一般的な特徴 旅行者向けの通知パネルとして使用される液晶画面 LCDの各ピクセル は通常、 2つの透明電極（多くの場合、 酸化インジウムスズ （ITO）製）と2つの偏光 フィルター（平行偏光子と垂直偏光子）の間に整列した 分子 層で構成され、これらの偏光フィルターの透過軸は（ほとんどの場合）互いに垂直です。偏光フィルターの間に液晶 がない場合、最初のフィルターを通過した光は2番目の（交差）偏光子によって遮断されます。電界が 印加される前は、液晶分子の配向は電極表面での整列によって決まります。ツイストネマティック （TN）デバイスでは、 2つの電極の表面での整列方向が 互いに垂直であるため、分子はらせん 構造、つまりねじれを形成します。これにより入射光の偏光が回転し、デバイスは灰色に見えます。印加電圧が十分に大きい場合、層の中心にある液晶分子はほぼ完全にねじれが解消され、入射光 が液晶層を通過する際に偏光は回転しません。この光は主に第２のフィルターに対して垂直に偏光するため遮断され、 ピクセル は黒く見える。各ピクセルの液晶層に印加される電圧を制御することで、透過する光の量を変化させることができ、それによって異なるレベルのグレーを構成できる。[ 4 ]
LCDで使用される液晶の化学式は様々である。化学式は特許で保護されている場合がある。[ 5 ] 一例として、メルク社 とシャープ社 が特許を取得した2-(4-アルコキシフェニル)-5-アルキルピリミジンとシアノビフェニルの混合物がある。この特定の混合物に関する特許は既に失効している。[ 6 ]
ほとんどのカラー LCD システムは同じ技術を使用しており、カラー フィルターを使用して赤、緑、青のサブ ピクセルを生成します。LCD カラー フィルターは、大きなガラス シート上にフォト リソグラフィープロセスで作成され、その後、 薄膜トランジスタ (TFT) アレイ、スペーサ、液晶を含む他のガラス シートと接着され、複数のカラー LCD が作成されます。その後、カラー LCD は互いに切り離され、偏光シートでラミネートされます。カラー フィルターの作成には、赤、緑、青、黒のフォト レジスト (レジスト) が使用されます。すべてのレジストには、粒子がわずか 40 ナノメートルの微細な粉末顔料が含まれています。[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] 初期のカラーPDAや一部の電卓で使用されていた別の色生成方法は、超ツイストネマティック LCDの電圧を変化させることで行われ、間隔の狭いプレート間の可変ツイストにより、複屈折が変化するため、 色相が変化します。[ 15 ] [ 16 ]
テキサス・インスツルメンツ製 電卓 の液晶ディスプレイ（LCD）において、上部の偏光板 を取り外し、上部に重ねて配置したところ、上下の偏光板が垂直に なった。その結果、色 が反転して表示される。TN デバイスの電圧オン状態での光学効果は、電圧オフ状態での光学効果よりもデバイスの厚さの変動に大きく依存しません。このため、情報量が少なくバックライトのない TN ディスプレイは通常、クロス偏光板の間で動作し、電圧がない状態で明るく見えるようにします (目は明るい状態よりも暗い状態の変化にはるかに敏感です)。2010 年頃の LCD のほとんどはテレビ、モニター、スマートフォンで使用されているため、暗い背景でバックライトを使用して任意の画像を表示するための高解像度のピクセル マトリックス アレイを備えています。画像が表示されない場合は、異なる配置が使用されます。この目的のために、TN LCD は平行偏光板の間で動作しますが、IPS LCD は クロス偏光板を備えています。多くのアプリケーションで、特にスマートフォン では、IPS LCD が TN LCD に取って代わりました。液晶材料と配向層 材料の両方にイオン化合物 が含まれています。特定の極性の電界が長時間印加されると、このイオン材料が表面に引き寄せられ、デバイスの性能が低下します。これは、交流電流 を印加するか、デバイスへの入力時に電界の極性を反転させることによって回避できます（印加される電界の極性に関係なく、液晶層の応答は同じです）。
カシオの アラームクロノデジタルウォッチ （液晶ディスプレイ搭載） 少数の個々の数字または固定記号を表示するディスプレイ（デジタル時計 やポケット電卓 など）は、セグメントごとに独立した電極を使用して実装できます。[ 17 ] 英数字 または可変グラフィックディスプレイは通常、液晶（LC）層の一方の側に電気的に接続された行、もう一方の側に列からなるマトリックスとして配置されたピクセルを使用して実装され、各ピクセルを交点でアドレス指定できます。マトリックスのアドレス指定の一般的な方法は、たとえば行を 1 つずつ選択してマトリックスの一方の側を順次アドレス指定し、行ごとに列に画像情報をもう一方の側に適用することです。
歴史 初期の頃の内部関係者の視点から、液晶ディスプレイの起源と複雑な歴史については、ジョセフ・A・カステラーノが著書『 Liquid Gold: The Story of Liquid Crystal Displays and the Creation of an Industry』 で解説している。[ 9 ] IEEE History Centerで閲覧できる。[ 18 ] スイスのLCD開発への貢献については、ピーター・J・ワイルド による解説がEngineering and Technology History Wiki に掲載されている。[ 19 ]
1980年代 1983 年、スイスの Brown, Boveri & Cie (BBC) 研究センターの研究者らは、受動マトリクス アドレス指定 LCD用のスーパーツイステッドネマティック (STN) 構造 を発明した。H. Amstutz らは、1983 年 7 月 7 日と 1983 年 10 月 28 日にスイスで出願された関連特許出願の発明者として記載されている。特許はスイス[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]
最初のカラー液晶テレビは、 日本で携帯型テレビ として開発されました。1980年、服部 精工の研究開発グループがカラー液晶ポケットテレビの開発を開始しました。[ 54 ] セイコーエプソンは 小型アクティブマトリクス液晶テレビを搭載した腕時計型液晶テレビ「エプソンTVウォッチ」を発売し、初の液晶テレビとなりました。[ 55 ] [ 56 ] ドットマトリクス TN液晶を発表しました。 [ 43 ] [ 57 ] シチズン時計は初の商用 TFT液晶 を搭載した2.7インチカラー液晶テレビ「シチズンポケットTV」を発表しました。[ 54 ] [ 58 ] コンピュータモニター や液晶テレビなどの大型液晶を開発しました。 [ 59 ] 3LCD 投影技術を開発し、1988年にプロジェクターでの使用をライセンス供与しました。[ 60 ] 小型 フルカラー液晶プロジェクター でした。[ 56 ]
1990年代 1990 年、発明者たちは、異なる名称で、ツイストネマティック電界効果液晶ディスプレイ (TN- および STN-LCD) の代替として電気光学効果を考案した。一つのアプローチは、ガラス基板にほぼ平行な電界を生成するために、一方のガラス基板上にのみインターデジタル電極を使用することであった。[ 61 ] [ 62 ] このインプレーンスイッチング (IPS) 技術ら によって発表され、さまざまな国で特許が取得された。[ 63 ] [ 64 ] ダルムシュタットの Merck KGaA に譲渡した。 1992年、その直後、日立 のエンジニアは、薄膜トランジスタアレイをマトリックスとして相互接続し、ピクセル間の不要な迷走電界を回避するために、IPS技術のさまざまな実用的な詳細を考案した。[ 65 ] [ 66 ] シャープ株式会社によって発表された。 [ 67 ]
日立は電極の形状を最適化することで視野角依存性をさらに改善した（スーパーIPS ）。NECと日立 はIPS技術に基づくアクティブマトリクスアドレス指定LCDの初期メーカーとなった。これはフラットパネルコンピュータモニターやテレビ画面で許容できる視覚性能を持つ大画面LCDを実現するためのマイルストーンである。1996年、サムスンは マルチドメインLCDを可能にする光学パターニング技術を開発した。マルチドメインとインプレーンスイッチングは その後2006年までLCD設計の主流であり続けた。[ 68 ] 韓国 と台湾 [ 59 ]
2000年代 この時期、LCD製造において台湾、日本、韓国のメーカーが支配的な地位を占めていた。[ 69 ] : 価格を固定するために台湾と韓国で53回の会合を開いた。 [ 69 ] : 国家発展改革委員会 から3億5000万人民元の罰金を科された。[ 69 ] :
2007年には、液晶テレビの画質がブラウン管テレビの画質を上回りました。[ 70 ] [ 71液晶テレビが 50 た 。[ 72 ] [ 73 ]
2010年代 2011年10月、東芝は タブレットコンピュータ での使用に適した6.1インチ（155mm）液晶パネルに2560 × 1600ピクセルを搭載した製品を発表した[ 74 ] [ 75 ] 。
2016年、パナソニックは OLEDに匹敵する1,000,000:1のコントラスト比を持つIPS液晶を開発しました。この技術は後に、デュアルレイヤー、デュアルパネル、またはLMCL（Light Modulating Cell Layer）液晶として量産化されました。この技術は、1層ではなく2層の液晶層を使用し、ミニLEDバックライトや量子ドットシートと組み合わせて使用できます。[ 76 ] [ 77 ]
量子ドット強化フィルムまたは量子ドットカラーフィルターを備えた液晶ディスプレイは、2015年から2018年にかけて導入されました。量子ドットはバックライトからの青色光を受け取り、液晶ディスプレイパネルがより優れた色再現を提供できる光に変換します。[ 78 ] [ 79 ] [ 80 ] [ 81 ] [ 82 ] [ 83 ] [ 84 ] [ 85 ]
2020年代 2020年代には、中国は世界最大の液晶ディスプレイ（LCD）製造国となり、中国企業は世界市場の40%のシェアを占めるようになった。[ 69 ] : BOE Technology 、TCL-CSOT、TIANMA、Visionoxなどがある。[ 69 ] : 地方政府は、 国有 投資会社を通じたLCDメーカーへの投資などにより、この成長に重要な役割を果たした。 [ 69 ] : [ 69 ] :
照明 携帯型液晶デバイス用LEDバックライト LCDは自ら発光しないため、可視画像を生成するには外部光が必要です。[ 86 ] [ 87 ] バックライト と呼ばれます。アクティブマトリクスLCDはほぼ常にバックライト付きです。[ 88 ] [ 89 ] LCDは、 バックライト付き透過型ディスプレイと反射型ディスプレイの特徴を兼ね備えています。
LCDバックライト技術の一般的な実装例は以下のとおりです。
42インチ（106cm）液晶テレビのバックライトとして18個のCCFLを並列接続 WLEDアレイ：LCDパネルは、パネル背面の拡散板の後ろに配置された白色LEDのフルアレイによって照らされます。この方式を採用したLCDは通常、表示されている画像の暗い部分のLEDを暗くしたり、完全に消灯したりすることができ、ディスプレイのコントラスト比を効果的に高めます。この精度は、ディスプレイの調光ゾーンの数によって異なります。調光ゾーンが多いほど、調光精度が高くなり、LCDの消灯部分に囲まれた暗い灰色の斑点として現れるブルーミング現象が目立たなくなります。2012年現在、この設計は主にハイエンドの大型LCDテレビで使用されています。 CCFL: LCD パネルは、ディスプレイの反対側の端に配置された2 つの冷陰極蛍光灯、または大型ディスプレイの背面に配置された平行な CCFL アレイによって照らされます。拡散板 (PMMA アクリル樹脂製、ウェーブガイドまたはライトガイドプレートとも呼ばれる [ 90 ] [ 91 ] インバータが 必要です。[ 92 ] 液晶テレビのバックライトの不具合 [ 90 ] 2012年現在 、 [ 93 ] [ 94 ] RGB-LEDアレイ: WLEDアレイと同様だが、パネルはRGB LED アレイで照らされる。[ 95 ] [ 96 ] [ 97 ] [ 98 ]白色LEDで照らされたディスプレイは通常 、 ）CRTベースのカテゴリと同じ価格レベルになった。モノクロLED：赤、緑、黄、青などのLEDは、時計、腕時計、小型家電などに一般的に使用される小型のパッシブモノクロLCDで使用されます。青色LEDは、量子ドット強化フィルムまたは量子ドットカラーフィルターを備えたLCDで使用できます。[ 99 ] [ 100 ] ミニLED：ミニLEDによるバックライトは、1000を超えるフルエリアローカルエリアディミング（FLAD）ゾーンをサポートできます。これにより、より深い黒とより高いコントラスト比が可能になります。[ 101 ] 今日では、ほとんどの液晶画面は、従来のCCFLバックライトの代わりにLEDバックライト を使用して設計されており、そのバックライトはビデオ情報によって動的に制御されます（動的バックライト制御）。フィリップスの研究者であるダグラス・スタントン、マルティヌス・ストロマー、アドリアヌス・デ・ヴァーンによって発明された動的バックライト制御との組み合わせにより、ディスプレイシステムのダイナミックレンジが同時に向上します（HDR 、ハイダイナミックレンジテレビ、 またはFLAD 、フルエリアローカルエリアディミング としても販売されています）。[ 102 ] [ 103 ] [ 93 ]
LCDのバックライトシステムは、光を目的のビューア方向に導くためのプリズム構造（プリズムシート）などの光学フィルムと、以前はLCDの最初の偏光子（フィリップスの研究者であるアドリアヌス・デ・ヴァーンとパウルス・シャーレマンによって発明された）によって吸収されていた偏光を再利用する反射偏光フィルムを適用することによって、非常に効率的になっています。 [ 104 ] [ 105 ] [ 106 ] [ 107 ] [ 90 ] [ 108 ]
単軸配向ポリマー液晶（複屈折ポリマーまたは複屈折接着剤）を使用した DBEF 偏光子は、1989 年に Philips の研究者である Dirk Broer、Adrianus de Vaan、および Joerg Brambring によって発明されました。[ 109 ]このような反射偏光子と LED ダイナミック バックライト制御 [ 93 ] [ 110 ] [ 111 ]
他の回路への接続 液晶パネルと回路基板の配線を接続するピンク色のエラストマー製コネクタ。センチメートル目盛りの定規の横に示されている。黒い帯状の部分の導電層と絶縁層は非常に小さい。 標準的な1080p 液晶テレビ画面には600万個以上のサブピクセルがあり、それらはすべて画面に埋め込まれた配線ネットワークによって個別に給電されています。細い配線、つまり配線経路は、画面の片側に画面全体に垂直に配線されたグリッドと、画面のもう片側に画面全体に水平に配線されたグリッドを形成します。このグリッドに対して、各ピクセルは片側に正の接続、もう片側に負の接続を持っています。したがって、ディスプレイに必要な配線の総数は、垂直方向に3×1920、水平方向に1080で、水平方向と垂直方向を合わせて合計6840本の配線になります。これは、赤、緑、青それぞれに3本ずつ、各色1920列のピクセルがあり、垂直方向に合計5760本の配線、水平方向に1080行の配線があることを意味します。幅28.8インチ（73センチメートル）のパネルの場合、水平方向の端に沿って1インチあたり200本の配線密度になります。
LCD パネルは、工場レベルで LCD パネルの端に慎重にマッチングされた LCD ドライバによって駆動されます。ドライバは、いくつかの方法でインストールできますが、最も一般的なのは COG (Chip-On-Glass) と TAB ( Tape-automated bonding ) です。これらの同じ原理は、テレビ画面よりもはるかに小さいスマートフォン画面にも適用されます。[ 112 ] [ 113 ] [ 114 ] 異方性導電フィルム または、低密度の場合はエラストマーコネクタ を使用してインターフェースが実現されます。
パッシブマトリックス 540×270ピクセルのパッシブマトリクスSTN液晶ディスプレイの試作機、ブラウン・ボベリ研究所（スイス）、1984年 モノクロ、後にカラーのパッシブマトリクス LCDは、1990年代半ばにカラーアクティブマトリクスが すべてのノートパソコンの標準になるまで、初期のノートパソコンのほとんどで標準でした（ただし、プラズマディスプレイを使用したものもありました[ 115 ] [ 116 ] ）。初代任天堂ゲームボーイ [ 117 ] Macintosh Portable （1989年発売）は、アクティブマトリクスディスプレイを使用した最初のものの1つでした（ただし、まだモノクロでした）。パッシブマトリクスLCDは、2010年代でも、ノートパソコンやテレビほど要求の厳しくないアプリケーション、例えば安価な電卓などに使用されています。特に、表示する必要のある情報量が少なく、消費電力が最小限（バックライト なし）で、低コストが望まれる、または直射日光下での視認性が必要なポータブルデバイスで使用されています。
空白のパッシブマトリクスディスプレイ（上）と空白のアクティブマトリクスディスプレイ（下）の比較。パッシブマトリクスディスプレイは、背景がアクティブマトリクスディスプレイよりも灰色っぽく見え、画面の端に霧がかかり、画面上の画像がぼやけて見えることで識別できます。 パッシブマトリクス構造のディスプレイは、スーパーツイステッドネマティック [ 118 ] クロストークは、1972年に ピーター・J・ワイルドによって発見された閾値電圧 [ 119 ] [ 120 ] [ 53 ] [ 121 ] [ 122 ] [ 123 ]
STN液晶ディスプレイは、1フレーム中は一方の極性のパルス電圧を交互に印加し、次のフレーム中は反対の極性のパルス電圧を印加することで、連続的にリフレッシュする必要があります。個々のピクセルは、 対応する行回路と列回路によってアドレス指定されます。このタイプのディスプレイは、ピクセルが一定の電荷の恩恵を受けずにリフレッシュ間で状態を保持する必要があるため、パッシブマトリクス 応答速度が遅く、 コントラスト が低いのが一般的です。Welzenとde Vaanは、STNディスプレイをビデオレートで駆動し、STNディスプレイに滑らかな動画を表示できる非RMS駆動方式も発明しました。シチズンなどがこれらの特許のライセンスを取得し、STNベースの液晶ポケットテレビを市場に投入することに成功しました。
アクティブマトリクス構造を用いたLCDの動作原理 双安定LCDは、連続的なリフレッシュを必要としません。書き換えは、画像情報の変更時のみ必要です。1984年にHA van SprangとAJSM de Vaanは、双安定モードで動作可能なSTNタイプのディスプレイを発明し、低電圧のみで最大4000ライン以上の非常に高解像度の画像を実現しました。[ 124 ]
最新のLCDコンピュータモニター やテレビなどの高解像度カラーディスプレイは、 アクティブマトリクス構造を使用しています。LC層に接触する電極に 薄膜トランジスタ （TFT）のマトリクスが追加されています。各ピクセルには専用のトランジスタ があり、各列線が1つのピクセルにアクセスできます。行線が選択されると、すべての列線がピクセルの行に接続され、画像情報に対応する電圧がすべての列線に供給されます。次に、行線は非アクティブ化され、次の行線が選択されます。リフレッシュ 動作中は、すべての行線が順番に選択されます。アクティブマトリクスアドレス指定ディスプレイは、同じサイズのパッシブマトリクスアドレス指定ディスプレイよりも明るく鮮明に見え、一般的に応答時間が速く、はるかに優れた画像を生成します。シャープは、ピクセルごとに1ビットSRAMセルを備えた双安定反射型LCDを製造しており、画像を維持するために必要な電力はごくわずかです。[ 125 ]
セグメントLCDは、 フィールドシーケンシャルカラー（FSC LCD）を使用することでカラー表示も可能です。このタイプのディスプレイは、RGBバックライトを備えた高速パッシブセグメントLCDパネルを採用しています。バックライトは色が素早く変化するため、肉眼では白く見えます。LCDパネルはバックライトと同期しています。例えば、セグメントを赤く表示するには、バックライトが赤のときだけセグメントを点灯させ、セグメントをマゼンタに表示するには、バックライトが青のときにセグメントを点灯させ、バックライトが赤に変わるまで点灯し続け、バックライトが緑に変わると消灯させます。セグメントを黒く表示するには、セグメントを常に点灯させます。FSC LCDは、カラー画像を3つの画像（赤、緑、青）に分割し、順番に表示します。残像効果 により、3つのモノクロ画像が1つのカラー画像として認識されます。 FSC LCDには180Hzのリフレッシュレートを持つLCDパネルが必要で 、応答時間は16ミリ秒の通常のSTN LCDパネルと比較してわずか5ミリ秒に短縮されます。[ 126 ] [ 127 ] [ 128 ]
サムスンは2002年にUFB（Ultra Fine & Bright）ディスプレイを発表し、超複屈折効果を利用しました。サムスンによると、UFBディスプレイはTFT-LCDと同等の輝度、色域、コントラストを持ちながら、消費電力はSTNディスプレイと同程度です。サムスンは2006年後半にUFBディスプレイの生産を中止するまで、様々なサムスン製携帯電話モデルにUFBディスプレイを採用していました。LG製携帯電話の一部モデルにもUFBディスプレイが使用されていました。
アクティブマトリクス技術 ソニーの デジタルコンパクトカメラ「 サイバーショット DSC-P93A」に使用されているカシオ製 1.8 インチカラーTFT液晶ディスプレイ。 エッジライト式CCFLバックライトを備えたカラー液晶ディスプレイの構造
ツイストネマティックディスプレイは、光の透過を可能にするために、様々な角度でねじれたりほどけたりする液晶を含んでいます。TN液晶セルに電圧が印加されていない状態では、偏光は90度ねじれた液晶層を通過します。印加電圧に比例して液晶はほどけ、偏光が変化して光の経路を遮断します。電圧レベルを適切に調整することで、ほぼあらゆる階調や透過率を実現できます。製造コストが安く、応答速度も非常に速いという利点がありますが、視野角が狭い、ガンマシフトが目立つ、色の精度が限られているといった欠点があります。
インプレーンスイッチング（IPS） は、液晶をガラス基板と平行な平面に整列させる液晶ディスプレイ（LCD）技術です。この方式では、同じガラス基板上の反対の電極を通して電界を印加することで、液晶を実質的に同じ平面内で再配向（スイッチング）させることができますが、フリンジ電界によって均一な再配向が妨げられます。この方式では、標準的な薄膜トランジスタ（TFT）ディスプレイに必要なトランジスタ1個ではなく、ピクセルごとにトランジスタ2個が必要です。IPS技術は、テレビ、コンピューターモニター、ウェアラブルデバイスなど、あらゆるものに使用されています。ほとんどすべてのLCDスマートフォンパネルはIPS/FFSモードです。IPSディスプレイは、LCDパネルファミリーのスクリーンタイプに属します。他の2つのタイプはVAとTNです。 2001年に日立が17インチモニターとしてLG Enhanced IPSを市場に投入する以前は、トランジスタ数の増加により伝送領域が狭くなり、より明るいバックライトが必要となり、消費電力も増加するため、このタイプのディスプレイはノートパソコンにはあまり適していませんでした。パナソニックの姫路G8.5はIPSの強化版を使用しており、韓国のLGディスプレイ も同様です。そして現在、世界最大のLCDパネルメーカーである中国のBOEもIPS/FFS方式のテレビパネルを製造しています。
IPS液晶パネルの隅のクローズアップ画像
2015年、LGディスプレイは、 IPSパネル技術において通常のRGBドットに加えて白色サブピクセルを追加するM+と呼ばれる新技術の導入を発表した。[ 130 ]
新しい M+ 技術のほとんどは 4K テレビに採用されましたが、テストの結果、従来の RGB 構造の代わりに白いサブピクセルを追加したことで解像度が約 25% 低下したことが示され、論争が巻き起こりました。これは、「4K」M+ テレビでは完全なUHD テレビ規格を表示できないことを意味します。 メディアやインターネットユーザーは、白いサブピクセルがあることから、これらのテレビを「RGBW」テレビと呼んでいました。LG ディスプレイはこの技術をノートパソコンのディスプレイ、屋外、スマートフォンでの使用のために開発しましたが、発表された「4K UHD」解像度によりテレビ市場でより人気になりましたが、CTA が定義する 3840x2160 のアクティブピクセルと 8 ビットカラーの真の UHD 解像度を実現することはまだできませんでした。これはテキストのレンダリングに悪影響を与え、テキストが少しぼやけてしまい、特にテレビを PC モニターとして使用する場合に顕著でした。[ 131 ] [ 132 ] [ 133 ] [ 134 ]
IPSとAMOLEDの比較 2011年、LGはスマートフォンLG Optimus Black（IPS LCD（LCD NOVA））の輝度が最大700ニト であると主張したが、競合他社は518ニトのIPS LCDと305ニトのアクティブマトリクスOLED （AMOLED）ディスプレイの2倍しか持っていなかった。LGはまた、NOVAディスプレイは通常のLCDよりも50%効率が良く、画面に白を表示する際にAMOLEDディスプレイの50%の電力しか消費しないと主張した。[ 135 ]
この画素配列はS-IPS液晶ディスプレイに見られます。シェブロン 形状を採用することで、視野角（コントラストが高く色ずれが少ない視野方向の範囲）を広げています。
2003年まではフリンジフィールドスイッチング（FFS）として知られていた[ 136 ] [ 137 ] [ 138 ] [ 139 ] [ 140 ]
垂直配向ディスプレイは、液晶がガラス基板に対して自然に垂直に配向するタイプの液晶ディスプレイです。電圧が印加されていないときは、液晶は基板に対して垂直のままで、クロス偏光板の間に黒色の表示を作り出します。電圧が印加されると、液晶は傾斜した位置に移動し、光が透過して、電界によって生成される傾斜量に応じてグレースケールの表示を作り出します。従来のツイストネマティックディスプレイよりも、より深い黒色の背景、より高いコントラスト比、より広い視野角、および極端な温度でのより優れた画像品質を備えています。[ 141 ] [ 142 ]
ブルーフェーズモード 青色位相モードLCDは 2008年初頭にエンジニアリングサンプルとして発表されたが、量産には至っていない。青色位相モードLCDの物理的特性から、非常に短いスイッチング時間（約1ms）が実現可能であり、時間シーケンシャルな色制御が可能になり、高価なカラーフィルターが不要になる可能性がある。[ 143 ]
品質管理 一部の液晶パネルにはトランジスタ の欠陥があり、常時点灯または常時消灯するピクセルが発生します。これらはそれぞれ、スタックピクセル またはデッドピクセルと呼ばれます。 集積回路 （IC）とは異なり、少数のトランジスタに欠陥がある液晶パネルは通常、まだ使用できます。許容される欠陥ピクセル数に関するメーカーのポリシーは大きく異なります。かつてサムスンは、韓国で販売される液晶モニターに対してゼロトレランスポリシーを採用していました。[ 144 ] 2005年現在 、 ISO 13406-2 規格に準拠している。[ 145 ] [ 146 ]
デッドピクセルに関するポリシーは、メーカーと顧客の間でしばしば激しい議論の的となる。欠陥の許容範囲を規制し、エンドユーザーを保護するために、ISO はISO 13406-2規格をリリースしたが、これは 2008 年に ISO 9241 、特に ISO-9241-302、303、305、307:2008 ピクセル欠陥のリリースにより廃止された。しかし、すべての LCD メーカーが ISO 規格に準拠しているわけではなく、ISO 規格はさまざまな方法で解釈されることが多い。LCD パネルは、サイズが大きいため、ほとんどの IC よりも欠陥が発生しやすい。[ 147 ]
多くのメーカーは、たとえ1つのピクセルに欠陥があっても製品を交換します。そのような保証がない場合でも、欠陥ピクセルの位置は重要です。欠陥ピクセルが互いに近接している場合、欠陥ピクセルが数個しかないディスプレイでも許容できない場合があります。LCDパネルには、クラウディング 、ダーティスクリーン効果 、またはあまり一般的ではありませんがムラ と呼ばれる欠陥もよく見られます。これは、パネル上の輝度 が不均一な部分を指します。これは、表示されるシーンの暗い部分や黒い部分で最も目立ちます。[ 148 ] 2010年現在 、
Qinetiq （旧DERA ）が開発した天頂双安定デバイス（ZBD）は、電源なしで画像を保持できます。結晶は2つの安定した向き（「黒」と「白」）のいずれかで存在でき、画像を変更する場合にのみ電源が必要です。ZBD Displaysは、グレースケールとカラーの両方のZBDデバイスを製造したQinetiQのスピンオフ企業です。Kent Displaysも、ポリマー安定化コレステリック液晶 （ChLCD）を使用した「無電源」ディスプレイを開発しました。2009年にKentは、携帯電話の表面全体をChLCDで覆い、色を変更し、電源が切断されてもその色を保持できることを実証しました。[ 149 ]
2004年、オックスフォード大学 の研究者らは、ゼニタル双安定技術に基づいた2種類の新しいタイプのゼロ電力双安定LCDを実証した。[ 150 ] など の他の双安定技術は、主に表面特性に基づいており、特定の弱いアンカリング材料を必要とする。
仕様 解像度 LCDの解像度は、ピクセルの列数と行数（例：1024×768）で表されます。各ピクセルは通常、赤、緑、青の3つのサブピクセルで構成されています。これは、異なる設計間でも一貫していたLCD性能の数少ない特徴の1つでした。しかし、ピクセル間でサブピクセルを共有し、 Quattron を追加することで、実際の解像度を上げることなくディスプレイの知覚解像度を効率的に向上させようとする新しい設計も登場しており、結果はまちまちです。空間性能： コンピューターモニターやその他非常に近い距離から見るディスプレイの場合、解像度は印刷業界と同様に、ドットピッチ または1インチあたりのピクセル数で表されることがよくあります。ディスプレイの密度は用途によって異なり、テレビは一般的に遠距離視聴用に低密度、携帯端末は近距離での細部表示用に高密度となっています。LCDの視野角は 、ディスプレイとその使用状況によっては重要になる場合があります。特定のディスプレイ技術の限界により、ディスプレイは特定の角度でのみ正確に表示されます。時間的パフォーマンス: LCD の時間的解像度は、変化する画像をどれだけうまく表示できるか、つまり、ディスプレイが与えられたデータを 1 秒あたりにどれだけ正確に描画できるかを示します。LCD ピクセルはフレーム間で点滅しないため、リフレッシュ レートがどれだけ低くても、LCD モニターはリフレッシュによるちらつきを示しません。[ 151 ] 色性能 : ディスプレイの色性能のさまざまな側面を説明する用語は複数あります。色域 は表示できる色の範囲であり、色深度は色域を分割する細かさです。色域は比較的単純な機能ですが、プロレベル以外ではマーケティング資料で議論されることはほとんどありません。画面に表示されるコンテンツを超える色域を持つことにメリットはないため、ディスプレイは特定の仕様の範囲内またはそれ以下でのみ動作するように作られています。[ 152 ] LCD の色と色管理には、白色点 やガンマ補正 など、追加の側面があります。これらは、白色が何色であるか、そして他の色が白色に対してどのように表示されるかを説明します。輝度とコントラスト比： コントラスト比と は、完全に点灯したピクセルの輝度と完全に消灯したピクセルの輝度の比です。LCD自体は単なる光バルブであり、光を発しません。光は蛍光灯またはLED のバックライトから供給されます。輝度 は通常、LCDの最大光出力として示され、LCDの透明度とバックライトの明るさによって大きく異なります。バックライトが明るいほどコントラストが強くなり、ダイナミックレンジも広くなります（HDRディスプレイは ピーク輝度で評価されます）が、輝度と消費電力の間には常にトレードオフがあります。
メリットとデメリット これらの問題の中には、フルスクリーンディスプレイに関するものもあれば、腕時計などの小型ディスプレイに関するものもある。比較対象の多くはCRTディスプレイである。
利点 特にCRTディスプレイと比較すると、非常にコンパクトで薄型軽量です。 低消費電力。ディスプレイの明るさや表示されるコンテンツにもよりますが、旧型のCCFTバックライトモデルは通常、同じ表示領域のCRTモニターの半分以下の電力しか消費せず、最新のLEDバックライトモデルは通常、CRTモニターの10～25%の電力しか消費しません。[ 153 ] 消費電力が少ないため、動作中の発熱量も少ない。 幾何学的歪みなし。 バックライト技術によっては、ちらつきをほとんど、あるいは全く発生させないことが可能。 通常、リフレッシュレートによるちらつきは発生しません。なぜなら、LCDのピクセルはリフレッシュの間（ 入力リフレッシュレートに関係なく、通常は200Hz以上で行われます）に状態を保持するからです。 ネイティブ解像度 で操作した場合、にじみやぼやけのない鮮明な画像が得られます。CRTモニターとは異なり、 （極めて低い周波数 帯域において）望ましくない電磁波を ほとんど放出しない。 [ 154 ] ほぼどんなサイズや形状にも製作可能です。 理論上の解像度制限はありません。複数のLCDパネルを組み合わせて1つのキャンバスを作成する場合、パネルを追加するごとにディスプレイの合計解像度が向上し、これは一般的にスタック解像度と呼ばれます。[ 155 ] 対角線が80インチ（2 メートル）を超える大型サイズでも製作可能です。 LCDは透明で柔軟に 作ることができますが、OLEDやmicroLEDのように柔軟で透明に作れる他のディスプレイ技術とは異なり、バックライトなしでは発光できません。[ 156 ] [ 157 ] [ 158 ] [ 159 ] マスキング効果：LCDグリッドは空間量子化とグレースケール量子化の影響をマスキングし、より高画質な画像という錯覚を生み出すことができる。[ 160 ] ほとんどのカラーCRTとは異なり、地球の磁場を含む磁場の影響を受けない。 LCDは本質的にデジタルデバイスであるため、アナログへの変換を必要とせずに、 DVI またはHDMI 接続からのデジタルデータをネイティブに表示できます。一部のLCDパネルは、DVIおよびHDMIに加えて、ネイティブの光ファイバー 入力を備えています。[ 161 ] 多くの液晶モニターは12V電源で動作し 、コンピューターに組み込まれている場合は、コンピューターの12V 電源で動作させることができます。 非常に狭いフレーム幅で製造できるため、複数の液晶画面を横に並べて、まるで1つの大きな画面のように見せることが可能です。
デメリット 古いモニターや安価なモニターの中には視野角が 限られているものがあり、意図した視野角内であっても、ユーザーの位置によって色、彩度、コントラスト、明るさが変化することがあります。LCDの視野角を広げるために特殊なフィルムを使用できます。[ 162 ] [ 163 ] 一部のモニター（IPSタイプや旧型のTNパネルでより一般的）では、バックライトのムラが発生し、特に画面の端の方で明るさの歪み（「バックライト漏れ」）が生じる。 個々の液晶がバックライトの透過を完全に遮断できないため、黒レベルが要求されるほど暗くならない場合があります。 サンプルアンドホールド方式の ディスプレイでは、応答速度が遅い（8ms以上）ことや視線追跡によって、動体表示にモーションブラーが発生します。ただし、 ストロボバックライトを 使用すればこの現象は解消されます。しかし、このストロボ効果は眼精疲労を引き起こす可能性があり、以下にその例を示します。2012年現在 、 パルス幅変調(PWM) が使用されています。 [ 164 ] CRT モニター よりも激しくなります (これは目に見えるという意味ではありません) (これは、CRT の蛍光体 持続ドットがディスプレイを継続的にスキャンし てディスプレイの一部が常に点灯しているのではなく、画面全体が点滅するためです)。そのため、一部の人に深刻な眼精疲労を引き起こします。 [ 165 ] [ 166 ] [ 167 ] この問題は、 LED バックライトモニター の多くでさらに悪化します。これは、 LED が CCFL ランプよりも速くオン/オフを切り替えるためです。ネイティブ解像度は 1つのみです。他の解像度で表示するには、 ビデオ スケーラー が必要となり、ぼやけやギザギザしたエッジが発生するか、1:1 ピクセル マッピングを使用してネイティブ解像度で表示を実行する必要がありますが、その場合、画像が画面全体に表示されず（レターボックス表示 ）、画面の端からはみ出してしまいます。固定ビット深度 （色深度とも呼ばれる）。安価な液晶ディスプレイの多くは、262,144色（2¹⁸ ） しか表示できません。8ビットS-IPSパネルは1,600万色 （2²⁴ ） を表示でき、黒レベルも大幅に向上しますが、高価で応答速度が遅くなります。 入力遅延は、LCDのA/Dコンバータが各フレームの出力が完全に完了するまで待ってからLCDパネルに描画するため発生します。多くのLCDモニターは、色の再現性の低さを補正するために画像を表示する前に後処理を行いますが、これがさらに遅延の原因となります。さらに、ネイティブ解像度以外の解像度を表示する場合は ビデオスケーラーを 使用する必要があり、これもまた遅延の原因となります。スケーリングと後処理は通常、最新のモニターでは単一のチップで行われますが、そのチップが実行する各機能によって遅延が発生します。一部のディスプレイには、知覚できる入力遅延を軽減するために、すべての処理またはほとんどの処理を無効にするビデオゲームモードが搭載されています。 ドット抜けや常時点灯ピクセルは、製造時または一定期間の使用後に発生する可能性があります。常時点灯ピクセルは、画面が真っ黒でも色がついたまま点灯しますが、ドット抜けは常に黒色のままです。 焼き付き現象は起こり得るが、原因はCRTとは異なり、その影響は永続的ではない場合もある。しかし、設計の悪いディスプレイでは、静止画像が数時間で焼き付きを引き起こす可能性がある。 常時電源オンの状態では、熱管理が不十分な場合、画面の一部が過熱して変色する熱膨張現象が発生する可能性があります。 低温環境では、輝度が低下し、応答速度が著しく低下します。氷点下の環境では、補助ヒーターを使用しないと液晶画面が動作しなくなる場合があります。 高温環境下でのコントラスト低下。
使用される化学物質 液晶ディスプレイには、いくつかの異なる種類の液晶が使用されています。使用される分子は異方性で、互いに引力を示す必要があります。分極可能な棒状分子（ビフェニル 、テルフェニル など）が一般的です。一般的な構造は、一対の芳香族ベンゼン環で、一方の端に非極性部分（ペンチル基、ヘプチル基、オクチル基、またはアルキルオキシ基）、もう一方の端に極性部分（ニトリル基、ハロゲン基）があります。ベンゼン環は、アセチレン基、エチレン基、CH=N基、CH=NO基、N=N基、N=NO基、またはエステル基で隔てられている場合もあります。実際には、より広い動作温度範囲（低価格帯ディスプレイでは-10～+60℃、高性能ディスプレイでは-20～+100 ℃）を実現するために、複数の化学物質の共晶 混合物が使用されます。例えば、E7混合物は3種類のビフェニルと1種類のテルフェニルから構成されており、4'-ペンチル[1,1'-ビフェニル]-4-カルボニトリル（ネマチック相範囲24～35 ℃）が39重量％、4'-ヘプチル[1,1'-ビフェニル]-4-カルボニトリル（ネマチック相範囲30～43 ℃）が36重量％、4'-オクトキシ[1,1'-ビフェニル]-4-カルボニトリル（ネマチック相範囲54～80 ℃）が16重量％、4-ペンチル[1,1':4',1- テルフェニル]-4-カルボニトリル（ネマチック相範囲131～240 ℃）が9重量％である。[ 168 ]
環境への影響 LCDスクリーンの製造では、薄膜部品の製造時にエッチング液として三フッ化窒素 （NF 3 ）が使用されます。NF 3 は強力な温室効果ガス であり、その比較的長い半減期は 地球温暖化 に潜在的に有害な影響を与える可能性があります。Geophysical Research Letters誌 のレポートでは、その影響は二酸化炭素 などのよく知られた温室効果ガスの発生源よりも理論的にずっと大きいと示唆されています。当時NF 3は広く使用されていなかったため、 京都議定書 には含まれず、「欠落した温室効果ガス」と見なされていました。[ 169 ] 3 は、ドーハラウンドの第2遵守期間に京都議定書に追加されました。[ 170 ]
報告書の批判者たちは、報告書が生成されたNF 3 のすべてが大気中に放出されると想定していることを指摘している。実際には、NF 3 の大部分は洗浄プロセス中に分解される。以前の2つの研究では、使用後に分解されずに残るガスはわずか2～3%であることがわかっている。[ 171 ] さらに、報告書はNF 3 の影響を、代替された強力な温室効果ガスであるパーフルオロカーボンと比較していない。パーフルオロカーボン は、通常の使用では30～70%が大気中に放出される。[ 171 ]
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