LCDのイメージスティッキング：原因、テスト、対策

LCD（液晶ディスプレイ）は最も広く使用されているディスプレイ技術です。自動車、家電、通信、ホームアプライアンス、産業用、民生用電子機器、軍事などで使用されています。しかしLCDには、応答速度が遅い、視野角が狭い、コントラストが低いなどの欠点があります。ユーザーからよく不満として挙げられる現象の一つがイメージスティッキングです。

イメージスティッキングとは

固定画像が長時間ディスプレイに表示され続けると、その画像の薄い輪郭がしばらく画面に残り、最終的に消えます。通常、LCDとプラズマスクリーンで発生しますが、ここではTFT LCDディスプレイに焦点を当てます。イメージスティッキングは「イメージ持続性」「イメージ残留」「ゴースティング」「焼き付きイメージ」とも呼ばれます。

LCDの構造

イメージスティッキングの概念をよりよく理解するには、LCDの構造と動作原理を知る必要があります。

LCD画面は、ガラス基板上の2つの電極の間に薄い液晶材料層が挟まれ、両側に偏光板が配置された構造です。偏光板は、特定の偏光の光波のみを通し、他の偏光を遮る光学フィルターです。電極は透明である必要があるため、最も一般的な材料はITO（酸化インジウムスズ）です。LCD自体は発光しないため、通常バックライトがLCD画面の後ろに配置され、暗い環境でも視認可能になります。バックライトの光源にはLED（発光ダイオード）またはCCFL（冷陰極蛍光灯）が使用されます。LEDバックライトが最も一般的です。カラー表示にする場合、RGBカラーフィルター層をLCDセルに組み込みます。タッチパネルもLCDディスプレイの前面に追加できます。

LCDの動作原理

大量生産された最初のLCDパネル技術はTN（ツイステッドネマチック）と呼ばれます。LCDの原理は、液晶分子に電界が印加されていないとき、分子がLCDセル内で90度ねじれることです。環境光またはバックライトからの光が最初の偏光板を通過すると、光は偏光され液晶分子層とともにねじれます。第2の偏光板に達すると遮断され、観察者には黒く見えます。

液晶分子に電界が印加されると、それらはねじれを解きます。偏光した光が液晶分子層に達すると、ねじれずに直進します。第2の偏光板に達するとそれも通過し、観察者には明るく見えます。LCD技術は電流（電子の通過）ではなく電界を使用するため、低消費電力です。

イメージスティッキングの原因

LCDイメージスティッキングの原因は、液晶材料内部にイオン性不純物が蓄積することです。わずかな直流電圧が発生すると、帯電した不純物が電極に移動し、逆電圧界を形成します。電源が切られると、この逆電圧が働き、LCD分子を他の部分とは異なるねじれ状態にし、それがイメージスティッキングとして現れます。時間が経つほど多くの不純物が移動し、逆電圧が大きくなり、イメージスティッキングは悪化します。

イメージスティッキング品質のテスト方法

上記の白黒チェスボード画像を使用して：

1. 静止画像を2時間表示、その後50%グレーに1分間変更。8%中性濃度フィルターを使用して確認。
2. 静止画像を8時間表示、電源オフで30分、その後50%グレーに8%中性濃度フィルターで確認。

イメージスティッキングを防ぐ方法

• TFT LCDディスプレイで「固定」画像を2時間以上表示しない。

• LCD画面を15分以上使用しない場合はスクリーンセーバーを使用、1時間以上使用しない場合は電源オフ。

• 静止画像を表示しなければならない場合、明確な境界線の代わりにブロックパターンを使用。中間グレー調を使用し、2色の境界では中間グレーレベルに対して対称な色を使用。境界線を時々徐々にシフトさせる。

• LCDメーカー向け：液晶材料を空気から保護するため窒素ガスや乾燥空気を使用し、水分吸収による大量の不純物発生を防止（水は優れた溶媒）。ファブの湿度管理も極めて重要。適切な液晶材料とメーカーの選定も重要。異なる液晶材料は異なる吸湿能力を持ち、工場ごとに不純物管理能力が異なる。高純度は高コストを意味するが、高純度液晶材料の使用とLCDドライバーの直流成分を除去する回路設計により、イメージスティッキング問題を回避可能。

イメージスティッキング問題の解決方法

CRTで一般的な「焼き付き」問題とは異なり、イメージスティッキングは永続的ではありません。時間が経てば最終的に回復します。残留画像の消去を早める方法の一つは、オールブラックパターンで画面を4〜6時間点灯させることです。さらに速くしたい場合、ディスプレイを35〜50℃の環境に1〜2時間置きます。この高温は動作温度範囲内であるため、LCDパネルを損傷しません。

本記事は、Orient Display（ワシントン州ベルビュー）のエンジニアリングリード兼マーケティングマネージャーBill Cheung氏によって執筆されました。詳細についてはこちらをご覧ください。