TFT液晶の仕組み・原理をやさしく解説

TFT液晶は、現在国内で販売されているスマートフォンで最も多く使われている液晶ディスプレイ。もちろん、スマホ以外にもパソコンやテレビなどにも採用されています。

ただ、一言でTFT液晶と言っても、液晶内の分子の駆動方法によってさらに種類が細分化されており、それぞれに特徴が異なります。そこで、ここではTFT液晶の仕組みや、種類ごとの特徴を詳しく解説します。TFT液晶について詳しく知っておくと、用途や目的に合った液晶選びができるようになります。

 

液晶ディスプレイの仕組み

TFT液晶とはどんなものかを知る前に、まずは「液晶ディスプレイ」そのものの仕組みについて簡単に知っておきましょう。液晶の中に含まれる液晶分子は、以下の特徴があります。

液晶の特徴

  • 角度によって光学的な性質が異なる
  • 電圧をかけると液晶分子の向きが変わる

 

液晶ディスプレイの基本構造は以下の通り。

液晶ディスプレイの仕組み

 

液晶に電圧をかけて液晶分子の動きを操作し、バックライトからの光を偏光板と液晶分子の動きとの組み合わせで、透過量をコントロールするという仕組みです。

また、透過量のコントロールだけでは白・黒・グレーの表現しかできないので、赤・青・緑のカラーフィルムを重ねることによって、様々な色を表現しています。

 

TFT液晶は電圧コントロールにTFTを使う

TFTというのは、「Thin Film Transistor」の略で、直訳すると「薄膜トランジスタ」。トランジスタというのは電気の流れをコントロールする部品のことなので、TFTをそのまま説明するなら「とても薄い膜でできた電流スイッチ」です。

または「めちゃくちゃ小さい電流スイッチ」と言い換えてもOK。TFT液晶では画素(1ドット)一つずつにTFTが使われているので、画素ごとに独立して電圧コントロールをすることができます。

TFT液晶は電圧コントロールにTFTを使う

 

その結果、色や明暗をより細かく表現することができるというわけですね。このように、画素1つごとに電圧コントロールができる表示方式を「アクティブマトリックス方式」と呼びます。

 

TFT液晶の種類

一言でTFT液晶と言っても、TFT液晶はさらに3つの型に分類されています。それが「TN型」「VA型」「IPS型」。同じTFT液晶でもそれぞれに液体分子の配列や駆動方法などが異なるため、応答速度や視野角に違いがあります。

応答速度

画面上の色が変化する時、次の色に切り替わるまでにかかる速度。応答速度が遅いと、残像が残りやすくなります。

視野角

ディスプレイを正面以外から見た時に、表示がきちんと見える角度です。視野角が狭いと、斜めから画面を見た時に、画面が黒っぽくなってしまいきちんと見えません。

 

TN(Twisted Nematic)型のディスプレイ

TNというのは「Twisted Nematic」の略で、「ねじれたネマチック」という意味になります。

ネマチックというのは、「液晶分子が一方方向には揃っているけど対称ではない状態」です。TN型の場合、一列に並んだ分子が、螺旋状にねじれていると言い換えたほうがわかりやすいですね。

電圧がOFFの時は液晶分子がねじれた状態で一列に並んでいるため、光の角度もねじれて、角度が90度違う偏光板を光が通り抜けて「白」に。

電圧がONのときは液晶分子が偏光板に対して垂直になり、光の向きが変わらず偏光板を通らないので「黒」になります。

TN型

 

TN型液晶はコストが安く、発光効率が良い(=消費電力が少ない)ので、TFT液晶の中でも特にスマホなどの携帯機器に多く使われています。応答速度が速いのも特徴の一つ。

しかし弱点として、色の再現性が低い上に視野角が狭いので、テレビやパソコン、ハイエンドのスマホなどではあまり使われていません。

 

VA(Virtical Alignment)型のディスプレイ

VAとは「Virtical Alignment」の略で、「垂直で一直線に並んでいる」という意味です。

その名の通り、VA型では電圧がOFFの時には液晶分子が偏光板に対して垂直に並び光を遮断するので画面は「黒」、電圧がONのときには分子が平行に並び「白」を表現。

 

VA型最大の特徴は、電圧がOFFの時には完全にバックライトを遮断できるので、TN方式に比べるとよりはっきりとしたコントラストが表現できる点です。

TN型と同じく視野角が狭いという弱点がありますが、VA型では液晶分子を「マルチドメイン」という技術を組み合わせることにより、視野角の狭さをカバーすることもできます。

 

IN Plane SwitchingIPS型のディスプレイ

IPSとは「In Plane Switching」の略で、「水平に切り替わる」という意味があります。

IPS方式では液晶分子がTN型やVA型のように偏光板に対して垂直には動かず、水平方向にのみ動かして光の透過量を調整する方式です。

電圧がOFFのときは偏光板の出入り口に対して90度の角度に位置するため、光を透過させず「黒」、ONのときには分子が90度水平に回転して「白」を表現。

TN型

 

TN型やVA型に比べると圧倒的に視野角が広いので、様々な角度から見ることの多いテレビに向いています。

また、色の再現性が高いため、よりシビアな色のグラフィック編集が求められる用途(グラフィックデザインなど)に最適。

ただし完全にバックライトを遮断することができないので、はっきりとしたコントラストが出にくいという点と、TN型に比べると応答速度が遅い点がデメリット。コストも高いです。

 

TFT液晶ディスプレイの解説まとめ

TFT液晶には主に3つの種類があり、それぞれに特徴が異なります。ここでは大まかな特徴について紹介していきましたが、実際にはIPS型でも応答速度が速いものや、VA型で視野角が広いものもあるので、一概に「応答速度が速いのがいいならTN型、視野角が広いのがいいならIPS型」などとは言えません。

ただ事前にある程度の特徴が頭に入っていれば、より自分の目的や用途にぴったりなものが選べるでしょう。

ディスプレイなんてこだわらないっていう人でも、一度じっくりと液晶の違いを見比べてみてみると、パソコンやテレビで価格が安かったり、高い意味がわかるでしょう。

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