- 画面は電子信号を画像に変換する
- ピクセル単位で構成されており、色情報と明るさの情報を表示する
- ディスプレイ技術にはCRTやLCD、OLEDなどさまざまな種類が存在する
- それぞれの技術は光源方式およびピクセル制御の原理に違いがある
- デジタル信号をアナログに変換して視覚情報を提供する
画面の動作原理
- 画面は電子信号を受け取り、視覚的な画像に変換する
- ディスプレイは数千から数百万個のピクセルで構成されており、各ピクセルがRGB（赤、緑、青）の組み合わせで多様な色を表現する
- 過去のCRTは電子銃を使って蛍光物質を刺激する方式で画像を表示した
- LCDやOLEDのような最新ディスプレイは、それぞれ液晶分子と自発光ピクセルを活用する
- LCDにはバックライトが必要で、OLEDは各ピクセルが自ら発光する
ピクセルと信号処理
- 画像は画面の座標（行、列）ごとにピクセル信号が伝達される
- ピクセルは入力されたデジタル信号に応じて色と明るさを決定する
- コンピューターやスマートフォン内部のグラフィックチップセットが画面フォーマットに合わせて信号を生成する
ディスプレイの種類と違い
- CRT: 大きな筐体と高い消費電力を持つが、応答速度が速い
- LCD: 薄型で消費電力が低いのが強みで、光源とフィルターを使用する
- OLED: さらに薄く、高コントラストを実現できる。各ピクセルが直接発光する
要約
- 画面は複雑な信号変換プロセスとピクセル制御技術によって画像を実現する
- さまざまなディスプレイ方式によって、実現原理や長所・短所が異なる
- すべてのプロセスは最終的に電子信号を視覚情報として表示することを目的としている
1件のコメント
Hacker Newsの意見
この記事には技術的に曖昧に流せてしまう文がいくつかあるが、厳密には正しくなく、誤解を招きそうだと思う
IPS(PLS)とVAが昔のTNとどう違うのかに触れていたのは良かった
ただし、やはりLCDとOLEDはいずれも概ねライン単位で（例: OLEDではGIPで内部トランジスタのオフセット電圧補正に5クロック程度使う）セルの保持電圧を更新する
個人的にはOLEDの
circular polarizerへの言及がなかったのが惜しかったQuantum Dot OLEDではカラーフィルターへ移行しているが、mobile OLED機器で黒が強烈に表現される理由はcircular polarizerにある
また、モバイルOLEDの主流である
pentile RGGBサブピクセルパターンにも触れられていなかった（これは50%以上の機器で使われている）最近では輝度向上と電流密度低減のため
tandemスタック型OLEDへ進化しているが、平面くさび型の(lateral)サブピクセルパターンではないアクティブマトリクス（およびパッシブマトリクス）ディスプレイの大きな特徴は、m x nディスプレイでピクセルにアクセスするのに必要な信号線がm+n本だけで済むことだ
特定ピクセルの色を変えるとき、そのピクセルの行と列に対応するラインへ信号が送られて選択され、別のラインで実際の値が伝えられる
この構造ではすべてのピクセルを同時に制御することは不可能で、もしそうしようとすると数百万本の制御線が必要になる
最初に紹介されたダイアグラム自体も十分で明快だった
画像をズームイン・ズームアウトするときの「ポッ」「ピッ」という音も、プチプチのおもちゃを触るようで楽しかった
右側の定規には音まで付いている
本当に素晴らしいページだと思う
そしてランディングページ https://www.makingsoftware.com/ も次々に新しいものを見せてくれる
本当にきれいに仕上がった成果物だ
Danが全学年の理科・数学教科書を書いたら、学業に苦労する学生たちにとってもっと良い世界になるだろうと感じた
非常に才能のあるコミュニケーターだ
Bartosz Ciechanowskiの素晴らしい仕事を思い出した
https://ciechanow.ski/archives/
私も祝福と感謝を付け加えたい
準専門家でも簡単に理解できる明快なグラフィックと説明は、強力な教育プラットフォームだ
本当に素晴らしいプロジェクトだと思う
著者の成功を祈る
ものすごく久しぶりにニュースレターを購読した
CRTディスプレイは本当に、アナログ技術の中でもデジタルの後継機よりずっとかっこいい存在だった
モニターの中に本物のレールガン、つまり粒子加速器が入っていて、私が見ている画像を作り出している
各ピクセルごとにトランジスタとコンデンサが直接ピクセル状態を保持する方式は、製造プロセスそのものが魔法のように思えた
かつてLCDではデッドピクセルが大きな問題だったが、もう20年以上ほとんどそうした問題を記憶していない
CRTは今でも少し魔法のような機器だ
画像が実際に存在しているわけではなく、完全な錯覚なのだ
人間の目が電子の速度で動作するなら、とてつもなく明るい点が絶えずラスターパターンを描いているのが見えるだろう
"The Slow Mo Guys"のYouTube動画で実際にその様子を見ることができる
https://youtu.be/3BJU2drrtCM?t=190
そのスローモーション映像は少し誤解を招くかもしれない
実際にはCRTの蛍光体はしばらく発光し続けるので、画像のかなりの部分は常に見えている
その動画は明るすぎる部分に露出を合わせたため、残りが暗く見えているのが問題だ
ピクセルや蛍光体にはある程度の残光があるので、完全な錯覚と言うのは難しい
結局のところ人間の視覚がフレーム単位で画像を統合して認識している
そこにはインターレース方式もある
最近読んだ面白い話では、年を取るほど「統合フレームレート」が下がるというものだったが、本当かどうかは分からない
テレビが初めて登場した当時、テレビとカメラのスキャンビームが全国的に完全同期していると知ったとき、本当にすごいと思った
カメラが私のテレビを直接制御しているように感じた
個人的にCRTで最も不思議なのはカラー表現だ
シャドウマスクの構造が今でもちゃんと理解できていない
3つの電子銃それぞれに対応した穴があり、各電子銃から出るビームがどうにかしてぴったり対応する蛍光体ドットだけを叩く
しかもビームがコイルで屈折されても、3つの電子銃のビームが互いに影響しないのが不思議だ
「これは錯覚だ」と言っていたが、実際には視覚そのものも本質的に錯覚だ
CRTに対して「ピクセル」や「サブピクセル」という用語を使うことには異議がある
CRTが実際に出力しているのは「ピクセル」ではなく「走査線」だ
各ラインはアナログ信号として連続的に電圧が変化し、その結果、解像度はDACの性能とCRT内部ハードウェアに依存する
そしてこの「ピクセル」という概念と、実際の蛍光体ドット（カラードット）の間には1対1の対応関係がない
デジタルRGB信号もCRT内では厳密にはデジタルではない
各色チャンネルごとにオンオフの電圧を指定するだけで、完全に「デジタル」に動作しているわけではない（インテンシティピンが別にあることもある）
電子銃も瞬間的に無限の速さで応答するわけではない
本当に大衆的なデジタルディスプレイは、LCDとDVI、HDMIの時代になって初めて可能になった
アナログHD CRTでさえ、そうしたデジタル信号を受け入れられる
VGAポートがあったのでそのモデルを選び、640x480解像度対応と宣伝されていた
実際にはコンピューターで848x480解像度を選べて、完璧に動作したのでとてもうれしかった
当時はその程度の解像度でもウェブを十分に使えた
最初、私はこの記事が端末プログラムの
screen（ターミナルマルチプレクサー）の話だと思った私もほぼ五分五分で迷った
でもscreenのソースコードはかなり読みやすく、Unixコードにしてはコメントも親切だった
関数名も実際に意味を把握できるようになっている
私も同じように読んだ
机の上に実体顕微鏡があるので、Pixel 9を100倍（10x接眼レンズ x 10x対物レンズ）で観察してみた
頭を少し動かすと画像は網膜の上で動き、青はより速く動き、赤はほとんどそのままで、緑はその中間くらいの動きを見せる
LCDはスペック上では欠点が多く見えるが、実際には最新のテレビ向けLCD技術はかなり優秀な水準にある
まもなくRGB LEDバックライトとWHVA+パネルを組み合わせれば、IPSに匹敵する広視野角、95%以上のREC 2020色域、1-2msの応答時間も実現できるだろう
りん光ブルーOLEDは既存のOLEDディスプレイのエネルギー消費を20〜30%減らしてくれるはずだ
とはいえ、この技術がスマートフォンや大衆機器に大量適用されるまでには、まだ道のりが遠そうだ
一般に、技術は置き換えられる時期に最も性能が良くなる傾向がある
真空管、CRT、光ディスク、フィルムなども同じだった
むしろ新世代の初期技術より、既存の完成された技術の方が多くの面で優れていたこともあった
しかしOLEDは実際に重要な点で利点が多すぎる
はるかに低い消費電力、バックライト不要によるより薄く軽い構造などだ
そうした革新も結局、LCDの根本的な欠点である低コントラスト比と相対的に高い消費電力にはあまり効かない
バックライト方式の構造的限界により、自発光ディスプレイと比べるとこの点は常に弱点だ
拡大鏡をLCDの上に当てれば、サブピクセルパターンを直接見ることができる
何十年も前には、LCDカラーフィルターを直接生産する巨大な機械の研究に参加したことがある
図が本当に印象的なほど上手に描かれている
どんなツールを使ったのか気になって著者にメールを送ったが、まだ返事はもらえていない
「図はFigmaで直接手作業で描いています。特別な秘訣はなく、見た目どおりに複雑な作業をしています」と案内されている