液晶画面を構築する方法は?

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● はじめに

● LCD テクノロジーについて

● 必要な材料

● ステップバイステップの説明

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● DIY チュートリアル: Arduino を使用した基本的な LCD ディスプレイ回路の構築

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● カスタム LCD に関する考慮事項

● まとめ

● よくある質問

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>> 引用

紹介

液晶ディスプレイ(LCD)は、スマートフォンやノートパソコンの画面から、自動車や家電製品のディスプレイまで、いたるところに存在します[2][13]。これらは現代生活に不可欠な部分となっており、情報を表示するための多用途でエネルギー効率の高い方法を提供します。しかし、これらのディスプレイがどのように作られているのか疑問に思ったことはありますか?液晶画面の構築は大変な作業のように思えるかもしれませんが、正しい知識、材料、ツールがあれば、独自のカスタム液晶をゼロから作成することが可能です[3][6]。

この包括的なガイドでは、基本的な LCD 画面を構築するプロセスを順を追って説明し、LCD テクノロジーの背後にある原理、必要な材料、独自のディスプレイを組み立てるための段階的な手順について説明します。DIY 愛好家でも、エレクトロニクスについて学んでいる学生でも、あるいは単に物事がどのように機能するかに興味がある人でも、この記事は LCD 構造について詳しく理解するのに役立ちます[3]。

LCD テクノロジーを理解する

建設プロセスに入る前に、LCD テクノロジーの背後にある基本原理を理解することが重要です[2][13]。LCD は、従来の液体と固体結晶の間の特性を示す物質である液晶を使用して光を変調することによって機能します。これらの液晶は電場によって整列させ、光を通過させたり、遮断したりすることができます[2]。

主要なコンポーネントと概念の内訳は次のとおりです。

- 液晶: これらはディスプレイの心臓部です。それらは方向を変えることによって電場に反応し、それがそれらを通過する光の偏光に影響を与えます[2]。

- 偏光フィルター: これらのフィルターは、特定の方向に振動している光波のみを通過させます。LCD は、互いに 90 度の方向を向いた 2 つの偏光フィルターを使用します。液晶が整列していない場合、最初のフィルターが光を偏光し、液晶が光を90度ねじり、光が2番目のフィルターを通過します。液晶が電場によって整列すると、光がねじれず、2番目のフィルターによって光が遮断されます[2]。

- 電極: これらは透明な導電性層で、多くの場合酸化インジウムスズ (ITO) でできており、液晶を整列させるための電場を生成します[2][9]。特定の電極に電圧を印加することで、液晶のどの部分が明るいか暗いかを制御し、画像やテキストを作成できます[9]。

- ガラス基板: これらは、すべてのコンポーネントをまとめる支持層です。液晶、偏光フィルター、電極はすべて、これらのガラス基板に取り付けられています[5]。

- カラーフィルター: カラー LCD では、各ピクセルは赤、緑、青のカラー フィルターを備えたサブピクセルに分割されます。各サブピクセルの強度を制御することで、幅広い色を演出することができます[2]。

- バックライト: LCD は光を放射するのではなく変調するため、ディスプレイを見えるようにするにはバックライトが必要です。これは、蛍光灯、LED アレイ、または別の光源である可能性があります[5]。

必要な材料

独自の基本的な LCD 画面を構築するには、次の材料が必要です[1]。

- スライドガラス: 顕微鏡スライドまたは ITO コーティングされたスライドガラスを基板として使用できます[3]。プレコートガラスはオンラインで簡単に入手できます[3]。

- 偏光フィルター: これらはオンラインで購入することも、古い LCD スクリーンから回収することもできます[2]。

- 液晶材料:専門業者から入手できます[5]。

- 導電性コーティング (酸化インジウムスズ - ITO): プレコートガラスを使用していない場合は、透明な導電性コーティングを施す方法が必要になります[3]。

- ワイヤー:LCDモジュールをArduinoボードに接続するためのジャンパー線[1]。

- シーラント:液晶の端を密閉し、液晶材料の漏れを防ぐため[5]。

- スペーサー: スライドガラス間の隙間を一定に保つため[5]。

- 電極コネクタ: LCD モジュールのデータ ピンを Arduino に接続します[5]。

- Arduino Uno:[1]

- LCDディスプレイモジュール(Arduinoと互換性あり):[1]

- I2Cモジュール:[1]

- USBケーブル(Arduinoをコンピュータに接続するため):[1]

- ダブルバッテリーホルダー:[1]

- 3.7Vのバッテリー2個:[1]

手順

基本的な LCD 画面を構築する手順は次のとおりです。

ステップ 1: ガラス基板を準備する

- スライドガラスを徹底的に洗浄して、汚れや汚染物質を取り除きます[5]。

- ITO コーティングされたガラスを使用しない場合は、透明な導電性コーティングを施す必要があります。これはスパッタリングと呼ばれるプロセスで行うことができますが、多くの場合、プレコートガラスを購入する方が簡単です[3]。

ステップ 2: 電極を作成する

- LCDに作成したい電極パターンをデザインします。これは、数値表示用の単純なセグメントでも、グラフィック表示用のより複雑なパターンでもかまいません[5]。

- フォトレジストとエッチングプロセスを使用して、ITOコーティングされたガラス上に電極パターンを作成します。あるいは、レーザーカッターを使用したり、鋭利な刃を使用してパターンを手作業でカットしたりすることもできます[5]。

ステップ 3: LCD サンドイッチを組み立てる

- ガラス基板の1つの端の周りにシーラントの薄い層を塗布し、液晶材料を充填するための小さな開口部を残します[5]。

- ガラス基板の間にスペーサーを配置して、一定のギャップを維持します。ギャップの厚さはLCDの性能に影響するため、正確であることが重要である[5]。

- 2 つのガラス基板を慎重に位置合わせし、押し合わせて、シーラントが良好なシール性を形成するようにします[5]。

ステップ 4: 液晶材料を充填

する

- 液晶アセンブリを少し加熱して、液晶材料をより流動的にします[5]。

- シリンジまたはスポイトを使用して、シーラントの開口部から隙間に液晶材料を慎重に注入します[5]。

- 隙間が埋まったら、さらにシーラントで開口部を塞ぎます[5]。

ステップ 5: 偏光フィルターを取り付ける

- 偏光フィルターをガラス基板のサイズにカットします[2]。

- 偏光フィルターを慎重に位置合わせし、ガラス基板の外面に取り付けます。偏光軸が互いに90度の方向になっていることを確認してください[2]。

ステップ 6: バックライトを追加する (オプション)

- 透過型液晶(バックライトが必要なもの)を作りたい場合は、液晶の後ろにバックライトパネルを追加することができます[5]。

- バックライトを電源に接続します[5]。

ステップ 7: LCD のテスト

- LCDディスプレイモジュールをArduinoに接続します[1]。

- LCDモジュールのデータピンをArduinoに接続します[1]。

- コードをArduinoにアップロードします[1]。

- 液晶ディスプレイ回路をテストします[1]。

DIYチュートリアル:Arduinoを使用した基本的なLCDディスプレイ回路の構築

「Arduinoで基本的なLCDディスプレイ回路を構築する」は、LCDディスプレイモジュールを使用してテキストメッセージを表示する簡単な回路を作成するプロセスをガイドするDIYチュートリアルです[1]。このチュートリアルでは、Arduinoボード、LCDディスプレイモジュール、ジャンパ線、USBケーブルなど、プロジェクトを完了するために必要な材料について説明します[1]。次に、このチュートリアルでは、LCDモジュールとArduinoの接続、LCDモジュールのデータピンのArduinoへの接続、Arduinoへのコードのアップロード、回路のテストなど、プロセスの各ステップについて説明します[1]。チュートリアルの終わりまでに、必要なメッセージを表示するようにカスタマイズできる機能するLCDディスプレイ回路が完成します[1]。

コンポーネント

- Arduinoウノ[1]

- LCDディスプレイモジュール(Arduino対応)[1]

- I2Cモジュール[1]

- ジャンパー線[1]

- USBケーブル(Arduinoをコンピュータに接続するため)[1]

- ダブルバッテリーホルダー[1]

- 3.7Vのバッテリー2個[1]

ステップス

1. LCDディスプレイモジュールをArduinoに接続します[1]。

2. LCDモジュールのデータピンをArduinoに接続します[1]。

3. コードをArduinoにアップロードします[1]。

4. 液晶ディスプレイ回路をテストする[1]。

カスタム LCD に関する考慮事項

- ディスプレイタイプ: ポジティブまたはネガティブディスプレイが必要かどうかを判断します[6]。ポジティブディスプレイは明るい背景に暗い文字があり、ネガティブディスプレイは暗い背景に明るい文字がある[6]。

- 照明方式:照明方式を決める[6]。オプションには、反射型(周囲光を使用)、透過型(バックライトが必要)、半透過型(両方の組み合わせ)があります[5]。

- 運転技術:適切な運転技術を選択する[6]。ダイレクトドライブは単純ですが、より多くのピンが必要であり、マルチプレックスドライブはピン数は減りますが、複雑さが増します[6]。

- 偏光タイプ:適切な偏光タイプを選択します[6]。オプションには、透過型、反射型、および半透過型偏光子が含まれます[2]。

- 接続方法:接続方法を決定します[6]。オプションには、はんだ付け、コネクタ、導電性ゴムストリップが含まれます[1]。

結論

独自の LCD 画面をゼロから構築することは、困難ではありますが、やりがいのあるプロジェクトです。LCD テクノロジーの原理を理解し、このガイドで概説されている手順に従うことで、特定のニーズに合わせたカスタム ディスプレイを作成できます。単純な数値表示を構築する場合でも、より複雑なグラフィック表示を構築する場合でも、このプロジェクトから得られる知識とスキルは非常に貴重です[3][6]。

よくある質問

1. LCD の偏光フィルターの目的は何ですか?

偏

光フィルターは、LCDのコントラストを作成するために不可欠です[2]。特定の方向に振動する光波のみを通過させます。2つの偏光フィルターを互いに90度の方向に向け、液晶を使用して光の偏光を制御することで、LCDは光を選択的に遮断または透過し、ディスプレイ上に暗い領域または明るい領域を作成できます[2]。

2. ITO コーティングされたガラスとは何ですか、なぜ LCD に使用されるのですか?

ITOコーティングガラスとは、酸化インジウムスズ(ITO)の薄層を持つガラスです[3][9]。ITO は、LCD の電極を作成するために使用される透明な導電性材料です。これらの電極は、液晶に電界を印加するために使用され、液晶の整列を制御し、したがって通過する光の量を制御します[9]。

3. カラー LCD はどのように機能しますか?

カラーLCDはモノクロLCDと同様の原理を使用しますが、カラーフィルターが追加されています[2]。各ピクセルは、赤、緑、青のカラーフィルターを使用してサブピクセルに分割されます。各サブピクセルの強度を制御することで、幅広い色を生成できます。人間の目は、これらのサブピクセルの色をブレンドして、各ピクセルに対して単一の色を知覚します[2]。

4. カスタム LCD の一般的な用途にはどのようなものがありますか?

カスタムLCDは、産業機器、医療機器、車載ディスプレイ、家電製品など、幅広い用途で使用されています[6]。これらは、標準的なLCDが製品の特定のサイズ、形状、または機能要件を満たしていない場合に特に役立ちます[6]。

5. カスタム LCD を構築する場合と既製のディスプレイを使用する場合の長所と短所は何ですか?

カスタム LCD を構築する利点には、サイズ、形状、機能などの特定のニーズに合わせたディスプレイを作成できることが含まれます[6]。また、大規模な生産では費用対効果が高くなります[6]。デメリットとしては、設備や材料への初期投資が高いこと、専門知識や技術が必要であること、開発期間が長いことなどが挙げられます[6]。

引用

[1] https://www.youtube.com/watch?v=e8BXdKoiUsg

[2] https://www.youtube.com/watch?v=Gx-JVoOFYhs

[3] https://hackaday.com/2016/06/17/how-to-make-a-custom-lcd-from-scratch/

[4] https://docs.arduino.cc/learn/electronics/lcd-displays

[5] https://www.seacomp.com/resources/lcd-construction

[6] https://circuitdigest.com/article/everything-you-need-to-know-to-design-and-build-your-own-custom-custom-lcd-displays

[7] https://core-electronics.com.au/guides/use-lcd-arduino-uno/

[8] https://www.freepik.com/free-photos-vectors/lcd-monitor

[9] https://hackaday.com/2013/12/02/crafting-a-liquid-crystal-display/

[10] https://www.instructables.com/Tutorial-7-the-LCD-Screen-Liquid-Crystal-Display/

[11] https://www.istockphoto.com/photos/liquid-crystal-display

[12] https://www.instructables.com/LCD-Display-Tutorial/

[13] https://www.elprocus.com/ever-wondered-lcd-works/