TFT液晶のアクティブマトリックスとは?TFT種類は?

液晶

液晶ディスプレイがテレビやパソコン、スマホに広く利用されています。それらの液晶の種類としては、IPS、VA、TNなどの用語を聞くことが多いですが、TFT液晶という用語を聞くこともあります。TFT液晶とは何でしょうか?以下に紹介します。

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TFT液晶とは?

IPS、VA、TNとは「液晶モード」から見た液晶のタイプのことです。IPS、VA、TNでそれぞれ異なるタイプの液晶分子を使用しており、それらの分子の空間的な配列や電圧をON/OFFした時に動きも異なります。

TFTとは薄膜トランジスタ Thin Film Transistor の略号で、TFTを搭載した液晶ディスプレイのことをTFT液晶と呼んでいます。つまり、液晶モードのからの分類と観点が異なっており、IPSモードのTFT液晶ということもあり得るわけです。

実際、最新の高精細なテレビやパソコン、スマホに搭載されている液晶のモードは、IPS、VA、TNであり、TFT液晶でもあります。

TFTはスイッチング素子で、その機能については次項で解説します。

TFT液晶のアクティブマトリックスとは?

液晶ディスプレイは、「ドットマトリックス方式」のディスプレイで、多くの画素から形成されています。それぞれの画素の明暗を調節して画像を表示する仕組みです。

「ドットマトリックス方式」のディスプレイには、パッシブマトリックス駆動のものがあります。行方向と列方向に電極を配置し、「〇行▽列」の画素を制御するために対応する電極に電圧を印加します。この方法は、画素数が少なく、高速の動画表示をしない場合は良いのですが、テレビのよう毎秒60コマ以上の高精細な画像を表示をしようとすると無理があります。所定の時間内に順次画素を走査して画像を作りますので、1画素に電圧をかけていられる時間が短くなり、コントラストが低下してしまうためです。

パッシブマトリックス駆動の弱点を克服するために生まれたのがアクティブマトリックス駆動で、各画素にTFTを設置します。このTFTがスイッチング素子として機能し、各画素を走査する際の電圧印加時間が短くなっても、より長い時間画素に電圧が印加されるように制御できます。

TFTを使ったアクティブマトリックス駆動により、フルハイビジョン、4K、8Kなどの高精細なディスプレイによる動画表示が可能になるわけです。

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液晶のTFTの種類は?a-Si、LTPS、IGZO

テレビやパソコン、スマホなどに使用されている液晶ディスプレイのTFTは、アモルファスシリコン(a-Si)、低温ポリシリコン(LTPS)、酸化物半導体(その内の主要なものがIGZO)です。

アモルファスシリコン(a-Si)は、電子移動度が<1 cm2/Vs、リーク電流は少なく、もっとも量産性優れています。そのため、大型のテレビ用液晶などは主にa-Si TFTを使っています。 低温ポリシリコン(LTPS)は、電子移動度が30-100 cm2/Vs、リーク電流は多く、均一で大型の液晶パネルを作るのは難しいという特徴があります。そのため、主にスマホ用などの中小型液晶に使用されています。 酸化物半導体(主にIGZO)は、電子移動度が10-30 cm2/Vs、リーク電流は非常に少なく、大型の液晶パネルにも適用できるポテンシャルはありますが、現状では中小型の液晶を中心に製品化されています。 TFTは液晶だけでなく、有機ELにも利用されます。有機ELではフレキシブルなポリイミド基板などが導入され始めていますが、その際に重要となるのがTFTを基板に形成するためのプロセス温度です。プロセス温度と基板の関係については別の記事で紹介します。

まとめ

液晶のTFTとアクティブマトリックス駆動などについて紹介しました。液晶には多くの部材が使用されており、それらの特性によってディスプレイとしての性能が変わるだけではなく、製造効率にも大きな影響を及ぼします。それが最終的には製品の価格や企業の利益に影響します。

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