太陽光でも読み取り可能なTFT LCDディスプレイを作成する方法は?

TFT ディスプレイは、自動車ディスプレイ、デジタル サイネージ、キオスクなどの屋外用途での使用が増えています。屋外環境で周囲光が強いと、画像が色あせて画面が判読できなくなることがよくあります。直射日光下でのTFTディスプレイの視認性と耐久性はますます重要になっています。Reshine Display は長年にわたり、太陽光で読み取り可能な LCD ソリューションを開発してきました。同社は、太陽光で読み取り可能な TFT LCD の複雑さに精通しています。LCD を太陽光で読み取り可能にする方法に入る前に、視認性を定義しましょう。

1. 視認性の確立

視認性とは、視聴者が物体を検出しやすくすること、つまり輝度のコントラストと人間の目の閾値の関係です。その結果、オブジェクトのコントラストが高いほど、視認性が向上します。

2. 直射日光の下でも LCD が見える理由は何ですか?

周囲光が非常に明るい屋外環境で読み取れるようにするには、LCD 画面の明るさがディスプレイ表面から反射される光の強度よりも大きくなければなりません。人間の目で快適に見るには、LCD の明るさが反射光を少なくとも 2.5 倍上回る必要があります。当然のことながら、LCD を太陽光で読み取り可能にするには、明るさを上げるか反射率を下げるかの 2 つのアプローチがあります。

3. 直射日光の当たる場所で液晶が見えるように明るさを上げ

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3.1 LEDバックライトのパワーを上げる

晴れた日の直射日光の当たる周囲の明るさは約6000cd/m2です。タッチスクリーンを備えた一般的なTFT LCDは、周囲光の約14%、つまり約840cd/m2を反射します。最近のほとんどの LCD は、光源として LED バックライトを使用しています。明るい反射太陽光を克服するために、LCDの明るさを800 1000ニットに上げることは難しくありません。その結果、直射日光の下でも読み取れるTFT LCDが完成しました。ただし、この方法では、より多くのバックライトLEDやより高い駆動電流を使用する必要があります。高消費電力、放熱の増加、製品サイズの拡大、LED バックライトの寿命の短さが欠点です。バックライトを増やして直射日光の下でTFT LCDが見えるようにすることは、良い解決策ではありません。TFT LCDディスプレイはこちら

3.2 半透過型LCDを利用する。

反射型TFT LCDは、透過特性と反射特性の両方を備えています。LCDとバックライトの間に、部分的に反射するミラー層が追加されています。この変更により、反射された周囲光の一部が LCD のディスプレイに組み込まれます。一方、光源はTFTディスプレイの明るさを高めます。一方、半透過型 TFT LCD は、透過型照明 LCD よりも高価です。同時に、部分的に反射するミラー層がバックライトの一部を遮断するため、屋内や暗い環境には適していません。

4. 反射率を下げて太陽光の視認性を向上させる TFTディスプレイ

光が反射する原因は何ですか?1 つの透明媒体を通過する光が別の透明媒体との境界に遭遇すると、光の一部が境界から跳ね返ります。フレネル方程式の最も基本的なバージョンを使用して、反射光の量を計算できます。

R=[(n2-n1)/(n2+n1)]2 (n1 と n2 は 1 番目と 2 番目の材料の屈折率です)

この式は、2 つの材料の差が大きいほど、より多くの光が反射されることを明確に示しています。タッチパネル付きTFT液晶は、構造層があることが知られています。光の反射はさまざまな場所で発生します。

2 つの材料が出会うインターフェイス上の反射光の合計は、タッチ パネルを備えた TFT LCD の全反射率です。たとえば、偏光板とディスプレイガラスの屈折率の差は0.1程度と非常に小さいです。その結果、この界面での反射光はわずか0.1%です。フレネルの方程式が示すように、空気界面での反射を減らすことに集中する必要があります。空気の屈折率は1ですが、ガラスの屈折率は1.5です。その結果、反射率は4.5%になります。その結果、3つのエアインターフェースはTFT LCDの反射率の約13%を占めます。

4.1 上面の反射を減らす

反射防止フィルムとアンチグレアフィルムを使用するか、ARコーティングを適用することが、空気とガラスの界面の反射率を減らす最も迅速かつ簡単な方法です。AR特性を備えた外部フィルムは、反射光を低減すると同時に、さらなる利点も提供します。

ガラスの粉々は食品業界では深刻な問題です。この問題は、外部フィルム付きのLCDスクリーンを使用することで簡単に解決できます。自動車用途に関しては、事故が発生した場合、上部の AR フィルムを備えた壊れた LCD は、車両の乗員に害を及ぼす可能性のある鋭利なエッジのガラスを生成することはありません。それにもかかわらず、トップフィルムは常にTFT LCDの表面硬度を低下させます。また、傷がつきやすいです。一方、AR コーティングは LCD の硬度とタッチ性能を維持します。ただし、より高価です。

TFT LCDの最上層反射率は、上記の測定値を使用して23%低減できます。

4.2 周囲光がLCDに入るのを防ぐ

TFTスクリーンの上部に線形偏光子を取り付けることも、反射率に対処するための迅速かつ簡単な方法です。上部偏光子に到達した光の半分だけが通過します。その結果、反射光が半分にカットされます。これは、TFT LCD のコントラストを高め、太陽光でも読みやすくする非常に低コストの方法です。繰り返しになりますが、上部のフィルムはLCDの表面硬度を低下させ、偏光子は透過率を低下させます。それらはあまり良くありません。

4.3 反射光ブロック

TFT LCD に積層された円偏光子は、かなりの量の反射率を排除します。周囲光は円偏光子を通過すると円偏光になるからです。偏光方向は反射時に180度反転します。その結果、反射光が円偏光子に戻ると、見る人の目には何も通過しません。

抵抗

膜式タッチパネルを備えたLCDの場合、この方法は非常に効果的です。抵抗膜式タッチ LCD には、2 つの ITO 層の間に、タッチ パネルと LCD ディスプレイの間に 2 つのエア ギャップがあることはすでにわかっています。2つのエアギャップによる反射は非常に強いです。円偏光子を使用して反射光の大部分を遮断し、LCD ディスプレイを太陽光で読み取り可能にします。

このようなソリューションのコストは欠点です。液晶上部には円偏光子と遅延フィルムの両方が必要なため、液晶内部からの光が外部円偏光子によって遮られないようにする必要があります。

4.4 エアギャップ反射率の低減

太陽光の可読性が悪い主な原因は、エアギャップの反射です。これは 2 つの方法で改善できます。両方の内部エアギャップインターフェースにARフィルムを適用します。アドオンは、この領域の反射を8.5%から2%に減らすことができます。また、AR フィルムは風雨にさらされないため、屋外で使用されるフィルムよりもはるかに安価です。エアギャップを維持することで、タッチパネルまたはLCDの1つを修理する必要がある場合の保守も容易になります。

オプティカルボンディングを使用してエアギャップをなくすことが最も効果的な方法です。平たく言えば、エアギャップを特殊な光学接着剤で埋めて、その領域の屈折率の違いを滑らかにします。その結果、内部のエアギャップによる反射率は8.5%から0.5%に減少します。オプティカルボンディングは、TFT LCDの太陽光での可読性を向上させるためのコストはかかりますが効果的な方法です。耐久性と耐衝撃性が向上します。さらに、エアギャップがないということは、結露や曇りがないことを意味します。

5. まとめ

TFT LCD を太陽光で読み取り可能にする方法は数多くあります。それらにはすべて長所と短所があります。Topway は 20 年以上の LCD 設計と製造の経験があり、困難な環境に最適な太陽光で読み取り可能な TFT LCD を作成する方法を知っています。メッセージをお送りいただければ、お客様のプロジェクトに適した太陽光で読み取り可能な TFT LCD の開発を開始します。