จอภาพในทุกวันนี้มีหลากหลายเทคโนโลยีให้เลือกใช้งานกัน ทั้งชื่อยังชวนให้สับสนทั้ง LED, OLED, QLED และ micro-LED จอภาพแต่ละชนิดที่วางขายในตลาดและใช้งานกันอยู่ในทุกวันนี้แตกต่างกันอย่างไร หาคำตอบได้ในบทความนี้
เทคโนโลยีจอภาพในทุกวันนี้มีหลากหลายเทคโนโลยีให้ผู้บริโภคสามารถเลือกใช้งานกัน แต่ส่วนมากมักจะมีคำว่า LED พ่วงอยู่ในประเภทหรือชนิดของจอภาพต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็น OLED, QLED หรือ micro-LED ซึ่งทำให้เกิดความสับสนในประเภทของจอภาพไปจนถึงคุณสมบัติที่โดดเด่นของแต่ละชนิดจอภาพ ซึ่งเราจะมาเริ่มทำความเข้าใจตั้งแต่เทคโนโลยีแรกสุดของจอภาพนั้นคือ CRT หรือจอโทรทัศน์จอแก้วขนาดใหญ่ที่เราคุ้นเคยเห็นกันชินตาในอดีต
จอภาพแบบหลอดแคโทด (Cathode-ray tube) หรือจอ CRT ที่เรามักเรียกว่าจอแก้ว จอภาพเทคโนโลยีเก่าที่สุดที่เริ่มใช้งานกันตั้งแต่ยุคทศวรรษที่ 1890 การทำงานของจอภาพแบบ CRT นั้นอาศัยหลอดแคโทดหรือที่เรียกว่าปืนยิงอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนที่เดินทางออกจากแคโทดจะไปกระทบกับจอภาพ ซึ่งที่จอภาพจะมีสารเรืองแสงถูกฉาบไว้อยู่ เมื่ออิเล็กตรอนเดินทางไปสัมผัสกับสารเรืองแสง ก็จะเกิดการเรืองแสงขึ้นมาเป็นจุดสว่างบนภาพ ลำอิเล็กตรอนที่ถูกยิงออกมาจากหลอดแคโทดจะถูกควบคุมให้ไปตกตามตำแหน่งต่าง ๆ บนจอภาพโดยขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าที่จะเบี่ยงเบนลำอิเล็กตรอนให้ไปตกตามจุดต่าง ๆ ที่ฉาบสารเรืองแสงไว้โดยไล่ไปทีละจุด ไล่จากซ้ายไปขวาที่เราเรียกการสร้างภาพนี้ว่าการสแกน โดยแต่ละวินาทีที่ตัวขดลวดต้องทำงานในการเบี่ยงเบนอิเล็กตรอนนั้นอาจมากถึง 5 ล้านครั้งต่อวินาทีเพื่อสร้างภาพบนจอโทรทัศน์ให้เราเห็น
ปัญหาของจอภาพแบบ CRT คือมันมีน้ำหนักที่มากจากหลอดแคโทดที่สร้างภาพและจอแก้วที่ฉาบสารไวแสงไว้ ทำให้เราเห็นว่าด้านหลังของจอ CRT จะมีพื้นที่ที่มากก็มาจากหลอดแคโทดและขดลวดเบี่ยงเบนนี้ นอกจากนั้นน้ำหนักที่มากและเรื่องคุณภาพของภาพก็เป็นรองเทคโนโลยีอื่น ๆ เนื่องจากการไล่สร้างภาพแต่ละจุดนั้นช้าทำให้ต้องมีการเหลื่อมของการสร้างภาพ เพื่อให้ภาพที่ปรากฏบนจอภาพต่อเนื่อง ทำให้บางครั้งเราเห็นภาพที่ปรากฏบนจอเป็นริ้ว ๆ อีกทั้งเมื่อใช้งานไปนาน ๆ จะเกิดอาการจอไหม้หรือ Burn-in ที่เกิดจากสารเรืองแสงทำงานในตำแหน่งเดิม ๆ มากเกินไปจนทำให้สมบัติการเรืองแสงลดลงและผิดเพี้ยน สีที่ปรากฏจะหมองคล้ำลง มักปรากฏกับบริเวณที่เป็นโลโก้ของช่องโทรทัศน์
เทคโนโลยีต่อจาก CRT คือจอ Liquid Crystal Display หรือ LCD จอที่เรามักพบในเครื่องใช้ไฟฟ้าส่วนใหญ่ตั้งแต่เครื่องคิดเลขไปจนถึงจอโทรทัศน์หรือจอโทรศัพท์มือถือ LCD เป็นเทคโนโลยีที่เสถียรมาก อาศัยการทำงานโดยการสร้างภาพจากผลึกคริสตัลขนาดเล็กที่อยู่ภายในจุดต่าง ๆ ของจอ เบี่ยงเบนแสงโดยอาศัยหลักการโพลาไรซ์ของแสง หากไม่มีการจ่ายไฟฟ้าไปยังจอภาพแสงจะสามารถเดินทางผ่านผลึกคริสตัลเหล่านี้ได้ กระแสไฟฟ้าที่จ่ายเข้าไป จะไปหมุนผลึกและทำให้แสงไม่สามารถผ่านไปได้ ทำให้บริเวณของผลึกนั้นทึบแสง ซึ่งเพื่อให้ผลึกสามารถหมุนโพลาไรซ์แสงได้ ผลึกจึงต้องลอยอยู่ภายในของเหลวเพื่อให้ตัวของมันมีคุณสมบัติที่จะเปลี่ยนแปลงองศาการโพลาไรซ์ได้ด้วยกระแสไฟฟ้า จึงเป็นที่มาของคำว่า Liquid ที่อยู่ในชื่อของเทคโนโลยี
เทคโนโลยี LCD ไม่สามารถสร้างแสงด้วยตัวเองได้ อุปกรณ์ที่ใช้จอภาพแบบ LCD ในยุค 80 90 หรือ 2000 อย่างเครื่องเกม GameBoy จอแสดงผลจะไม่มีแสงสว่างในตัวเอง ทำให้เวลาเล่นต้องเล่นในที่สว่างเพื่อให้สามารถมองเห็นภาพเกมได้ แต่ในยุคหลังจากนั้นได้มีการติดตั้งแหล่งกำเนิดแสงที่ด้านหลังของจอ LCD เพื่อสร้างภาพ โดยในยุคแรกที่ยังไม่มีเทคโนโลยีของหลอดไฟ LED ตัวจอ LCD อาศัยการแสงสว่างจากหลอด Cold Cathode ที่ไม่ร้อนเหมือนกับหลอดไส้แต่ก็ไม่ได้เย็นเหมือนกับหลอด LED ที่ใช้งานกันในปัจจุบัน
การมาถึงของเทคโนโลยี LED ที่สามารถสร้างแสงสีขาว มีขนาดเล็ก และถูกลงทำให้หลาย ๆ บริษัทได้ใช้ชื่อของหลอด LED ที่สร้างแสงสีขาวของจอภาพเป็นชื่อทางการตลาดสำหรับตัวผลิตภัณฑ์ ซึ่งแท้จริงแล้วจอที่ใช้ชื่อทางการตลาดว่า LED ก็คือเทคโนโลยีการสร้างภาพแบบ LCD เพียงแต่ใช้หลอด LED ในการเป็นแหล่งกำเนิดแสงแทนที่ Cold Cathode เท่านั้น
ปัญหาหลักของจอแบบ LCD คือการที่แหล่งกำเนิดแสงของจอภาพอยู่ด้านหลังของภาพทำให้เมื่อฉายภาพสีดำ ความดำของภาพจะดำไม่สุด เห็นเป็นสีเทาเรืองแสงออกมา และด้วยคุณสมบัติของคริสตัลที่ลอยอยู่ในของเหลว ทำให้การเปลี่ยนแปลงองศาโพลาไรซ์ในช่วงยุคเทคโนโลยีแรก ๆ ช้ากว่า CRT รวมถึงความเปรียบต่าง (Contrast) ของสีและความมืดและสว่างของจอ LCD มีค่าที่น้อยกว่า แต่ถึงกระนั้น เมื่อเวลาผ่านมาเกือบ 50 เทคโนโลยี LCD ในปัจจุบันก็มอบคุณภาพของภาพได้ดีมากยิ่งขึ้นและจอที่ตอบสนองได้เร็วขึ้นมากในระดับมากกว่า 240 ครั้งต่อวินาทีได้แล้ว แต่ยังติดปัญหาสีดำภายในภาพของหน้าจอ
Plasma ก็เป็นอีกเทคโนโลยีที่โดดเด่นขึ้นมาในช่วงเวลาก่อนหน้าการมีถึงของจอภาพที่ใช้เทคโนโลยีหลอด LED การทำงานของจอภาพแบบ Plasma นี้อาศัยหลอด Cold Cathode ที่บรรจุก๊าซเฉื่อยอยู่ภายใน เมื่อก๊าซเฉื่อยที่อยู่ภายในหลอดได้รับกระแสไฟฟ้ามันจะเปล่งแสงออกมา ซึ่งทางผู้ผลิตจอภาพก็ได้ใช้คุณสมบัตินี้ในการมาใช้สร้างภาพ ทำให้จอภาพของ Plasma มีคุณสมบัติที่ให้ภาพที่สวยงามกว่าจอ LCD แต่ข้อเสียคือการที่จอภาพจะเกิดอาการ Burn-in ได้คล้ายกับจอ CRT และจอภาพประเภทนี้กินไฟมากเนื่องจากต้องจ่ายกระแสไฟในประมาณที่สูงเพื่อให้เกิดการเปล่งแสงของก๊าซเฉื่อยที่บรรจุอยู่ในแต่ละเม็ดพิกเซล
เทคโนโลยีที่เกิดขึ้นต่อมาคือเทคโนโลยี OLED หรือ Organic Light Emission Diode หลอด LED ปกติจะเปล่งแสงด้วยสารกึ่งตัวนำที่มีสมบัติของสารที่แตกต่างกัน แต่สารกึ่งตัวนำนั้นมีขนาดที่ใหญ่ การจะย่อขนาดของวัสดุให้เล็กลงจึงเป็นเรื่องที่ยากหากใช้สารประเภทเดิม ดังนั้นจึงใช้สารชนิดใหม่ที่ให้สมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำและสามารถย่อขนาดให้เล็กลงกว่าเดิมได้นั้นก็คือสารกึ่งตัวนำประเภทสารอินทรีย์ ซึ่งสารอินทรีย์ที่เป็นสารกึ่งตัวนำนั้นมีขนาดที่เล็กกว่าสารกึ่งตัวนำปกติอย่างแกลเลียมไนไตรด์ (GaN)
OLED นั้นคือเทคโนโลยีจอภาพที่ใช้หลอด LED ขนาดเล็กมาก ๆ สามสี (สีแดง เขียว น้ำเงิน) มาเรียงกันและควบคุมการเปิดปิดของหลอดไฟเพื่อสร้างภาพ คุณภาพของภาพที่ได้จากการเปิดปิดหลอด LED หลายสิบล้านดวงนี้ มอบคุณภาพของภาพที่สวยงามกว่าเทคโนโลยี LCD เป็นอย่างมาก ทั้งด้านของคุณภาพสี คอนทราสต์ และสีดำที่มืดสนิท ทำให้จอภาพ OLED เปรียบเสมือนจุดสูงสุดของเทคโนโลยีจอภาพในปัจจุบัน แต่ปัญหาของจอ OLED คือการที่มันมีโอกาส Burn-in จากการใช้งานเนื่องจากเมื่อหลอดไฟ LED ขนาดเล็กเหล่านี้ทำหน้าที่เปล่งแสงในตำแหน่งเดิมอย่างต่อเนื่องและซ้ำ ๆ มีโอกาสที่มันจะเปล่งแสงได้น้อยลงไปจนถึงไหม้ ทำให้เกิดเป็นจุด Dead pixel บนจอภาพขึ้นได้ อีกทั้งยังมีราคาที่แพงทำให้การเข้าถึงจอภาพแบบ OLED ในจอโทรทัศน์ค่อนข้างน้อย โดยส่วนมากจะพบบนจอโทรศัพท์มือถือหรืออุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กเป็นส่วนใหญ่
เมื่อ OLED ที่มีคุณภาพสูงแต่มีราคาที่แพงยากต่อการเอื้อมถึง จึงมีอีกเทคโนโลยีเกิดขึ้นมาคือเทคโนโลยีควอนตัมดอต (Quantum Dot) ที่อาศัยการเรืองแสง ของอนุภาคเรืองแสงที่ใช้สมบัติด้านควอนตัมในการเรืองแสงและสร้างภาพขึ้นมา เป็นชื่อของเทคโนโลยี QLED
จอภาพ QLED ที่ใช้อนุภาคเรืองแสงที่เรียกในชื่อควอนตัมดอตนั้น อาศัยหลอด LED ที่ฉายแสงสีน้ำเงินไปยังอนุภาคควอนตัมดอตบนจอภาพ เมื่ออนุภาคได้รับแสงสีน้ำเงินจะได้รับการกระตุ้นและเปล่งแสงออกมาด้วยกระบวนการเรืองแสง เป็นปรากฏการณ์เดียวกับหลอดฟลูออเรสเซนต์หรือหลอดตะเกียบที่เราใช้งานกันในอดีต เพียงแต่แสงที่ใช้ในการทำให้เกิดการเรืองแสงนั้นไม่ใช่แสงในย่าน UV แบบที่ใช้กับหลอดฟลูออเรสเซนต์ แต่เป็นแสงย่านสีน้ำเงิน
ถึงแม้ว่าจะเกิดการเรืองแสงเกิดขึ้น แต่ตัวจอภาพแบบ QLED ยังต้องอาศัยเทคโนโลยี LCD ในการเป็นตัวเลือกตำแหน่งของแสงสีน้ำเงินที่จะลอดผ่านมายังอนุภาคควอนตัมดอตบนจอภาพอยู่ดี ทำให้คุณสมบัติของ QLED ยังมองเห็นแสงด้านหลังจากตัวจอภาพได้อยู่บ้าง แต่ดีกว่าคุณภาพสีและภาพที่ได้จากเทคโนโลยี LCD พื้นฐานมาก ๆ สามารถทัดเทียมเทคโนโลยี OLED ได้เลยทีเดียว
สุดท้ายคือเทคโนโลยี micro-LED ซึ่งยังใช้หลักการแบบ LCD เพียงแต่ว่าแหล่งกำเนิดแสงของจอภาพในครั้งนี้ไม่ใช่หลอดไฟ LED ธรรมดาแบบจอภาพทั่วไป แต่ใช้หลอด LED ขนาดเล็กระดับไมครอน และให้หลอด LED แต่ละหลอดอยู่ที่ด้านหลังของพิกเซลแต่ละพิกเซลของจอภาพ ทำให้สามารถเปิดและปิดหลอด LED ได้สัมพันธ์กับภาพที่จะถูกสร้างขึ้น ซึ่งคุณภาพของจอภาพที่ใช้เทคโนโลยี micro-LED นั้นนับว่าเป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยีที่มีความก้าวหน้าสูงมากและให้คุณภาพของภาพที่สูงกว่าเทคโนโลยี LCD ทั่วไปมาก คุณภาพของภาพสามารถทัดเทียมกับเทคโนโลยีของ OLED ได้เลยและสามารถตัดปัญหาในเรื่องของ Burn-in ของจอภาพ OLED ได้อีกด้วย
ในอนาคตเราอาจจะเห็นการผนวกเทคโนโลยีทั้ง Quantum dot เข้ากับ micro-LED เพื่อทำให้เกิดภาพที่มีคุณภาพสูงขึ้นได้อีกด้วย นับว่าเทคโนโลยีการแสดงผลภาพมีความซับซ้อนสูงและเต็มไปด้วยเรื่องที่น่าอัศจรรย์แม้จะเป็นเพียงเรื่องการสร้างภาพบนหน้าจอที่ใครหลาย ๆ คนใช้งานกันในชีวิตประจำวันก็ตาม
🎧 อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
