液晶は画像を発しているのではありません。常に点いている白いバックライトから始め、そこから光を取り除いていきます——層ごとに、画素ごとに——残ったものが絵になるまで。液晶が得意なことも、液晶で起きる不具合も、すべてこのひとつの事実から生じます。黒は遮り方の良し悪しでしか決まらず、画素は、それを制御しているシャッターが反応しなくなったときに壊れるのです。このページでは層を順に追い、ドット抜けと常時点灯画素がどこから来るのかを正確に示します。
このページの内容
- 液晶画面はどんな層でできているのか？—— 白いランプを絵に変えるサンドイッチ構造
- 液晶はどうやって光を制御するのか？—— すべての副画素の背後にある電気式シャッター
- 副画素はどうやって色を作るのか？—— 3枚のフィルターと、目に3つの点ではなく1つの色が見える理由
- IPS・VA・TNパネルの違いは何か？—— 同じ液晶を並べる3つのやり方と、それぞれの得失
- OLEDは液晶とどう違うのか？—— バックライトがまったくないことと、それが故障の出方に与える違い
- 液晶画面にドット抜けや常時点灯画素が出るのはなぜか？—— 各不具合が層のどこで起きるのか、そしてどちらが直せるのか
- 液晶画面はどうテストするのか？—— 単色それぞれが層について何を明かすのか
液晶画面はどんな層でできているのか？
液晶パネルは層を積み重ねたもので、光はあなたに届くまでにそのすべてを通り抜けます。
- バックライト。 パネル背面に敷き詰められた白色LEDの面で、画面が点いているあいだは常に点灯しています。画像を作るために変化することはありません。
- 拡散板。 その光を均一に広げ、LEDの近くだけ明るくならないようにします。
- 1枚目の偏光板。 光をひとつの向きだけに絞り込みます。ある方向に振動する光しか通さないスリットのようなものです。
- 液晶層。副画素ごとに1つずつのセルに区切られ、それぞれに専用のトランジスタが付いています。
- カラーフィルター。 赤・緑・青が、各セルの上に1枚ずつ。
- 2枚目の偏光板。1枚目から90°回転させて配置されています。
直交した2枚の偏光板が鍵です。この2枚だけならほぼすべてを遮ります。1枚目を通った光は、2枚目にとっては向きが合っていないからです。液晶はその間に位置し、セルごとに、光を回転させて通すかどうかを決めています。
液晶はどうやって光を制御するのか？
液晶はこの技術の名前の由来です。液体のように流れながら、分子は結晶のように整列したままという物質の状態です。その整列はわずかな電圧で変えられ、それによって通り抜ける光の運命が変わります。
電圧をかけないと、分子はねじれた並び方をしていて、通過する光を90°回転させます——これで2枚目の偏光板とぴたりと向きが合います。光は通り抜け、副画素は明るくなります。
電圧をかけると、分子はまっすぐに並びます。光はもう回転されず、合わない向きのまま2枚目の偏光板にぶつかって遮られます。副画素は暗くなります。その中間で電圧を変えれば明るさも連続的に変わり、これによってパネルはオンとオフだけでなく階調を出せるのです。
つまり副画素はどれも電気で制御されたシャッターであり、パネルはそれが何百万個も独立して動いているものです。ここでは何ひとつ光を生み出しません——どのセルも、背後のバックライトから引き算することしかできないのです。液晶の黒が実際にはとても暗い灰色である理由も、真っ暗な部屋でその差が見えてしまう理由もこれです。画面コントラストテストで、お使いのパネルが暗い階調をどれだけ分離できているか確認できます。
副画素はどうやって色を作るのか？
画素はどれも3つの副画素が横に並んだもので、それぞれの上にカラーフィルターが1枚ずつ載っています。赤が1枚、緑が1枚、青が1枚です。各副画素の背後にある液晶セルが通す光の量を決め、通常の視聴距離では個別に見分けられないほど小さいため、目は3つを混ぜてひとつの色として感じます。
3つとも最大の明るさなら白になります。3つとも閉じれば黒です。青を閉じて赤と緑なら黄色、緑と青ならシアンになります。副画素あたり256段階なら、およそ1670万通りの組み合わせとなり、仕様表の「1670万色」はここから来ています。
最近のスマートフォンのパネルは1インチあたり300画素を超えており、これはおおよそ、腕を伸ばした距離で人間の目が個々の点を分離できなくなる境目です。この高精細さは、スマートフォンの副画素ひとつの不具合が、大きくて粗い目のテレビパネルの同じ不具合よりはるかに見つけにくい理由でもあります。
IPS・VA・TNパネルの違いは何か？
3つとも、上で述べた層を使う液晶です。違うのは液晶の並べ方と、どの向きに動くかであり、それが本当に異なる画面を生みます。
- IPSは液晶をパネルと平行に並べ、その面内で回転させます。色の正確さが最も高く、視野角も群を抜いて広いため、スマートフォン、タブレット、そしてデザイン作業に使われるあらゆる機器で主流になっています。歴史的には応答が遅めでしたが、現在のIPSはたいていのゲームには十分な速さです。
- VAはパネルに対して垂直に並べます。閉じたときの遮光がはるかに効くのでコントラストが格段に高く、黒が本当に暗く見えます——テレビでの定番の選択です。引き換えに、正面から外れると色が転びます。
- TNは元祖のねじれ配置です。安価で非常に高速ですが、色と視野角ははっきり劣ります。今では主に低価格帯と高リフレッシュレートのゲーミング用ディスプレイに限られています。
パネルの種類は、どんな画素不良を想定すべきかも変えます。安価なパネルほど概して多く出ますが、その理由は単純に製造公差が緩いからです。
OLEDは液晶とどう違うのか？
OLEDはバックライトも偏光板も液晶も、まるごと取り払います。副画素はどれも有機化合物で、電流が流れると自ら光ります。黒を表示するとき、OLEDの画素はただ消えるだけです——背後に遮るべきランプがないので、黒は本当に黒であり、コントラストは事実上無制限です。
この違いは2つの技術の壊れ方を変えるもので、不具合を切り分けるうえで大きな意味を持ちます。
- 液晶は常時点灯の方向に壊れます。反応しなくなった液晶セルは、遮るべきときにバックライトを通してしまい、点きっぱなしの点になります——多くの場合は回復できます。
- OLEDはドット抜けの方向に壊れます。漏れるバックライトがないので、不具合を起こした副画素は明るくなるのではなく暗くなり——回復はできません。
- OLEDはさらに不均一に劣化します。 有機化合物は使うほど暗くなり、青がいちばん速く暗くなります。これが焼き付きの原因です。液晶はこうはなりません。
OLEDの画素不良で、液晶向けの対処法がなぜ通用しないのかを扱っています。
液晶画面にドット抜けや常時点灯画素が出るのはなぜか？
ここまで来れば、構造が不具合をぴたりと説明してくれます。副画素はどれも専用の薄膜トランジスタに依存しており、1080pパネルにはそれが約600万個あります。
ドット抜けとは、トランジスタが電力を送るのをまったくやめてしまった状態です。セルを駆動できず、3つの副画素すべてが暗いままで、その画素は黒い粒として見えます。信号を送る先がもう残っていないため、まさにそれゆえにどんなソフトウェアでも回復できません。
常時点灯画素とは、電力は来ているのに切り替わらなくなったトランジスタです。セルはひとつの位置で固まり、パネルが何を表示するよう指示されようとも、カラーフィルターを通して一定量の光を出し続けます。電子回路自体は生きているので、高速で色を送り込むと固まりがほぐれることがあります——点滅法の根拠はすべてここにあります。
バックライト漏れはまったく別の三つ目の現象で、画素不良と取り違えられ続けています。層のかみ合わせが完全でない箇所からパネルの縁を回って漏れ出す光で、黒い画面の四隅に明るい部分として見えます。壊れている画素はひとつもなく、ソフトウェアで変わるものでもありません。
液晶画面はどうテストするのか？
構造がわかっていればテストは簡単です。全画面の各色が、それぞれ別の層に問いかけてくれるからです。
- 黒は、通すべきでないのに光を通しているものすべてをあぶり出します。常時点灯画素、バックライト漏れ、そしてムラです。
- 白は、光を通していないものすべてをあぶり出します。ドット抜けと、ガラスに付いたホコリです。
- 赤・緑・青は個々の副画素を切り分けます。壊れた副画素はその色の上では隠れ、残る二色の上ではっきり現れます。
- 灰色は、バックライト全体の均一性の問題やバンディングをあぶり出します。
ドット抜けテストの実行方法では、結果を信頼できるものにするための準備を扱っており、液晶画面の健康診断ガイドでは、画素のテストにコントラスト、均一性、バックライトの確認を加えています。
