フラットパネルディスプレイ

フラットパネルディスプレイ( FPD )は、テキストや画像などの視覚コンテンツを 表示するために使用される電子ディスプレイです。消費者向け、医療用、輸送用、産業用の機器に使用されています。

フラットパネルディスプレイは薄くて軽量で、直線性に優れ、以前の一般的な消費者向けテレビよりも高解像度を実現できます。通常、厚さは 10 センチメートル (3.9 インチ) 未満です。消費者向けCRT テレビの最高解像度は1080iでしたが、2020 年代の多くのインタラクティブ フラットパネルは 1080p や4K解像度に対応しています。

2010 年代には、ノートパソコン、携帯電話、ポータブル カメラなどのポータブル家電製品に、消費電力が少なく軽量であることからフラット パネル ディスプレイが使用されるようになりました。2016 年現在、フラット パネル ディスプレイは CRT ディスプレイをほぼ完全に置き換えています。

2010 年代のフラットパネル ディスプレイのほとんどはLCDまたは発光ダイオード(LED) 技術を使用しており、場合によってはこれらを組み合わせて使用​​されています。ほとんどの LCD 画面はバックライトを備え、色を表示するためにカラー フィルターが使用されています。多くの場合、フラットパネル ディスプレイはタッチ スクリーン技術と組み合わされており、ユーザーは自然な方法でディスプレイを操作できます。たとえば、最新のスマートフォン ディスプレイでは、静電容量式タッチ スクリーンを備えたOLEDパネルが使用されることがよくあります。

フラットパネルディスプレイは、揮発性と静的性の 2 つのディスプレイデバイスカテゴリに分けられます。前者では、状態を維持するためにピクセルを定期的に電子的にリフレッシュする必要があり (液晶ディスプレイ(LCD) など)、電源が入っているときのみ画像を表示できます。一方、静的フラットパネルディスプレイは、 e-ink 技術を利用したディスプレイなど、色状態が双安定である材料に依存しているため、電源が切れてもコンテンツが保持されます。

フラットパネルテレビの最初の技術的提案は、 1954年にゼネラルエレクトリック社がレーダーモニターの研究の結果として行った。彼らの研究結果の発表は、将来のフラットパネルテレビとモニターの基礎をすべて提供した。しかし、GEは必要な研究開発を継続せず、その時点では実用的なフラットパネルを製造することはなかった。^[1]最初の量産フラットパネルディスプレイはエイケン管で、1950年代初頭に開発され、1958年に限定生産された。これは、ヘッドアップディスプレイやオシロスコープモニターとして軍事システムで使用されたが、従来の技術がその開発を追い越した。家庭用テレビ用にシステムを商品化する試みは継続的に問題に直面し、このシステムは商業的にリリースされることはなかった。^{[2] [3] [4]}

ホログラフィーの発明者としてよく知られているデニス・ガボールは、1958年にフラットスクリーンCRTの特許を取得しました。これはエイケンのコンセプトと実質的に類似しており、何年にもわたる特許争いにつながりました。訴訟が終結し、エイケンの特許が米国で、ガボールの特許が英国で申請された頃には、商業的な側面はとうに消滅しており、2人は友人になりました。^[5]この頃、クライヴ・シンクレアはガボールの作品に出会い、最終的に失敗に終わった10年間の商業化の取り組みを開始しました。^[6]

Philco Predicta は、当時としては比較的フラットなブラウン管を採用しており、1958 年の発売時に初めて市販された「フラット パネル」となったが、商業的には失敗に終わった。プラズマディスプレイ パネルは、1964 年にイリノイ大学で発明されたと、The History of Plasma Display Panels は記している。^[7]

MOSFET （金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、またはMOSトランジスタ）は、1959年にベル研究所のモハメド・M・アタラとダウォン・カーンによって発明され、 [ 8 ] 1960年に^発表されました。^[9]彼らの研究を基に、RCAのポール・K・ワイマーは1962年に薄膜トランジスタ（TFT）を開発しました。 ^[10]これは、標準的なバルクMOSFETとは異なるタイプのMOSFETでした。 [ ^11] TFTベースのLCDのアイデアは、1968年にRCA研究所のバーナード・J・レヒナーによって考案されました^。[12] BJレヒナー、FJマーロウ、EOネスター、J・タルツは、1968年に標準的なディスクリートMOSFETを使用した動的散乱LCDでこの概念を実証しました。 ^[13]

最初のアクティブマトリックスアドレス型エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ELD）は、1968年にウェスティングハウスエレクトリックコーポレーションのT.ピーターブロディの薄膜デバイス部門によってTFTを使用して作られました。 ^{[14] 1973年に、}ウェスティングハウス研究所のブロディ、JAアサーズ、GDディクソンは、最初の薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（TFT LCD）を実証しました。 ^{[15] [16]}ブロディとファンチェン・ルオは、1974年にTFTを使用した最初のフラットアクティブマトリックス液晶ディスプレイ（AM LCD）を実証しました。^[12]

1982年までに、 LCD技術をベースにしたポケットLCDテレビが日本で開発されました。^[17] 2.1インチのエプソンET-10 ^[18] エプソンエルフは、1984年に発売された最初のカラーLCDポケットテレビでした。 ^[19] 1988年、エンジニアの永易孝氏が率いるシャープの研究チームが14インチのフルカラーLCDを披露し、^{[12] [20]}エレクトロニクス業界は、LCDが最終的にはCRTに代わる標準的なテレビ表示技術になると確信しました。^[12] 2013年現在^{[アップデート]}、すべての現代の高解像度で高品質の電子視覚表示装置は、TFTベースのアクティブマトリックスディスプレイを使用しています。^[21]

最初の実用的なLEDディスプレイはヒューレット・パッカード（HP）によって開発され、1968年に発表されました。 ^[22]これは、1962年から1968年にかけて、HPアソシエイツとHPラボのハワード・C・ボーデン、ジェラルド・P・ピギーニ、モハメド・M・アタラの研究チームによって行われた実用的なLED技術の研究開発（R&D）の成果でした。1969年2月、彼らはHPモデル5082-7000数値表示器を発表しました。^{[23]これは最初の英数字LEDディスプレイであり、}デジタル表示技術に革命をもたらし、数字表示用のニキシー管に代わるものとなり、後のLEDディスプレイの基礎となりました。^[24] 1977年、ジェームズ・P・ミッチェルは、おそらく世界最古の単色フラットパネルLEDテレビディスプレイを試作し、後に実演しました。

イーストマン・コダックのチン・W・タンとスティーブン・ヴァン・スライクは、1987年に最初の実用的な有機EL（OLED）デバイスを開発しました。 ^[25] 2003年には、ハイニックスが4,096色の照明が可能な有機ELドライバーを開発しました。 ^[26] 2004年には、ソニーのクオリア005が最初のLEDバックライト付きLCDでした。^[27] 2007年に発売されたソニーのXEL-1は、最初のOLEDテレビでした。^[28]

電界効果 LCD は、CRT 画面よりも軽量、コンパクト、ポータブル、安価、信頼性が高く、目に優しいです。LCD 画面では、結晶特性を示す液体である液晶の薄い層が使用されています。これは、透明電極を備えた 2 枚のガラス板の間に挟まれています。LCD の両側には 2 枚の偏光フィルムが配置されています。電極間に制御された電界を生成することにより、液晶のさまざまなセグメントまたはピクセルがアクティブになり、偏光特性が変わります。これらの偏光特性は、液晶層の配列と、使用される特定の電界効果 (ねじれネマティック (TN)、インプレーン スイッチング(IPS)、または垂直配向(VA)) によって異なります。色は、適切なカラー フィルター (赤、緑、青) を個々のサブピクセルに適用することで生成されます。LC ディスプレイは、時計、電卓、携帯電話、テレビ、コンピューター モニター、ラップトップ スクリーンなど、さまざまな電子機器で使用されています。

以前の大型 LCD 画面のほとんどは、多数の CCFL (冷陰極蛍光ランプ) を使用してバックライトが点灯していました。しかし、小型のポケット サイズのデバイスでは、照明源として LED が使用されることがほとんどでした。LED の改良により、現在ではほぼすべての新しいディスプレイにLEDバックライト技術が搭載されています。画像は依然として LCD 層によって生成されます。

プラズマ ディスプレイは、ネオンなどのガスが充填された薄い隙間で区切られた 2 枚のガラス板で構成されています。これらの各板には、複数の平行電極が横切っています。2 枚の板の電極は、互いに直角になっています。各板の 2 つの電極間に電圧をかけると、2 つの電極の小さなガス部分が光ります。ガス部分の光は、すべての電極に継続的に適用される低電圧によって維持されます。2010 年までに、多くのメーカーが民生用プラズマ ディスプレイの製造を中止しました。

電界発光ディスプレイ(ELD)では、プレートに電気信号を適用して蛍光体を発光させることで画像が作成されます。

OLED (有機発光ダイオード) は、発光層が電流に反応して光を発する有機化合物のフィルムである発光ダイオード (LED) です。この有機半導体の層は2つの電極の間にあり、通常、これらの電極の少なくとも 1 つは透明です。OLED は、テレビ画面、コンピューター モニター、携帯電話、携帯ゲーム機、PDA などのポータブル システムなどのデバイスでデジタル ディスプレイを作成するために使用されます。

QLEDまたは量子ドットLEDは、サムスンがこの商標で導入したフラットパネルディスプレイ技術です。ソニーなどの他のテレビメーカーは、2013年にすでに同じ技術を使用してLCDテレビのバックライトを強化しています。^{[29] [30]}量子ドットは、青色LEDなどのより短い波長の光源で照らされると、独自の光を生成します。このタイプのLEDテレビは、画像が依然としてLCDによって生成されるLCDパネルの色域を強化します。サムスンの見解では、大画面テレビ用の量子ドットディスプレイは、今後数年間でOLEDディスプレイよりも人気が高まるのが予想されており、NanocoやNanosysなどの企業がQD材料の提供を競っています。その間、スマートフォンなどのSamsung Galaxyデバイスには、サムスンが製造したOLEDディスプレイも搭載されています。サムスンは自社のWebサイトで、自社が製造するQLEDテレビは、ディスプレイのどの部分のコントラストを高くまたは低くする必要があるかを決定できると説明しています。サムスンは、新しいSamsung QLEDテレビを促進するためにMicrosoftとの提携も発表しました。

揮発性ディスプレイでは、静止画像であっても、ピクセルの状態を維持するために定期的にリフレッシュする必要があります。そのため、揮発性スクリーンには、ディスプレイ上の画像を維持したり、画像を変更したりするために、主電源(壁のコンセントに差し込む) またはバッテリーからの電力が必要です。このリフレッシュは通常、1 秒間に何度も行われます。これが行われない場合、たとえば停電が発生した場合、ピクセルは徐々にコヒーレント状態を失い、画像は画面から「フェード」します。

1990 年代から 2010 年代にかけて、以下のフラット ディスプレイ技術が商品化されました。

• プラズマディスプレイパネル（PDP）
• アクティブマトリックス液晶ディスプレイ (AMLCD)
• リアプロジェクション：デジタルライトプロセッシング（DLP）、LCD、LCOS
• 電子ペーパー：E Ink、Gyricon
• 発光ダイオードディスプレイ（LED）
• アクティブマトリックス有機発光ダイオード（AMOLED）
• 量子ドットディスプレイ（QLED）

広範囲に研究されたが、商業化が制限されたか、最終的に放棄された技術:

• アクティブマトリックスエレクトロルミネッセンスディスプレイ(ELD)
• 干渉変調ディスプレイ(IMOD)
• 電界放出ディスプレイ（FED）
• 表面伝導型電子放出ディスプレイ（SED、SED-TV）

静的フラットパネルディスプレイは、色状態が双安定である材料に依存しています。つまり、保持する画像は維持するのにエネルギーを必要とせず、変化させるのにエネルギーを必要とします。これにより、ディスプレイのエネルギー効率が大幅に向上しますが、リフレッシュレートが遅くなる傾向があり、これはインタラクティブディスプレイには望ましくありません。双安定フラットパネルディスプレイは、限られた用途で導入され始めています ( Magink 社製の屋外広告におけるコレステリック液晶ディスプレイ、Sony および iRex の電子書籍リーダーデバイスにおける電気泳動ディスプレイ、アンラベル、スマートウォッチにおける干渉変調器ディスプレイ)。

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