LCDディスプレイVS LEDディスプレイ

お客様から「LCDディスプレイとLEDディスプレイは見た目が似ていますが、同じものですか？」とよく聞かれます。長年LEDディスプレイの研究開発に携わってきたベテランエンジニアとして、私が知っている情報に基づいて、LED VS LCDを簡単なものから詳細なものまで分析します。

まず、2つの定義を見てみましょう。

LED と LCD の定義

LEDの定義

LED の完全な形は発光ダイオードなので、発光ダイオードは LED の略称です。LED は、電流が順方向に流れると光を発する PN 接合ダイオードです。LED は、p 型および n 型の材料をドーピングして構築されます。LED に電力が供給されると、P 型および N 型の材料の電荷が化学反応を起こし、電荷が再結合して、熱と光の形でエネルギーを提供します。

半導体の材料は半透明（光を通過させる）で、接合部から光を発します。半導体材料には、赤色または黄色の光を発する亜鉛ヒ素化合物が使用されています。また、緑色、赤色、琥珀色もあります。

複数のLEDディスプレイが組み合わされている場合、一方のライトからもう一方のライトまでの距離が測定されます。この距離は通常、大文字の「P」で表されます。たとえば、 P2 LEDディスプレイ LEDライトから他のLEDライトまでの距離は2mmです。

LCDの定義

LCD は、ドットまたは線分の形でテキストや画像を表示するために使用されます。LCD には、透明な電極の間に充填された液晶フィラメントがあります。電極間に電流が流れると、フィラメントが通電され、可視光を発します。

ディスプレイに使用される液晶は、固体と液体の両方の特性を持っています。液晶に電圧がかかっていないときは透明ですが、活性化すると液晶が光をあらゆる方向に散乱し、明るく見えます。

LCD の消費電力は非常に低く、7 セグメントディスプレイも備えています。ただし、これは LED と同等であり、LED はより低速なデバイスで、切り替えに時間がかかります。DC では寿命が短くなるため、ほとんどの場合、500 Hz 未満の周波数の AC で使用されます。

概要

LED は光源であり、LCD は表示装置であることに気付いたかどうかわかりませんが、この 2 つは明らかに異なります。

LED と LCD の主な違いの 1 つは、LED では電流が流れると発光する PN 接合ダイオードが使用されるのに対し、LCD では液晶またはプラズマを使用して可視光を発することです。ガラス電極の間に液晶が充填されており、電力が供給されると液晶が通電されて発光します。

LCDディスプレイとLEDディスプレイ：技術比較

pnノード

p 型半導体が n 型半導体に接続されると、このようにして形成される接点は pn 接合と呼ばれます。すべての半導体デバイスには 1 つ以上の PN 接合が含まれています。pn 接合は実際には半導体デバイスの制御要素です。

pn接合の形成

実際の応用では、p 型半導体ブロックを n 型半導体ブロックの近くに配置するだけでは PN 接合は形成されません。実際、pn 接合は、成長法、合金化法、拡散法などの特殊な技術によって製造されます。

pn 接合を作成する最も一般的な方法は、合金化と呼ばれます。合金接合は、ゲルマニウムまたはシリコンでできた n 型半導体の両側に配置された三価のインジウム粒子を溶融することによって作成されます。配置またはシステム全体が約 500 ℃ に加熱されます。インジウムはゲルマニウムまたはシリコンに吸収されて p 領域を作成し、pn 接合を形成します。

pn接合を形成するもう一つの方法は拡散法です。このプロセスでは、p型またはn型の単伝導性半導体ウェハを、添加する不純物酸化物が入った容器に入れます。この混合物を、接合の種類に応じて800℃～1200℃の温度に制御された炉にゆっくりと通します。

このような高温では、不純物原子のガスが半導体材料に拡散し、反対の導電性を持つ薄い層を形成します。その結果、pn接合が形成されます。

LED または LCD はどちらも画像やテキストの表示に使用できます。ただし、化学的性質は同じではありません。LED は、加熱すると可視光を発する 2 つの化合物、ガリウムヒ素とガリウムリンを使用します。

単色光が表示される場合、通常は数字や文字などの基本的な要素、または特定の記号を表示するために使用されます。単色光しかない場合、画像やより複雑なパターンなどの要素を正常に表示することはできません。

一方、LCDはガラス電極の間に挟まれた液晶フィラメントの薄い層です。電極に電力が供給されると、光子の形で光エネルギーが放出されます。そのため、LCDはドットマトリックスや線分の形で文字や画像を直接表示することができます。

使用される材料

LED は、さまざまな化合物 (アルミニウムガリウムヒ素、インジウムガリウム窒化物など) で作られたフィラメントであり、通電するとさまざまな色の光を発します。

LCD に使用されている液晶材料については、これまで研究してきた高度なテーマに依存します。世の中の均一な運動をする物質はすべて相状態に属します。よく知られている固体状態と液体状態のほかに、あまり知られていない液晶状態やプラズマ状態もあります。

LCD は、私たちがあまり知らない液晶状態を利用しています。この材料は特殊な光学特性を持ち、電磁場に敏感なので、研究に非常に役立ちます。

両者の形状を比較すると、どちらも位相状態に属しますが、LED は固体化合物を使用し、LCD は液晶化合物を使用しており、両者は異なります。

発光原理

LED は自律的に光を発し、電流が流れると半導体材料が均一に移動し、光源を形成します。これらの半導体材料は、一度に 1 色の光しか発しません。

フルカラーを表示するには、3 つの異なる化合物を組み合わせてエネルギーを与え、フルカラーを生成する必要があります。

LCD 自体は光を発することができず、光を発するためにバックライトに頼る必要があるため、全体のプロセスは非常に複雑です。

液晶材料によってネマティック液晶とスメクティック液晶があり、両者の最大の違いはネマティック液晶の方が粘度が低く、流動性が強いことです。そのため、より広く使用されています。

ネマティック液晶の特性により、液晶分子の動きを変化させるのに必要な力はごくわずかで、液晶の光軸が分子軸と一致するようになり、光学効果を生み出します。

液晶の電界が除去されると、液晶分子は弾力性と粘性を利用して、光を発する前の状態に戻ります。

LCD には現在、EL (エレクトロルミネッセンス)、CCFL (冷陰極蛍光ランプ)、LED (発光ダイオード) の 3 つのバックライト光源があります。

最初の2つのタイプには欠陥があるため、徐々に LEDバックライト興味深い疑問も生じます。LED バックライトを使用する LCD は LCD でしょうか、それとも LED でしょうか。興味のある方は考えてみてください。

構造

現在、LED にはプラグイン型と表面実装型の 2 つの一般的な形式があります。形状は異なりますが、構造と原理は同じです。いずれも発光材料を容器に封入することで実現します。電源を入れると、光源が生成されます。

LCD はもう少し複雑です。液晶材料を合わせガラスに入れ、それを光らせるために、液晶にバックライトを供給する光源付きの反射板を背面に配置する必要があります。

最初の段落の要約

LED と LCD の違いを、材料、発光原理、構造の 3 つの側面から分析しました。最終的に、LCD に一部の LED が組み込まれ、両者が切り離せないものになっていることに驚きました。

LCDディスプレイとLEDディスプレイ：利点の比較

前の章では、液晶自体には発光する条件が備わっていないことを紹介したので、完成品を選択してLCDディスプレイとLEDディスプレイの利点を比較しました。

対比

コントラストとは、最も白い瞬間の明るさ/最も暗い瞬間の明るさです。テストデータから判断すると、LED は LCD よりもパフォーマンスが優れています。LCD が LED バックライトを使用していても、エネルギー保存の法則によれば、光源を反射するときに必ず多少の損失が発生するため、LED は LCD よりも優れています。

解決

LCD は工場出荷前に設定する必要がありますが、設定後は変更できません。LED は実際のニーズに応じて接続できるため、両者を区別することは困難です。柔軟性の観点からは LED の方が優れており、シンプルさの観点からは LCD の方が優れています。

色域幅

広色域とは、カラーバックライト技術の一種です。国際標準では、NTSC 92%の色域範囲が達成されています。市販されているほとんどのLCDディスプレイの広色域の色域範囲は92%から109%の間ですが、LEDディスプレイの広色域の色域範囲は110%です。LEDの広色域の色域範囲は、それよりもわずかに広くなっています。

スクリーンの厚さ

この LCD は LED を完全に上回ります。フレームを含む LCD の厚さは 8 ～ 10 mm ですが、ほとんどの LED ディスプレイの接合モジュールの厚さは 5 cm で、適切に機能させるには追加のキャビネットが必要です。取り付けると、平均厚さは 20 cm に達します。

いくつかの種類のLEDディスプレイ（透明LEDディスプレイ,COB LEDディスプレイ液晶ディスプレイ（以下、LCD）はモジュールほどの厚みはありませんが、筐体ほどの厚みがあるため、LCDと比べるとやはり一定の差があります。

省エネ

省エネは LED の強みであり、まさにこの理由から、一般的に使用されている 3 つの LCD バックライトソースのうち、LED バックライトだけが残っています。

耐用年数

LED の平均耐用年数は約 11 年ですが、LCD の耐用年数は 7 ～ 9 年です。

料金

これは LCD の数少ない強みの 1 つです。同じ 100 インチのディスプレイ画面の場合、LED ディスプレイ画面で LCD の鮮明さを実現しようとすると、コストは 3 ～ 5 倍になります。

つまり、100 インチの LCD スクリーンが 1,000 米ドルの場合、LED ディスプレイスクリーンは少なくとも 3,000 ～ 50,000 米ドルかかります。

技術の成熟度

現在、どちらも10年以上の開発期間を経ており、技術的な成熟度は非常に高く、さまざまなカスタマイズされた効果を実現できます。

2番目の段落の要約

コントラスト、解像度、広い色域、価格など、さまざまな側面から LED と LCD の利点を分析しました。LED は LCD をほぼ完全に上回っていますが、小型ディスプレイデバイスの分野では依然として克服できないギャップがあることがわかります。