انواع صفحه نمایش مانیتور: همه‌چیز درباره تکنولوژی‌های نور پس زمینه

امروز می‌خوایم به عمق مانیتورها وارد بشیم و درباره انواع صفحه نمایش صحبت کنیم. در این مقاله درباره خیلی از تکنولوژی‌های صفحه نمایش، اعم از LCD ،LED ،Mini LED ،QLED و OLED توضیح می‌دیم تا متوجه بشیم هر کدوم چطور کار می‌کنن. با بنچفا همراه باشید که قراره با هم کلی چیز یاد بگیریم.

چند نوع صفحه نمایش وجود داره؟

اگه بخوایم درباره انواع صفحه نمایش صحبت کنیم، بدون هدر دادن وقت باید بریم ببینیم با چی سروکار داریم. اول از همه باید بدونیم چند نوع مانیتور وجود داره و هر کدوم چطور کار می‌کنن.

از نظر نور پس‌زمینه، درحال‌حاضر صفحه نمایش‌ها به چند نوع تقسیم می‌شن. بریم اول با انواع نور پس‌زمینه آشنا بشیم.

۱- انواع صفحه نمایش: CRT

اگه با این مانیتورها آشنایید احتمالا بالای ۲۰ سال سن دارید :)). این مدل‌ها دارن کم‌کم منقرض میشن، استفاده خاصی ندارن و دیگه هم تولید نمی‌شن. مانیتور CRT شامل میلیون‌ها نقطه فسفری ریز قرمز، سبز و آبی میشه و در اثر برخورد یک پرتو الکترونی از سر تا ته صفحه حرکت می‌کنه تا در نهایت در صفحه مانیتور تصویری رو ایجاد کنه. تصویر زیر طرز کار این مانیتورها رو نشون میده.

اصطلاحات anode و cathode که در تصویر بالا می‌بینید، در الکترونیک مترادف پایانه‌های مثبت و منفی هستن. مثلا ترمینال مثبت باتری به عنوان آند و ترمینال منفی به عنوان کاتد شناخته می‌شن.

در یک لوله پرتو کاتدی، «کاتد» یک رشته گرم شده‌ست. فیلامنت گرم شده در خلاء ایجاد شده داخل یه لوله شیشه‌ای قرار داره. «پرتو» جریانی از الکترون‌ها است که توسط تفنگ الکترونی تولید میشه و به طور طبیعی یک کاتد گرم شده رو به داخل خلاء می‌ریزه. الکترون‌ها منفین، آند مثبته، بنابراین الکترون‌هایی رو که از کاتد می‌ریزن جذب می‌کنه. این صفحه با فسفر، یک ماده آلی که در اثر برخورد پرتو الکترونی می‌درخشه، پوشیده شده.

۲- طرز کار صفحه نمایش Plasma

صفحه نمایش‌های پلاسما نسبت به مانیتورهای CRT کوچیک‌تر هستن و امکان اینکه روی دیوار نصب بشن رو دارن، اما به اندازه صفحه نمایش‌های جدیدتر کمی ضخیم و سنگین هستن. یک صفحه نمایش پلاسما از سلول‌های بسیار ریز حاوی گازهای نجیب و مقدار کمی جیوه تشکیل شده.

این سلول‌ها بین دو تکه شیشه هستن و زمانی که الکتریسیته از این سلول‌ها عبور می‌کنه، باعث میشه این گازها به پلاسما تبدیل بشن. بعد از این نور ساطع میشه و تصویری بر روی صفحه نمایش شکل می‌گیره. صفحه نمایش‌های پلاسما زمانی که عرضه شدن می‌تونستن از رزولوشن ۱۹۲۰ در ۱۰۸۰ پشتیبانی کنن، کنتراست بالاتر و نرخ تازه‌سازی بالاتری هم نسبت به باقی صفحه نمایش‌ها داشتن، به خاطر همین به سرعت محبوبیت بالایی پیدا کردن.

۳- طرز کار صفحه نمایش OLED

صفحه نمایش‌های OLED یکی از جالب‌ترین انواع صفحه نمایش هستن که طرز کار کاملا متفاوتی دارن. عبارت OLED مخفف Organic Light-Emitting Diode‍ـه، کلمه organic هم به خاطر مولکول‌های کربنیه که داخل هر پیکسل قرار داره.

صفحه نمایش‌های OLED از لایه‌ای از مواد آلی تشکیل شده که بین دو الکترود آند و کاتد قرار گرفتن که همگی روی یک بستر هستن. مولکول‌های آلی در نتیجه جابجایی الکترون‌ها، رسانای الکتریکی هستن. این مواد دارای سطوح رسانایی از عایق تا رسانا هستن و نیمه هادی های آلی در نظر گرفته میشن. این توضیح تئوری و خیلی دانشمندانه صفحه OLED‍ه. به طور ساده بخوایم بگیم، در صفحه نمایش OLED هر پیکسل جوری ساخته شده که با دریافت اطلاعات و ولتاژ روشن بشه و رنگی که باید رو به نمایش بذاره، بر عکس باقی پنل‌های که یه نور پس‌زمینه وجود داره که باید از تک تک لایه‌ها عبور کنه تا یه تصویر نشون بده.

هر پیکسل در صفحه نمایش‌های معمولی از سه subpixel تشکیل شده، قرمز و سبز و آبی. در OLED نور پس‌زمینه وجود نداره، به خاطر همین یه subpixel سفید هم اضافه شده و جمعا هر پیکسل OLED شامل ۴ subpixel‍ه. این subpixel همونطور که از اسمش پیداست برای اینه که رنگ سفید رو نشون بده. به این ترتیب، صفحه نمایش برای نمایش هر رنگ یکی از این subpixelها رو روشن می‌کنه و برای نمایش رنگ مشکی، کلا پیکسل خاموش میشه. این باعث میشه صفحه نمایش بتونه واقعا رنگ مشکی رو به نمایش بذاره، بر عکس باقی مانیتورها که برای نمایش رنگ مشکی مشکل دارن و نمیتونن کاملا جلوی نور پس‌زمینه رو بگیرن. به همین دلیله که صفحه نمایش‌های OLED کنتراست خیلی بالایی هم دارن.

صفحه نمایش‌های OLED مزایای خیلی زیادی دارن. این پنل‌ها می‌تونن کنتراست و دقت رنگ خیلی بالایی رو به نمایش بذارن، همچنین عملکرد خیلی خوبی در نمایش رنگ مشکی دارن، چون پیکسل‌ها در صورت نیاز به نمایش رنگ مشکی می‌تونن کاملا خاموش بشن. در همین سال ۲۰۲۳ هم LG از یه مانیتور OLED با نرخ تازه‌سازی ۲۴۰ هرتز رونمایی کرد که بالاترین میزان نرخ تازی‌سازی برای یک صفحه نمایش OLED محسوب میشه و با این اوصاف، OLED بهترین آپشن برای بازیه، منتها با قیمت ۱۲۰۰ دلاری مانیتوری که گفتم خیلی کسی سراغ این مانیتورها نمیره.

OLED به جز قیمت نسبتا بالا، یک عیب بزرگ داره، اون هم burn in صفحه‌ست. این اتفاق حاصل واکنش شیمیایی مولکول‌های پیکسل‌هاست. زمانی که یک پیکسل برای مدت زیادی یک رنگ ثابت رو نشون میده، اون رنگ روی صفحه حک میشه و باقی می‌مونه. راه حل درست و حسابی برای این مشکل نیست، دلیلش هم اینه که اصلا صفحه نمایش OLED برای استفاده‌های تجاری ساخته شد که هر چند ثانیه تصویر عوض میشه، نه استفاده خانگی. اگه برای مدت مثلا Mortal Kombat بازی کنید، زمانی که یه تصویر روشن پخش کنید می‌تونید به‌راحتی ردی که از هلث بار مونده رو روی صفحه ببینید. این برن این هنگام نمایش تصاویر تیره هم مشخصه و می‌تونید تیره شدن برخی نقاط رو ببینید. البته اینطوری نیست که پس از یه مدت کوتاه این اتفاق بیفته، زمانی که نیازه تا burn in ایجاد بشه با توجه به کیفیت صفحه نمایش متفاوته. تصور کنید چی میشه اگه از OLED برای استفاده طولانی مدت از Photoshop یا Premiere استفاده کنید!

مشکل دیگه پنل‌های OLED یکبار مصرف بودن اون‌هاست. منظورم از این حرف این نیست که پنل بعد از مدتی خراب میشه و باید بندازیدش دور، اما بر خلاف پنل‌های دیگه، اصلا قابل تعمیر نیست. در صفحه نمایش‌های OLED اگه اتفاقی برای خود پنل بیفته، کار صفحه نمایش به کلی تمومه. میشه پنل جدید خرید و روی اون انداخت، اما با قیمت بالایی که پنل به تنهایی داره خرید یه صفحه نمایش جدید به صرفه‌تره. با ترکیب این اتفاق با burn in، می‌بینیم که صفحه‌های OLED چندان چنگی به دل نمی‌زنن، مگر اینکه واقعا دلتون کنتراست خیلی بالا بخواد. OLEDها نسبت به باقی صفحه نمایش‌ها روشنایی کمتری هم دارن، که برای استفاده در محیط‌های روشن اون‌ها رو نامناسب می‌کنه.

۴- طرز کار صفحه نمایش LCD

حالا می‌رسیم به مرسوم‌ترین تکنولوژی صفحه نمایش برای مانیتور کامپیوتر، یعنی LCD. تکنولوژی LCD یا Liquid Crystal Display از کنار هم گذاشتن یه لایه کریستال مایع و پورالیزر کنار هم با نور پس‌زمینه مهتابی کار می‌کنه.

این جور چیدمان نحوه کارکرد انواع زیادی از مانیتوره. در واقع صفحه نمایش‌های LED و Mini LED هم مثل صفحه نمایش‌های LCD کار می‌کنن، تنها به‌دلیل منبع نور پس‌زمینه متفاوت، نحوه نمایش تصاوید در اون‌ها متفاوته.

صفحه نمایش LCD از چندین لایه تشکیل شده، از جمله نور پس‌زمینه، فیلترهای پولاریزر، و یک لایه کریستال مایع. این این لایه کریستال مایعه که شدت نوری که از بک لایت می‌گذره و به نمایش گذاشته میشه و همچنین رنگ تصویر رو مشخص می‌کنه. برای این کار، یک ولتاژ به لایه کریستال مایع وارد میشه که باعث میشه اون‌ها به‌صورت فیزیکی حرکت کنن و از یک حالت به حالت دیگه دربیان. سه نوع اصلی پنل داریم، IPS و VA و TN، که تفاوت این انواع پنل چینش این کریستال‌ها کنار هم و رفتارشون به ولتاژه.

از لحاظ نحوه کارکرد، نمایشگرهای LCD پیچیده‌ترین نوع صفحه نمایش هستن، اما ارزون‌ترین نوع هم هستن و تولید اون‌ها خیلی ساده‌ست.

۵- طرز کار صفحه نمایش LED

عبارت LED مخفف Light-Emitting Diode Display‍ه. این صفحه نمایش‌ها امروزه استفاده زیادی دارن، مخصوصا در تولید تلویزیون چون این امکان رو به وجود میاره که صفحه نمایش خیلی نازک باشه، در عین حال شکننده نباشه و قابل تعمیر هم باشه.

بزرگ‌ترین مزیت نمایشگر LED بهینگی و مصرف کم انرژی اون در برابر باقی نمایشگرهاست. یک صفحه نمایش LED از چند لایه تشکیل شده و نور پس‌زمینه اون‌ها به وسیله چندین چراغ LED تامین میشه. آشنا به نظر میاد نه؟ خب چون که این روش کار صفحه LCD‍ه. تنها تفاوت یه صفحه نمایش LED با یه صفحه نمایش LCD، در نور پس زمینه‌شونه. صفحه نمایش‌های LCD از چراغ‌های مهتابی برای نور پس‌زمینه استفاده می‌کنن، صفحه نمایش‌های LED از تعداد زیادی چراغ LED. حالا دو نوع LED داریم؛ نور پس‌زمینه Full-Array، که در این حالت نور پس زمینه پشت باقی لایه‌هاست. حالت دیگه edge-lit‍ـه، که در این حالت برای تولید نور پس زمینه، یک نوار LED قدرتمند در یک طرف نمایشگر قرار می‌گیره و نور به سمت لایه‌های دیگه منعکس میشه. این حالت تعمیر صفحه نمایش رو به شدت راحت‌تر می‌کنه، تنها مشکلی هم که پیش میاد در نور پس زمینه ناحیه‌ایه.

یکی از مشکلاتی که صفحه نمایش‌های LED با اون روبرو هستن، اینه که بر خلاف صفحه OLED که در بخش مشکی تصویر پیکسل‌ها خاموش میشن، بک لایت دائما روشنه و هیچوقت مشکی عمیقی به نمایش نمی‌ذاره. این مشکل با توجه به نوع رنگ پردازی پنل متفاوته، اما به‌طور کلی پنل‌های LED مشکی عمیقی به نمایش نمی‌ذارن. حالا راه حل چی بود؟ اینکه بک‌لایت رو جوری برنامه‌ریزی کنن که LED مناطقی که باید رنگ مشکی رو نشون بدن، کامل خاموش بشن. این مشکل رو تا حدودی حل می‌کنه، منتها نه کاملا.

مشکلی که اینجا به‌وجود میاد اینه که تعداد LEDهای موجود در یک صفحه نمایش LED انقدر زیاد نیست که بشه صرفا با خاموش کردن تعدادی از اون‌ها، به کنتراست بالا و مشکی واقعی رسید. با این کار برخی نقاط صفحه واقعا تاریک میشن و این قسمت ماجرا خوبه، اما اگه در تصویر شما در میون تصویر تاریک، بخش روشنی وجود داشته باشه، دور اون بخش هاله روشنی ایجاد میشه که می‌تونه گاهی از تصویر با کنتراست معمولی هم بدتر باشه، چون محسوسه. حالا اگه نورپردازی edge-lit باشه، این نورپردازی از یک سمت مانیتور میاد و هاله روی تصویر علاوه بر دور هدف روشن، در مسیر نور هم نمایان میشه. معمولا برای رسیدن به کنتراست بالاتر، از این روش استفاده نمی‌کنن. مزیت اصلی روش edge-lit، تعمیرپذیری راحتشه که بدون مشکل میشه نوار LED رو تعویض کرد، بدون نیاز به باز کردن کامل صفحه نمایش.

اینجاست که مهندسین برای حل این مشکل، به Mini LED رسیدن، که جلوتر به اون هم می‌رسیم.

۶- طرز کار صفحه نمایش QLED

این نامیه که سامسونگ در صفحه نمایش‌هاش استفاده می‌کنه و خیلی خرج مارکتینگ کرد تا نشون بده این تکنولوژی چقدر خوبه و در حد OLED با قیمت پایین‌تره، منتها شتر در خواب بیند پنبه دانه.

در واقع QLED اصلا تکنولوژی جدیدی نیست. این صفحه نمایش‌ها هم از تکنولوژی LCD برای نمایش تصویر استفاده می‌کنن، منتها نور بک لایتش متفاوته و نورش آبی رنگه. این صفحه نمایش‌ها از یک لایه کریستال فسفر بین نور پس زمینه و لایه کریستال مایع استفاده می‌کنن که به نور و ولتاژ واکنش نشون میدن و اتم‌های داخل این لایه با توجه به وضعیت نور متفاوتی از خودشون متصاعد می‌کنن. استفاده از نور پس‌زمینه آبی رنگ باعث میشه این کریستال‌های فسفر بتونن بهترین رنگ سفید رو در اختیار لایه‌های رنگی بذارن که باعث میشه این صفحه نمایش‌ها دقت رنگ بالایی داشته باشن.

مزایای اصلی صفحه نمایش‌های QLED، دقت رنگ و روشنایی بالاتر نسبت به صفحه نمایش‌های LED معمولیه. این نمایشگرها به جز قیمت پایین‌تر، مزیت دیگه‌ای نسبت به Mini LED و OLED ندارن.

۷- طرز کار صفحه نمایش Mini LED

Mini LED تکولوژی جدیدی نیست و ایده اون خیلی قدیمیه، اما به‌دلیل محدودیت‌های تکنولوژی حتی الآن هم با محدودیت‌های بالایی در ساخت داره. Mini LED در واقع همون صفحه نمایش LCD با نور پس‌زمینه LED با چینش Full Array‍ه، یعنی چراغ‌های LED پشت صفحه نمایش قرار داره، فقط در Mini LED به جای ۵۰-۶۰تا LED، چند هزار LED خیلی کوچیک یا Mini LED آبی رنگ قرار داره، که بین این بک لایت و صفحه LCD یک لایه فسفر قرار می‌گیره تا مثل QLED نور سفید در اختیار لایه کریستال مایع بذاره. این LEDها به شدت کوچیکن و در واقع وقتی در تصاویر بک لایت Mini LED رو می‌بینید، هر نقطه نوری که می‌بینید شامل چندین LED کوچیکه که کنار هم قرار دارن. تعداد این LEDها به چند ده هزار عدد می‌رسه، که هر چند LED به‌صورت یک بلوک کنار هم هستن و یک Dimming zone محسوب میشن.

مزیت Mini LED نسبت به LED معمولی دقیقا همین تعداد بالای Dimming zone‍ـه. همونطور که گفتم، در LEDهای امروزی زمانی که تصویری قراره پخش بشه که بخشی سیاه و بخشی روشنه، نور پس زمینه بخش‌هایی که سیاه خاموش میشه تا به مشکی عمیق‌تری دست پیدا کنیم. حالا در Mini LED چون تعداد خیلی زیادی LED و Dimming zoneهای متعددی وجود داره، این کار بهتر انجام میشه و نتیجه رضایت بخش‌تر از پنل‌های LCD دیگه‌ست. مشکل زمانی شروع میشه که Mini LED رو با OLED مقایسه می‌کنید.

یک صفحه نمایش Mini LED با رزولوشن ۴K شاید بالای ۲-۳ هزار Dimming zone داشته باشه که باعث میشه تصاویر خیلی خوبی با کنتراست بالا به نمایش بذاره، اما این میزان در صفحه نمایش OLED با رزولوشن ۴K به ۸ میلیون می‌رسه! این تفاوت خیلی بزرگیه که در مقایسه تصاویر HDR به چشم میاد.

الیته در یک زمینه Mini LED بهتر از OLED محسوب میشه و اون هم در روشناییه. پنل‌های OLED درسته که با کنتراست خیلی بالایی دارن و رنگ‌های زیادی به نمایش می‌ذارن، اما چون هر پیکسل به روشنایی خودش محدوده و نور پس‌زمینه وجود نداره، روشنایی بالایی نداره و مناسب استفاده در اتاق‌های روشن نیست. بهترین مکان برای صفحه نمایش OLED یک اتاق تاریک با نور کمه. Mini LED برعکس OLED، به لطف چند هزار LED به شدت پر نور، روشنایی خیلی بالایی داره و از تمام صفحه نمایش‌های دیگه روشن‌تره. Mini LED می‌تونه انتخاب خیلی خوبی برای یک اتاق آفتاب گیر باشه، به‌لطف کنتراست نسبتا بالا برای استفاده در تاریکی هم مناسبه.

کلام آخر: نحوه کارکرد انواع صفحه نمایش

تو این مقاله ما سعی کردیم تمام انواع نور پس‌زمینه صفحه نمایش رو به راحت‌ترین گویش ممکن توضیح بدیم. در همین راستا به نحوه کارکرد انواع صفحه نمایش‌ها پرداختیم صفحه نمایش‌های Plasma و CRT دیگه از رده خارج شدن و توضیح درباره اون‌ها صرفا برای آگاهی بیشتر در این زمینه بود، اما باقی پنل‌ها در بازار امروز هستن و با توجه به نیازتون می‌تونن انتخاب‌های خوبی باشن.