LCDとは？――液晶とBacklightで明るさを制御する仕組み
液晶ディスプレイの基本構造、偏光板、液晶、Color Filter、TFT、Backlightの役割と長所短所を説明する。
この記事の結論
- LCDはBacklightの光を液晶と偏光板で制御して画像を作る
- 液晶自体は発光せず、TFTが各Subpixelへ加える電圧を制御する
- 成熟した量産性と大型化に強いが、光漏れやBacklightが必要になる
まず結論
LCDはLiquid Crystal Displayの略で、Backlightから出た光を、液晶と偏光板を使って画素ごとに通したり遮ったりするDisplayです。
液晶そのものが光るわけではありません。液晶分子の向きを電圧で変え、光の偏光状態を変化させることで透過する光量を制御します。
基本構造
光の進む方向に沿って見ると、代表的なLCDは次の要素から構成されます。
- Backlight
- 偏光板
- TFT基板とPixel電極
- 液晶層
- Color Filterと共通電極
- 偏光板
実製品には配向膜、Spacer、Seal材、補償Film、導光板なども含まれます。
どうやって明るさを変えるか
TFTがPixel電極へ電圧を書き込むと、液晶分子の配列が変わります。液晶層を通過した光の偏光状態が変わり、二枚目の偏光板を通れる光量が変化します。
Red、Green、BlueのColor Filterを通る各Subpixelの光量を変えることで、色を作ります。
主な表示方式
TN、VA、IPSなどがあり、液晶分子の初期配向と電界のかけ方が異なります。
- TN：構造が比較的単純で応答が速い
- VA：黒を作りやすく、高Contrastに向く
- IPS：視野角と色再現に強みがある
製品世代やメーカーにより改良方式が多数あります。
メリット
- 長年の量産技術があり、大型Panelを作りやすい
- 高輝度化しやすい
- 静止画での劣化や焼き付きが比較的少ない
- 幅広い用途と価格帯に対応できる
デメリット
Backlightと複数の光学部材が必要なため、構造が厚くなります。黒表示でも光を完全には遮れず、光漏れが生じます。
液晶分子が向きを変える時間が応答速度へ影響し、見る方向によって色やContrastが変化する場合があります。
Mini LEDとの関係
Mini LED Backlightでは光源を細かい領域へ分けて明るさを制御します。黒い領域のBacklightを暗くするLocal DimmingによりContrastを改善できますが、LCDのPixelとBacklight区画は同じ大きさではないため、明るい物体の周囲にHaloが出る場合があります。
次に読む
関連する記事
FPDとは？――LCD・OLEDを支える薄型ディスプレイの構造と製造
FPDの意味、LCDとOLEDの違い、TFT、Array・Cell・Module工程、大型基板製造の全体像を整理する。
OLEDとは？――画素自体が発光する有機ELディスプレイ
OLEDの発光原理、TFT Backplane、発光層、電極、封止、RGB形成方式、長所短所を説明する。
TFTとは？――ディスプレイの各画素を制御する薄膜トランジスタ
TFTの役割、Gate・Source・Drain・半導体膜の構造、a-Si・LTPS・Oxideの違いを説明する。
FPDのCell工程とは？――表示機能を持つPanelへ組み立てる
LCDの基板貼り合わせ・液晶封入と、OLEDの発光層形成・封止を中心に、Array工程後のPanel形成を説明する。
FPDのArray工程とは？――大型基板上にTFTと画素配線を作る
FPDのArray工程で行う洗浄、成膜、フォトリソグラフィ、エッチング、熱処理、検査の流れを説明する。
FPDのModule工程とは？――Panelを表示製品として動かす最終組立
Driver IC、FPC、制御基板、Backlight、Touch Panel、Cover Glass、筐体を組み合わせるModule工程を説明する。