最新の液晶モニターの秘密。 ビデオ アダプターの種類 LCD 画面は何で構成されていますか?

グラフィックス カードを実装するには、次の 3 つの主なオプションがあります。

    拡張カード。この場合、PCI Express、AGP、または PCI インターフェイスを備えた個別の拡張カードが使用されることが想定されています。 これにより、最高のパフォーマンス、大容量のメモリ、および最大数の機能のサポートが保証されます。

    グラフィックコアを統合したチップセット。これらは最も手頃なソリューションですが、特に 3D ゲームやその他のグラフィックスを多用するアプリケーションを実行する場合、パフォーマンスは非常に低くなります。 また、拡張カードを使用する場合よりも解像度とリフレッシュ レートが低くなります。 最も一般的な統合チップセットは、低価格のラップトップ モデルおよび一部のミッドレンジ モデルに搭載されています。

    統合グラフィックスコアを備えたプロセッサ (インテル).

通常、microATX、FlexATX、microBTX、PicoBTX、または MiniITX マザーボードを使用するデスクトップ コンピューターには、Intel、VIA Technology、SiS などによって製造されたチップセットに統合されたグラフィックス コアが搭載されています。

ビデオカードコネクタ

ビデオ アダプタ MDA、Hercules、CGA、EGA には 9 ピン D-Sub コネクタが装備されていました。 場合によっては、同軸コンポジット ビデオ コネクタも存在し、低周波ビデオ入力を備えたテレビ受信機またはモニターに白黒画像を出力できるようになりました。

アナログD-Subコネクタ

VGA 以降のビデオ アダプタには通常、VGA コネクタ (15 ピン D-Sub) が 1 つだけありました。 場合によっては、VGA アダプタの初期バージョンには、古いモニタとの互換性を確保するために前世代のコネクタ (9 ピン) が搭載されていることがありました。 動作出力の選択は、ビデオ アダプタ ボード上のスイッチによって設定されました。

DVI は、デジタル ビデオ出力に最も一般的に使用される比較的新しい標準インターフェイスです。 DVI ポートには 2 つの種類があります。 DVI-I には、D-SUB アダプター経由で VGA モニターを接続できるアナログ信号も含まれています。 DVI-D ではこれが許可されていません。

DVI コネクタ (バリエーション: DVI-I および DVI-D)

最近、新しい家庭用インターフェイスである高解像度マルチメディア インターフェイスが普及しました。 この規格は 1 本のケーブルで視覚情報と音声情報を同時に送信できるようにするもので、テレビや映画向けに設計されていますが、PC ユーザーは HDMI コネクタを使用してビデオ データを出力することもできます。 HDMI を使用すると、コピー保護されたオーディオとビデオをデジタル形式で 1 ​​本のケーブルで送信できます。この規格の最初のバージョンは 5 Gb/s の帯域幅に基づいていましたが、HDMI 1.3 ではこの制限が 10.2 Gb/s に拡張されました。

HDMIコネクタ

DisplayPort は比較的新しいデジタル ビデオ インターフェイスで、最初のバージョンは 2006 年春に VESA (Video Electronics Standards Association) によって採用されました。 これは、コンピューターやモニター、その他のマルチメディア機器を接続するために設計された、ライセンス不要、ロイヤリティフリーの新しいユニバーサル デジタル インターフェイスを定義します。

ディスプレイ ポートを使用すると、スピーカー、USB ハブ、その他の入出力デバイスを含む最大 4 台のデバイスを接続できます。 最大 4 つのデータ ラインをサポートし、それぞれが 1.62 または 2.7 ギガビット/秒で送信できます。 カラー チャネルごとに 6 ～ 16 ビットの色深度のモードをサポート

DVI ポートと HDMI ポートはビデオ信号伝送規格の開発における進化段階であるため、アダプタを使用してこれらのタイプのポートにデバイスを接続できます。

ビデオ カードは、コンポジットおよび S-Video の入出力にも対応できます。

複合コネクタ

Sビデオコネクタ4および7ピン

米。 28 – Palit GeForce GTS 450 Sonic 1Gb DDR5 128 ビット PCI-E ビデオ カード用コネクタ セット (DVI x 2、D-Sub x 1、miniHDMI x 1)

物質の 3 つの状態、固体、液体、気体を区別するのが通例です。 しかし、一部の有機物質は、特定の相で溶融すると、結晶と液体の両方に固有の特性を示します。 液体の流動性を獲得したため、この段階では固体結晶の特徴である分子の秩序を失うことはありません。 このフェーズは、集約の第 4 の状態と呼ぶことができます。 確かに、一部の物質にのみ、また特定の温度範囲でのみそれが存在することを忘れてはなりません。

いわゆる静止位置にある液晶分子の空間的配向は、液晶秩序と呼ばれます。 フリーデルの分類によれば、FA秩序にはスメクティック、ネマティック、コレステリックの3つの主要なカテゴリーがあります（図1）。

スメクティック LC は最も秩序があり、構造的には通常の固体結晶に近いものです。 分子の単純な相互配向に加えて、分子は平面への分割も行います。

液晶中の分子の長軸の優先配向の方向は、ディレクターと呼ばれる単位長さのベクトルで示されます。

主な関心はネマティック秩序を持つ材料にあり、それらはあらゆるタイプ (TN、IPS、VA) の最新の液晶パネルに使用されています。 ネマティクスでは、通常の状態とは、結晶の特徴である体積全体にわたって規則正しい分子配向を持つ分子の位置ですが、液体の特徴である重心の位置が無秩序であることです。 それらの分子は比較的平行に配向されており、ダイレクター軸に沿って異なる距離でシフトされます。

構造がコレステリック秩序を持つ液晶は、層に分かれたネマチックに似ています。 後続の各層の分子は、前の層に対して一定の小さな角度だけ回転し、ダイレクターは螺旋状に滑らかに回転します。 分子の光学活性によって形成されるこの層状の性質は、コレステリック秩序の主な特徴です。 コレステリックは「ツイストネマチック」と呼ばれることもあります。

ネマティック秩序とコレステリック秩序の間の境界は、ある程度恣意的です。 コレステリック秩序は、純粋な形のコレステリック材料からだけでなく、キラル (光学活性) 分子を含む特別な添加剤をネマチック材料に添加することによっても得ることができます。 このような分子には不斉炭素原子が含まれており、ネマチック分子とは異なり、鏡像非対称です。

液晶の秩序は分子間力によって決まり、これが LC 材料の弾性を生み出します。 はい、ここでは弾性特性について具体的に説明します。ただし、液晶には流動性があるため、その性質は通常の結晶の弾性特性とは異なります。 通常（または基底）状態では、分子はその「静止位置」に戻る傾向があります。たとえば、ネマティック材料では同じダイレクタ配向の位置に戻ります。

LC の弾性は従来の結晶の弾性よりも数桁低く、外部の影響を使用してその位置を制御するまったくユニークな機会を提供します。 このような影響としては、たとえば電界が考えられます。

次に、この場が分子の配向にどのような影響を与えるかを詳しく見てみましょう。

2 枚のガラス板からなり、その間の空間がネマチック材料で満たされたサンプルを考えてみましょう。 上板と下板の間の距離、したがって液晶層の厚さは数ミクロンです。 材料内の分子のディレクターを望ましい方向に設定するために、基板の表面に特別な処理が使用されます。 これを行うには、透明なポリマーの薄い層が表面に適用され、その後、特別なラビング（摩擦）によって表面にレリーフが与えられ、一方向に最も細かい溝が形成されます。 表面と直接接触する層内の細長い結晶分子は、レリーフに沿って配向します。 分子間力により、他のすべての分子が同じ方向を向くようになります。

液晶分子の規則正しい配置は、その物理的特性の一部の異方性を決定します (異方性とは、空間内の方向に対する媒体の特性の依存性であることを思い出してください)。 分子がランダムに配置された液体は等方性です。 しかし、液晶にはすでに異方性があり、これは液晶を通過する光の特性に影響を与える重要な性質です。

誘電率の異方性は、分子の位置を制御するために使用されます。 それは違いを表します

Δε = ε || + ε ⊥ ここで、ε || ダイレクタ ベクトルに平行な方向の誘電率、ダイレクタ ベクトルに垂直な方向の誘電率 ε ⊥。 Δε の値は正または負のいずれかになります。

ガラス板の間に数ミクロンの距離を置き、ネマチック材料を充填して密閉した 2 枚のガラス板からなるサンプルを考えてみましょう。 材料内の分子のディレクターを望ましい方向に設定するために、基板の表面に特別な処理が使用されます。このために、透明なポリマーの薄い層が表面に適用され、その後表面にレリーフが与えられます。特殊な摩擦により、一方向に細い溝が形成されます。 表面と直接接触している層内の結晶の細長い分子はレリーフに沿って配向されており、分子間力によって他のすべての分子が同じ配向をとるようになります。 サンプル内に電界が生成されると、この電界内の液晶のエネルギーは電界の方向に対する分子の位置に依存します。 分子の位置が最小エネルギーに対応していない場合、分子は適切な角度で回転します。 正の誘電率を持つ材料 (正の誘電異方性) では、分子は電場の方向に沿って回転する傾向があり、負の誘電異方性を持つ材料では、電場の方向を横切って回転する傾向があります。 したがって、回転角度は印加電圧に依存します。

サンプル内の材料が正の誘電異方性を持っているとします。電場の方向は分子の初期配向に対して垂直です (図 2)。 電圧が印加されると、分子は電場に沿って回転する傾向があります。 しかし、それらは最初、摩擦によって作成されたサンプルの内部表面の凹凸に従って配向されており、非常に強力な接着によってそれらに接続されています。 その結果、ダイレクタの向きが変わると、逆方向のトルクが発生します。 場が十分に弱い限り、弾性力によって分子は一定の位置に保たれます。 ある値から電圧が上昇していくにつれて E c、電場の配向力が弾性力を超え、分子の回転が起こり始めます。 場の影響下でのこの再配向はフレデリックス転移と呼ばれます。 フレデリックス遷移は液晶制御の組織化の基礎であり、すべての LCD パネルの動作原理はこれに基づいています。

実行可能なメカニズムが形成されます。

  • 一方で、電場は液晶分子を強制的に所望の角度に回転させます（印加電圧の値に応じて）。
  • 一方、分子間結合によって引き起こされる弾性力は、応力が解放されるとディレクターの元の配向に戻ろうとする傾向があります。

ダイレクタの初期方向と電界の方向が厳密に垂直でない場合、閾値電界値は E cが減少し、より小さな場で分子の位置に影響を与えることが可能になります。

ここで、「光の偏光」と「偏光面」の概念を説明するために、液晶から少し脱線する必要がありますが、これらがなければ、これ以上の説明は不可能になります。

光は横方向の電磁波として表すことができ、その電気成分と磁気成分は互いに垂直な面内で振動します（図3）。

自然光 (自然偏光または非偏光とも呼ばれます) にはベクトル振動が含まれています E、ベクトルに垂直なすべての方向で確率が等しくなります。 k(図4)。

部分偏光にはベクトル振動の優先方向があります。 E。 光波の場における部分偏光の場合、相互に直交する方向の一方への投影 E の振幅は常に他方よりも大きくなります。 これらの振幅間の関係により、偏光度が決まります。

直線偏光は、単一のベクトル方向を持つ光です。 Eすべての波に対して。 直線偏光の概念は抽象的です。 実際には、直線偏光について話すときは、通常、偏光度の高い部分偏光を意味します。

ベクトルが存在する平面 Eと波の方向ベクトル k、偏光面と呼ばれます。

さて、液晶ディスプレイの話に戻りましょう。

誘電率異方性の次に液晶の 2 番目に重要な物理的特性は、液晶を通過する光束を制御するために使用されます。それは光学異方性です。 液晶は、ダイレクタに平行な伝播方向と垂直な伝播方向に対して光の屈折率が異なります。 つまり、ダイレクタに対して平行または垂直の光ビームの伝播速度は異なり、係数が高いほど、伝播速度は低いことが知られています。 光学異方性または屈折率異方性は、次の 2 つの係数の差です。

Δ n= n|| + n⊥ どこ n|| ディレクターに平行な偏光面の屈折率。 n⊥ ダイレクタに垂直な偏光面の屈折率。

物質における二つの異なる意味の存在 n|| そして n⊥ は複屈折の影響を引き起こします。 光がネマチックなどの複屈折材料に当たると、光波の電場成分が 2 つのベクトル成分に分割され、速軸で振動し、遅軸で振動します。 これらの成分はそれぞれ常光線と異常光線と呼ばれます。 常光線と異常光線の偏光方向は互いに直交している。 そして、材料内に「速」軸と「遅」軸が存在するのは、前述した、ディレクターの方向に対してそれぞれ平行または垂直に伝播する光線の屈折率が異なるためです。

図 5 は、「高速」軸と「低速」軸に沿った波の伝播を示しています。 この場合の軸は固定された直線ではなく、波が振動する平面の方向であることを強調しなければなりません。

常光線と異常光線の位相速度は異なるため、波が伝播するにつれて位相差が変化します。 これらの直交成分の位相差を変化させると、光波の偏光方向が変化します。 この図では、わかりやすくするために、直交成分の合計が結果のベクトルで表されています。 えー。 波が伝播するにつれてベクトルの方向が回転することがわかります。 えー。 したがって、複屈折材料の出力に波を加えると、元の偏光方向に対して偏光方向が変化した波が生成されます。

偏光面の回転角度は、材料内の分子の向きによって異なります。

パネル設計

LCD パネルにはいくつかの技術があります。 この場合の設計を説明するために、TN が最も一般的なものとして示されています (図 6)。

モニター用の液晶パネルはすべて透過型で、その背後にある光源からの光束を変換することで画像が形成されます。 光束の変調は、液晶の光学活性 (透過光の偏光面を回転させる能力) によって行われます。 これは次のように実装されます。 バックライト ランプからの光は、最初の偏光子を通過すると直線偏光になります。 次に、2 つのガラス間の空間に含まれる液晶層を通過します。 パネルの各セル内の液晶分子の位置は、電極に電圧を印加することによって生成される電場によって制御されます。 透過光の偏光面の回転は分子の位置に依存します。 したがって、セルに必要な電圧値を供給することにより、偏光面の回転が制御されます。

サブピクセルに電圧を供給するには、内部 (バックライト モジュールに最も近い) ガラス基板上に堆積された金属導電性トラックである垂直 (データ ライン) および水平 (ゲート ライン) データ ラインが使用されます。 すでに述べたように、電場は電極 (一般電極とピクセル電極) 上の電圧によって生成されます。 一定の電圧を使用するとイオンと電極材料の相互作用が生じ、LC 材料の分子の規則的な配列が崩れ、セルの劣化につながるため、使用する電圧は可変です。 薄膜トランジスタは、スキャン ライン上で必要なセルのアドレスが選択されると閉じ、必要な電圧値を「書き込み」できるようにし、スキャン サイクルの終わりに再び開いて、一定期間保持される電荷​​。 時間の経過とともに充電が発生する T= T f/n 、 どこ T f画面上のフレーム表示時間 (たとえば、リフレッシュ レート 60 Hz の場合、フレーム表示時間は 1 秒 / 60 = 16.7 ミリ秒)、 nパネルのライン数 (たとえば、物理解像度が 1280x1024 のパネルの場合は 1024)。 ただし、液晶材料の固有の容量はリフレッシュ サイクル間の間隔で電荷を維持するには十分ではないため、電圧が低下し、その結果コントラストが低下します。 したがって、トランジスタに加えて、各セルには蓄積コンデンサが装備されています。この蓄積コンデンサもトランジスタがオンになると充電され、次の走査サイクルの開始前に電圧損失を補償するのに役立ちます。

垂直および水平データ ラインは、接着されたフラット フレキシブル ケーブルを使用して、パネルの制御チップに接続されます。ドライバーは、それぞれ列状 (ソース ドライバー) と行状 (ゲート ドライバー) であり、コントローラーからのデジタル信号を処理して電圧を生成します。各セルの受信データに対応します。

液晶層の後には、ガラスパネルの内面にカラーフィルターが塗布され、カラー画像の形成に使用されます。 通常の 3 色の加法合成が使用されます。つまり、色は 3 つの基本色 (赤、緑、青) からの放射を光学的に混合した結果として形成されます。 セル（ピクセル）は 3 つの個別の要素（サブピクセル）で構成され、それぞれがその上にある赤、緑、または青のカラー フィルターに関連付けられており、各サブピクセルの 256 の可能な階調値の組み合わせにより、最大 1,677 万ピクセルを生成できます。色。

パネル構造（金属の垂直および水平データ線、薄膜トランジスタ）および分子配向が乱れているセル境界領域は、不要な光学効果を避けるために不透明な材料の下に隠す必要があります。 このために、個々のカラーフィルター間の隙間を埋める薄いメッシュに似た、いわゆるブラックマトリックスが使用されます。 ブラックマトリックスの材質はクロムまたは黒色の樹脂です。

画像形成における最後の役割は、検光子と呼ばれることが多い 2 番目の偏光子によって演じられます。 その偏光方向は、最初の偏光方向に対して 90 度シフトされます。 アナライザーの目的を想像するには、接続されたパネルの表面から条件付きでアナライザーを削除できます。 この場合、表示されている画像に関係なく、すべてのサブピクセルが最大限に照明され、つまり画面が均一に白く塗りつぶされていることがわかります。 光は偏光しており、その偏光面は印加される電圧に応じて各細胞によって異なるように回転するため、私たちの目にとってはまだ何も変化していません。 アナライザーの機能は、正確に必要な波形成分をカットすることであり、これにより出力で必要な結果を確認できるようになります。

ここで、必要なコンポーネントの切断がどのようにして起こるかについて説明しましょう。 例として、垂直偏光方向の偏光子を考えてみましょう。 垂直面に向けて波を送信します。

図 7 は、偏光の垂直方向に対して特定の角度をなす平面内を伝播する波を示しています。 入射波の電場ベクトルは、偏光子の光軸に平行な成分と垂直な成分の 2 つの相互に垂直な成分に分解できます。 光軸に平行な最初の成分は通過し、2 番目の成分 (垂直) は遮断されます。

したがって、次の 2 つの極端な立場が明らかです。

  • 厳密に垂直な面内を伝播する波は変化せずに伝達されます。
  • 水平面内を伝播する波は、垂直成分がないものとしてブロックされます。

これら 2 つの極端な位置は、セルの完全に開いた位置と完全に閉じた位置に対応します。 要約しましょう:

  • 透過光をセル（サブピクセル）で可能な限り完全に遮断するには、この光の偏光面が検光子の透過面（偏光方向）と直交している必要があります。
  • 細胞による光の透過を最大限にするには、その偏光面が偏光方向と一致する必要があります。
  • セル電極に供給される電圧を滑らかに調整することにより、液晶分子の位置を制御することができ、その結果、透過光の偏光面の回転を制御することができる。 それにより、細胞が透過する光の量が変化します。

偏光面の回転角度は液晶層内を光が移動する距離に依存するため、この層の厚さはパネル全体にわたって厳密に均一でなければなりません。 （全体の構造がガラスに適用された状態で）ガラス間の均一な距離を維持するために、特別なスペーサーが使用されます。

最も簡単なオプションは、いわゆるボールスペーサーです。 これらは、厳密に定義された直径の透明ポリマーまたはガラスビーズであり、スプレーによってガラスの内部構造に塗布されます。 したがって、スペーサーは欠陥領域の中心として機能し、分子はそのすぐ隣に誤って配向されるため、それらは細胞の領域全体に無秩序に配置され、スペーサーの存在はその均一性に悪影響を及ぼします。

別の技術であるカラムスペーサー (カラムスペーサー、フォトスペーサー、ポストスペーサー) も使用されます。 このようなスペーサーは、写真の精度でブラックマトリックスの下に配置されます (図 8)。 この技術の利点は明らかです。スペーサー付近の光漏れがないことによるコントラストの向上、スペーサーの規則的な配置によるギャップの均一性のより正確な制御、パネルの剛性の向上、表面を押したときの波打ちのなさなどです。

TN パネルの設計は図 6 に示されており、製造コストが最も安価であり、これが質量モニター市場におけるその優位性を決定します。 これに加えて、電極の位置、構成、材料、偏光子の配向、使用される LCD 混合物、液晶材料のダイレクターの初期配向などの点で異なる技術が他にもいくつかあります。 ディレクターの最初の方向性によると、既存のテクノロジーはすべて 2 つのグループに分類できます。

1. 平面配向

これには、Boe HyDis によって開発および推進されているすべての IPS テクノロジー (S-IPS、SA-SFT など) および FFS (現在は AFFS) が含まれます。 分子は水平に、基板の底面に平行に、ラビングによって指定された方向に整列し、上部および底部の基板は同じ方向にラビングされます。 すべての電極 (ピクセルと共通の両方) は、データ ラインとトランジスタとともに、パネルの同じガラス基板 (内側のガラス基板) 上にあります。 IPS技術では、ピクセル電極と共通電極が交互に平行に配置されます（図9）。 磁力線は水平に走りますが、摩擦の方向に対して一定の角度を成しています。 したがって、電圧が印加されると、分子（この場合は正の誘電異方性を持ち、印加された場の方向に整列する傾向がある）は、その（場の）強さに応じた角度だけ同じ平面内で回転します。 FFS の場合、この設計では共通電極がピクセルの下に配置され、電極に印加される電圧によって水平成分と垂直成分の両方を持つ電界が生成されます。 図 9 に示す座標軸の IPS の場合、フィールドは次のように特徴付けることができます。 ええ、FFS の場合、対応する値は次のようになります。 ええそして エズ。 この磁力線の配置により、正と負の両方の誘電異方性を持つ LC 材料の使用が可能になります。 分子回転は、IPS と同様に、水平磁場成分の方向に同じ平面内で発生しますが、境界ゾーンが少ないため、非常に多くの分子が回転し、ブラック マトリックス格子の幅を狭くすることが可能になります。より高いパネル開口率を実現します。

平面ディレクター配向のテクノロジーの主な利点の 1 つは、視野角が変化したときにパレットの色が非常にわずかに変化することです。 この安定性は、場の影響下で液晶材料の分子によって形成される螺旋の構成によって説明され、この場合、螺旋は対称的な形状を有する。 図9は、電極に電圧を印加したときの液晶分子の位置を模式的に示したもので、中間層で最大回転角が得られることが明らかです。 この不均一性は、すでに述べたように、基板の底面に平行な所望の方向への分子の配向が、それらの表面を前処理（ワイピング）することによって得られるという事実によるものである。 したがって、基板にすぐ隣接する層の分子の移動度は基板のトポグラフィーによって制限され、その後の近くの層では分子間力によって制限されます。 その結果、場の影響を受けて、分子は、端が同一平面内に固定され、中央部分が回転したリボンを思わせる螺旋を形成します。 光路の概念があり、これはビームが伝播する媒体の屈折率と、その結果生じるビームの進行方向の位相シフトに依存します。 液晶層を通過する光線は、透過角度に応じて異なる光路長を持ちます。 分子螺旋の対称的な形状により、グレーレベルごとに上半分と下半分の光路の長さを正確に加算することが可能となり、その結果、表示される色合いの視野角への依存性がほぼ完全になくなります。 この特性のおかげで、IPS パネルはグラフィックスを操作することを目的としたモニターの大部分で使用されています。

光波が通過すると、結果として生じるベクトルの回転方向 (図 5 を参照) は、分子によって形成される螺旋の曲がりの形状を部分的に繰り返します。 したがって、波が LC 材料の最初の部分を通過するときの偏光面の回転は一方向に発生し、2 番目の部分では反対方向に回転します。 印加電圧に応じて、波形成分の 1 つの位相遅れが異なるため、結果として生じるベクトルの方向が変化します。 えー液晶層の出口での光束が元のものと異なるため、光束の一部が検光子を通過することができます。 他のすべての技術と同様に、偏光子と検光子の光透過面は、相互に 90 度の角度でシフトされます。

現在製造されているすべてのバリエーション (S-IPS、AFFS、SA-SFT) は 2 ドメイン セル設計を使用しています。 この目的のために、分子を 2 方向に回転させるジグザグ形状の電極が使用されます。 「Super」と「Advanced」という接頭辞を付けず、単に「IPS」と「FFS」と呼ばれた初期バージョンはモノドメインであったため、カラーシフトが発生し、視野角が小さくなりました（コントラストが 140/140 から 10 に低下しました）。最初の IPS の場合は 1 )。

平面配向には、通常、ツイスト配向（またはツイスト配向）が含まれる。 この場合、基板の底面に沿った分子の整列は、基板の表面を拭くことによっても達成されるが、上部基板と下部基板の拭き取り方向が互いにオフセットしているという違いがある。 ネマティック材料におけるこの整列の結果、ディレクタはコレステリック螺旋に似た螺旋を形成します;螺旋を正しく形成するために、キラル分子を含む特別な添加剤がLC混合物に使用されます。 ツイスト配向は、最も広く使用されている TN (または TN+Film) テクノロジーで使用されています。 ここで TN 設計を説明したり図示したりするのは意味がありません。これは同様のトピックに関する多数の資料で繰り返し行われており、よく知られていると言えます。

2. ホメオトロピック配向

MVA と PVA はこのグループに属します。 ダイレクタはガラス基板のベースに対して垂直に配向されており、これは基板のコーティングに界面活性剤を使用することによって達成されます。 一般電極とピクセル電極は反対側の基板上に配置されており、フィールドは垂直方向に向けられています。 ここでは、負の誘電異方性を持つ液晶材料が使用されているため、印加電圧により液晶分子が力線に逆らって回転します。 MVA は、上部または両方の基板上に分子をプレチルトさせるための微細な縦方向の突起 (突起) が存在することを特徴としており、そのため初期の垂直配向は完全ではありません。 これらの突起に沿って整列した分子はわずかな事前傾斜を受けており、これにより細胞の領域 (ドメイン) ごとに、場の影響下で分子が回転する特定の方向を設定することが可能になります。 PVA にはそのような突起はなく、電圧が存在しない場合、ダイレクタは表面に対して厳密に垂直に配向され、ピクセル電極と共通電極は相互にオフセットされているため、作成される電界は厳密には垂直ではなく、傾斜成分が含まれています。 (図10)。

ホメオトロピックディレクター指向の技術には、シャープが開発した ASV も含まれます。 サブピクセル内には、角が丸い正方形のような形状をしたいくつかのピクセル電極があります。 基本原理は同じです。共通電極は反対側の基板上にあり、電場のない状態では分子は垂直に配向し、負の誘電異方性を持つ液晶材料が使用されます。 生成された電界には顕著な斜め成分があり、分子は電界の方向に逆らって、ダイレクタの方向が画素電極の中央に集中する傘の形に似た構造を作成します。

また、電圧がかかっていないときのセルの状態に応じて、LCD モジュールをタイプに分類することもできます。 通常白色パネルは、セルの電圧がゼロのときに完全に開いたパネルであり、したがって、白色が画面上で再現されます。 TN テクノロジーを使用して製造されたパネルはすべて、通常は白です。 電圧が存在しないときに光の通過を遮断するパネルはノーマリ ブラック (ノーマリー ブラック) として分類され、他のすべてのテクノロジーはこのタイプに属します。

バックライトモジュール

...蛍光灯に基づく

バックライト ランプからの初期光束のうち、パネルの本体 (偏光子、電極、カラー フィルターなど) を通過するのはわずか 3% のみです。 したがって、バックライト モジュールの固有輝度は非常に重要である必要があり、通常、使用されるランプの輝度は 30,000 cd/m2 を超えます。

CCFL 冷陰極蛍光ランプ (陰極フィラメントなし) が照明に使用されます。 CCFL ランプは、少量の水銀が混合された不活性ガスで満たされた密閉ガラス管です (図 11)。 この場合、電源には交流が使用されるため、カソードは等しい電極になります。 白熱（熱）陰極を備えたランプと比較して、CCFL 電極は構造が異なり、サイズが大きくなります。 陰極の動作温度は大きく異なります。熱陰極を備えたランプの場合は 80 ～ 150 ℃ であるのに対し、ランプ自体の温度は同様で、それぞれ 30 ～ 75 ℃ と 40 ℃です。 CCFL の動作電圧は 600 ～ 900 V、始動電圧は 900 ～ 1600 V です (使用されるランプの範囲が非常に広いため、数値はかなり任意です)。 光の形成はガスのイオン化中に発生しますが、冷陰極ランプでの光の発生に必要な条件は高電圧です。 したがって、このようなランプを始動するには、動作電圧よりも大幅に高い電圧を数百マイクロ秒間電極に印加する必要があります。 高い交流電圧が印加されると、ガスがイオン化して電極間のギャップが破壊され、放電が発生します。

放電ギャップの破壊は次のような理由で発生します。 通常の状態では、ランプ内に充填されているガスは誘電体です。 電場が現れると、ガスの中に常に存在する少数のイオンと電子が動き始めます。 十分に高い電圧が電極に印加されると、電場によってイオンに非常に高い速度が与えられ、イオンが中性分子と衝突すると、中性分子から電子が叩き出されてイオンが形成されます。 場の影響下で移動する新しく形成された電子とイオンもイオン化プロセスに入り、このプロセスは雪崩のような性質を帯びます。 イオンが陰極に衝突して電子をノックアウトするのに十分なエネルギーを受け取り始めると、自己放電が発生します。 放電がアークである熱陰極ランプとは異なり、CCFL の放電の種類はグローです。

いわゆるカソード電位降下により放電が維持される。 放電における電位 (電圧) 降下の主な部分はカソード領域で発生します。 イオンは、高い電位差でこのギャップを通過すると、カソードから電子をノックアウトするのに十分な高い運動エネルギーを獲得します。 ノックアウトされた電子は、同じ電位差により加速されて放電に戻り、そこで新しいイオンと電子のペアが生成されます。 これらのペアからのイオンは陰極に戻り、放電と陰極の間の電圧降下によって加速され、再び電子をノックアウトします。

電流のエネルギーにより、ランプ内の水銀が液体から気体状態に変化します。 電子が水銀原子に衝突すると、原子が不安定な状態から安定な状態に戻るためにエネルギーが放出されます。 この場合、紫外線領域で強い放射線が発生し、放射線全体に占める紫外線の割合は約60％となります。

可視光は、ガラスの内面に塗布された蛍光体コーティングによって生成されます。 水銀によって放出される紫外線光子は、蛍光体コーティング内の原子を励起し、電子のエネルギーレベルを増加させます。 電子が元のエネルギーレベルに戻ると、コーティング内の原子が可視光の光子の形でエネルギーを生成します。 蛍光体はランプの最も重要なコンポーネントであり、発光スペクトルの特性は蛍光体に依存します。 CCFL スペクトルは非常に不均一で、顕著な狭いピークが含まれています。 多層蛍光体コーティングを使用しても（最大輝度を犠牲にして）、色域の点で CRT モニターを「追い越す」ことはできません。 したがって、パネルの製造では、許容可能な色域を達成するために、カラーフィルターを正確に選択する必要があり、その通過帯域はランプの発光スペクトルのピークに可能な限り一致する必要があります。

理想的には、原色の単色ソースと高品質のカラー フィルターを組み合わせることによって、最大の色域を実現できます。 いわゆるレーザー LED は「準単色」光源の役割を主張できますが、製造技術ではバックライト モジュールでの使用による収益性がまだ保証されていません。 したがって、現時点では、RGB LED パッケージに基づくバックライト モジュールによって最高の色域を実現できます (下記を参照)。

ランプの動作に必要な数百ボルトの電圧を生成するには、特別なコンバータとインバータが使用されます。 CCFL の明るさは 2 つの方法で調整できます。 1 つ目は、ランプ内の放電電流を変更することです。 放電電流値は 3 ～ 8 mA ですが、ランプの大部分はさらに狭い範囲を持ちます。 電流が低いとグローの均一性が損なわれ、電流が高いとランプの寿命が大幅に短くなります。 この調整方法の欠点は、明るさを非常に小さな範囲で変更できる一方で、明るさを大幅に下げることはできないことです。 したがって、この調整を行ったモニターは、周囲の照明が低い状況で作業している場合、明るさがゼロであっても明るすぎることがよくあります。 2 番目の方法では、ランプに供給する電圧のパルス幅変調 (PWM) が生成されます (幅、つまりパルス持続時間が制御されます。単一パルスの幅を変更することで、平均電圧レベルが調整されます)。 この方法の欠点は、PWM が 200 Hz 以下の低周波数で実装されている場合にランプのちらつきが発生することに起因することがありますが、実際には、明るさを自由に変更できるため、PWM を使用した調整が最も合理的な方法です。広範囲に。

ランプの光を均一に分配するために、ライトガイド、ディフューザー、プリズムのシステムが使用されます。 配光を調整するには多くのオプションがあります。そのうちの 1 つを図 12 に示します。

ランプをパネルの上端側と下端側に配置するソリューションが最も一般的であり、この配置により製品全体の厚さを大幅に削減できます。 17 インチおよび 19 インチのモジュールでは、原則として、上側に 2 つ、下側に 2 つの計 4 つのランプが取り付けられます。 このようなパネルのハウジングの端部には特別な技術による穴があるため、ランプを取り外すためにハウジングを分解する必要はありません（図13-b）。 この配置のランプは、多くの場合、2 つの部分からなるブロックに結合されます (図 13-a)。

別のオプションは、モジュールの背面全体にランプを配置することです (図 13-c)。このソリューションは、U 字型を使用する場合と同様に、8 個以上のランプを備えたマルチランプ パネルで使用されます。 CCFL。

現在、パネルメーカーのランプの最小寿命は通常 4 万時間から 5 万時間と指定されています (寿命はランプの輝度が 50% 低下する時間として定義されます)。

...LEDベース

蛍光灯に加えて、発光ダイオード（LED）も光源として使用できます。 LED ベースのバックライト モジュールは、「白色」LED または原色 LED (RGB-LED) のパッケージのいずれかで構築されます。

最大の色域は RGB-LED パッケージによって提供されます。 実際、「白色」LED は青色 LED に黄色の蛍光体コーティングを施したもの、または紫外 LED に「赤」、「緑」、「青」の蛍光体コーティングを組み合わせたものです。 「白色」LED のスペクトルには、蛍光灯のスペクトルの欠点がすべて含まれているわけではありません。 さらに、「白色」LED とは異なり、RGB-LED パッケージでは、原色の LED の各グループの発光強度を個別に制御することで、バックライトの色温度を迅速に調整できます。

その結果、次の 2 つの目標が達成されます。

  • より理想的なバックライトスペクトルにより色域が拡大され、
  • カラーキャリブレーション機能が拡張され、画像ピクセルの色座標変換テーブルに基づく標準的な方法に、バックライトのカラーバランスを調整する機能が追加されています。

LED の電流電圧特性の傾きが大きいため、広範囲にわたる放射の明るさを滑らかに調整することはできません。 しかし、このデバイスはパルスモードでの動作を可能にするため、実際にはパルス幅変調方式が LED (蛍光灯と同様に) の明るさを調整するために最もよく使用されます。

オレグ・メドベージェフ、マキシム・プロスクルニャ

液晶（液晶ディスプレイ）または 液晶(液晶) テレビは、一般的に呼ばれているように、LCD ディスプレイとランプ バックライトを備えたテレビです。 液晶、ディスプレイ（モニター）自体がベースで作られていることを意味します。 液晶

液晶TFT(英語: Thin Film Transistor) - アクティブマトリックス制御を使用する液晶ディスプレイの一種 薄膜トランジスタ。 各サブピクセル（マトリックス要素）のアンプを使用して、表示画像の速度、コントラスト、鮮明さを向上させます。

  • ちょっとした歴史:

    • 液晶オーストリアの植物学者によって最初に発見されました ライニッツァー V 1888 たとえば、ただし、 1930 -英国企業の研究者 マルコーニ産業用特許を取得しましたが、当時は技術基盤が弱く、この分野の積極的な開発はできませんでした。

    科学者たちは初めての真の進歩を遂げた ファージソンそして ウィリアムズアメリカの企業から RCA。 彼らのうちの 1 人は、液晶の選択反射効果を利用して液晶に基づく熱センサーを作成し、もう 1 人はネマチック結晶に対する電場の影響を研究しました。 それで、最後に 1966 市、法人 RCA液晶モニターの試作品をデモしました - デジタル時計。 世界初の電卓 - CS10Aで生産されました 1964 株式会社 シャープ、別名、10月に 1975 年、初の液晶表示を搭載したコンパクトデジタルウオッチを発売。 残念ながら写真は見つかりませんでしたが、この時計と電卓を覚えている人は多いでしょう。

    70 年代後半には、8 セグメントの LCD インジケータから、各ポイントをアドレス指定 (制御する機能) するマトリックスの作成への移行が始まりました。 それで、 1976 年、会社 シャープは、解像度 160x120 ピクセルの LCD マトリックスをベースとした、画面対角 5.5 インチの白黒テレビをリリースしました。

    LCD 技術開発の次の段階は、デバイスが使用され始めた 80 年代に始まりました。 STN要素コントラストが増加しました。 その後、カラー画像を再現する際のエラーを排除する多層構造に置き換えられました。 同じ頃、テクノロジーを活用したアクティブマトリックスが登場 a-Si TFT。 最初のモニターのプロトタイプ a-Si TFT 液晶ディスプレイで作成されました 1982 企業 山陽, 東芝そして 大砲そうですね、当時私たちは液晶ディスプレイを備えたこのようなおもちゃで遊ぶのが大好きでした。

    現在、LCD ディスプレイは市場の CRT テレビにほぼ完全に取って代わり、ポータブルで小さな「キッチン」から対角線が 1 メートルを超える巨大なものまで、あらゆるサイズを購入者に提供しています。 価格帯も非常に幅広いため、誰もが自分のニーズと経済力に応じてテレビを選択できます。

    LCD TV の回路設計は、単純な CRT TV よりもはるかに複雑です。小型部品、多層基板、高価なユニット... 興味のある方は、背面カバーのない LCD パネルを搭載した TV、および特別なカバーを取り外した場合は、保護スクリーンを使用すると、回路の他のセクションが表示されますが、これは行わない方が良いです。マスターに任せます。

  • 設計と動作原理:

    • 仕事 液晶ディスプレイ(LCD) 現象に基づく 光束の偏光。 いわゆる ポラロイドクリスタル電磁誘導ベクトルがポラロイドの光学面に平行な面内にある光の成分のみを透過することができます。 光出力の残りの部分では、ポラロイドは不透明になります。 この効果はと呼ばれます 光の偏光.

    非常に単純に、小さな丸いボールの形をした「光」を想像してください。その経路に縦方向のカット（偏光子）のあるグリッドを置くと、その後には平らな「パンケーキ」（偏光）だけが「ボール」から残ります。 ここで、2 番目のメッシュに同じ縦方向のカットがある場合、パンケーキはそこを「滑り」抜けてさらに「輝く」ことができますが、2 番目のメッシュに垂直方向のスリットがある場合、水平方向の光の「パンケーキ」は輝きません。それを通過すると「立ち往生」します

    液体物質が研究されると、その長い分子は静電場と電磁場に敏感で、光を偏光させることができ、偏光を制御することが可能になりました。 これらの非晶質物質は次のように呼ばれています。 液晶

    構造的には、ディスプレイは次のように構成されます。 LCDマトリックス（ガラス板、その層の間に液晶が配置されている）、 光源照明用、 コンタクトハーネスそしてフレーミング（ ハウジング）、通常はプラスチックで、剛性のある金属フレームが付いています。

    毎 ピクセル LCD マトリックスは次のもので構成されます。 分子の層二人の間 透明電極、そして2つ 偏光フィルター、その偏光面は（通常）垂直です。 液晶が存在しない場合、最初のフィルターを透過した光は、2 番目のフィルターによってほぼ完全にブロックされます。

    液晶と接触する電極の表面は、分子を最初に一方向に配向させるために特別に処理されています。 TN マトリックスでは、これらの方向は相互に直交しているため、張力がなければ分子はらせん構造に整列します。 この構造は、2 番目のフィルターの前で偏光面が回転し、光が損失なくフィルターを通過するように光を屈折させます。 最初のフィルターによる非偏光の半分の吸収を除けば、損失レベルはかなり大きくなりますが、セルは透明であると考えることができます。

    電極に電圧が印加されると、分子は電場の方向に整列する傾向があり、ねじ構造が歪みます。 この場合、弾性力がこれに対抗し、電圧をオフにすると分子は元の位置に戻ります。 十分な電界強度があれば、ほとんどすべての分子が平行になり、不透明な構造が得られます。透明度は印加電圧を変えることで制御できます。

    光源（LCDマトリックスバックライト）は、 冷陰極蛍光ランプ(ランプが点灯するためにランプ内の電子放出カソード (陰極) を周囲温度以上に加熱する必要がないため、このように呼ばれます。) LCD TV 用のランプは次のようになります。右の写真は、大きな斜め LCD ディスプレイを備えた TV 用の「動作中のランプ アセンブリ」です。

    ランプ自体（白く明るい輝き）は特別な場所にあります。 ボディクランプ、彼らの後ろに - 反射板、光束損失を低減します。 LCD マトリクスが均一に点灯するように (ランプが取り付けられているため縞模様にならないように)、 ディフューザー、その領域全体に光束を均一に分配します。 残念ながら、この場所ではランプの「明るさ」もかなり失われます。

    最新の LCD マトリックスは、画質 (色、明るさ) を損なうことなく、かなり良好な視野角 (約 160 度) を備えていますが、そこで見られる最も不快なものは次のとおりです。 欠陥のあるピクセルただし、サイズが非常に小さいため、そのような 1 つまたは 2 つの「焼き切れた」ピクセルが映画や番組の視聴に大きな影響を与えることはありませんが、モニター画面では、これはすでに非常に不快になる可能性があります。

  • 長所と短所：

    • ブラウン管テレビと比較すると、LCD パネルは焦点合わせと鮮明度が優れており、コンバージェンス エラーや画像ジオメトリの違反がなく、画面がちらつきがなく、軽量で占有スペースが小さくなりますが、(CRT と比較して) 明るさとコントラストが弱いという欠点があります。マトリックスはキネスコープスクリーンほど耐久性がなく、一連のデジタルブレーキやアナログまたは弱い信号によるグリッチ、およびソース素材の処理が不十分です

    液晶モニターの「心臓部」は LCD マトリックス (Liquid Cristall Display) です。 LCD パネルは複雑な多層構造です。 カラーTFT LCDパネルの簡略図を図2に示します。

    液晶スクリーンの動作原理は、液晶に印加される電圧に比例して、液晶を通過する光の偏光面が変化（回転）するという液晶の特性に基づいています。 液晶を通過する偏光の経路に偏光フィルター（偏光子）を置くと、液晶に印加する電圧を変えることで偏光フィルターを透過する光の量を制御できます。 液晶と光フィルターを通過する光の偏光面間の角度が 0 度の場合、光は損失なく偏光子を通過します (最大透明度)。90 度の場合、光フィルターは透過します。最小限の光を透過します (最小限の透明度)。

    図1。 液晶モニター。 LCD技術の動作原理。

    したがって、液晶を使用すると、透明度が変化する光学素子を製造することが可能になります。 この場合、そのような要素の光透過率のレベルは、それに印加される電圧に依存します。 コンピューターモニター、ラップトップ、タブレット、またはテレビの LCD 画面には、数十万から数百万のこれらのセルが 1 ミリメートルの何分の 1 のサイズで含まれています。 これらは LCD マトリックスに結合され、それらの助けを借りて、液晶画面の表面に画像を形成することができます。
    液晶は19世紀末に発見されました。 しかし、それらに基づいた最初の表示装置は、20 世紀の 60 年代後半になって初めて登場しました。 コンピュータで LCD スクリーンを使用する最初の試みは、前世紀の 80 年代に行われました。 最初の液晶モニターはモノクロであり、画質はブラウン管 (CRT) ディスプレイよりもはるかに劣っていました。 第一世代の LCD モニターの主な欠点は次のとおりです。

    • - パフォーマンスが低く、画像の慣性が低い。
    • - 画像の要素からの画像内の「尾」と「影」。
    • - 画像の解像度が低い。
    • - 白黒または色深度が低いカラー画像。
    • - 等々。

    しかし、進歩は止まらず、時間の経過とともに、液晶モニターの製造において新しい材料や技術が開発されました。 マイクロエレクトロニクス技術の進歩と液晶特性を持つ新物質の開発により、LCD モニターの性能は大幅に向上しました。

    TFT LCDマトリクスの設計と運用。

    主な成果の 1 つは、薄膜トランジスタ (薄膜トランジスタ) を備えた液晶マトリックスである LCD TFT マトリックス技術の発明でした。 TFT モニターは、ピクセル速度を劇的に向上させ、画像の色深度を増加させ、「尾」と「影」を取り除くことに成功しました。
    TFT技術を用いて作製したパネルの構造を図2に示します。

    図2. TFT LCDのマトリックス構造図。
    LCD マトリックス上のフルカラー画像は個々のドット (ピクセル) から形成され、各ドット (ピクセル) は通常、色の主な要素 (通常は赤 (R)) の明るさを担当する 3 つの要素 (サブピクセル) で構成されます。緑 (G) と青 (B) - RGB。 モニターのビデオ システムはマトリックスのすべてのサブピクセルを継続的にスキャンし、各サブピクセルの明るさに比例する電荷レベルを蓄積コンデンサに記録します。 薄膜トランジスタ (薄膜トランジスタ (TFT) - 実際、TFT マトリックスがそのように呼ばれるのはそのためです) は、情報が特定のサブピクセルに書き込まれるときに蓄積コンデンサをデータ バスに接続し、蓄積コンデンサを電荷保存に切り替えます。残りの時間はモードです。
    TFT マトリックスのメモリ コンデンサに保存された電圧は、特定のサブピクセルの液晶に作用し、バックライトから液晶を通過する光の偏光面をこの電圧に比例した角度で​​回転させます。 液晶を備えたセルを通過した光は、サブピクセルごとに原色 (RGB) の 1 つの光フィルターが形成されたマトリックス光フィルターに入ります。 異なる色のドットの相対位置のパターンは LCD パネルの種類ごとに異なりますが、これは別のトピックです。 次に、生成された原色の光束は外部の偏光フィルターに入射します。このフィルターの光透過率は、入射する光波の偏光角に依存します。 偏光フィルタは、その偏光面がそれ自身の偏光面と平行である光波を透過します。 この角度が増加するにつれて、偏光フィルターは透過する光の量が減り始め、90 度の角度で最大減衰します。 理想的には、偏光フィルターはそれ自身の偏光面に対して直角に偏光した光を透過させるべきではありませんが、実際には光のごく一部が透過します。 したがって、すべての LCD ディスプレイでは黒の深さが不十分であり、これはバックライトの輝度レベルが高い場合に特に顕著になります。
    その結果、LCD ディスプレイでは、一部のサブピクセルからの光束は偏光フィルターを損失なく通過し、他のサブピクセルからはある程度減衰し、一部のサブピクセルからはほぼ完全に吸収されます。 したがって、個々のサブピクセルの各原色のレベルを調整することにより、それらから任意の色合いのピクセルを取得することが可能です。 そして、多くのカラーピクセルから全画面のカラー画像を作成します。
    LCD モニターの登場により、コンピューター技術は大きく進歩し、多くの人がコンピューターにアクセスできるようになりました。 さらに、LCD スクリーンがなければ、ラップトップやネットブック、タブレット、携帯電話などのポータブル コンピューターを作成することは不可能です。 しかし、液晶ディスプレイを使用すると、すべてがそれほどバラ色になるでしょうか?

    実績のあるLCD + TFT技術（薄膜トランジスタ）に加えて、OLED + TFT有機発光ダイオード技術、つまりAMOLED（アクティブマトリクスOLED）が積極的に推進されています。 後者の主な違いは、偏光子、LCD 層、光フィルターの役割を 3 色の有機 LED が担うことです。

    本質的に、これらは電流が流れると発光することができる分子であり、従来の LED で起こることと同様に、流れる電流の量に応じて色の強度が変化します。 パネルから偏光板と LCD を取り除くことで、パネルをより薄く、そして最も重要なことに柔軟性を高めることができる可能性があります。

    タッチパネルにはどんな種類があるの？
    現在、センサーは LCD および OLED ディスプレイでより多く使用されているため、すぐにセンサーについて説明するのが妥当だと思います。

    タッチ スクリーンまたはタッチ パネルについては非常に詳細に説明されています (ソースはかつて存在していましたが、何らかの理由で消滅しました)。そのため、すべての種類のタッチ パネルについては説明しません。抵抗膜と容量膜の 2 つの主要なタッチ パネルのみに焦点を当てます。

    抵抗センサーから始めましょう。 それは 4 つの主なコンポーネントで構成されます: タッチ パネル全体のキャリアとしてのガラス パネル (1)、抵抗コーティングを施した 2 つの透明なポリマー膜 (2、4)、これらの膜を分離するマイクロ絶縁体の層 (3)、そしてタッチを「読み取る」役割を担う4、5、または8本のワイヤー。


    抵抗センサーデバイスの図

    このようなセンサーを一定の力で押すと、下図に示すように膜が接触して電気回路が閉じ、抵抗が測定され、その後座標に変換されます。


    4 線式抵抗ディスプレイの座標計算原理 ()

    すべてが非常にシンプルです。

    2 つのことを覚えておくことが重要です: a) 多くの中国製携帯電話の抵抗センサーは高品質ではありません。これはまさに、膜間の距離が不均一であるか、低品質のマイクロ絶縁体、つまり「脳」が原因である可能性があります。電話機は測定された抵抗を座標に適切に変換できません。 b) このようなセンサーは、ある膜を別の膜に押し付ける必要があります。

    静電容量センサーは抵抗センサーとは多少異なります。 ここでは、現在 iPhone やその他のポータブル デバイスで使用されている投影型静電容量センサーについてのみ説明します。

    このようなタッチスクリーンの動作原理は非常に単純です。 電極のグリッドがスクリーンの内側に適用され、外側は、たとえば複合インジウム錫酸化物である ITO でコーティングされます。 私たちがガラスに触れるとき、私たちの指はそのような電極で小さなコンデンサを形成し、処理電子機器はこのコンデンサの静電容量を測定します（電流パルスを供給し、電圧を測定します）。

    したがって、容量性センサーは、しっかりとしたタッチと導電性の物体にのみ反応します。つまり、このようなスクリーンは、爪で触れたり、アセトンに浸した手や脱水した手で触れたりすると、2回おきに機能します。 おそらく、抵抗膜タッチスクリーンに対するこのタッチスクリーンの主な利点は、かなり強力なベース、特にゴリラガラスなどの強力なガラスを作成できることです。


    表面静電容量センサーの動作スキーム()

    E-Ink ディスプレイはどのように機能しますか?
    おそらく、E-Ink は LCD に比べてはるかにシンプルです。 ここでも画像形成を担うアクティブ マトリックスを扱っていますが、ここには LCD 結晶やバックライト ランプの痕跡はなく、代わりに、負に帯電した黒と正に帯電した白という 2 種類の粒子を含む錐体があります。 画像は、このようなマイクロコーン内の粒子に特定の電位差と再分布を適用することによって形成されます。これは、以下の図で明確に示されています。


    上は E-Ink ディスプレイがどのように動作するかを示す図であり、下はそのような動作しているディスプレイの実際の顕微鏡写真です ()

    これでは十分でない場合は、電子ペーパーの動作原理を次のビデオで説明します。

    E-Ink テクノロジーに加えて、SiPix テクノロジーもあります。このテクノロジーでは、粒子の種類は 1 つだけで、「塗りつぶし」自体は黒です。


    SiPixディスプレイの動作スキーム（）

    「磁気」電子ペーパーについて真剣に知りたい方は、ここを参照してください。かつて Perst に素晴らしい記事がありました。

    実践編

    中国製スマートフォンと韓国製スマートフォン (抵抗センサー)
    中国の携帯電話の残りのボードとディスプレイをドライバーで「慎重に」分解した後、携帯電話のマザーボードにある有名な韓国のメーカーについての言及を見つけて非常に驚きました。


    サムスンと中国の携帯電話がひとつになった！

    私は注意深くスクリーンを分解しました - すべての偏光子が無傷のままであるため、私はそれらと、そして解剖されるオブジェクトの作業中の兄弟と一緒に遊んで、光学ワークショップを思い出さずにはいられませんでした。


    これが 2 つの偏光フィルターの仕組みです。ある位置では光束は実質的にそれらを通過しませんが、90 度回転すると光束は完全に通過します。

    すべての照明はわずか 4 つの小さな LED に基づいていることに注意してください (合計電力は 1 W 以下だと思います)。

    それから私は、それがかなり厚いソケットであるだろうと心から信じて、長い間センサーを探しました。 それは全く逆の結果となりました。 中国製と韓国製のどちらの携帯電話でも、センサーは数枚のプラスチック シートで構成されており、外側パネルのガラスにしっかりとしっかりと接着されています。


    左側が中国の電話センサー、右側が韓国の電話センサー

    中国の携帯電話の抵抗センサーは、より高価な韓国製の携帯電話とは異なり、「シンプルであるほど良い」というスキームに従って作られています。 私が間違っている場合は、コメントで修正してください。ただし、写真の左側は一般的な 4 ピン センサー、右側は 8 ピン センサーです。

    中国の携帯電話の液晶ディスプレイ
    中国製の携帯電話はまだディスプレイが壊れていて、韓国製の携帯電話はわずかに破損しただけだったので、最初の携帯電話の例を使用して液晶ディスプレイについて話してみます。 ただし、現時点では完全に解明するつもりはありませんが、光学顕微鏡で見てみましょう。


    中国の電話機の LCD ディスプレイの水平線の光学顕微鏡写真。 左上の写真は、「間違った」色により、私たちの視覚をいくらか欺いています。白い薄いストリップが接点です。

    1 本のワイヤーで 2 つのピクセルラインに同時に電力を供給し、それらの間のデカップリングはまったく珍しい「電気バグ」を使用して行われます (右下の写真)。 この電気回路全体の背後には、赤 (R)、緑 (G)、青 (B) の適切な色で塗られたフィルター トラックがあります。

    ケーブルが接続されている場所に対してマトリクスの反対側の端には、同様の色の内訳、トラック番号、同じスイッチが見つかります (誰かがこれがどのように機能するかをコメントで明確にしてくれれば、それは非常に素晴らしいでしょう! ):


    部屋、部屋、部屋...

    動作している LCD ディスプレイを顕微鏡で見ると次のようになります。

    それだけです、今ではこの美しさはもう見ることはできません、私は言葉の文字通りの意味でそれを粉砕し、少し苦しんだ後、そのようなパン粉​​の1つを2つの別々のガラス片に「分割」し、主要部分を構成しましたディスプレイの...

    これで、個々のフィルター トラックを確認できるようになります。 それらの黒い「斑点」については、後ほど説明します。


    謎の斑点のあるフィルターの光学顕微鏡写真...

    次に、電子顕微鏡に関する方法論的な側面について少し説明します。 同じ色の縞模様ですが、電子顕微鏡のビームの下では色が消えています。 先ほど (たとえば、最初の記事で) 述べたように、電子ビームが有色の物質と相互作用するかどうかは、完全に「白黒」です。


    同じストライプに見えますが、色はありません...

    反対側を見てみましょう。 トランジスタはその上に配置されています。


    光学顕微鏡で - カラーで...


    そして電子顕微鏡 - 白黒画像!

    これは光学顕微鏡では少し悪く見えますが、SEM では各サブピクセルのフリンジを確認できます。これは次の結論にとって非常に重要です。

    それで、この奇妙な暗い領域は何ですか?! 私は長い間考え、頭を悩ませ、多くのソースを読みました (おそらく最もアクセスしやすいのは Wiki でした)。ところで、このような理由から、記事の公開を 2 月 23 日木曜日に延期しました。 そしてこれが私がたどり着いた結論です（おそらく私は間違っています。訂正してください！）。

    VA または MVA テクノロジーは最も単純なものの 1 つであり、中国人が何か新しいことを考え出したとは思いません。つまり、すべてのサブピクセルは黒でなければなりません。 つまり、「通常」状態（外部の影響がない）では液晶の向きが間違っており、表示されないという事実を考慮して、光はそれを通過しません（動作中のディスプレイと非動作中のディスプレイの例が示されています）。 「必要な」偏光では、個別のサブピクセルのそれぞれに独自の LCD フィルムがあると仮定するのが論理的です。

    したがって、パネル全体が単一のマイクロ LCD ディスプレイから組み立てられます。 ここでは、個々のサブピクセルのエッジに関する注記が有機的に適合します。 私にとって、これは記事を準備している最中にある種の予期せぬ発見となりました。

    韓国の携帯電話のディスプレイを壊してしまったことを後悔しました。結局のところ、子供たちや遠足で学部に来る人たちに何かを見せる必要があります。 他に面白いものはなかったと思います。

    さらに、自己満足のために、2 つの主要なコミュニケータ メーカー、HTC と Apple のピクセルの「編成」の例を示します。 iPhone 3 は親切な人から痛みのない手術のために寄付されたもので、HTC Desire HD は実際に私のものです。


    HTC Desire HD ディスプレイの顕微鏡写真

    HTC ディスプレイについてのちょっとしたメモ: 具体的には見ていませんが、上の 2 つのマイクロ写真の中央にあるこのストライプは、同じ容量性センサーの一部である可能性があります。


    iPhone 3のディスプレイの顕微鏡写真

    私の記憶が正しければ、HTC には superLCD ディスプレイが搭載されていますが、iPhone 3 には通常の LCD が搭載されています。 いわゆるRetinaディスプレイ、つまり液晶を切り替えるための両方の接点が同じ平面上にあるLCD、In-Plane Switching - IPSは、すでにiPhone 4に搭載されています。

    3DNews のサポートを受けて、さまざまなディスプレイ テクノロジを比較するというテーマの記事がすぐに公開されることを願っています。 今のところ、HTC ディスプレイが本当に珍しいという事実に注目したいと思います。個々のサブピクセルの接点は非標準的な方法で配置されています。iPhone 3 とは異なり、どういうわけか上部に配置されています。

    最後に、このセクションでは、中国の携帯電話の 1 サブピクセルの寸法が 50 × 200 マイクロメートル、HTC が 25 × 100 マイクロメートル、iPhone が 15 ～ 20 × 70 マイクロメートルであることを付け加えます。

    ウクライナの有名メーカーのE-Ink
    おそらく、ありふれたものから始めましょう - 「ピクセル」、またはむしろ画像の形成を担当する細胞です。


    E-Ink ディスプレイのアクティブ マトリクスの光学顕微鏡写真

    このようなセルのサイズは約 125 マイクロメートルです。 マトリックスが適用されているガラスを通してマトリックスを見ているので、「背景」の黄色の層に注目してください。これは金メッキであり、後で除去する必要があります。


    銃眼に向かって進んでください！


    水平（左）と垂直（右）の「入力」の比較

    とりわけ、ガラス基板上には多くの興味深いものが発見されました。 たとえば、位置マークと接点は、明らかに実稼働環境でのディスプレイのテストを目的としています。


    マークとテストパッドの光学顕微鏡写真

    もちろん、これは頻繁に起こることではなく、通常は事故ですが、ディスプレイが壊れることもあります。 たとえば、髪の毛1本にも満たないこのほとんど目立たない亀裂は、息苦しいモスクワの地下鉄の中で霧のアルビオンについてのお気に入りの本を読む楽しみを永久に奪ってしまう可能性がある。


    ディスプレイが壊れた場合、それは誰かがそれを必要としていることを意味します...たとえば私です!

    ちなみに、これが先ほど述べた金です。インクとの高品質な接触のためのセルの「底」の滑らかな領域です（詳細は以下を参照）。 金を機械的に除去した結果が次のとおりです。


    あなたはとても勇気があります。彼らがどのようなものかを見てみましょう! （と）

    薄い金のフィルムの下には、アクティブ マトリクスの制御コンポーネントが隠されています。そう呼んでもいいでしょう。

    しかし、最も興味深いのは、もちろん「インク」そのものです。


    アクティブ マトリックスの表面上のインクの SEM 顕微鏡写真。

    もちろん、少なくとも 1 つの破壊されたマイクロカプセルを見つけて内部を調べ、「白」と「黒」の顔料粒子を確認することは困難です。

    電子「インク」表面の SEM 顕微鏡写真


    「インク」の光学顕微鏡写真

    それとも中にはまだ何かありますか？


    球体が破壊されるか、支持ポリマーが引き裂かれるかのどちらか

    個々のボール、つまり E-Ink のサブピクセルに相当するもののサイズは、わずか 20 ～ 30 ミクロンであり、LCD ディスプレイのサブピクセルの幾何学的寸法よりも大幅に小さくなります。 このようなカプセルがその半分のサイズで動作できると仮定すると、良質で高品質の E-Ink ディスプレイで得られる画像は、LCD で得られる画像よりもはるかに快適です。

    そしてデザートとして、顕微鏡下で E-Ink ディスプレイがどのように機能するかについてのビデオをご覧ください。