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液晶パネル(TFT液晶)の駆動方式

まず液晶パネルが色表現できる基本原理を説明します。液晶分子に電圧をかけることで液晶分子は向きを変え、バックライトの光量を調整し、色彩を変化させます。この原理が色表現です。ですから、黒色の表現は光を完全にシャットアウトすることで表現します。この電圧をかける方法として、現在ではTFT液晶が採用されています。TFT液晶では、駆動方式の違いでTN方式、VA方式、IPS方式などのタイプ別があります。

TFT液晶の解説見る角度によって色合いが変化してしまう「色度変移」。TN方式とIPS方式では、その違いが一目瞭然。
TN方式、VA方式、IPS方式については後述する。

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TFT液晶とは

液晶モニタの黎明期では「単純マトリックス方式」の製品でしたが、すでに「アクティブ マトリックス方式」であるTFT(Thin Film Transistor)液晶へと完全移行しています。TFTとは薄膜トランジスタのことをいいます。スペック表記に「TFT液晶」と記載されていたら、現在では当たり前だと理解して構いません。

アクティブ マトリックス方式とは

TFT液晶ではアクティブ マトリックス方式によって、ディスプレイを駆動しています。アクティブ マトリックス方式では、液晶の画素ごとにトランジスタが備わっていて、画素1つずつに電圧制御できます。画素1つずつに制御できるため、均一でムラのない色表現ができます。旧方式である「単純マトリックス方式」と比べて応答速度が速く、コントラスト比が高くなり、これによって液晶モニタのクオリティが向上しました。

アクティブ マトリックス方式の液晶モニタは、この「画素1つずつにトランジスタ」という複雑な構造のため、かつては高級品であり、「1インチにつき1万円」の時代もありました。しかし現在では普及に伴い安価になっており、TFT液晶は当たり前の存在になっています。

アクティブ マトリックス方式を用いたTFT液晶ですが、さらに細分化すると駆動方式や液晶分子の配列によっていくつかタイプがあります。後述しますが、そのタイプとは、TN方式(Twisted Nematic Liquid Crystal)、VA方式(Virtical Alignment)、IPS方式(In Plane Switching)です。

旧方式である「単純マトリックス方式」とは

液晶モニタの黎明期を知っている方はわかると思いますが、初期の液晶モニタは発色が悪く、地味な色表現でした。これは単純マトリックス方式(シンプル マトリックス方式 )だったためです。単純マトリックス方式は、縦軸と横軸(X軸とY軸)の2方向に導線を張り巡らせ、その2方向から電圧をかけます。そしてX軸とY軸の交点にある画素を制御します。

交点で制御するという仕組みなので、電圧をかけた画素の周辺にも電圧の影響を受けてしまいます。これによって表示ムラが発生します。単純マトリックス方式は、シンプル構造で安価ですが、応答速度が遅く、視野角が狭く、真正面以外は非常に見づらいなどのデメリットがあります。今は姿を消したと思われます。

TN方式(Twisted Nematic Liquid Crystal)

別名、ねじれネマティック液晶。安価なエントリーモデルで最も採用されている方式。生産技術が確立しており普及率も高いため、比較的安価に購入できる。応答速度が速く、スポーツ観戦やゲーム用には有利。 そして、発光効率が高く低消費電力なのがメリット。 しかし、見る角度によって色合いが変化してしまう「色度変移」が顕著で、視野角ではVA方式やIPS方式に劣る。色再現性はあまり良くない。

TN方式の液晶モニタTNパネルのモニタ(LG-E2360)。視野角は明らかに狭く、すぐにグレーっぽくなる。ただ、真正面から見るなら問題にならない。あまり大画面になるようなら、色度変移がはっきりわかってしまう。

TNパネルの例
格安ノート製品ではほとんどがTNパネル。下からだと色が反転、上からだと青白く飛ぶ傾向にある。左右からなら比較的マシであるが、極端な角度では暗くなる。複数人で動画を見るなど、様々な角度からの視聴となると、TNパネルはオススメできない。

TNパネルの視野角の狭さ
モニタアームを付けたときなど、ピボットの縦位置利用ではTNパネルは不利。(横長の横置きのとき)上下の視野角が特に狭いが、これを縦位置にすると左右の視野角が狭いことになる。少し顔を動かしただけでも、色合いが変わるので作業がしにくい。縦位置なら、多方向からの視野角が広いIPSパネルがお勧め。

VA方式(Virtical Alignment)

TN方式よりも視野角・応答速度・色再現性が良い。しかしIPS方式と比べると視野角が狭く、色度変移で劣る。補正技術の進歩で広視野角の製品もあり、高品質なテレビやパソコンモニタに採用されている。 「視野角・色再現性・応答速度ではTN方式よりも優れるが、視野角・色再現性ではIPS方式には劣る」といったポジション。コントラストのしまりはどの方式よりもいいので、メリハリのある画質を楽しめる。

VA方式の液晶モニタVAパネルのモニタ(DELL S2240t)。TNパネルよりも明らかに視野角は広い。ただしIPSパネルほどではないとされる。なお、VA方式の進化系には次のようなものがある。

AMVA(Advanced Multidomain Vertical Alignment )

AUO (BenQグループ)社の開発であり、富士通のMVA 技術を進化させたもの。視野角が大幅に改善されている。

IPS方式(In Plane Switching)

IPS方式はTFT液晶の中で視野角が最も広く、色度変移が少ない。そのためDTP分野や医療用などシビアな色表現を求める業界で好まれ、高級テレビにも採用されている。 他の方式モニタと比べると高価である。バックライトの透過率が低いのでコントラスト比では他の方式より不利であるが、専用回路で補正してカバーしている製品もある。また、一般的には応答速度が遅いが、オーバードライブでカバーしている製品もある。

IPS方式の液晶モニタIPSパネルなら、上下からの視野にも良好。ほとんど色度変移が感じられない。(写真:DELL U2713hm)

DELL XPS 13-9360-IPS方式IPSパネルのディスプレイを搭載したハイエンド・ノート製品。(DELL XPS 13-9360)

タブレット-IPS方式コンバーチブル(2-in-1)ノートやタブレットPCでは、IPSパネルがよく採用される。
写真:DELL Inspiron 13 2 in 1(7347)と、Venue 8 7000シリーズ(7840)

IPSパネルの進化版として、Hydis社が特許取得したAFFS (Advanced Fringe Field Switching)の技術を用いた各バリエーション型の液晶パネルがある。※昔はFFS方式と呼ばれていた技術。 液晶分子に横電界をかけて駆動する原理は通常のIPSパネルと同じだが、電極形状や配置が改良されており、一般的なIPSパネルにみられる透過率の低さを改善している。 さらに省電力性が高められている。

具体的には、以下の様な進化版(バリエーション)がある。

AH-IPS 【Advanced High Performance - IPS 】

AH-IPSパネルのDELL U2913WMAH-IPSパネルはLG社の開発。(写真:DELL U2913WM 29インチ ウルトラ ワイドモニタ )

ADS(Advanced super Dimension Switch)

DIOS-MF271XDB-ADS方式I-O DATA製品で見られるADSパネル。(写真:I-O DATAのDIOS-MF271XDB)

AHVA(Advanced Hyper-Viewing Angle)

BenQのGW2765HT-AHVAパネルAHVAパネルは、AUO(BenQグループの液晶パネル製造会社)の開発。写真はBenQのGW2765HT。

PLS(Plane to Line Switching)

サムスン社の開発

IPS-PRO

日立社の開発

各方式のメリット・デメリット

TN方式、VA方式、IPS方式のメリット・デメリットをまとめてみました。これは一般論ですので、製品によってデメリットを技術でカバーしている工夫も見られます。安価なモニタはほとんどがTN式、わりとプロ向けとされるのがIPS式です。TN式とIPS式のクオリティの差は歴然としているので、個人的には価格も落ち着いてきたIPS式がお勧めです。※なお、特徴として従来のことを書いていますが、とくにIPSのデメリットはだいぶ払拭されています。

TN

TN方式:選択のポイント

応答速度を高めやすいため、高速タイプのモデルが多く、低予算でゲーム用モニタを探すなら多くの選択肢がある。斜め角度からの映画・テレビ視聴に不向き。

メリット

  • 応答速度が速い。(ただし、G to Gはさほど速くない)
  • 普及しており、かなり安価。
  • 発光効率が高く、低消費電力。

デメリット

  • 視野角が狭く、色度変移が大きい。
VA

VA方式:選択のポイント

メリハリのある映像なので写真加工に向くし、応答速度も良いので動画用にもいい。TNとIPSの中間要素なので、ある意味「バランス型」と言えます。

メリット

  • 視野角・応答速度・色再現性がTNよりも良好。(視野角・色再現性ではIPSよりは劣る)
  • どの液晶よりも高いコントラスト性能

デメリット

  • IPSよりも視野角が狭く、色度変移が大きい
    ※配向分割法との組み合わせで広視野角を実現しているものもある
IPS

IPS方式:選択のポイント

色再現性の良さ、色度変移の少なさから、色にシビアなプロ仕様に向く。静止画にとことん拘るならIPSが最高。ただし、応答速度が高くしづらいので、ゲームや動画用途にするならオーバードライブなど技術的に対応した製品を選ぶべき。また、スパークリングが出やすく、ギラついた現象があるので、製品によってどう抑えているのかも注目したほうがいい。、スパークリングが気になるならVAを選ぶのも手段。

メリット

  • 視野角が最も広い
  • 色度変移が少ない
  • 色再現性が良い

デメリット

  • 構造上、バックライトの透過率が低いため、コントラストを高めにくい
  • 応答速度が遅い
  • 比較的高価である

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