LCDモジュール

LCDモジュールとは

LCDモジュールとは、液晶ディスプレイを構成する液晶パネルと、画像を表示させるためのドライバ・コントローラが組み込まれたものです。

比較的安価で薄型、低消費電力であるため、様々な電子機器に組み込まれています。組み込み機器の他、電子工作の部品としてもよく使われます。

なお、文字を表示するのに特化したキャラクタLCDモジュールと、図形やイラストなども表示できるグラフィックLCDモジュールに大別可能です。

LCDモジュールの使用用途

LCDモジュールがどのように活用されているか、具体的な使用例をいくつか紹介します。LCDモジュールの活用範囲は日々広がりを見せており、その用途は限りないと言えます。

1. ポータブルデバイス

スマートフォンやタブレット、ノートパソコンなどのポータブルデバイスでは、LCDモジュールはユーザーインターフェイスの中心をなす部品です。ユーザーのタッチ入力を受け取り、情報を明瞭に表示して、これらのデバイスの使いやすさを大幅に向上させています。

2. 家電製品

テレビ、冷蔵庫、エアコン、洗濯機などの家電製品で、LCDモジュールは情報表示と操作ガイダンスのために使われます。例えば、テレビでは映像を表示し、冷蔵庫やエアコンでは温度や設定モードを表示するために使用されます。

3. 産業機器

工場の製造ラインや農業機械、建設機械など、産業機器の操作パネルにもLCDモジュールが使われます。操作者に必要な情報を提供し、より安全で効率的な機器操作を可能にします。

4. 医療機器

医療分野でもLCDモジュールは重要な役割を果たしています。患者のビタルサインをモニタリングする装置や、超音波検査機器、MRIスキャナなどに搭載され、医療従事者に必要な情報を視覚的に提供します。

5. 自動車

最新の自動車では、従来のアナログメーターがデジタル化され、車速やエンジンの状態、ナビゲーション情報などを表示するためにLCDモジュールが使われています。

LCDモジュールの原理

液晶ディスプレイ (LCD) モジュールの仕組みを理解するためには、まず液晶の特性を知ることから始まります。液晶は固体と液体の間の状態を持つ物質で、温度や電場によって配向 (向き) を変えることができます。この特性が、LCDの核心的な原理となっています。

1. 液晶

液晶の中には、光の偏光状態を変える能力を持つものがあり、これを利用してLCDは画像を作り出します。具体的には、液晶セル (液晶層とその両側の電極からなる構造) に電圧を印加して液晶の配向を変え、その結果光の透過率が変わります。

2. LCDモジュール

LCDモジュールは、この液晶セルを基にしたディスプレイ部分と、それを制御する電子回路から構成されます。電子回路は、入力信号に応じて各液晶セルに電圧を印加し、それぞれのセルの光透過率を制御します。これにより、ディスプレイ全体で見ると複雑な画像が形成されます。

3. 色表示

色の表示については、通常、赤・緑・青の三原色のバックライトと色フィルターを組み合わせて実現されます。各ピクセルは3つの液晶セル (赤・緑・青それぞれに対応) からなり、それぞれのセルの透過率を制御して任意の色を作り出すことができます。

LCDモジュールの種類

LCDモジュールは、その構造や組み立て方法によって大きく3つのタイプに分類されます。それぞれCOB型、COG型、COF型と呼ばれ、特性や適用分野が異なります。

3つのタイプは、それぞれ製品の特性や応用分野、製造コスト等の要素によって選択されます。

1. COB型  (英: Chip-On-Board)

COB型は、液晶ディスプレイパネルとICチップが同一のプリント基板上に実装されているタイプのことを指します。一体型ですべての機能を搭載できますがサイズが大きくなりやすい欠点があります。

2. COG型  (英: Chip-On-Glass)

COG型は、ICチップが直接ガラス基板 (液晶パネル) に実装されているタイプのことを指します。これにより、モジュール全体の薄型化や小型化を実現できます。ただし受動部品は外付けとなります。

3. COF型 (英: Chip-On-Film)

COF型は、ICチップがフレキシブルなフィルム基板に実装されているタイプのことを指します。COF型はCOG型と同様に薄型化・小型化が可能であり、さらに曲面への適用も可能となります。

LCDモジュールのその他情報

1. LCDの構造詳細

液晶ディスプレイ (LCD) の主な構成要素には、偏光フィルター、ガラス基板、透明電極、配向膜、カラーフィルターなどがあります。

• 偏光フィルター
  LCDの最外層に配置されているのが偏光フィルターです。このフィルターは、特定の方向の光だけを通過させる役割を果たします。液晶セルには2枚の偏光フィルターが使われており、その間に液晶層が挟まれています。
• ガラス基板
  液晶セルを構成するための透明なガラス基板が2枚あります。これらの基板の間に液晶が封入されています。
• 透明電極
  ガラス基板の一面には透明電極が蒸着されています。これは、液晶層に電圧を印加する役割を果たします。
• 配向膜
  透明電極の上には配向膜が塗布されています。この膜は、液晶の配向 (向き) を一定の方向に整える役割を果たします。
• カラーフィルター
  カラーLCDでは、ガラス基板の一面にカラーフィルターが配置されています。これは赤、緑、青の3原色に対応するフィルターで、各ピクセルの色を決定します。

2. LCDモジュールの表示方式

LCDモジュールの表示方法には、下記3つの方式があります。

• セグメント方式
  細長い表示単位を数字の「8の字」に配置し、数字を表示する方式。
• ドットマトリックス式 (文字表示)
  表示単位を縦横の行列状態に配置し、文字を構成する方式。
• ドットマトリックス方式原理 (グラフィック表示)
  表示単位を縦横の行列状態に配置し、図形等を描く方式。

カラー表示は、1つ1つの表示単位の上にRGBのカラーフィルタをかけ、その組み合わせによって多様なカラーを表現します。

参考文献
https://www.mtasia.co.jp/product/lcd/
https://jp.sharp/products/lcd/tech/s2_2.html