フラットパネルディスプレイ（FPD）は、将来のテレビの主流になりつつあります。これは一般的な傾向ですが、世界的に厳密な定義はありません。一般的に、この種のディスプレイは薄く、フラットパネルのように見えます。フラットパネルディスプレイには多くの種類があります。表示媒体と動作原理に応じて、液晶ディスプレイ（LCD）、プラズマディスプレイ（PDP）、エレクトロルミネセンスディスプレイ（ELD）、有機エレクトロルミネセンスディスプレイ（OLED）、電界放出ディスプレイ（FED）、プロジェクションディスプレイなどがあります。多くのFPD装置は花崗岩で作られています。花崗岩の機械ベースは、精度と物理的特性が優れているためです。
発展動向
従来のCRT（陰極線管）と比較して、フラットパネルディスプレイは薄型軽量、低消費電力、低放射線、ちらつきなし、人体に良いといった利点があります。世界販売台数ではCRTを上回っており、2010年までに両者の販売額の比率は5:1に達すると予測されています。21世紀には、フラットパネルディスプレイがディスプレイの主流製品となるでしょう。有名なスタンフォード・リソースの予測によると、世界のフラットパネルディスプレイ市場は2001年の230億米ドルから2006年には587億米ドルに増加し、今後4年間の平均年間成長率は20%に達すると予測されています。
ディスプレイ技術
フラットパネルディスプレイは、アクティブ発光ディスプレイとパッシブ発光ディスプレイに分類されます。前者は、表示媒体自体が発光して可視光を発するディスプレイ装置を指し、プラズマディスプレイ（PDP）、真空蛍光ディスプレイ（VFD）、電界放出ディスプレイ（FED）、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（LED）、有機ELディスプレイ（OLED）などが含まれます。後者は、自ら発光するのではなく、表示媒体を電気信号で変調し、その光学特性を変化させ、周囲光や外部電源（バックライト、投影光源）から発せられる光を変調して、ディスプレイ画面やスクリーン上に表示するディスプレイ装置を指します。液晶ディスプレイ（LCD）、マイクロ電気機械システムディスプレイ（DMD）、電子インク（EL）ディスプレイなどが含まれます。
液晶
液晶ディスプレイには、パッシブマトリクス液晶ディスプレイ（PM-LCD）とアクティブマトリクス液晶ディスプレイ（AM-LCD）があります。STN液晶ディスプレイとTN液晶ディスプレイはどちらもパッシブマトリクス液晶ディスプレイに属します。1990年代には、アクティブマトリクス液晶ディスプレイ技術が急速に発展し、特に薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（TFT-LCD）が発展しました。STNの代替製品として、応答速度が速くちらつきがないという利点があり、携帯コンピュータやワークステーション、テレビ、ビデオカメラ、携帯型ゲーム機などに広く使用されています。AM-LCDとPM-LCDの違いは、AM-LCDでは各ピクセルにスイッチング素子が追加されており、相互干渉を克服して高コントラスト・高解像度表示を実現できる点です。現在のAM-LCDは、アモルファスシリコン（a-Si）TFTスイッチング素子と蓄積コンデンサ方式を採用しており、高階調を実現し、真の色表示を実現しています。しかし、高密度カメラやプロジェクション用途における高解像度かつ小型ピクセルの必要性から、P-Si（ポリシリコン）TFT（薄膜トランジスタ）ディスプレイの開発が進められてきました。P-Siの移動度はa-Siの8～9倍です。P-Si TFTは小型であるため、高密度・高解像度ディスプレイに適しているだけでなく、周辺回路を基板上に集積することも可能です。
総じて、LCDは低消費電力で薄型軽量、小型から中型のディスプレイに適しており、ノートパソコンや携帯電話などの電子機器に広く使用されています。30インチや40インチのLCDも開発に成功し、一部は既に実用化されています。LCDの量産化に伴い、コストは継続的に低下しており、15インチのLCDモニターは500ドルで購入可能です。今後の開発方向としては、PCのブラウン管ディスプレイを置き換え、LCDテレビへの応用が挙げられます。
プラズマディスプレイ
プラズマディスプレイは、ガス（大気など）の放電原理を利用した発光ディスプレイ技術です。プラズマディスプレイは陰極線管の利点を持ちながら、非常に薄い構造で製造されます。主流の製品サイズは40～42インチで、50～60インチの製品も開発中です。
真空蛍光
真空蛍光表示管は、オーディオ・ビデオ機器や家電製品に広く用いられているディスプレイです。真空管内に陰極、グリッド、陽極を封入した三極電子管型の真空ディスプレイ装置で、陰極から放出された電子がグリッドと陽極に印加された正電圧によって加速され、陽極に塗布された蛍光体を励起して発光します。グリッドはハニカム構造を採用しています。
エレクトロルミネッセンス）
エレクトロルミネッセンスディスプレイは、固体薄膜技術を用いて製造されます。2枚の導電板の間に絶縁層を挟み、その上に薄いエレクトロルミネッセンス層を成膜します。このデバイスは、発光スペクトルが広い亜鉛めっきまたはストロンチウムめっきされた板をエレクトロルミネッセンス素子として使用します。エレクトロルミネッセンス層の厚さは100ミクロンで、有機EL（OLED）ディスプレイと同等の鮮明な表示効果を実現できます。一般的な駆動電圧は10kHz、200V ACで、より高価なドライバICが必要です。アクティブアレイ駆動方式を用いた高解像度マイクロディスプレイの開発に成功しました。
導かれた
発光ダイオード（LED）ディスプレイは、単色または多色の多数の発光ダイオードで構成されています。高効率の青色発光ダイオードが利用可能になったことで、フルカラーの大画面LEDディスプレイの製造が可能になりました。LEDディスプレイは、高輝度、高効率、長寿命といった特徴を持ち、屋外用大画面ディスプレイに適しています。しかし、この技術では、モニターやPDA（携帯情報端末）などの中級ディスプレイは製造できません。ただし、LEDモノリシック集積回路は、単色仮想ディスプレイとして使用できます。
MEMS
これはMEMS技術を用いて製造されたマイクロディスプレイです。このようなディスプレイでは、半導体などの材料を標準的な半導体プロセスで加工することにより、微細な機械構造が作製されます。デジタルマイクロミラーデバイスでは、ヒンジで支持されたマイクロミラーが構造を構成しています。そのヒンジは、下部のメモリセルに接続されたプレート上の電荷によって駆動されます。各マイクロミラーのサイズは、人間の髪の毛の直径とほぼ同じです。このデバイスは主に、携帯型業務用プロジェクターやホームシアタープロジェクターに使用されています。
電界放出
電界放出ディスプレイの基本原理は陰極線管と同じで、電子がプレートに引き寄せられ、陽極に塗布された蛍光体と衝突して発光する。陰極は、多数の微小な電子源が配列された構造、すなわち1ピクセルと1つの陰極からなるアレイで構成されている。プラズマディスプレイと同様に、電界放出ディスプレイも動作に200Vから6000Vの高電圧を必要とする。しかし、製造設備のコストが高いため、今のところ主流のフラットパネルディスプレイにはなっていない。
有機光
有機発光ダイオード（OLED）ディスプレイでは、無機発光ダイオードに似た発光を実現するために、1層または複数層のプラスチックに電流を流します。つまり、OLEDデバイスに必要なのは、基板上に形成された固体フィルムの積層体です。しかし、有機材料は水蒸気や酸素に非常に敏感であるため、封止が不可欠です。OLEDは能動発光デバイスであり、優れた発光特性と低消費電力特性を備えています。フレキシブル基板上でロールバイロール方式による大量生産の可能性が高く、製造コストも非常に安価です。この技術は、単色の大面積照明からフルカラーのビデオグラフィックスディスプレイまで、幅広い用途に活用できます。
電子インク
Eインクディスプレイは、双安定材料に電界を印加することで制御されるディスプレイです。直径約100ミクロンの透明なマイクロシール球が多数集積されており、それぞれに黒色の液体染料と数千個の白色二酸化チタン粒子が含まれています。双安定材料に電界を印加すると、二酸化チタン粒子は電荷状態に応じていずれかの電極に向かって移動します。これにより、ピクセルが発光するかしないかが決まります。この材料は双安定であるため、数ヶ月間情報を保持できます。動作状態は電界によって制御されるため、表示内容を非常に少ないエネルギーで変更できます。
炎光検出器
フレームフォトメトリック検出器 FPD（フレームフォトメトリック検出器、略称FPD）
1. FPDの原理
FPDの原理は、試料を水素リッチな炎で燃焼させることに基づいています。燃焼後、硫黄やリンを含む化合物は水素によって還元され、S2*（S2の励起状態）とHPO*（HPOの励起状態）の励起状態が生成されます。これらの励起物質は、基底状態に戻る際に400nmと550nm付近のスペクトルを放射します。このスペクトルの強度は光電子増倍管で測定され、光強度は試料の質量流量に比例します。FPDは高感度かつ高選択性の検出器であり、硫黄化合物やリン化合物の分析に広く用いられています。
2. FPDの構造
FPDはFIDと光度計を組み合わせた構造を持つ装置です。当初は単一炎FPDとして開発されましたが、1978年以降、単一炎FPDの欠点を補うために二重炎FPDが開発されました。二重炎FPDは2つの独立した空気-水素炎を持ち、下側の炎は試料分子をS2やHPOなどの比較的単純な分子を含む燃焼生成物に変換し、上側の炎はS2*やHPO*などの発光性励起状態断片を生成します。上側の炎に向けられた窓があり、光電子増倍管によって化学発光の強度が検出されます。窓は硬質ガラス製で、炎ノズルはステンレス鋼製です。
3. FPDの性能
FPDは、硫黄化合物とリン化合物の選択的検出を行う検出器です。その炎は水素リッチ炎であり、空気の供給は水素の70%と反応するのに十分な量だけなので、炎の温度は低く、励起状態の硫黄化合物とリン化合物のフラグメントを生成します。キャリアガス、水素、空気の流量はFPDに大きな影響を与えるため、ガス流量制御は非常に安定している必要があります。硫黄含有化合物の検出では、炎の温度は約390℃で励起状態のS2*を生成できる必要があります。リン含有化合物の検出では、水素と酸素の比率は2～5の間でなければならず、水素と酸素の比率はサンプルに応じて変更する必要があります。キャリアガスとメイクアップガスも、良好な信号対雑音比を得るために適切に調整する必要があります。
投稿日時：2022年1月18日