大型可撓曲式等離子顯示技術(shù)

　　前言

　　等離子顯示器(PDP)屬于主動發(fā)光顯示器，能夠提供逼真(reality)的影像畫質(zhì)，目前普遍應(yīng)用在薄型大畫面家用電視領(lǐng)域。近幾年隨著家用等離子電視的普及化，等離子電視已經(jīng)成為超大型高畫質(zhì)顯示器的代名詞。

　　目前開發(fā)等離子顯示器的重點，在于如何提升實體等高大畫面的顯示影像技術(shù)。若需顯示實體等高的影像，畫面大小必需超過2m以上，相當于液晶電視對角尺寸為150～200英寸左右。此外實體等高影像透過曲面顯示，可包覆整體影像視野，這時直視超大型畫面、無接縫、高輝度、高分辨率的曲面顯示器便成為相當關(guān)鍵的接口選擇。

　　不過當?shù)入x子顯示器大畫面尺寸超過100英寸時，面板廠商投資大型化玻璃基板生產(chǎn)制作設(shè)備的成本壓力也跟著提高。因此革新大尺寸等離子顯示器的高效能發(fā)光原理，突破等離子管陣列(PTA)元器件結(jié)構(gòu)與制程技術(shù)的瓶頸，開發(fā)出曲面顯示的超大型薄型等離子管顯示器(PTA-DP)，就顯得相當重要。

　　等離子管的工作原理與特性

　　PTA顯示器基本架構(gòu)

　　圖1是等離子管陣列(PTA)顯示器的基本結(jié)構(gòu)，由圖可知，PTA是在直徑1mm真空玻璃管內(nèi)，依序制作放電保護膜、熒光體、放電氣體，以形成與等離子顯示器完全相同的發(fā)光結(jié)構(gòu)。

圖1  PTA的基本結(jié)構(gòu)

　　上述真空玻璃管稱為等離子管(Plasma Tube)，等離子管依照R、G、B復(fù)數(shù)排列，正面與底部分別粘貼設(shè)有電極的透明外部電極基板，形成等離子管顯示器(PTA-DP)。由圖2的等離子管斷面圖可知，包覆玻璃管壁形成的放電空間，利用顯示電極與地址電極施加電界，形成與AC型等離子顯示器的3電極放電結(jié)構(gòu)完成相同的電極構(gòu)造。

圖2 PTA的結(jié)構(gòu)特征

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　　PTA-DP顯示器架構(gòu)

　　R、G、B三色等離子管復(fù)數(shù)排列構(gòu)成的等離子管陣列顯示器(PTA-DP)，除了使用傳統(tǒng)等離子顯示器的灰階驅(qū)動技術(shù)，亦即ADS(Address Display-period Separation)子域(sub-field)技術(shù)之外，同時還直接沿用等離子顯示器的驅(qū)動電路基本結(jié)構(gòu)與電極驅(qū)動IC等關(guān)鍵性周邊組件。

　　直徑1mm的真空玻璃管，以R、G、B一組為單位構(gòu)成間距3mm的像素，接著在水平方向并排設(shè)置1000~2000個像素(總長度大約是3～6公尺)，就能夠獲得相當于對角尺寸150~250英寸超大型畫面。

　　圖2是有關(guān)PTA-DP的布局特征說明。廠商在生產(chǎn)制作傳統(tǒng)等離子顯示器過程中，必需具備處理大畫面尺寸玻璃基板的能力，相較之下等離子管是以細長玻璃管單位為基礎(chǔ)，只需小型制作設(shè)備即可，且制作玻璃管無須嚴苛的無塵室清潔度，理論上畫面尺寸隨著等離子管排列的數(shù)量可無限擴充增加，形成高撓曲度曲面顯示器，因此在技術(shù)上相當有競爭力。

　　以往進行多重顯示(multi-display)時，受到像素排列等限制，經(jīng)常造成密封單元(seal unit)的障礙。相較之下，采用單一密封方式的等離子管顯示器，幾乎沒有任何接縫，能夠輕易獲得所謂的無接痕(seamless)超大型畫面。

　　將等離子管當作發(fā)光組件排列的手段，與傳統(tǒng)發(fā)光二極管(LED)非常類似，不過HDTV等級的分辨率，如果使用LED陣列構(gòu)成顯示器時，使用的發(fā)光組件數(shù)量往往超過100~200萬個，而且驅(qū)動系統(tǒng)的規(guī)模會變得極端復(fù)雜且昂貴，而PTA顯示器卻只需要1~2萬根等離子管，便能獲得相同影像的分辨率。

　　PTA顯示器的特性

　　圖3是傳統(tǒng)等離子顯示器(PDP)與等離子管陣列顯示器(PTA-DP)的結(jié)構(gòu)比較示意圖。如上所述，等離子顯示器與等離子管陣列(PTA)顯示器，兩者都是采用3電極面放電型結(jié)構(gòu)，PTA制程上可以個別制作管內(nèi)構(gòu)造與電極基板，彼此之間在制程上不會相互牽制，因此易于加工與制作。

圖3  傳統(tǒng)等離子顯示器與PTA的結(jié)構(gòu)比較示意圖

　　PTA和PTA-DP的技術(shù)優(yōu)勢

　　PTA的表面顯示電極必需在水平方向橫跨數(shù)米提供放電電流，此時要能有非常低的阻抗，不過電極厚度本身有很大的調(diào)整自由度，所以可以作低阻抗的電極設(shè)計。

　　此外等離子管陣列顯示器(PTA-DP)已經(jīng)將等離子顯示器的誘電體層與柵格制程整合于玻璃管的制作過程當中，因此PTA可有效簡化面板的制作過程。雖然PTA-DP的發(fā)光功能單元與供電與控制的電極彼此獨立分離，不過卻擁有等離子顯示器的主動發(fā)光、大視角、高輝度、高分辨率等優(yōu)點，亦能開創(chuàng)超大畫面非常有利的優(yōu)勢架構(gòu)。

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　　PTA-DP設(shè)計最佳化

　　PDP的放電盒空間越大，發(fā)光效率越高，由于PTA-DP的像素間距是等離子顯示器的3倍，因此PTA-DP必需配合超大型畫面需求進行最佳化設(shè)計。有鑒于此，研究人員可調(diào)查PTA-DP的放電間距，亦即顯示電極的間隔與氣體壓力對放電開始電壓的影響，再根據(jù)調(diào)查結(jié)果作最佳化設(shè)計。

　　提高發(fā)光效率

　　由于等離子管的誘電體層，亦即玻璃管的內(nèi)壁厚度比等離子顯示器厚，因此研究人員依照電極的施加電壓，最后決定將放電間距設(shè)定成400mm 。此外，為防止放電電壓上升，研究人員可刻意使氣體壓力低于傳統(tǒng)等離子顯示器，將等離子管氣體壓力設(shè)定成466hPa。

　　當初業(yè)界研究理論上認為中空圓柱狀玻璃等離子管，只要加大放電空間就能提高發(fā)光效率，不過實測結(jié)果顯示等離子管陣列顯示器的發(fā)光效率只有2lm/W ，因此目前的研究仔細觀察等離子管內(nèi)的放電現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)的放電無法擴散至直徑只有 1mm圓柱狀玻璃管內(nèi)壁，放電不但遠離熒光體，而且橫向放電擴散明顯不足。因此研究人員將中空圓柱狀玻璃管，改成斷面寬度1mm 正方的柱狀中空玻璃管，如圖4所示。

圖4  改善高發(fā)光效率的結(jié)構(gòu)示意圖

　　把圓柱狀中空玻璃管改成正方形柱狀中空玻璃管，可大幅擴張電極與玻璃管內(nèi)部的接觸面積，玻璃管長軸方向的放電也因此變大。因此研究人員可維持橫向的放電擴張，再由強化玻璃管徑的設(shè)計功能，使放電能更貼近熒光體層，以此提高放電所產(chǎn)生之紫外線入射至熒光體的光量。

　　革新技術(shù)成果

　　圖5是PTA-DP的發(fā)光效率改善結(jié)果示意圖，如圖所示，通過強化等離子管結(jié)構(gòu)的設(shè)計功能，PTA-DP的發(fā)光效率可提高一倍，達到4lm/W 。倘若使用目前等離子顯示器技術(shù)檢討內(nèi)容其中的高Xe分率放電氣體與新型熒光體，PTA-DP的發(fā)光效率甚至超過5lm/W 。

圖5  改善PTA顯示器發(fā)光效率的結(jié)果示意圖

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　　PTA曲面顯示技術(shù)的特性

　　若要讓屏幕可彎曲且能維持高畫質(zhì)顯示效果，技術(shù)上必須掌握下列要點：

　　*應(yīng)用柔軟的膜片基板;

　　*光控制媒體必須非常柔軟，并且能自由移動;

　　*單純的彎曲不會影響電極的矩陣。

　　結(jié)合PDP與PTA

　　研究人員對等離子顯示器(PDP)基本結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)等離子顯示器某些特性能符合上述要件，例如PDP本身同樣具備記憶特性，同樣采用單純的矩陣方式控制像素，而且擁有一定程度的可撓曲特性。

　　換句話說，沿用PDP工作原理，同時還采用可以實現(xiàn)超大畫面全新結(jié)構(gòu)的PTA-DP技術(shù)，本身便具備發(fā)展成曲面顯示器的潛力。以等離子管(PTA)作曲面顯示時，即便電極基板受到彎曲。也必須維持穩(wěn)定的動作特性，因此研究人員便可利用樹脂膜片，開發(fā)可撓曲的電極基板。

　　圖6是可撓曲等離子管陣發(fā)性顯示器(PTA-DP)的斷面結(jié)構(gòu)，如圖所示，它是利用粘著劑，將可撓曲電極基板粘貼在等離子管上下方，為防止等離子管與樹脂膜片出現(xiàn)間隙，研究人員還開發(fā)PTA專用的固定技術(shù)，以及對放電電壓沒有影響的PTA-DP專用粘著劑。

圖6 可撓曲PTA斷面結(jié)構(gòu)

　　可撓曲PTA-DP技術(shù)優(yōu)勢

　　圖7a是上述可撓曲PTA-DP的外形結(jié)構(gòu)、與驅(qū)動電壓特性，根據(jù)測試結(jié)果顯示，128根直徑1mm的等離子管陣列，彎曲畫面同樣擁有非常穩(wěn)定的發(fā)光效能。

　　另外圖7b坐標左側(cè)的靜止驅(qū)動電壓特性，是各個單一等離子管的實測值，圖7b坐標右側(cè)則是128根等離子管陣列曲面顯示影像時的實測值。如圖所示，即使是曲面顯示影像，放電開始電壓(Vf1 )與放電維持電壓(Vsmn)，兩者的驅(qū)動界限始終維持一定幅度，兩者的特性分布差距Vfn 與Vsm1 幾乎沒有任何改變。

圖7 PTA的結(jié)構(gòu)與驅(qū)動電壓特性

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　　未來直視型超大畫面PTA-DP一旦開始 進入市場普及化階段，可望發(fā)揮其發(fā)光架構(gòu)的革命性效能，開創(chuàng)全新的應(yīng)用系統(tǒng)與服務(wù)廣度。如圖8所示，超大畫面能夠涵蓋觀賞視野，曲面顯示能應(yīng)用在各類空間環(huán)境中的超大橫向?qū)捯曇帮@示，配合PTA-DP特有的輕巧、低消費電力、低發(fā)熱等技術(shù)效能，鋪設(shè)于天花板、地板，以及各種復(fù)雜曲面的墻壁空間，開創(chuàng)全新的應(yīng)用領(lǐng)域。

圖8  PTA-DP無限寬廣的應(yīng)用環(huán)境

　　具體應(yīng)用范例如圖10所示，發(fā)揮PTA-DP輕巧與可撓曲的特性，設(shè)置在地下道的彎曲壁面時，便可以成為動態(tài)展示窗的廣告應(yīng)用系統(tǒng)。除此之外，廠商可發(fā)揮PTA-DP另一項可移動型超大畫面的特性，設(shè)置在災(zāi)害現(xiàn)場與各種公眾場所，讓一般大眾可借此獲得實時與震撼性的倡導(dǎo)效果。此外PTA-DP的低消費電力與高畫質(zhì)特性，可作為整合各類生活信息與影像的顯示平臺，應(yīng)用在一般家用電視等領(lǐng)域。

圖9  PTA的應(yīng)用范例

　　結(jié)語

　　以上簡單介紹PTA-DP的基本技術(shù)與今后展望方向。傳統(tǒng)等離子顯示器(PDP)在面對下一世代薄形、輕巧、可撓曲、超大畫面顯示等應(yīng)用需求，以及降低設(shè)置、操作、應(yīng)用、維修等成本要求時，面臨現(xiàn)有技術(shù)無法突破滿足上述目標的現(xiàn)實。

　　利用等離子顯示器技術(shù)，開發(fā)對角線尺寸高達100~300英寸，可作撓曲顯示的直視型PTA-DP超大畫面，便可開拓超大畫面顯示器全新的應(yīng)用商機，未來PTA-DP技術(shù)與產(chǎn)品進入商業(yè)化量產(chǎn)階段之后，可望廣泛應(yīng)用于一般家用電視與各類公共領(lǐng)域當中。(本文選自臺灣《零組件》2007年9月刊)