LTPOの適用範囲がスマートフォンからタブレットなどのIT機器へと広がる中、低消費電力と高画質を同時に確保するための技術開発が続いている。LGディスプレイは今年7月、LTPO技術を適用したスマートフォンやスマートウォッチ、13インチタブレット用パネルを公開した。適用製品が多様化するにつれ、低いリフレッシュレートでも輝度と階調を安定的に維持する性能の重要性が高まっている。
LTPOは、LTPSと酸化物TFTを併用して駆動性能と低消費電力特性を確保する技術である。酸化物TFTはオフ状態でのリーク電流が小さいため、画素に記録された電圧を長時間維持するのに有利である。 酸化物TFTのリーク電流は小さいものの、保持電圧の微細な変動は画質に影響を与える可能性がある。画面を更新しない時間が長くなると微細な電荷損失が蓄積される恐れがあり、画素ごとに損失の程度が異なれば輝度のばらつきとして現れる。特に低階調では、こうしたばらつきをきめ細かく管理することが必要となる。
BOEが2026年10月2日に公開した特許CN122871695Aは、酸化物TFTの構造を改善し低階調における輝度の不均一性を低減する技術に関するものである。中央のソース電極をリング状のゲートとドレイン電極で囲むように設計し、リーク電流を抑制して保持電圧の安定性を高める方式である。
BOEのリング型酸化物TFT平面構造（資料：公開特許CN122871695A）
初期化用または補償用の酸化物TFTに適用されるリング型チャネル構造はエッジ部の電界集中を緩和し、電極間の重なりを解消することができる。明細書では従来の矩形チャネルに比べリーク電流と寄生容量が小さく、電圧変化に伴う特性変動も減少するため、低階調の画質を改善できると説明している。
2021年3月4日に公開されたサムスンディスプレイの特許（US20210066424A1）にはプロセス条件を通じて酸化物TFTのリーク電流を管理するアプローチが記載されている。過度な水素の流入により導電領域がチャネル側に拡大すると有効チャネル長が短くなり、リーク電流が増加する可能性があるためだ。 これは、絶縁膜の熱処理やアンモニアを使用しない窒化ケイ素の成膜プロセスなどを通じて水素を管理する方式である。BOEが電極とチャネルの形状を変更したのに対し、サムスンディスプレイはプロセスで形成されるチャネル特性の安定性を高めるアプローチをとっている。
LGディスプレイは酸化物TFTから放出される電荷によって保持電圧が変化する問題を解決するための特許US20240260318A1（2024年8月1日公開）を出願した。 補償用酸化物TFTがオフになった後内部に閉じ込められていた電子が放出され、駆動TFTのゲートに流入するとゲート電圧と輝度が変化し、低リフレッシュレート駆動時にフリッカーが発生する可能性がある。 そこで、直列に接続した2つの酸化物TFTの間に補助コンデンサを接続し、反転スキャン信号を印加することで出された電荷が駆動TFTのゲートに及ぼす影響を抑制する回路を提案した。
3社の特許は、それぞれ素子の形状やプロセス、画素回路を改善しているが、共通の目標は駆動TFTのゲート電圧を安定して維持することにある。リーク電流の絶対値を低減するとともに画素間のばらつきや電荷移動に伴う時間ごとの輝度変化を低減することが重要である。 プレミアム製品におけるLTPOの採用が一般的になるにつれ、低リフレッシュレートにおいても低階調表現と輝度均一性をいかに安定して維持できるかが、セットメーカーのパネル選定における主要な要素となるだろう。