スマートフォン、タブレット、テレビ、コンピューターモニターなど、メーカーは常に自社製品のディスプレイが他社製品よりも優れているとアピールしようとしています。その過程で、Super AMOLED、PenTile、LED、IPS、Super-IPSといった、耳障りな頭字語や技術用語を次々と使ってきます。こうした誇大広告の中には、新技術を正当に表現したものもあれば、ちょっとした改良のためのマーケティング用語に過ぎないものもあります。このガイドは、デジタルディスプレイ技術の仕組みと、主要な用語の意味をより深く理解するのに役立ちます。
根本的には、状況は想像以上にシンプルです。デジタルディスプレイは、LCD、OLED、プラズマの3種類しか見られない可能性が高いでしょう。ここでは、最も一般的でない種類から最も一般的となる種類まで順に解説していきます。
この記事は簡単な入門書であることをご承知おきください。一見複雑に思えるかもしれませんが、ここでの解説はほんの表面的なものです。購入する製品について十分な情報に基づいた判断を下せるようになるまでにはなりますが、デジタルディスプレイにはここで紹介した基本的な内容以外にも、実に多くの要素が関わってきます。
プラズマ
最近ではプラズマ ディスプレイは非常に大型の HDTV やデジタル サイネージでのみ見かけるようになり、そうした状況でも LCD がプラズマに取って代わり始めています。プラズマ ディスプレイはコントラストが優れており、白は明るく黒は暗くなっています。色の再現性も非常に高く、視野角も素晴らしい (横から見ても色や明るさがあまり変化しない) ため、スポーツ バーなどの公共の場所に最適です。また、非常に大きなサイズでも比較的安価に製造できます。かつては 50 インチのプラズマ HDTV と同サイズの LCD との間に大きな価格差がありましたが、現在ではその価格差はほぼなくなりました。さらに、プラズマ ディスプレイは応答時間が速い (つまり、ピクセルの色を素早く変更できる) ため、モーション ブラーが少なくなります。
残念ながら、プラズマには小型デバイスへの搭載を阻む欠点がいくつかあります。プラズマ画面は厚すぎて重く、消費電力も大きいため、スマートフォンやタブレットではうまく動作しません。また、小さなプラズマ画面に多くのピクセルを詰め込むのは難しいため、小型デバイスでは解像度が低くなってしまいます。さらに、この技術はピクセル間に目立つ隙間を生み出し、恐ろしい「スクリーンドア効果」を引き起こす可能性があります。大型テレビから3メートルほど離れた場所からでは見えませんが、ノートパソコンやPCのモニターでは目立ってしまうのです。
仕組み：プラズマディスプレイは、キセノンガスとネオンガスを充填した数百万個の微小セルで構成され、2枚のガラス板の間に挟まれています。すべてのセルの下には電極線が走り、その上には垂直の電極線が走っており、基本的なグリッドを形成しています。プラズマディスプレイのコントローラーは、点灯させるセルの上下の電極に充電を行い、セル内のガスに電流が流れることでセルが光ります。多くの点で、プラズマディスプレイの仕組みは小さな蛍光灯と似ています。コントローラーは、目には見えないほどの一瞬で、セルを順番に点灯させます。
ガスが放出する光は実際には紫外線スペクトルに属し、人間の目には見えませんが、各セルは赤、緑、青のいずれかの色の蛍光体でコーティングされています。蛍光体は紫外線に励起され、可視光を発します。
簡単に言うと、プラズマディスプレイには、赤、緑、青の小さなサブピクセルで構成されたピクセルがあり、小さな蛍光灯のように機能します。電荷がガスを励起し、蛍光体を発光させます。そして、この現象は毎秒数百万回繰り返されます。
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有機EL
有機EL製品は、（少なくとも民生用デバイスにおいては）最新のデジタルディスプレイ技術です。OLEDディスプレイはAMOLEDという名称で販売されていることが多いですが、「AM」は「アクティブマトリクス」の略です。この用語は、ピクセルのアドレス指定方法、つまりディスプレイコントローラが各サブピクセルのオン／オフ、あるいは明暗を制御する方法を表しています。この名称にはほとんど意味がありません。なぜなら、今日の民生用デバイスのほぼすべてのOLEDおよびLCDスクリーンはアクティブマトリクス方式を採用しているからです。それ自体に特別な点はありません。OLEDディスプレイはプラズマディスプレイと似たような仕組みで動作しますが、ガスを励起して発光させるのではなく、電極が有機ポリマーを励起して発光させます。（ポリマーとは、小さな分子が繰り返し連結してできた巨大な超分子のようなものです。）
OLED技術には多くの利点があります。エネルギー効率が非常に高く、最も効率的なLCDと同程度の電力しか消費しません。OLEDは直接光を発し、バックライトを必要としないため、ディスプレイを非常に薄くすることができ、1ミリも無駄にできないタブレットやスマートフォンに最適です。また、応答速度も非常に速く、各ピクセルの色の変化は最速のLCDよりも何倍も速いため、画面上の物体が素早く動いても、にじみやモーションブラーが少なくなります。視野角も非常に広く、ほぼどの角度でも色や明るさの変化がほとんどありません。コントラストも非常に優れており、プラズマと同様に、黒色になるはずのセルが全く点灯しないため、非常に優れています。基本的に、OLEDはプラズマの主要な利点をすべて備えた薄型ディスプレイで、はるかに小型で高解像度を実現し、はるかに優れたエネルギー効率を誇ります。
OLEDディスプレイの主な欠点はコストです。特に大型ディスプレイでは、LCDやプラズマよりも製造コストがかなり高くなります。OLED製造における有望な進歩により、OLEDはあらゆるディスプレイ技術の中で最も安価になる可能性がありますが、その日はまだ来ていません。また、OLEDディスプレイは青色の表示に問題があります。赤と緑のダイオードは耐久性が高く、電気を光に変換する効率もかなり高いのですが、青色のダイオードは効率が低く、時間の経過とともに劣化が早くなります。最新世代のOLEDディスプレイでは状況は大幅に改善されていますが、長期的な色バランスはまだ課題となっています。ああ、そしてOLEDの驚異的なエネルギー効率には、小さな落とし穴が1つあります。OLEDはピクセルが黒または暗い色合いのときは非常に効率的ですが、完全な白を表示するときはLCDよりもかなり多くのエネルギーを消費します（一般的なWebページやオフィスアプリケーションには白いピクセルがたくさんあります）。
Super AMOLEDとSuper AMOLED Plusは、標準的なOLED技術のバリエーションを指すマーケティング用語です。これらのディスプレイは、赤、緑、青のサブピクセルのパターンが異なっていたり、タッチセンサー層が内蔵されていたりするなど、若干の違いはありますが、基本的には他のAMOLEDディスプレイと同じように動作します。
仕組み： OLEDは、電気刺激によって発光する材料を用いて、エレクトロルミネッセンス（発光）によって光を生成します。OLEDディスプレイの構造はプラズマと非常に似ていますが、ガスで満たされたセルの代わりに、薄い有機ポリマー層が使用されています。電流がポリマーを通過すると、電子はエネルギーを光子（光）として放出します。赤、緑、青のサブピクセルにはそれぞれ異なるポリマーが使用されています。各サブピクセルに印加される電圧が高いほど、明るくなります。そのため、赤、緑、青のサブピクセルへの電圧を変化させることで、ほぼあらゆる色をピクセルに表示できます。
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液晶
これは大きな問題です。液晶ディスプレイは、HDTV、デスクトップおよびノートパソコンのモニター、そしてタブレットや携帯電話のディスプレイの大部分を占めています。この基本技術は長年にわたり存在し、長年にわたって大きく進歩してきました。今日では様々な種類のLCDが使用されていますが、知っておく価値のあるのは、ねじれネマティック方式、横電界スイッチング方式、そしてパターン化垂直配向方式の3つの主要なLCDクラスです。
まず、最も単純かつ最も一般的な形式の LCD パネルであるツイストネマティックについて説明します。
LCD: ツイストネマティック（TN または TN フィルム）
TNディスプレイパネルは安価で大量生産が容易です。また、応答速度も非常に速く、わずか2ミリ秒です。これはOLEDやプラズマディスプレイには遠く及びませんが、液晶ディスプレイの中では群を抜いて高速です。応答速度が速いため、高速に移動する物体のぼやけが少なくなり、3Dディスプレイで必要となる高いリフレッシュレートを実現できます。
残念ながら、TN パネルは全体的な画質も最も低くなっています。色域が狭い (つまり、他の技術ほど全色スペクトルを広く表示できない) ためです。通常、各サブピクセル要素は 6 ビットの明るさを表示できるため、赤、緑、青の 64 段階しか組み合わせることができません。ほとんどの TN パネルは、隣接するピクセルがわずかに異なる色を表示する「ディザリング」というプロセスによってこの制限を回避しています。たとえば、ディスプレイが特定の青の色合いを再現できない場合、1 つのピクセルはわずかに暗い青の色合いを表示し、隣接するピクセルはわずかに明るい色合いを表示します。その考え方は、人間の目がその 2 つの色合いを平均化して、ディスプレイが再現できない青の色合いを「見る」というものです。一部のディスプレイでは、1 つのサブピクセルを 2 つの異なる電圧間で非常に高速に切り替え、明るい色合いと暗い色合いを素早く切り替えることで、中間色をシミュレートします。
TNパネルは視野角が狭く、横から見ると色が変化することがあります。ディスプレイを下から見ると、通常はパネルが暗くなり、上から見ると色が薄くなります。ほとんどのノートパソコンはTNパネルを使用しているため、この現象はほぼすべてのノートパソコンで確認できます。カバーを前後に傾けて、明るさとコントラストがどのように変化するかを確認してください。
仕組み:光源から始めましょう。反射型 LCD の場合は鏡、CCFL (冷陰極蛍光灯) や LED (発光ダイオード) などの光源を使用できます。光はまず偏光フィルターを通過し、光波を一方向に揃えます。次に、TN 液晶を通過します。この液晶の分子は特殊な構造で、通過する際に光を 90 度「ねじる」働きをします。次に、光はカラーフィルターを通過し、赤、緑、青に着色されます。最後に、光は最初の偏光フィルターに対して 90 度向きを変えた 2 番目の偏光フィルターに到達します。TN 液晶がなければ、この 2 番目のフィルターですべての光が遮断されますが、TN 液晶が光を偏光子に沿うようにねじるので、すべての光が通過します。
液晶に電流を流すと、液晶の「ねじれが戻る」現象が起こり、光の向きが変わり、第2の偏光フィルターによってより多くの光が遮断されます。電流を多く流すほど、液晶のねじれが戻り、より多くの光が遮断されます。
TNパネルの各ピクセルは、赤、緑、青の3つの長方形のサブピクセルで構成されています。これらのサブピクセル内の各結晶への電流を変化させることで、3つの色を混合し、様々な色合いを作り出すことができます。
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LCD: 横電界スイッチング (IPS)
日立は1996年、当時のTNパネルを悩ませていた数々の問題、特に色再現性の低さと視野角の狭さを解決するためにIPS技術を開発しました。それ以来、この技術は改良を重ね、Super IPS（S-IPS）、Advanced Super IPS（AS-IPS）、IPS Proといった派生型が開発されました。今日では、ほとんどのIPSパネルは何らかの改良版を採用していますが、依然として一般的に「IPS」と呼ばれています。現在、IPSパネルの大部分はLG Displayが生産しています。
IPSディスプレイは、より一般的で安価なTN技術を採用したディスプレイに比べて、いくつかの大きな利点があります。赤、緑、青の各サブピクセルは8ビット（256段階）以上の輝度を表現できるため、ディザリングなどの技術に頼ることなく、より正確な色をディスプレイに表示できます。また、IPSディスプレイはより広い色域を表現できます。そのため、写真家やアーティストはIPSディスプレイを好む傾向があり、写真撮影、デザイン、印刷レイアウト、その他色彩に敏感な作業向けに作られた「プロ仕様」のデスクトップPCモニターのほとんどがIPSパネルを採用しています。
IPSパネルは視野角もはるかに広く、ほぼどの角度から見ても色とコントラストが適切に表示されるため、スマートフォンやタブレットのディスプレイに非常に便利です。AppleのiPad、iPhone 4とiPhone 4S、Amazon Kindle Fire、Asus Eee Pad Transformerなどは、IPSディスプレイを採用したモバイル製品のほんの一例です。
しかし、IPSテクノロジーは良い面ばかりではありません。一般的に、IPSディスプレイは同等のTNパネルほど明るくなく、表示状態の変化もそれほど速くありません。そのため、ほとんどの3Dディスプレイに必要な120Hzのリフレッシュレートを実現することはまだ不可能で、動きの速いグラフィックスでは、わずかな残像や「ゴースト」が残ることがあります。最新のIPSパネルではこの問題は最小限に抑えられていますが、それでもTNパネルほど高速ではありません。また、一般的に価格も高くなります。
仕組み： IPSパネルの構造は、前述のTNパネルと非常によく似ています。結晶構造が異なり、すべての結晶が水平に並んでいます（つまり、ディスプレイと「面内」です）。TNパネルでは1つの電極が結晶の上下に配置されますが、IPSディスプレイでは両方の電極がディスプレイの下に配置され、より多くのスペースを占めます。この設計により透過する光がやや少なくなり、バックライトが同じ明るさで点灯している場合でも、ディスプレイがやや暗くなります。
IPSディスプレイの結晶に電流が流れると、結晶構造はディスプレイの平面に対して平行に90度回転します。垂直に回転するのではなく、平行から垂直に回転します。電圧が増加すると結晶の回転はさらに大きくなり、バックライトの透過率が向上します。
LCD: 垂直配向 (VA)
IPS（低速で暗いが、非常に高品質）とTN（高速で明るいが、品質は低い）の中間に位置するのが、垂直配向ディスプレイです。一般的にTNパネルよりも色再現性に優れ、サブピクセルあたり8ビットの輝度を表示できますが、IPSほど広い色空間は実現できません。視野角はTNパネルよりもはるかに広いですが、IPSほど広くはありません。応答速度も、他の2つの技術の中間程度です。
VAパネルには、MVA（マルチドメイン垂直配向）やPVA（パターン化垂直配向）など、いくつかの異なる用語があります。これらは、この技術の微妙な違いを指します。最新のVAパネルはどれも、優れた濃い黒を再現し、非常に優れたコントラスト比を実現します。東芝Thriveは（東芝のマーケティングによると）「IPSライク」なディスプレイを誇っていますが、VAパネルを搭載しているようです。
仕組み： VAパネルの基本的な構造はTNパネルと非常に似ていますが、結晶構造のみが異なります。電圧が印加されていない状態では、結晶はディスプレイに対して垂直に並んでおり（つまり「垂直配向」）、バックライトからの光を遮断します。電圧が印加されると、結晶は水平に並び、光が透過できるようになります。
MVA パネルと PVA パネルには、格子全体にわたってさまざまな角度に傾斜したさまざまな結晶があるため、ディスプレイを斜めから見ても同じ結果が得られます。
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他の用語についてはどうでしょうか?
デジタルディスプレイについて調べていると、他にもたくさんの紛らわしい頭字語や略語、用語に遭遇するでしょう。専門用語やマーケティング用語はあまりにも多く、すべてを列挙することはできませんが、ここではよく使われるものをいくつか簡単に説明します。
LED：液晶パネルの背後にある光源は、大きく分けて2種類あります。1つ目はCCFL（冷陰極蛍光灯）で、家庭にある蛍光灯に似た技術ですが、薄くて平らです。もう1つはLED（発光ダイオード）です。LEDを使用すると、一般的にテレビの色域が広くなり、寿命が長くなり、消費電力が少なくなります。一部のテレビは端にのみLEDを搭載しており（「エッジライトLED」として販売されています）、高輝度と均一な照明を実現するのが難しくなるため、あまり好ましくありません。
TFT：薄膜トランジスタは、ガラスのような薄い基板に、金属、シリコン、またはプラスチックなどの様々な薄膜をコーティングしたものです。非常に小さなスイッチングトランジスタとコンデンサを大きなシート状に集積することで、ディスプレイ上の個々のピクセルに流れる電流を変化させる手段です。AMOLEDディスプレイからほぼすべてのLCDに至るまで、ほぼすべてのアクティブマトリックスディスプレイはTFTを使用しています。
アクティブマトリックス：これは、一連のトランジスタとコンデンサ（TFT参照）を用いて各サブピクセルを個別に制御するシステムです。パッシブマトリックス技術よりも正確な電圧制御と高速スイッチングが可能です。今日のデジタルディスプレイのほぼすべてがアクティブマトリックスです。
パッシブマトリックス：この技術は、導電性材料のシンプルなグリッドを用いて個々のサブピクセルの電圧を制御します。TFTの価格が下がり、品質が向上したため、この方式のサブピクセル制御を採用しているLCDはほとんどなくなりました。パッシブマトリックス技術は、一般的にアクティブマトリックス技術に比べて、色とピクセル応答の精度が低くなります。
サブピクセル：すべてのデジタルディスプレイにおいて、1つのピクセル（あらゆる色を表現できる1つの画素）は、実際には複数の小さなサブピクセルで構成されています。通常、各ピクセルは赤、緑、青のサブピクセルで構成され、ディスプレイはこれら3色のサブピクセルの明るさを調整することで、任意の色や色合いを生成します。サブピクセルは個別には見えないほど小さいため、人間の目には3つのサブピクセルの組み合わせが1つの混合色として見えます。一部のディスプレイには4つ目のサブピクセルカラー（通常は白または黄色）がありますが、これはあまり一般的ではありません。
ペンタイル：デジタルディスプレイ上の1ピクセルを構成する赤、緑、青のサブピクセルは、通常、長く均一なサイズの長方形のストライプです。ペンタイルディスプレイでは、サブピクセルは同一ではなく、サイズと形状が異なります。ペンタイル配置は、これらのサブピクセルの不規則な数とサイズを考慮した特別に設計されたディスプレイコントローラーと連携して動作します。その目的は、より少ないサブピクセルでより多くの有効ピクセルを生成することです。
ペンタイルディスプレイの解像度の定義は、隣接する2つのピクセルのサブピクセルを利用する技術であるため、議論の的となってきました。Google Nexus Oneスマートフォンは、ペンタイルサブピクセル配置を採用したAMOLEDディスプレイを特徴としていました。ペンタイルはSamsungの商標です。
