LCD構造
LCDの各ピクセルは、次の部分で構成されています。2つの透明な電極（酸化インジウムスズ）の間に吊り下げられた液晶分子の層と、外側に互いに垂直に偏光方向を持つ2つの偏光フィルター。電極間に液晶がない場合、偏光フィルターの1つを通過する光の偏光方向は、2番目の偏光フィルターに対して完全に垂直になるため、完全にブロックされます。ただし、1つの偏光フィルターを通過する光の偏光方向が液晶によって回転すると、他の偏光フィルターを通過できます。液晶による光の偏光方向の回転は、静電界によって制御され、それによって光の制御を実現できます。
液晶分子は、外部電界の影響を受けやすく、誘導電荷を生成します。各ピクセルまたはサブピクセルの透明電極に少量の電荷を追加して静電界を生成すると、液晶の分子がこの静電界によって誘導され、誘導電荷を誘導し、静電トルクを生成します。液晶分子の元の回転配置により、通過する光の回転振幅が変化します。偏光フィルターを通過できるように、特定の角度を変更します。
電荷が透明電極に追加される前に、液晶分子の配置は電極表面の配置によって決定され、電極の化学表面は結晶種子として使用できます。最も一般的なTN液晶では、液晶の上下の電極が垂直に配置されています。液晶分子はスパイラルに配置され、極性フィルターを通過する光の偏光の方向が液体チップを通過した後に回転し、別の偏光子を通過できます。このプロセスでは、光の小さな部分が偏光子によってブロックされ、外側から灰色に見えます。電荷が透明電極に追加された後、液晶分子は電界の方向に沿ってほぼ完全に並列に配置されるため、偏光フィルターを通過する光の偏光方向が回転しないため、光は完全にブロックされています。この時点で、ピクセルは黒く見えます。電圧を制御することにより、液晶分子の配置の歪みの程度を制御して、異なるグレースケールを実現できます。
一部のLCDは、交互の電流にさらされると黒くなり、液晶のスパイラル効果を破壊します。電流がオフになると、LCDはより明るくなったり透明になります。このタイプのLCDは、ラップトップと安価なLCDで一般的に見られます。高解像度のLCDまたは大規模なLCD TVで一般的に使用される別のタイプのLCDは、電源をオフにすると、LCDが不透明であることです。
電力を節約するために、LCDは多重化方法を使用します。多重化モードでは、一方の端の電極はグループに接続され、電極の各グループは電源に接続され、もう一方の端の電極もグループに接続され、各グループは電力のもう一方の端に接続されています。供給。グループ設計により、各ピクセルが独立した電源によって制御されることが保証されます。電子デバイスまたは電子デバイスを駆動するソフトウェアは、電源のオン/オフシーケンスを制御することにより、ピクセルの表示を制御します。
LCDをテストするためのインジケーターには、ディスプレイサイズ、応答時間（同期率）、配列タイプ（アクティブおよびパッシブ）、視聴角、サポートされた色、輝度とコントラスト、解像度とスクリーンのアスペクト比、および入力インターフェイスの重要な側面が含まれます（そのようなビジュアルインターフェイスおよびビデオディスプレイアレイとして）。
簡単な歴史
1888年、オーストリアの化学者フリードリッヒ・ラインイザーは、液晶とその特別な物理的特性を発見しました。
最初の運用LCDは、RCAのGeorge Hellmannが率いるチームが開発した動的散乱モード（DSM）に基づいていました。 Hellmannは、この技術に基づいてさまざまなLCDを開発したOptechを設立しました。
1970年12月、液晶のねじれたネマティックフィールド効果は、SintとHelfrichによってスイスで特許を取得しました。しかし、前年の1969年、ジェームズ・ファーガソンは、米国オハイオ州のケント州立大学で液晶のねじれたネマチックフィールド効果を発見し、1971年2月に米国で同じ特許を登録しました。 ）このプロパティに基づいて最初のLCDを生産し、すぐに下位DSM型LCDを置き換えました。この発見が商業的に実行可能になったのは1985年までではありませんでした。 1973年、日本のシャープコーポレーションは最初にそれを使用して、電子計算機のデジタルディスプレイを作成しました。 2010年代には、LCDがすべてのコンピューターのメインディスプレイデバイスになりました。
表示原理
電圧がなければ、光は液晶分子間のギャップに沿って移動し、90度回転するため、光は通過できます。しかし、電圧が追加された後、光は液晶分子間のギャップに沿ってまっすぐに移動するため、フィルターによって光がブロックされます。
液晶は流れの特性を持つ材料であるため、液晶分子を動かすためには非常に小さな外力のみが必要です。最も一般的なネマチック液晶を例として取り入れると、液晶分子は電界の作用によって簡単に回転できます。液晶の光軸はその分子軸と非常に一致しているため、光学効果を生成できます。液晶に塗布された電界が除去されて消滅すると、液晶は独自の弾力性と粘度を使用し、電界が適用される前に液晶分子が元の状態にすばやく戻ります。
透過的で反射するディスプレイ
LCDは、光源が配置されている場所に応じて、伝染性または反射性のいずれかです。
透過性LCDは、画面の後ろの光源で照らされ、画面の反対側（前）から表示されます。このタイプのLCDは、コンピューターモニター、PDA、携帯電話など、高い明るさを必要とするアプリケーションで使用されます。 LCDを照らすために使用される照明は、LCD自体よりも多くのパワーを消費することがよくあります。
電子時計と計算機によく見られる反射LCDは、（時には）LCDの後ろのびまん性反射面から外部光を反射することにより画面を照らします。このタイプのLCDは、光が液晶を2回通過するため、コントラスト比が高くなるため、2回切断されます。照明デバイスを使用しないと電力消費が大幅に削減されるため、バッテリー駆動のデバイスは長持ちします。小さな反射LCDは、電源を供給するのに十分なパワーを消費しないため、ポケット計算機でよく使用されます。
トランスフォレクティブLCDは、透過的または反射的なものとして使用できます。外部光が十分にある場合、LCDは反射型として動作し、外部光が少ない場合、透過タイプとして動作できます。
カラーディスプレイ
LCDテクノロジーは、電圧のサイズに基づいて輝度も変化します。各LCDサブエレメントによって表示される色は、カラースクリーニングプログラムに依存します。液晶自体には色がないため、サブエレメントの代わりにさまざまな色を生成するために色フィルターが使用されます。サブエレメントは、通過する光の強度を制御することによってのみグレースケールを調整できます。アナログ信号制御を使用するアクティブマトリックスはごくわずかであり、ほとんどがデジタル信号制御テクノロジーを使用しています。ほとんどのデジタル制御LCDは8ビットコントローラーを使用しており、256レベルのグレースケールを生成できます。各サブエレメントは256レベルを表示できるため、2563色を取得でき、各要素は16,777,216色を表示できます。人間の目は明るさを直線的に感じず、人間の目は低い輝度の変化により敏感であるため、この24-ビットの色は理想的な要件を完全に満たすことができません。エンジニアはパルス電圧レギュレーションを使用して、色の変化をより均一に見せます。
カラーLCDでは、各ピクセルは3つのユニット、またはサブピクセルに分割され、追加のフィルターはそれぞれ赤、緑、青とマークされています。 3つのサブピクセルを個別に制御できるため、対応するピクセルの数千または数百万色になります。古いCRTは同じ方法を使用して色を表示します。ニーズに応じて、色コンポーネントは異なるピクセル形状に従って配置されます。
アクティブおよびパッシブアレイ
電子時計やポケットコンピューターによく見られる液晶ディスプレイは、それぞれが単一の電極接触を備えた少数のセグメントで構成されています。外部専用の回路は、各コントロールユニットに電荷を提供します。これは、より多くのディスプレイユニット（液晶ディスプレイなど）で面倒です。 PDAや古いラップトップスクリーンなどの小さなモノクロディスプレイ用のパッシブアレイ液晶ディスプレイは、スーパーツイストネマチック（STN）または二重層のスーパーツイストネマチック（DSTN）テクノロジーを使用します（DSTNはSTNの色偏差問題を修正します）。
ディスプレイ上の各行または列には独立した回路があり、各ピクセルの位置は行と列でも指定されています。このタイプのディスプレイは「パッシブアレイ」と呼ばれます。これは、各ピクセルも更新する前に独自の状態を覚えておく必要があるためです。現時点では、各ピクセルには安定した電荷供給がありません。ピクセルの数が増えると、行と列の相対的な数も増加し、この表示方法はより困難になります。パッシブアレイで作られたLCDは、非常に遅い応答時間と低コントラストによって特徴付けられます。
コンピューターモニターやテレビなどの現在の高解像度のカラーディスプレイは、アクティブな配列です。薄膜トランジスタ液晶ディスプレイは、偏光子とカラーフィルターに追加されます。各ピクセルには独自のトランジスタがあり、単一のピクセル制御が可能になります。列線がオンになると、すべての行線がピクセルの行全体に接続され、各行線が正しい電圧で駆動され、列線がオフになり、他の行がオンになります。完全な画像更新操作では、すべての列線がタイムシーケンスでオンになります。同じサイズのアクティブな配列ディスプレイは、パッシブ配列ディスプレイよりも明るく鮮明に見え、応答時間が短くなります。
品質管理
一部のLCDパネルには、永続的な明るいスポットと暗いスポットを引き起こす欠陥のあるトランジスタが含まれています。 ICSとは異なり、LCDパネルは、ピクセルが悪い場合でも正常に表示できます。これはまた、いくつかの悪いピクセルがあるため、IC領域よりもはるかに大きいLCDパネルの廃棄を避けることができます。パネルメーカーは、悪いピクセルを決定するための異なる基準を持っています。
LCDパネルは、サイズが大きいため、ICボードよりも欠陥がある可能性が高くなります。たとえば、{{{0}}}インチSVGA LCDには8つの悪いピクセルがありますが、6- inch Waferには3つの欠陥しかありません。ただし、137のICSに分割できるウェーハの3つの欠陥はそれほど悪くはありませんが、LCDパネルを破棄すると0％の出力があります。メーカー間の激しい競争により、品質管理基準が提起されています。 LCDに4つ以上の悪いピクセルがある場合、検出が簡単であるため、顧客は交換を要求できます。 LCDパネルの悪いピクセルの位置も無視できません。損傷したピクセルがディスプレイの中央にあるため、メーカーはしばしば標準を下げます。一部のメーカーは、ゼロの悪いピクセル保証を提供します。
消費電力
アクティブマトリックスLCDは、CRTよりも少ない電力を使用します。実際、PDAからラップトップまで、ポータブルデバイスの標準ディスプレイになりました。しかし、LCDテクノロジーはまだ非効率的です。画面を白くしたとしても、背景の光源から放出された光の10％未満が画面を通過します。残りは吸収されます。そのため、新しいプラズマディスプレイは、同じ領域のLCDよりも少ない電力を使用するようになりました。
PalmやCompaqipaqなどのPDAは、多くの場合、反射ディスプレイを使用します。これは、アンビエントライトがディスプレイに入り、偏光液晶層を通過し、反射層に当たってから反射して画像を表示することを意味します。このプロセスでは、光の84％が吸収されているため、使用される光の6分の1のみが使用されていると推定されています。これは、まだ改善の余地がありますが、可視ビデオに必要なコントラストを提供するのに十分です。一方向の反射と反射ディスプレイにより、異なる照明条件下では、エネルギー消費を最小限に抑えてLCDディスプレイを使用できます。
ゼロパワーディスプレイ
2000年には、スタンバイモードの場合は電気を使用しないゼロパワーディスプレイが開発されましたが、このテクノロジーは現在大量生産に利用できません。フランスの会社であるNemopticは、2003年7月に台湾で大量生産された別のゼロパワー薄膜LCDテクノロジーを開発しました。この技術は、電子書籍やポータブルコンピューターなどの低電力モバイルデバイスを対象としています。ゼロパワーLCDも電子紙と競合します。