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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。

※補足:TFT形式ではアモルファス半導体が用いられますが、従来と異なる材料で構成されたアモルファス半導体を利用したIGZO(イグゾー)パネルがあります。パソコンメーカーではIPSパネルで括ってしまう場合が見られますが、それはナンセンス。IGZOについては別ページで解説。

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。

BOEテクノロジー製のTN液晶パネル【BOE0802】

視野角が狭いTNパネルなので視野角が狭い。変則的な姿勢で利用することが多いユーザーだと、この視野角は辛い。また普段、IPSパネルに慣れていると、改めて不便を感じてしまうことも。

まさにTNパネルパネルの反射光をカットした状況(つまり暗闇環境)での視野角。上からは青白く、下からは色反転。まさにTNパネルの特徴通り。

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。

VA方式に属する、各社独自の駆動方式

VAファミリー液晶パネルメーカーが各社で独自の駆動方式を開発しているが、VA方式に属する進化版(バリエーション)に「ASV、HVA、MVA、PVA、UV2A」などがある。

ASV / UV2A(シャープ)、MVA(富士通)、AMVA-Advanced Multidomain Vertical Alignmentは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方式に属する、各社独自の駆動方式

IPS方式に属する液晶パネルメーカーが各社で独自の駆動方式を開発しているが、IPS方式に属する進化版(バリエーション)に「AAS、ADS、AHVA、FFS、PLS、SFT」などがある。

そもそも、IPS(In Plane Switching)方式は1996年に日立が開発し、商標登録したものであり、後にジャパンディスプレイが引き継いだ。ゆえに他社が開発したバリエーションをIPSというのには語弊があるが、「IPSを参考にした、または改良した」という点でIPSファミリーとしている。

AAS (Azimuthal Anchoring Switching)

台湾の奇美電子(Chimei / チーメイ電子)が開発。チーメイ電子は台湾フォックスコングループに買収され、現在では「イノラックス」と呼ばれている。

PLS (Plane to Line Switching)

サムスン社が開発した方式。さらに改良されSuper PLSなるものがある。

AHVA (Advanced Hyper-Viewing Angle)

AU Optronics(BenQグループ)の液晶パネル製造会社)が開発した方式。このメーカーは1996年に設立された達碁科技(Acerの子会社)が2001年に聯友光電と合併してAUOになった。

ADS (Advanced super Dimension Switch)

BOEテクノロジーグループ(京東方科技集団)が開発。BOEは過去にハイニックスの液晶ディスプレイ部門を買収しており、世界大手の液晶パネルメーカー。

自社製品での採用が多いI-O DATAのサイトでは、次のように説明されている。「上下・左右178°の広視野角で、IPS(IN Plane Switching)方式同様、性能バランスに優れた液晶パネルです。ADSパネルは、液晶分子の駆動方向が水平方向のため、見る位置や角度が変わってもバックライトの透過量が変化しにくいため広い視野角となります。また、視野角が広いので、見る位置や角度による色やコントラストの変化が少なく、どこから見ても映像を鮮明に映し出します。 またADSパネルは、日本国内の液晶テレビにも多く採用されているパネルです。 」

AH-IPS (Advanced High Performance - IPS)

LG Philips(LGエレクトロニクス製)の開発。 このベメーカーは2014年に液晶パネル世界シェア1位となった経歴がある。LGとは前身であった金星社(Lucky-Goldstar)の略。

FFS (Fringe Field Switching)

Hydis社が特許取得したAFFS (Advanced Fringe Field Switching)。昔は単にFFS方式と呼ばれていた。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。

IPS方式に属するパネルを搭載した、当サイトのレビュー実機例

当サイトのレビュー活動において遭遇した、IPSファミリーのパネルを採用した製品画像を掲載する。広視野角か否かの判断はできるが、さすがにバリエーションまでは判断できない。パネルの品番を調べられるアプリでチェックしている。

AASパネルの搭載例

Inspiron 13 7000 2-in-1 (7391)で搭載されていたAASDELL Inspiron 13 7000 2-in-1 (7391)で搭載されていた液晶パネルは奇美電子(チーメイ電子)のCMN1385。駆動方式が「AAS」とある。

AASの実機例反射光の影響がない状態(つまり映り込みしない暗闇環境)での視野角チェック。

ADSパネルの搭載例

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パネルの搭載例

BenQのGW2765HT-AHVAパネルAHVAパネルを搭載するBenQのGW2765HT

AH-IPSパネルの搭載例

AH-IPSパネルのDELL U2913WMAH-IPSパネルを搭載するDELL U2913WM 29インチ ウルトラ ワイドモニタ )

まとめ~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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DELLは、「顧客満足度調査 2019-2020年 ノートPC部門2年連続1位」  ※出典-日経コンピュータ 2019年8月22日号 顧客満足度調査より

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