LCDのしくみ–知っておくべきことすべて

LCDの動作を理解することは最も重要です。特に、表示されるほとんどすべての画面がLCDであるためです。ただし、これらの画面についての予備知識がない場合、これらの画面を額面どおりに区別することは困難です。ここでは、LCD画面、その構造、重要なコンポーネント、およびディスプレイの寿命を延ばす方法について説明します。

液晶ディスプレイ（LCD）画面は、液晶を利用して可視画像を作成するフラットパネルディスプレイです。

LCDディスプレイとは何ですか？

図1：LCDの断面図

液晶ディスプレイ（LCD）画面は、液晶を利用して可視画像を作成するフラットパネルディスプレイです。

LCD画面の基本構造

バックライト

発光ダイオード（LED）

図2：LEDストライプ

LEDバックライト付きLCDスクリーンは、LEDを利用してピクセルのバックライトを提供します。これらは、CCFLバックライト付きスクリーンよりも優れた調光範囲、優れたコントラスト比、広い色域を備えており、信頼性が高くなっています。

エレクトロルミネッセンスパネル（ELP）

この技術は、励起された着色蛍光体を使用して光を生成し、光を放出するには、400ヘルツの周波数で100ボルトのAC電圧が必要です。 ELPテクノロジーは、モノクロ、セグメント、およびキャラクターLCDに適用できます。

熱陰極蛍光ランプ（HCFL）

HCFLは、両端の2つのカソードに接続されたコイル状のタングステンフィラメントを使用します。陰極が華氏900度で電気的に励起されると、陰極は電子を放出し、管内の水銀と反応します。その効果は、生成された紫外線がリン光物質と反応して光を生成することです。

冷陰極蛍光ランプ（CCFL）

HCFLとは異なり、CCFLにはタングステンフィラメントがありません。代わりに、チューブ内の電圧が水銀を励起して電流を流します。水銀からの紫外線はリン光物質と反応して光を生成します。

LCD用液晶

図3：液晶テレビで見ている女性

ネマティックフェーズLCD

ネマチックサーモトロピック相は、スメクチック度と比較してより高い温度で起こります。液晶は、長軸が一方向を向いている配向です。

それらの重心位置は、液体内でランダムです。ただし、それらを外部の磁場または電場と位置合わせして、透明または不透明なビューを作成することができます。

ネマチック分子がLCDに適用できるのは、この整列特性によるものです。

液晶のスメクティック

スメクチック相は、低温で存在する液晶のサーモトロピック相です。ここで、液晶分子は、分子の平面に垂直な層に整列します。

結晶配列は液体状態であり、層面の方向に互いにスライドします。

液晶のコレステリック

ここでは、液晶が1分子の厚さの層に整列しています。また、分子は互いに平行な長軸に整列します。

液晶のカラーフィルター

LCDパネルのカラーフィルターは、特定の波長の光を通過させ、他の波長を遮断します。したがって、表示されている色を強調および縮小して、同じ色のバリエーションを作成することができます。

液晶の偏光フィルター

偏光フィルターは、すべての露光を遮断しながら、LCDセットアップを介して特定の方向の偏光を可能にします。

LCDの仕組み– 薄膜トランジスタ（TFT）

薄膜トランジスタLCDは、TFTを個々のピクセルスイッチとして使用して、コントラストやアドレス指定性などの画像特性を向上させます。

TFTは、デバイスの平面に比べて薄い特殊な電界効果トランジスタ（FET）です。

LCD画面はどのように機能しますか？

LCDの動作は、主に偏光の特性に基づいています。偏光は、振動が1つの平面に制限される光です。 LCDでは、白色光は2つの偏光フィルムの助けを借りて偏光を受けます。

LCD画面には数百万のピクセルがあり、それぞれがリンクされた液晶の両側に偏光フィルムを備えています。各ピクセルは、さらに3つの特徴的な赤、緑、青のサブピクセルに分類されます。

LCDの電源を入れると、バックライトが白色の無偏光の光をピクセルに向けて照らします。白色光は、水平面や垂直面など、さまざまな面を移動します。

最初の偏光ガラスは水平方向の光波のみを通過させ、2番目のガラスフィルターは垂直方向の光波のみを通過させます。 2つの偏光ガラスは、周囲に電極が付いた液晶であり、各サブピクセルには電極と偏光ガラスのペアがあります。

液晶は、自然な状態で電子的にネマチックな形をしています。

偏光ガラスフィルターは、水平光をオフ状態で垂直位置に回転させ、光がピクセルに到達できるようにします。

分極電極がオンの場合、ネマティック液晶は水平方向に配向します。バックライトからの光は、90度の角度でねじれることがなくなり、水平方向に通過します。次に、垂直偏光ガラスが平らな光波を遮断します。

電極の各セットを流れる電流を変えることにより、水平に整列する液晶の数を変えることができます。そのため、画像を作成するためにピクセルに到達する光の量が異なります。

個々のサブピクセルの色は0〜255のスケールです。3つすべてがゼロの場合、画面全体に黒が表示され、3つすべてが255の場合、バックライト（白）が表示されます。液晶電極電位の変化は、LCDのカラーライト表示を変化させます。

LCD画面の寿命を決定する6つの要因

図4：未来的なEKG医療用LCD

以下にリストされているのは、LCDの寿命を決定する6つの要因です。

画面の動作環境

LCDは、液晶がネマティック相にあるときに最適に機能します。温度が氷点下に下がったり、温度が高くなったりすると、LCDが妨げられ、寿命が短くなります。

付属の電子部品の品質

LCDは、主に内部の電解質の乾燥に起因するコンデンサの膨らみが原因で故障します。品質の悪い材料はLCDの寿命を縮めます。

LCDの仕組み– 外部コンポーネントの状態

電力の安定性や周波数などの外付け部品は、LCD画面の寿命に影響を与えます。ほこりも重要な回路コンポーネントに付着し、デバイスの短絡や加熱の問題を引き起こします。

バックライト障害

LCDバックライトの障害は、短絡または内部コンポーネントの欠陥が原因で発生する可能性があります。バックライトを交換することで、この問題をすばやく解決できます。

電磁放射

外部磁場は、2つのガラス偏光子間の液晶の整列を妨害します。そのため、電界が高くなると画質が低下し、時間の経過とともに画面が劣化します。

LCDの仕組み– 使用頻度

LCDの使用時間は30,000〜60,000時間です。したがって、その寿命は、日中の長さに大きく依存します。

LCD画面とプラズマ画面の違い

図5：部屋の壁に設置されたプラズマテレビ

プラズマ画面とLCD画面を額面金額から区別するのは簡単ではありません。この2つは非常に似ていますが、情報を表示するために非常に異なるテクノロジーを使用しています。

以下にリストされているのは、プラズマ画面とLCD画面の大きな違いです。

リフレッシュレート

プラズマスクリーンは、同じ分類のLCDスクリーンと比較すると、リフレッシュレートが速くなります。 LCD画面の応答時間が遅いことは、画像がより速いペースで表示されるときに明らかです。

画像が画面に沿ってドラッグされる傾向があるゴースティング効果がよく見られます。現在のLCDは、フレームレートがプラズマテレビのフレームレートに近いため、ゴースティング効果は発生しません。

テクノロジー

LCDスクリーンとプラズマスクリーンのもう1つの違いは、動作原理です。ピクセルとサブピクセルを照らして画像を生成する方法はさまざまです。LCDには、画像を正確に描写するために必要な興奮をピクセルに提供するためのバックライトが必要です。

プラズマスクリーンは、不活性ガスの特性を利用してピクセルを照らします。各ピクセルは、その構造内の電極のグリッドによって水平および垂直に配置されて励起される可能性があります。

ピクセルのリン光コーティングにUV光を当てると、選択した色に変換されます。赤いリン光物質に光が当たると、ピクセルが目に見えて赤くなります。

重量

LCDは、同じサイズの対応するプラズマよりも軽量です。また、それらはより少ない電気を消費し、より少ない熱を生成します。

ただし、重量と消費電力の差は相対的であるため、あまり電力を保持しません。プラズマディスプレイは、他のディスプレイ技術と比較して依然として非常に軽量です。

表示

プラズマスクリーンは、私たちがより本物の画像と見なすものを表示します。バックライトがないため、プラズマスクリーンを使用してディスプレイ上の物体の詳細な写真を取得できます。

LCD画面はどういうわけか比較的飽和していて、一部のプラズマディスプレイほど鮮明ではありません。

高度

高度はプラズマスクリーンに影響を与え、6500フィートの高さを超えるとうまく機能しません。

宇宙に向かってさらに上に行くと、気圧は自然に低下します。圧力の低下は、空気が自然に膨張することを意味し、プラズマディスプレイに大きな問題を引き起こします。不活性ガス分子間の距離が変化すると、電極がより激しく作用してピクセルを起動します。静かな部屋や白い画像を表示しているときは、画面からノイズが聞こえます。

結論

LCDの動作に影響を与える最も重要な要因について説明しました。

そのため、その動作、コンポーネント、弱点、およびその寿命を延ばす方法に関する十分な情報があります。

LCDスクリーンは、現在も市場で最高のものの1つです。新しい液晶テレビを購入したい場合は、この記事に記載されている情報を検討してください。

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