TFT-LCD バックプレーンガイド
TFT-LCD アレイ基板の構造：各層と画素回路
アレイ基板は、TFT-LCD のアクティブガラスバックプレーンです。各画素を選択してデータ電圧を書き込み、次のリフレッシュまでその電圧を保持する役割を担うトランジスターマトリクスと配線を備えています。
要点： 一般的な TFT-LCD アレイ基板には、ガラス、ゲート金属と走査線、ゲート絶縁層、半導体チャネル、ソース・ドレイン金属とデータ線、パッシベーション、コンタクトビア、透明画素電極が含まれます。正確な積層構造は、TFT 技術、表示モード、マスク工程によって異なります。
TFT-LCD アレイ基板の主な層
物理的な積層構造によって、ディスプレイ用ガラス上にトランジスタースイッチと透明画素電極を形成します。成膜してパターニングする各層には、それぞれ異なる電気的役割または保護の役割があります。
| 層または構造 | バックプレーンでの機能 |
|---|---|
| ガラス基板 | 薄膜工程と画素マトリクスのための、平坦で寸法安定性のある基材となります。 |
| ゲート金属と走査線 | 画素のアドレス指定時に、一行の TFT をオンにする行選択信号を伝えます。 |
| ゲート絶縁層 | ゲートを半導体から電気的に分離し、TFT のゲート誘電体を形成します。 |
| 半導体活性層 | 印加したゲート電圧に応じて導電率が変化する、トランジスターチャネルを形成します。 |
| ソース・ドレイン金属とデータ線 | 列のデータ電圧を選択された TFT へ運び、画素電極側へ伝えます。 |
| パッシベーションとコンタクトビア | TFT 構造を保護するとともに、パターニングした開口部を介して回路を透明電極に接続します。 |
| ITO 画素電極と共通電極 | 液晶の配向を制御する電界を形成します。配置は表示モードによって異なります。 |
画素回路の仕組み
断面図は素子の各層を示し、画素マトリクスは同じ TFT スイッチが行と列に沿って繰り返し配置される仕組みを示します。
- 走査線が行を選択します。 ゲートドライバーが一本の走査線に電圧を印加し、その行の TFT をオンにします。
- データ線が画素電圧を書き込みます。 ソースドライバーが各データ線に必要な電圧を送り、選択された TFT を通して伝えます。
- 画素が状態を保持します。 TFT がオフになった後も、画素容量と蓄積容量が、次のリフレッシュ周期までの電圧保持を助けます。
画素ごとのスイッチングと保持という動作が、アクティブマトリクスと、行・列によるパッシブな多重化との違いです。 アクティブマトリクスとパッシブマトリクス LCD の比較 で、解像度、応答、駆動の複雑さ、一般的な用途の違いをご確認ください。
重要な区別： アレイ基板は画素電圧を制御します。全体の光学応答は、液晶層、対向電極、カラーフィルター、配向膜、偏光板にも左右されます。
ボトムゲートとトップゲートの TFT 構造
ボトムゲート、または逆スタガ型 TFT では、ゲート電極が半導体チャネルの下にあります。この配置は、成熟した大面積アモルファスシリコン TFT-LCD の生産で広く用いられています。トップゲート TFT ではゲートがチャネルの上にあるため、層の順序と製造工程が異なります。
このページの図は、ボトムゲート IPS 構造の一例です。各層の機能を理解するために使用し、すべてのパネルに共通する断面図や生産図面として使用しないでください。
構造とアレイ工程の違い
このページでは、完成した積層構造と画素回路を説明しています。成膜、塗布、露光、現像、エッチング、剥離という製造手順については、 TFT-LCD アレイ工程の総合ガイドをご覧ください。
よくある質問
TFT-LCD アレイ基板とは何ですか？
LCD の画素を制御するための、TFT スイッチングマトリクス、走査線、データ線、絶縁層、半導体層、パッシベーション、透明電極を備えたアクティブガラスバックプレーンです。
アレイ基板とカラーフィルター基板はどのように違いますか？
アレイ基板には、画素を駆動する TFT 回路があります。対向基板には通常、カラーフィルターとブラックマトリクスがあります。セル組み立てでは、両基板の位置を合わせ、その間に液晶層を封入します。
すべての TFT-LCD アレイ基板が 6 マスクの IPS 構造ですか？
いいえ。マスク数、電極配置、半導体材料、層の順序は、工程と表示モードによって異なります。ここで示す図は、層の機能を説明するための代表的な構造です。
技術参考資料
- AGC：TFT 用ガラス基板（AN100） — ディスプレイ用ガラスの特性と TFT-LCD 用途の背景。
- Nippon Electric Glass：無アルカリガラス基板 OA-11 — 寸法安定性とディスプレイ基板への応用。
