آیا با انواع نمایشگرها، پنل‌های مورداستفاده در آن‌ها، ساختار برد آن‌ها، سیستم نور پس‌زمینه آن‌ها و ویژگی‌های مورداستفاده در آن‌ها برای نمایش تصاویری نرم و روان با طیف گسترده‌ای از رنگ‌ها آشنا هستید. در ادامه ساختار و بخش‌های مختلف مانیتورهای مختلف را به‌صورت ساده و خلاصه بررسی می‌کنیم تا ببینیم پشت پرده تصاویر باکیفیتی که در آن‌ها مشاهده می‌کنیم، چیست؟

مانیتورها میلیون‌ها قطعه دارند؛ اگرچه ساختار مانیتورها به‌اندازه سی‌پی‌یوها و کارت‌های گرافیک پیچیده نیست؛ نیست اما ساختار ساده‌ای هم ندارند. فضای داخلی مانیتورها ساختار خاصی دارند. در این مقاله قصد داریم با زبان ساده با آناتومی مانیتورها آشنا شویم.

امروزه مانیتورهای کامپیوترها، لپ‌تاپ‌ها، تبلت‌ها، گوشی‌های هوشمند و حتی نمایشگر تلویزیون‌های مدرن به‌نوعی یک کامپیوتر ابتدایی محسوب می‌شوند. متداول‌ترین فناوری مورداستفاده در نمایشگرها فناوری LCD یا liquid crystal display (نمایشگر کریستال مایع است) و تقریباً در تمام نمایشگرهای ارزان‌قیمت و میان‌رده کامپیوتر از این فناوری استفاده می‌شود. در ادامه آناتومی مانیتور LCD هیولت پاکارد (Hewlett Packard) مدل LA2306x را بررسی می‌کنیم که در سال ۲۰۱۲ ساخته شده و در زمان خود یک مانیتور اداری بسیار خوب بوده؛ اما برای گیمینگ گزینه ایدئالی بوده است.

این مانیتور نیز مانند تمام مانیتورها دارای شبکه بزرگی متشکل از نقاط رنگی که پیکسل نام دارند، هستند. رنگ پیکسل‌ها در هر ثانیه بارها تغییر می‌کند تا درنهایت شاهد تصویر خروجی روانی باشیم. این نمایشگر از نوع TN TFT-LCD یا thin film transistor, liquid crystal display به معنی نمایشگر کریستال مایع با ترانزیستور فیلم نازک است.

مانیتورهای TN TFT-LCD بیشترین تعداد مانیتورهای تولیدشده در سراسر جهان را تشکیل می‌دهند و این مانیتورها جزو ارزان‌ترین و البته متداول‌ترین کامپیوترها هستند. در ادامه ساختار این مانیتورها را بررسی می‌کنیم؛ اما اجازه دهید قبل از آغاز تشریح آناتومی توضیح مختصری در مورد اندازه و رزولوشن مانیتورها توضیح دهیم.

اندازه مانیتورها که با واحد اینچ بیان می‌شود و نشان‌دهنده قطر مانیتور است. هر اینچ معادل ۲.۵۴ سانتی‌متر است؛ به‌عنوان‌مثال قطر یک مانیتور ۲۳ اینچی ۵۸.۴۲ سانتی‌متر است. رزولوشن یک مانیتور هم تعداد پیکسل‌های آن را بیان می‌کند؛ به‌عنوان‌مثال نمایشگر مانیتوری Full HD یا ۱۰۸۰ که ۱۹۲۰ پیکسل در عرض خود و ۱۰۸۰ پیکسل در طول خود دارد، ازحدود دو میلیون پیکسل تشکیل شده است.

مانیتور
اجازه دهید کمی هم در مورد ظاهر مانیتورها توضیح دهیم. مانیتورهای دسکتاپ معمولاً دارای برچسب‌های نشان‌دهنده استانداردهای مختلف آن هستند. در زیر مانیتور هم حفره‌هایی برای نصب پایه دیده می‌شود. در پشت مانیتور هم منافذی برای ایجاد جریان هوا در مانیتور و جلوگیری از افزایش حرارت آن دیده می‌شود. حرارت می‌تواند باعث آسیب دیدن مانیتورهای LCD شود.

پشت نمایشگر
آناتومی پورت‌ها
اجازه دهید آناتومی را با بررسی پورت‌ها آغاز کنیم. در مانیتورهای قدیمی تنها ۳ پورت برای نمایش یو مورداستفاده قرار می‌گیرد که شامل پورت‌های DisplayPort v1.2 و DVI-D و VGA می‌شود.

پورت های مانیتور
VGA پورتی کاملاً آنالوگ است..در این پورت اطلاعات مربوط به رنگ هر یک از پیکسل‌ها برای نمایش داده شدن در مانیتور از طریق ۵ ولتاژ جداگانه ارسال می‌شود؛ البته این پورت در ارسال اطلاعات با سرعت و دقت بالا محدودیت دارد که باعث ایجاد محدودیت در رزولوشن تصاویر قابل‌نمایش از طریق این پورت و همچنین محدود شدن نرخ رفرش در هنگام استفاده از این آن می‌شود (منظور از نرخ رفرش که با واحد هرتز در ثانیه نمایش داده می‌شود تعداد دفعاتی است که نمایشگر در هر ثانیه می‌تواند تصاویر در حال نمایش خود را تغییر دهد و آن‌ها را به‌روز کند).

دو پورت‌ دیگر یعنی پورت‌های DVI D و Display port کاملاً دیجیتالی هستند؛ بنابراین امکان نمایش تصاویری با رزولوشن و نرخ رفرش بالاتر با آن‌ها امکان‌پذیر است. در ضمن فشرده‌سازی داده‌های دیجیتالی که از این طریق ارسال می‌شوند، به‌منظور ارسال حجم بیشتری از داده‌ها و همچنین کدگذاری داده‌ها برای افزایش امنیت آن‌ها نیز امکان‌پذیر است. امکان استفاده از فرمت‌های رنگ مختلف برای نمایش تصاویر از طریق این دو پورت نیز فراهم شده است.

نمایشگرهای امروزی پورت HDMI در حال حاضر بهترین پورت برای نمایش تصاویری با رزولوشن و نرخ رفرش بالا محسوب می‌شود و پورت Display port جزو اصلی‌ترین پورت‌های نمایشگرها برای نمایش تصویر محسوب می‌شوند.

پورت HDMI
در این تصویر دو پورت میانی به ترتیب HDMI (سمت چپ) و DisplayPort (سمت راست) هستند.
حتماً از خود می‌پرسید که کدام یک از این دو پورت بهتر است؟ در پاسخ باید بگوییم در حال حاضر پورت Display port 2,0 بهترین پورت برای نمایش تصاویر محسوب می‌شود؛ اما متأسفانه کارت‌های گرافیک از این پورت پشتیبانی نمی‌کنند و اکثر کارت‌های گرافیک از Display port 1.4 پشتیبانی می‌کنند که در مقایسه با پورت HDMI 2.0 که بالاترین نسخه متداول HDMI است، می‌تواند تصاویری با رزولوشن و نرخ رفرش بالاتر را نمایش دهد؛ البته وقتی از محتوایی با رزولوشن و نرخ رفرش بالا صحبت می‌کنیم، منظورمان محتوای ۸K با رزولوشن ۷۶۸۰ در ۴۳۲۰ است؛ اگر قصد تماشای چنین محتوایی با مانیتور خود را ندارید، هر دو پورت HDMI و DisplayPort گزینه‌های مناسبی برای شما هستند.

بررسی فضای داخلی مانیتور
برد مانیتور
زمانی که قاب پشت مانیتور را برمی‌داریم با چنین صحنه‌ای روبرو می‌شویم. برد سمت راست مانیتور جریان برق را دریافت می‌کند و آن را به ولتاژ کم جریان مستقیم تبدیل می‌کند. سیمی که در گوشه سمت راست مانیتور مشاهده می‌کنید، برق آن را تأمین می‌کند و سیم کنار آن نیز وظیفه اتصال دکمه‌های کنترل‌کننده روی مانیتور به برد اصلی آن را بر عهده دارد؛ اگر از نمایی نزدیک‌تر به برد پشت مانیتور نگاه کنیم، متوجه می‌شویم که ساختار این برد دقیقاً مانند ساختار برد مورداستفاده در پاور کامپیوتر است (نحوه کار هر دو برد هم تا حدود زیادی شبیه به هم است). برد بالای برد اصلی وظیفه کنترل و تأمین قطعات الکترونیکی مانیتور را بر عهده دارد. اجازه دهید نگاه دقیق‌تری به بخش‌های مختلف تشکیل‌دهنده برد مانیتور داشته باشیم.

برد مانیتور
در قسمت بالای برد شاهد کانکتورهای مانیتور هستیم و در قسمت پایین سمت راست قطعات مربوط به کنترل داده‌های ورودی و تأمین نیروی مانیتور را می‌بینیم. در قسمت پایین برد قطعات مربوط به ارسال خروجی برد به پنل مانیتور قرار داده شده است و در سمت چپ هم کانکتورهای پورت‌های USB را مشاهده می‌کنیم..

برد مانیتور
در بخش میانی این تصویر تراشه بزرگی را می‌بینیم که در حقیقت تراشه‌ای نیمه‌هادی است که برای دریافت سیگنال از کامپیوتر و همچنین محاسبه زمان و نحوه فعال شدن تمام پیکسل‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد. چنین تراشه‌ای در هر نمایشگری وجود دارد و این تراشه در برخی از نمایشگرها، پیشرفته‌تر از انواع مشابه خود در نمایشگرهای دیگر است.

یکی از موارد بسیار مهم در مورد این تراشه پیکسل کلاک است که مشخص می‌کند چه تعداد پیکسل در هر ثانیه می‌توانند مدیریت شوند. پیکسل کلاک در نمایشگری فول اچ‌دی برای ورودی دیجیتال ۱۶۵ مگاهرتز و برای ورودی آنالوگ ۲۰۰ مگاهرتز است. چنانچه کلاک پیکسل نمایشگری ۱۶۵ هرتز باشد، پیکسل‌ها نمی‌توانند بیش از ۷۹.۵ بار در هر ثانیه به‌روزرسانی شوند.

در اکثر مانیتورها برای محافظت از این تراشه و جلوگیری از افزایش دما و مصرف آن، پیکسل کلاک با نرخ کمتری انجام می‌شود (مثلاً با نرخ ۱۲۴ مگاهرتز)؛ از سوی دیگر هر چقدر رزولوشن و تعداد پیکسل‌های نمایشگر افزایش پیدا کند، نرخ کلاک پیکسل نیز به همان نسبت افزایش پیدا می‌کند؛ به‌عنوان‌مثال کلاک پیکسل یک نمایشگر ۴K با نرخ ۵۰۰ مگاهرتز انجام می‌شود.

اجازه دهید با مفهوم نرخ رفرش که کمی در مورد آن توضیح دادیم، بیشتر آشنا شویم. قبل از پیدایش مانیتورهای LCD، مانیتورهای CRT مرسوم بودند که در آن‌ها برای تشکیل تصویر از لامپ پرتوی کاتدی استفاده می‌شد. در ساختار این سیستم تشکیل تصویر، یک لامپ الکترونیکی برای شلیک اشعه‌ای از الکترون‌ها (یکی از ذرات تشکیل‌دهنده‌ اتم‌ها) وجود دارد و لایه‌ای از مواد خاصی نیز در این سیستم ایجاد شده است که مواد روی آن پس از تماس با پرتوی الکترون، می‌درخشند.

مانیتور CRT
در بسیاری از مانیتورهای CRT شلیک پرتو الکترون از گوشه سمت چپ بالای نمایشگر آغاز می‌شود و سپس در طول یک ردیف کشیده می‌شود و سپس در مرحله بعدی با پیروی از الگویی که raster scan نام دارد، در همان ردیف به عقب بازمی‌گردد.

پس از پایان این حرکت و انجام الگو، اشعه غیر فعال می‌شود و به موقعیت مکانی ابتدایی خود بازمی‌گردد. فرآیند مرتبط با بازگشت اشعه به نقطه ابتدایی خود، رفرش عمودی (Vertical Refresh) نام دارد. در طول این فرایند تصویر قبلی محو و تصویر جدید به‌تدریج پدیدار می‌شود. شما در هنگام انجام فرآیند رفرش عمودی، سوسوی تصویر بسیار ضعیفی را مشاهده می‌کنید؛ البته به دلیل اینکه رفرش عمودی در هر ثانیه بارها رخ می‌دهد، سوسوی تصاویر بسیار سریع می‌شود و ممکن است اصلاً متوجه آن نشوید؛ البته اگر دوربین دیجیتالی یا دوربین گوشی را مقابل این مانیتورها بگیرید، به‌وضوح می‌توانید این سوسوها را تماشا کنید.

ساختار مانیتور CRT
نقطه سیاه رنگ تصویر نشان دهنده اشعه الکترون، فلش رو به بالا نشان دهنده عقب‌نشینی عمودی و فلش رو به پایین نشان‌دهنده عقب‌نشینی افقی است.
در نمایشگرهای LCD شاهد چنین اتفاقی نیستیم؛ اما در این مانیتورها نیز تصویر با فرآیند مشابهی شکل می‌گیرد و به‌روزرسانی می‌شود؛ اگرچه تصاویر در حال نمایش در نمایشگرهای LCD مانند تصاویر نمایشگرهای CRT سوسو نمی‌زنند؛ اما تصاویر نمایشگرهای CRT روان و بدون تاری و محوشدگی نمایش داده می‌شوند. متأسفانه تصاویر نمایشگرهای LCD مخصوصاً ال‌سی‌دی‌های قدیمی، روان و بدون تاری پخش نمی‌شوند؛ زیرا سرعت به‌روزرسانی تصاویر درحال نمایش در آن‌ها به‌اندازه‌ای نیست که تصاویر نرم و بدون تاری نمایش داده شوند.

البته در نمایشگرهای جدید LCD با افزایش سرعت به‌روزرسانی تصاویر در حال نمایش در هر ثانیه یا همان افزایش نرخ رفرش، مشکل تار شدن تصاویر (مخصوصاً تصاویر دارای حرکت سریع) تا حدود زیادی برطرف شده است و هر چه نرخ رفرش نمایشگری بالاتر باشد، شاهد تصاویر روان‌تری هستیم و تصاویر کمتر تار می‌شوند؛ البته در کل مانیتورهای دارای رزولوشن کمتر به دلیل برخورداری از پیکسل‌های کمتر نسبت به مانیتورهایی با رزولوشن بالا مثل مانیتورهای ۴K، دارای نرخ فروش بالاتری هستند؛ زیرا تصاویر پیکسل‌های کمتری باید به‌روزرسانی شوند و در نتیجه فرآیند به‌روزرسانی تصاویر در حال نمایش سریع‌تر انجام می‌شود.

مانیتور گیمینگ ایسوس مدل VG279QM با نرخ رفرش ۲۴۰ هرتز

معمولاً نمایشگرها با توجه به رزولوشن خود دارای نرخ رفرش ثابتی هستند؛ اما برخی از مانیتورهای مدرن قابلیتی تحت عنوان نرخ رفرش متغیر یا variable refresh rate دارند. در این مانیتورها نرخ رفرش ثابت نیست و تراشه هدایت‌کننده این مانیتورها که معمولاً دارای حافظه DRAM هستند، نرخ رفرش مانیتور را ذخیره و آن را مطابق با سیگنال دریافتی از کارت گرافیک یا کنسول، تغییر می‌دهد.

به بیان ساده در این مانیتورها نرخ رفرش متناسب با محتوای در حال نمایش افزایش و کاهش می‌یابد. چنانچه تصاویر در حال نمایش ثابت یا دارای حرکت کمی باشند، نرخ رفرش کاهش و چنانچه با سرعت بالایی تغییر کنند و حرکت سریعی داشته باشند، نرخ رفرش افزایش پیدا می‌کند؛ البته برای بهره‌مندی از این فناوری هم نمایشگر و هم کارت گرافیک و کنسول باید از این فناوری پشتیبانی کنند. این قابلیت تنها در نمایشگرهای رده‌بالای مخصوص گیمینگ و کنسول‌های نسل نهم یعنی پلی‌استیشن ۵ و ایکس باکس سری ایکس ، کارت‌های گرافیک رده‌بالای انویدیا با قابلیت G-sync و کارت‌های گرافیک رده‌بالای AMD با قابلیت Free-syncوجود دارد. درصورتی‌که نرخ رفرش نمایشگر ثابت و با نرخ رفرش منبع پردازش گرافیکی یکسان و هماهنگ نباشد، شاهد پدیده آزاردهنده پارگی نمایشگر یا screen tearing نیستیم. در صورت رخ دادن چنین اتفاقی تصاویر در حال نمایش در نمایشگر، چند تکه می‌شوند و تصاویر تکه‌تکه شده به دلیل ناهماهنگی فریم، اصلاً با یکدیگر هماهنگ نیستند.

لازم به توضیح است برای بهره‌مندی از قابلیت G Sync انویدیا باید از نمایشگری با پورت DisplayPort استفاده کنید و این قابلیت تنها در موارد معدودی با نمایشگرهای مجهز به HDMI سازگار است؛ اما فناوری free-Sync هم با نمایشگرهای دارای HDMI و هم با نمایشگرهای دارای DisplayPort کاملاً سازگار است.

بررسی آناتومی نمایشگر لپ‌تاپ
تصویر زیر مربوط به آناتومی نمایشگر لپ‌تاپ است. پنل مورداستفاده در نمایشگر لپ‌تاپ تفاوتی با پنل‌های مانیتورهای دسکتاپ ندارد. تفاوت نمایشگرهای لپ‌تاپ با نمایشگرهای مورداستفاده برای کامپیوترهای دسکتاپ، به قطعات الکترونیکی به‌کاررفته شده در آن‌ها مربوط می‌شود.

مانیتور لپ تاپ

اجازه دهید ساختار این نوع از نمایشگرها را دقیق‌تر بررسی کنیم. نمایشگر نمایش داده شده در تصویر زیر نیز یک نمایشگر TFT-LCD محسوب می‌شود و در آن تراشه هدایت‌کننده در زیر یک لایه محافظ پنهان شده است.

تراشه هدایت کننده برد مانیتور
در تصویر زیر نمای نزدیکی از برد مدار نمایشگر را مشاهده می‌کنید. در این برد علاوه بر قطعات به‌کاربرده شده در نمایشگرهای کامپیوترهای دسکتاپ، قطعاتی برای انتقال سیگنال ورودی و متصل کردن پنل به لپ‌تاپ (که درست در سمت راست تراشه هدایت‌کننده قرار دارند) و چندین رشته سیم برای اتصال تراشه هدایت‌کننده به نمایشگر نیز دیده می‌شوند. در قسمت پایین سمت چپ پردازنده نمایشگر، سوکتی فلزی نصب شده است که برای تأمین نیروی مانیتور استفاده می‌شود.

آناتومی نور پس‌زمینه
در تمام نمایشگرهای LCD و LED منبع نوری وجود دارد که به آن نور پس‌زمینه گفته می‌شود و برای تأمین روشنایی نمایشگر و قابل‌مشاهده شدن پیکسل‌ها به کار می‌رود. در نمایشگرهای LCD قدیمی و برخی از نمایشگرهای لپ‌تاپ از لامپ فلورسنت کاتد سرد (CCFL) و در نمایشگرهای LCD جدیدتر موسوم به نمایشگر LED از دیودهای LED برای تأمین نور پس‌زمینه استفاده می‌شود. نمایشگرهای دارای نور پس‌زمینه CCFL می‌تواند با هزینه بسیار کمی تولید شوند؛ اما به‌اندازه نمایشگرهای LED کم‌مصرف نیستند و روشنایی آن‌ها نیز به‌اندازه نمایشگرهای LED نیست.

نور پس زمینه
اشعه‌های خورشید دارای طیف کاملی از رنگ‌ها هستند (البته میزان رنگ‌ها در این طیف یکسان نیست) و در گروه نور سفید قرار می‌گیرند. لامپ فلورسنت نیز چنین ساختاری دارند؛ اما برخی از رنگ‌ها را با شدت بسیار بالا منتشر و در مقابل سایر رنگ‌ها را با شدت بسیار کمی منتشر می‌کنند؛ بنابراین برای اینکه تصاویر تا حد ممکن طبیعی و واقعی نمایش داده شوند، باید این ویژگی لامپ فلورسنت در نظر گرفته شود و تصاویر مطابق با این ویژگی ذاتی تنظیم شوند که کار دشواری است.

استفاده از دیودهای LED این مشکل را تا حدی برطرف کرده است. طیف نور تولیدشده توسط این دیودها در مقایسه با طیف نور ایجادشده با لامپ‌های فلورسنت، بیشتر به نور خورشید شبیه است. شرکت توشیبا در حال تولید نسل جدیدی از نمایشگرهای LED است که نور پس‌زمینه آن‌ها در مقایسه با نمایشگرهای قبلی بیشتر به نور خورشید نزدیک شده است.

مقایسه ساده طیف های مختلف نور
نور پس‌زمینه میزان روشنایی کلی نمایشگر را که با واحد نیت بیان می‌شود، نیز کنترل می‌کند. روشنایی ۱۸۰ تا ۳۰۰ نیست روشنایی مناسبی برای یک نمایشگر محسوب می‌شود؛ اما درصورتی‌که قصد دارید محتواهایی مثل محتوای HDR را با کیفیت واقعی ببینید، باید به فکر خرید نمایشگری با روشنایی ۱۰۰۰ نیتی یا بیشتر باشید. کنتراست نمایشگر نیز اهمیت زیادی دارد. هرچقدر کنتراست یک نمایشگر بالا باشد، نقاط روشن تصویر روشن‌تر و نقاط تاریک و تیره تصویر، تیره‌تر نمایش داده می‌شوند اختلاف بین نقاط روشن و تیره تصویر باعث افزایش وضوح تصویر و در نتیجه افزایش کیفیت کلی آن می‌شود.

در اکثر نمایشگرهای LCD امکان تنظیم دمای رنگ‌ها وجود دارد؛ البته با استفاده از این قابلیت نمی‌توانید رنگ‌های را گرم‌تر یا سردتر کنید؛ بلکه با بهره‌مندی از آن می‌توانید شدت حرارت سطح خورشید در صحنه‌هایی را که مربوط به زمان‌های متفاوتی از روز هستند، طوری تنظیم کنیم که کاملاً طبیعی به نظر برسند.

دمای رنگ
شما با استفاده از نمایشگرهای LED راحت‌تر می‌توانید رنگ‌ها را به این صورت تنظیم کنید؛ البته میزان سهولت تنظیم رنگ‌ها به این شکل، به نوع رنگ سفید LED مورداستفاده در نمایشگر بستگی دارد.

در تمام انواع سیستم نور پس‌زمینه، نور باید در تمام قسمت‌های پنل توزیع شود و برای انجام این کار از یک لایه پلیمری ضخیم تحت عنوان پلیت هدایت نور (light guide plate) استفاده می‌شود.

مانیتور لپ تاپ
آناتومی پنل
با برداشتن تمام قاب‌های محافظ و نوارهای کناری نمایشگر می‌توانیم اجزای تشکیل‌دهنده آن ر را ببینیم. قسمت بالای نمایشگر تصویر در حقیقت پشت نمایشگر است که با یک لایه سفید پوشانده شده است. ضخامت لایه پلیمری مورداستفاده برای توزیع نور در سراسر قسمت‌های پنل، تقریباً نصف ضخامت خود نمایشگر است.

لایه‌های زیرین این تصویر هم لایه‌های کریستال مایع هستند که در میان چندین صفحه از مواد مانند یک ساندویچ قرار گرفته‌اند. نخستین صفحه، نور را در مکانی دورتر از پلیت هدایت نور توزیع می‌کنند و دو صفحه دیگر که در حقیقت صفحات منشوری هستند، نور را بیشتر منتشر می‌کنند.

پنل LCD
درنهایت نور توزیع‌شده و پخش‌شده توسط این دو لایه، به لایه بیرونی خود نمایشگر LCD هدایت می‌شوند که خود ساختار پیچیده‌ای دارد و از بخش‌های مختلفی تشکیل شده است.

نخستین بخش این قسمت از پنل نمایشگر، لایه‌های شیشه‌ای است که برای قطبی کردن یا پولاریزه کردن نور ایجادشده از منبع نور پس‌زمینه استفاده می‌شود. قطبی کردن نور باعث می‌شود امواج نور به یک سطح ارتعاش محدود شوند. در تصویر متحرک زیر می‌توانید روند انجام چنین فرآیندی را مشاهده کنید. آخرین لایه از لایه‌های پنل LCD که مانند لایه‌های یک ساندویچ روی هم قرار گرفته‌اند، نیز شیشه‌ای است و باز هم نور را قطبی می‌کند.

قطبی کردن نور در پنل ال سی دی
سطوح ارتعاش دو لایه شیشه‌ای با یکدیگر زاویه ۹۰ درجه دارند و این ساختار باعث می‌شود هیچ نوری از پنل نشت کند و پنل کاملاً مشکی به نظر برسد. در بین این دو لایه، لایه‌های پر از حفره وجود دارد که با ماده‌ای به نام کریستال مایع پرشده اند.

جالب است بدانید که این لایه هم نور را قطبی می‌کند. در این فناوری خاص LCD، مولکول‌های کریستالی ساختار پیچ‌وتاب‌داری را تشکیل می‌دهند. که نور را می‌چرخاند تا با جهت آخرین لایه قطبی شده مطابقت پیدا کند. عبارت نماتیک پیچ‌دار (twisted nematic یا TN) به این ساختار اشاره nhvn (منظور وضعیتی که مولکول‌های کریستال مایع به‌صورت موازی در کنار یکدیگر می‌گیرند نه در یک جهت خاص)

مقایسه بین دو پنل LCD متفاوت

بنابراین در هر دو سیستم نور پس‌زمینه CCFL و LED پرتوهای نور بدون هیچ گونه تداخلی توزیع و منتشر می‌شوند. پس از منتشر شدن تا زمانی که نور به آن سوی پنل منتقل شوند قطبی و در یکدیگر پیچیده می‌شوند.

چنین فرآیندی باعث می‌شود که صفحه کاملاً سفیدی را در نمایشگر خود ببینیم. برای ایجاد یک صفحه کاملاً سیاه در نمایشگر، ولتاژی در میان کریستال‌های مایع ایجاد می‌شود و این ولتاژ به‌صورتی اعمال می‌شود که کریستال‌های مایع بتوانند سطح ارتعاش خود را کاملاً تغییر دهند. زمانی که دو موج کاملاً با یکدیگر ناهماهنگ باشند (یکی از موج‌ها در فاز صفر و دیگری در فاز ۹۰ باشد)، هیچ نوری از آن‌ها عبور می‌کند.

میزان ولتاژ استفاده‌شده مشخص می‌کند که چه میزان نوری به پنل منتقل شود و به دلیل اینکه هزاران حفره پر از کریستال مایع در لایه میانی پنل وجود دارد، باید یک شبکه ارتباطی قوی بین تمام آن‌ها ایجاد شود.

همان‌طور که در شکل زیر می‌بینید چندین ردیاب سیگنال در لبه‌های پنل دیده می‌شود. تمام اتصالات بین این حفره‌ها با استفاده از تعدادی روبان‌ که در حقیقت مدارهای چاپی منعطف هستند، به هدایت‌کننده نمایشگر متصل می‌شوند.

پنل ال سی دی
هر یک از این مدارهای چاپی دربردارنده یک تراشه نازک دراز یا همان ردیاب سیگنال هستند که انتقال سیگنال را مدیریت می‌کنند. برای کاهش هزینه‌ها کانکتورهای پنل به‌آرامی به مدار برد اصلی چسبیده شدند و به همین دلیل بسیار حساس و آسیب‌پذیر هستند.

برد پنل ال سی دی
درنهایت تمام ردیاب‌های سیگنال آرایشی متقاطع را شکل می‌دهند و شبکه تشکیل‌شده از اتصال ردیاب‌های سیگنال صفحه‌ای متشکل از مربع‌های بسیار کوچکی را تشکیل می‌دهد که همان پیکسل‌های نمایشگر هستند.

پیکسل های نمایشگر
اگر چشمانتان قوی باشد و از فاصله بسیار نزدیکی با دقت به نمایشگر کامپیوتر خود نگاه کنید به‌راحتی می‌توانید پیکسل‌ها را ببینید که به نظر می‌رسد هر یک از آن‌ها دارای چند رنگ هستند. درواقع هر پیکسل از سه ساب پیکسل هستند و آن‌ها دارای فیلتر رنگی هستند که شامل زنگ‌های قرمز، سبز و آبی می‌شود.

سیستم رنگی RGB همیشه یک سیستم رنگی کاملاً استاندارد برای نمایشگرها و تلویزیون‌ها بوده است و به دلیل اینکه می‌توان ترکیب‌های رنگی گوناگون با این سیستم رنگی استاندارد ایجاد کرد، خلق رنگ‌های طبیعی و واقعی با دقت بازآفرینی بالا با این سیستم کاملاً امکان‌پذیر است.

ساب پیکسل
سازماندهی ساب‌پیکسل‌ها به این شکل را چیدمان نوار عمودی (Vertical strip) می‌نامند و این شیوه چیدمان در بسیاری از نمایشگرهای عریض مورداستفاده قرار می‌گیرد. در برخی از نمایشگرهای LCD مانند نمایشگرهای مورداستفاده در گوشی‌ها از چیدمان افقی برای قرار دادن پیکسل‌ها در کنار هم استفاده می‌شود. چیدمان عمودی و افقی ساب‌پیکسل‌ها، تولید نمایشگرهای LCD به دو شکل افقی و عمودی را امکان‌پذیر می‌کند.

بنابراین پنل‌های TFT LCD که در ابتدای مقاله با آن‌ها آشنا شدیم و به این موضوع اشاره کردیم که کلمه TFT مخفف عبارت Thin-film transistor به معنی ترانزیستور فیلم نازک است، درواقع از یک لایه سیلیکونی میکروسکوپی تشکیل‌شده که به‌قدری نازک است که نور به‌راحتی از آن رد می‌شود و پس از آن از تمام پیکسل‌ها و ساب‌پیکسل‌ها می‌گذرد. در داخل این لایه ترانزیستوری ایجاد شده است که برای اعمال ولتاژ روی کریستال‌ها برای روشن کردن آن‌ها استفاده می‌شود.

ساب پیکسل‌ها بسیار کوچک هستند و هر ساب‌پیکسل تنها فضایی در حدود ۰.۰۰۱۱ میلی‌متر مربع را اشغال می‌کند هرچقدر رزولوشن یک نمایشگر بیشتر شود، ابعاد ساب‌پیکسل‌های تشکیل‌دهنده آن کوچک‌تر می‌شود؛ بنابراین در نمایشگرهای ۴K ساب‌پیکسل‌ها به میزان شگفت‌انگیزی کوچک هستند.

پنل ال سی دی
LCD توسط لایه محافظی پوشانده شده که معمولاً از شیشه است. معمولاً روی این لایه محافظ هم یک لایه بسیار نازک پلیمری قرار می‌گیرد تا از انعکاس نور توسط نمایشگرجلوگیری شود (به این لایه، لایه ضد انعکاس یا Anti glare گفته می‌شود). این لایه محافظ که استحکام بالایی دارد، به‌راحتی ترک برنمی‌دارد و در برابر خط و خش هم مقاوم است.

نمایشگرهای منحنی
حتما می‌دانید تمام نمایشگرها صاف و تخت نیستند و برخی از آن‌ها به شکل منحنی طراحی شده‌اند. این مانیتورها تصاویر فراگیری را ارائه می‌دهند و با تماشای تصاویر آن‌ها تا میزان زیادی غرق در محتوای در حال نمایش می‌شوید. تصاویر این مانیتورها برای بسیاری از کاربران جذابیت خاصی دارد و این مانیتورها بیشتر برای گیمرهای حرفه‌ای طراحی شده‌اند؛ البته باید خاطرنشان کنیم که میزان فراگیر بودن تصاویر در این مانیتورها، به محلی که در آن نشسته‌اید و همچنین محتوای در حال نمایش، نیز به میزان زیادی بستگی دارد.

نمودار انحنای رنگ ها
در نمودار بالا می‌توانید متداول‌ترین انحناهای مورداستفاده را ببینید. همان‌طور که می‌بینیم رنگ مشکی کاملاً صاف و تخت است، رنگ آبی انحنای ۱۸۰۰R (یعنی رنگ آبی وی با انحنایی با عمق ۱۸۰۰ میلی‌متر نمایش داده می‌شود)، رنگ قرمز انحنای ۱۵۰۰R و رنگ سفید انحنای ۱۰۰۰ دارد. عدد نشان‌دهنده میزان انحراف در حقیقت اندازه شعاع نیم‌دایره پنل است که با واحد میلی‌متر عرضه می‌شود به‌عنوان‌مثال نمایشگر دارای انحنای ۱۵۰۰ دارای نیم‌دایره‌ای به شعاع ۱۴۷.۵ سانتی‌متر است. طبیعتاً تولید نمایشگرهای منحنی نسبت به نمایشگرهای تخت هزینه بیشتری دارد؛ پس با قیمت بیشتری هم به فروش می‌رسند.

مانیتور منحنی فوق عریض اودیسه G9 سامسونگ
معایب نمایشگرهای ال‌سی‌دی
اگرچه این فناوری LCD فناوری شگفت‌انگیزی محسوب می‌شود و نمایشگرهای LCD تصاویر کاملاً باکیفیتی را نمایش می‌دهند؛ اما این نمایشگرها معایبی نیز دارند که اصلاً نمی‌توان آن‌ها را نادیده گرفت. اجازه دهید بیان این معایب این نمایشگرها را با بیان یکی از مشکلات اساسی مرتبط با نور پس‌زمینه آغاز کنیم.

بسیاری از افراد به دلیل اینکه کریستال‌های مایع مانع عبور نور می‌شوند، تصور می‌کنند که نور پس‌زمینه خاموش می‌شود؛ اما در حقیقت این‌چنین نیست و این منبع نوری به‌سرعت خاموش و روشن می‌شود تا تصاویر با کیفیت بالایی نمایش داده شوند. خاموش و روشن شدن سریع نور پس‌زمینه باعث می‌شود تصویر کمی سوسو بزند که برای برخی از افراد کمی آزاردهنده است. در ضمن این اتفاق باعث می‌شود تصاویر در حال حرکت سریع کمی تار شوند.

البته در برخی از مانیتورهای LCD که نسبت به سایر مانیتورهای مشابه کیفیت بالاتری دارند، فرآیند روشن و خاموش شدن نور پس‌زمینه با سرعت بسیار بالایی انجام می‌شود تا شدت مشکل سوسو زدن تصاویر تا حدودی کاهش یابد. در برخی دیگر از مانیتورها هم برای کاهش شدت این مشکل از روش همگام‌سازی یا به‌اصطلاح سینک کردن فرایند خاموش و روشن شدن تصاویر با نرخ رفرش استفاده شده است (این ویژگی در بسیاری از مانیتورها با عنوان ویژگی motion blur reduction به معنی کاهش تاری حرکت یا عناوین مشابه ذکر شده است).

یکی دیگر از مشکلات اساسی نمایشگرهای LCD، مشکل نشت نور از لبه‌های نمایشگر از میان پیکسل‌های آن است؛ البته این مشکل نیز در نمایشگرهای LCD باکیفیت‌تر نسبت به سایر مانیتورها تا حدودی برطرف شده است. وقتی صحبت از پیکسل می‌شود یکی از معایب اساسی نمایشگرهای TFT-LCD مخصوصاً نمایشگرهای دارای پنل TN کاملا به چشم می‌خورد. این پنل‌ها بیت‌های محدودی برای ارائه یک رنگ دارد

این محدودیت بیشتر به دلیل سیستم مورداستفاده در این مانیتورها برای انتقال داده‌های تصویراست. در مانیتورهای LCD TFT از یک سیگنال تفاضلی با ولتاژ کم برای انتقال رنگ‌های قرمز، سبز و آبی استفاده می‌شود. این روش انتقال دیتا بسیار سریع است و به نیروی کمی هم نیاز دارد؛ اما متأسفانه این سیگنال تنها می‌تواند رنگ ۶ بیتی را منتقل کند که امروزه دیگر اصلاً مورداستفاده قرار نمی‌گیرند و نمی‌توانند تصویر باکیفیتی را ایجاد کند؛ رنگ ۶ بیتی باعث ایجاد لکه در تصویر، شکستگی تصویر و عدم یکپارچگی رنگ‌ها می‌شود.

امروزه بسیاری از تراشه‌های گرافیکی توانایی انتقال رنگ‌های ۸ بیتی و ۱۰ بیتی را دارند که می‌توانند تصاویری با کیفیت خیره‌کننده و طیف گسترده‌ای از رنگ‌ها را ایجاد کنند.

مشکل عدم توانایی انتقال رنگ‌های ۸ یا ۱۰ بیتی را می‌توان با روشی تحت عنوان frame rate control (کنترل فریم ریت) یا FRC که در آن رنگ‌ها بین فریم‌های متوالی به‌صورت یک سیکل در بین فریم‌های متوالی جابجا می‌شوند تا این تصور در ذهن بیننده ایجاد شود که در حال تماشای طیف بیشتری از رنگ‌ها است. خوشبختانه امروزه بسیاری از نمایشگرهای TN دارای پنل‌های ۱۰ بیتی هستند؛ حتی در برخی از آن‌ها از روش FRC استفاده می‌شود و با این روش نمایشگرهای ۸ بیتی به‌عنوان نمایشگر ۱۰ بیتی معرفی و به فروش می‌رسند!

مزایا و معایب نمایشگرهای OLED یا اولد
پنل‌های TFT-LCD یکی از انواع پنل‌های متداول مورداستفاده در انواع نمایشگرها ازجمله مانیتورهای کامپیوتر، تلویزیون‌ها، تبلت‌ها نمایشگرهای مورداستفاده در خودروها و سایر موارد محسوب می‌شود؛ اما نمایشگرهای TFT-LCD تنها نمایشگرهای LCD نیستند

نوع دیگری از نمایشگرها تحت عنوان نمایشگرهای اولد تولید شده‌اند که فاقد نور پس‌زمینه هستند و در آن‌ها از پیکسل‌های ارگانیک خود نورده استفاده می‌شود که خوشان م‌توانند نور تولید کنند. نمایشگرهای اولد در گوشی‌های هوشمند و تلویزیون‌های رده‌بالا استفاده می‌شوند. در این نمایشگرها رنگ‌ها با دقت بالایی نمایش داده می‌شوند و کیفیت تصاویر واقعاً خیره‌کننده است.

نمونه ای از نمایشگر اولد
یک تلویزیون اولد
در ضمن در این نمایشگرها برخلاف نمایشگرهای LCD هر یک از پیکسل‌ها می‌توانند به‌صورت جداگانه خاموش یا روشن شوند؛ بنابراین نمایشگرهای اولد در نمایش رنگ مشکی مطلق و همچنین ایجاد کنتراست بی‌نهایت عملکرد بی‌نظیری دارند؛ زیرا در هنگام نمایش رنگی مشکی پیکسل‌هایی که به رنگ مشکی در می‌آیند، کامل خاموش می‌شود و اگر در کنار رنگ مشکی بخش‌های بسیار روشنی وجود داشته باشد، نقاط تیره کاملاً تیره و نقاط روشن کاملاً روشن نمایش داده می‌شوند و اختلاف بین قسمت‌ها کنتراست بی‌نظیری را ایجاد می‌کند.

درضمن نمایشگرهای اولد تصاویر دارای حرکت سریع را کاملاً نرم و روان و بدون تاری نمایش می‌دهند و به دلیل برخورداری از زمان پاسخگویی مناسب برای گیمینگ هم کاملاً مناسب هستند. منظور از زمان پاسخگویی، مدت‌زمان تغییر رنگ پیکسل‌ها از رنگی به رنگ دیگر و واکنش آن‌ها به تغییر تصاویر در نمایشگراست؛ البته نمایشگرهای اولد هم معایبی دارند که اصلاً نمی‌توان از آن‌ها چشم‌پوشی کرد.

نمایشگرهای اولد در مقایسه با نمایشگرهای LED و LCD متداول عمر و روشنایی کمتری دارند. در ضمن مشکل احتباس تصویر یا به‌جا ماندگی تصویر (image retention) در نمایشگرهای اولد کاملاً رایج است که مشکل واقعاً آزاردهنده‌ای است. درصورتی‌که در این تلویزیون‌ها تصویری ثابت یا ویدیویی با بخش‌های ثابت مثل لوگو یا کادر زیرنویس برای مدت طولانی (مثلاً سه یا چهار ساعت) پخش شود، جای بخش‌های ثابت تصویر به‌صورت موقت یا دائمی روی نمایشگر باقی می‌ماند و در برخی از موارد رفع این مشکل نیازمند تعویض یا تعمیر پنل است که هزینه بسیار زیادی دارد.

شرکت‌های ال‌جی، سامسونگ و سونی نسل جدیدی از تلویزیون‌های LED به نام Micro LED را ساخته‌اند که هم مانند تلویزیون‌های اولد در زمینه تولید رنگ مشکی خالص و ایجاد کنتراست بی‌نهایت عملکرد بسیار موفقی دارند و هم مشکل عمر و روشنایی کم و همچنین مشکل احتباس تلویزیون‌های اولد در آن‌ها دیده نمی‌شود.

در این تلویزیون‌ها اندازه دیودهای LED تأمین‌کننده نور پس‌زمینه بسیار کوچک شده و تقریباً به ازای هر پیکسل یک دیود LED ایجاد شده است؛ بنابراین دقت نوردهی آن‌ها بسیار افزایش یافته است و می‌توانند مانند اولد رنگ مشکلی مطلقی را نمایش دهند و کنتراست بی‌نظیری ایجاد کنند.

در پایان باید بگوییم مانیتورهای LCD زمانی بسیار گران‌قیمت بودند و کیفیت چندان مناسبی هم نداشتند؛ اما به لطف چندین دهه پیشرفت، امروزه هم کیفیت بسیار بالایی دارند و هم قیمت آن‌ها نسبت به قبل کاهش یافته است؛ امروزه برخی از مانیتورها دارای رزولوشن و نرخ رفرش بسیار بالایی هستند و چنانچه قصد ارتقای کامپیوتر خود را دارید، توصیه می‌کنیم علاوه بر ارتقای قطعاتی مانند سی‌پی‌یو، کارت گرافیک و رم، حتماً نمایشگر کامپیوتر را نیز تعویض کنید!

Neda Yazdani

آموزش هااخبار

آناتومی مانیتورانواع نمایشگرها،

مطالب مرتبط ...

2,742 دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *