液晶ディスプレイ
STN (Super Twisted Nematic) 型は、単純マトリクス駆動方式での代表的な形式であり、現在でも比較的簡易な表示装置では使用されている。TN型が無印加時において液晶分子の並びのねじれ角が、両面の基板の間で90度であるのに対し、STN型では、180-270度となるように作製される。これにより印加電圧の僅かな差によって大きな配向変化を実現し、TN型では難しいハイデューティでの単純マトリクス駆動を可能にする。このため、TFT等のアクティブ素子を用いずに画素数の多い表示が可能となっている。TN型と同様にNBモードとNWモードがあり、NBモードでは黒と黄色、NWモードでは白と青の表示になる。初期のSTN型では光の波長によって明暗が一致せず、着色が避けられなかったため、いくつかの派生型が開発された。
STN型の派生型には以下のものがある。
液晶パネルは、大きくは表裏2枚の基板とその間の液晶材料から構成される。
液晶パネル(表面より順に示す。カッコ内は厚みの例)
偏光フィルタ(0.2mm程度)
カラーフィルタ基板(BMとカラーフィルタ、共通電極、場合によりスペーサ、0.65mm程度) 配向膜
液晶層(液晶材料、場合によりスペーサ、3μm=0.003mm程度) 配向膜
アレイ基板(配線やTFT回路、サブ画素となる電極、0.65mm程度)
偏光フィルタ(0.2mm程度)
上記に加えて基板の周囲に「封止剤」が使われる。
液晶パネルは、油状の透明な液晶組成物(液晶材料)が2枚の透明な基板の間にサンドイッチされ、周囲が封止剤によってシールされていて、液晶材料が漏れ出すことなくまた液晶材料が清浄に保たれるようになっている。セルギャップという基板同士の間隔を一定に保つためのスペーサやギャップ材として、粒の大きさが揃ったプラスチック球が少しだけ液晶層に散布されていたり、カラーフィルタ基板に柱状のスペーサが作り込まれている。カラーフィルタ基板よりもアレイ基板の方が周囲の接続端子などの分だけ大きくなる。
2枚の基板は表側にカラーフィルタ基板、裏側にアレイ基板が配置される。
液晶パネルは単なる光シャッターとして動作しており、真っ黒や真っ白といったデジタル表示以外にアナログ的な中間の明るさを得るためには、電圧も中間の値を加えることで光の透過率を調節する。
画像表示製品の持つ明表示の最大の輝度を暗表示の最小の輝度で割った値を「コントラスト比」と呼び、表示品位の指標となる。特にバックライトを制御することで得られる最大と最小輝度の比は、「ダイナミック・コントラスト比」と呼ばれる。コントラスト比が小さな表示装置は、白黒の表示が不明瞭になるだけではなく、カラー表示の色純度が低下するため重要な指標である。液晶パネルでは動作原理上、画面を完全な黒表示にすることが難しくコントラスト比をあまり大きくできない。これは、バックライトの光を液晶パネルが遮蔽し切れず、たとえ光源の光量を制御しても液晶パネル面から光が漏れるためである。
反射型と半透過型ともに、反射板の位置にはさらにバリエーションがあり、液晶層の背面側基板のさらに背面側のものと、前側(液晶側)のものとがある。旧来の反射型や半透過型は前者であるが、近年のアクティブ素子を利用するものでは後者も採用されている。後者は、背面側基板の厚みが表示に悪影響を及ぼさないため、高精細な表示が可能である。この場合、背面側基板はアレイ基板とされる。
特にアクティブ素子を利用する反射型や半透過型ではアレイ側の配線が不透明でも開口率に影響しにくい点で、透過型とは異なっている。つまり、反射型では、反射性の(サブ)画素電極を金属配線やアクティブ素子の上に形成した絶縁膜の上に構築することで金属配線やアクティブ素子などの非透過性要素が開口率に影響しないようにできる。また、半透過型でも、反射部分を非透過性要素に重ねて配置することが可能である。
2000年頃には、携帯電話用としてカラー表示のできる反射型TFT液晶が多用された。ところが、表示コンテンツの多様化が進展すると画質に不満が生じた。2002年頃に携帯電話にカメラ付き機種が登場すると、特に表示画面の高画質化が求められ、反射型TFT液晶に代わり半透過型TFT液晶が採用されるようになった。それ以降、ワンセグや動画再生機能などに対応した機種などのさらなる高画質化要求に応じ、透過型TFTと半透過型TFTが使い分けられている。反射型は低消費電力であるため、電話機以外でも携帯用途での利用が再び進んでいる。
液晶モジュールは、主な構成部品として液晶パネルに駆動回路と駆動用プリント基板、必要ならばバックライトを取り付けたものである。駆動用プリント基板類は液晶パネルとの接続部が柔軟なため、パネルの裏側に折り込まれて無用な実装面積を省くのが普通である。また、駆動回路の主要部を低温ポリシリコンによるTFT回路で液晶パネル上に取り込むことで、液晶パネルへの接続は、電源部やタイミング・コントローラ回路、最低限の映像信号回路などを載せた小型のプリント基板だけになり、不良の原因となる接続部の大幅な削減によって液晶モジュールの信頼性の向上が実現できるが、額縁スペースが余分に必要となる。
液晶モジュール 液晶パネル TABモジュール、又はCOGモジュール 駆動用プリント基板 バックライト 駆動制御コネクタ部
Macの液晶モニタ
デジタルカメラのディスプレイ
山手線運行情報画面
航空機のグラスコックピット
軍艦の戦闘指揮所
モニター、テレビと言った製品状のディスプレイ装置への入力は、デジタル系ではHDMI、DVI、DisplayPortのほか、従来の15pin VGAと称されるアナログ端子などが使用されている。小型モニターではUSB接続や、5GHz インテル ワイヤレス・ディスプレイ(WIDI)の搭載もある。
アナログ映像機器系ではコンポジット映像信号、コンポーネント端子、D端子、S端子、RF端子などの映像端子などが使用されている。