคัล, ฟิล์ม ก็เป็นแบบนั้นเหมือนกัน
บางครั้งเทคโนโลยีรุ่นเดิมที่พัฒนาเต็มที่แล้วก็เหนือกว่าเทคโนโลยีรุ่นใหม่ระยะแรกในหลายด้าน
แต่ OLED มีข้อดีในจุดสำคัญมากจริง ๆ
ใช้พลังงานต่ำกว่ามาก และไม่ต้องมี backlight จึงทำให้โครงสร้างบางและเบากว่า
ต่อให้มีนวัตกรรมเหล่านั้น มันก็ช่วยข้อเสียพื้นฐานของ LCD อย่าง contrast ต่ำและการใช้พลังงานค่อนข้างสูงได้ไม่มากนัก
ด้วยข้อจำกัดเชิงโครงสร้างของระบบ backlight จุดเหล่านี้จึงยังเป็นจุดอ่อนเมื่อเทียบกับจอแบบ self-emissive อยู่เสมอ
ถ้าเอาแว่นขยายส่องบน LCD ก็จะเห็นแพตเทิร์นซับพิกเซลได้ด้วยตา
หลายสิบปีก่อน ผมเคยมีส่วนร่วมในการวิจัยเครื่องจักรขนาดยักษ์ที่ใช้ผลิต color filter ของ LCD โดยตรง
ภาพประกอบวาดออกมาได้ดีและน่าประทับใจมาก
ผมเลยส่งอีเมลไปถามผู้เขียนว่าใช้เครื่องมืออะไร แต่ยังไม่ได้รับคำตอบ
เขียนไว้ว่า "ภาพวาดทั้งหมดวาดด้วยมือใน Figma โดยตรง ไม่มีเคล็ดลับพิเศษอะไร แค่ทำงานละเอียดอย่างที่เห็น"