光の3原色
今回は前回の記事の続きなので、まずは前回の記事を読んでください。
では、今回はカラーの液晶画面の仕組みを書いてみます。
まあ知ってる人も多いでしょうけど。
次の図を見てください。
前回登場したバックライトの手前に、赤緑青の3色のフィルターを置きます。このフィルターは透き通っているので光を通します。
バックライトの光自体は白いんですが、赤いフィルターを通った光は赤く、緑のフィルターを通った光は緑に、葵フィルターを通った光は青く、それぞれ変化します。
この3色は光の3原色と呼ばれています。
人間の目の不思議さと言うか、自然の不思議さと言うか、この赤緑青の3色が混在すると、白に見えるんですよね。
つまり、上の図のように、白いバックライトの光が赤緑青のフィルターを通ると、やはり手前には白い光が表示されます。
まずはこれを覚えておいてください。
白い文字
ここから液晶が登場します。
白いAと言う文字を表示したければ、どうすれば良いでしょうか。
答えはカンタン。次の図のとおりです。
バックライトと3原色フィルターの間に液晶パネルを挟みます。
そして、液晶の画素をAの文字の形にオンオフするのです。
すると、Aの文字の部分だけ光が透過して、さらに手前の3色フィルターも透過して、白いAと言う文字が表示されるわけです。
こう言うことですね。
赤い文字
では、赤いAと言う文字を表示したければ、どうすれば良いでしょうか。
それは、バックライトの光を赤いフィルターだけに通せば良いんです。
次の図を見てください。
間に挟む液晶の画素をコントロールして、手前の赤いフィルター部分だけを通るようにオンオフするんです。
こんな感じですね。
実際に、ボクのパソコンの画面をルーペで拡大して、Yahoo!JAPANのロゴマークを撮影してみました。
白地に赤い文字です。
これです。
それをさらに拡大表示してみたのが次の画像です。
きれいに赤緑青のフィルターが並んでいますね。そして白地の部分は3色とも光っていますが、赤い文字の部分は、緑と青のフィルターの部分は黒くなっています。つまりその部分は液晶の画素がオンになっているのでバックライトの光が遮断されているわけです。
同様に、緑や青もまったく同じやり方で表現できます。
明るさ
ところで、同じ赤でも、明るい赤もあれば暗い赤もあります。
それはどうやって表現するのでしょうか。
バックライトの明るさを変えてしまうと、画面全体の明るさが変わってしまいますね。
個別の色の明るさを変えるには、透過する光の量を変えれば良いんです。
透過する光をコントロールするのは、液晶でしたよね。
液晶の画素を完全にオンにしてしまえば、そこには液晶の壁ができるので、黒くなります。
液晶の画素を完全にオフにしてしまえば、光は素通りし、赤のフィルターを通った光は一番明るい光になります。
少し暗い赤を表示するには、液晶の画素を、少し小さくします。すると、透過する光の量も少し減り、結果として少し暗い赤が表示されるわけです。
1画素1画素の液晶の大きさを変えることで、明るくしたり暗くしたりと調節が可能なわけです。
液晶にはいくつかの方式があるんですが、大ざっぱに言えばブラインドのようなモノだと思ってください。窓のブラインドの羽を完全に垂直にすれば光は入ってきませんし、少し斜めにすれば少しだけ光が入ってきますよね。
それと同じことを液晶の画素ごとに実現しているわけです。
省電力
前回も同じことを書きましたが、液晶画面と言うのは、一般の照明などと違って、黒いから省電力、と言うわけでは無いのが面白いところです。
ここまで説明してきたのは、あくまでも基本的な部分だけです。
最近は技術の進歩によって、省電力化が進んでいます。
例えば、バックライトを画面全体を照らす1個だけにするのではなく、複数に分割するアイデアがあります。
そうすれば、画面の右半分が黒い表示の場合、画面の右半分のバックライトは消灯して左半分のバックライトだけを点灯すれば良いことになります。
バックライトをもっと細かく分割すれば、さらに細かい制御が可能になりますね。
他の方式
液晶画面の最大の特徴は液晶自体が発光せずに、バックライトで光らせることです。
これは省電力の点でデメリットです。白い画面でも黒い画面でも常にバックライトを光らせておく必要があるからです。
そこで次世代の方式と言われているのが、有機ELやLEDなどですね。
LEDは電車の行き先表示板でおなじみです。
有機ELは現時点ではサムスンのGalaxyと言うスマートフォンや、AppleのApple Watchの画面に使われています。
これらの特徴は、画素の1個1個が自ら発光すると言うことです。
画素の1個1個が発光すると言うことは、画面内の黒い部分は発光する必要が無い、つまり、かなり省電力になると言うことです。
また、画素が自ら発光すると言うことは、それだけ明るく鮮やかな画面になります。
太陽が燦々と明るく輝くのは自らが発光しているからで、月がそこまで明るくないのは、月が発光せず、太陽の光を反射しているだけだからです。
液晶画面は、光はあくまでもバックライトであって、その光が液晶の画素と3原色のフィルターを透過してきます。
それに対してLEDは自らが光ります。
ただし、現時点では、液晶はかなりこなれた技術であって高性能ですが、有機ELやLEDはまだまだ発展途上です。
なので有機ELやLEDの表示が必ずしも液晶よりもキレイだとは言い切れませんし、大画面を実現するのも困難です。
思い返せば、今でこそ各家庭のテレビはほとんどが液晶画面ですが、そうなったのは、ここ10年ほど。
それまではほとんどのテレビはブラウン管でした。
10年後には、もしかしたら、ほとんどの画面は液晶では無くなっているかもしれませんね。
と言うわけで、ボクが自分で説明してみたかった液晶画面記事を終わります。
2本とも読んでくれた人、ありがと〜。
