次世代自发光大型可挠曲式电浆电视

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电浆显示器(PDP：Plasma Display Panel)属于主动发光组件，它能够提供逼真(reality)的影像，目前普遍应用在薄型大画面家用电视等领域。最近几年随着家用电浆电视的普及化，电浆电视已经成为超大型高画质显示器的代名词，实现传统CRT时代无法达成的宿愿。
关键词：电浆显示器，PDP，CRT
前言：电浆显示器(PDP：Plasma Display Panel)属于主动发光组件，它能够提供逼真(reality)的影像，目前普遍应用在薄型大画面家用电视等领域。最近几年随着家用电浆电视的普及化，电浆电视已经成为超大型高画质显示器的代名词，实现传统CRT时代无法达成的宿愿。
目前家用电浆电视已经可以满足某种程度的数字电视播放? 电浆显示器结构与制程上非常适合大尺寸的制作，因此电浆显示器的最大尺寸在2006年已经跨越103吋门坎。在此同时随着影像的数字化与宽带网络传输技术的进化，加上不受时间与空间限制，目前家用电浆电视已经可以满足某种程度「随时都可以获得动态影像信息的行动电话与地表波数字电视播放」等市场需求，然而一般家用薄型大画面电视普及化的反面，距离完全满足可携带式电子机器小画面的需求还有相当努力的空间。
研究人员发现如果大画面显示器可以轻易设置在任何场所空间，透过网络连结消费者就可以在任意场所接收大画面的惊人震撼力，尤其是实体等高大画面的影像显示，可以提供观视者身历其境的模拟体验，并与对方进行实物等高的沟通交流应用。
可以显示实体等高的影像，画面大小必须超过2公尺以上，它相当于对角尺寸150英吋~200英吋左右的液晶电视，除此之外实体等高影像透过曲面显示，它可以包覆整体影像视野，提供观视者革命性的高逼真影像，为制作这样的显示器，直视超大型画面、无接缝、高辉度、高分辨率曲面显示器成为唯一选择。虽然电浆显示器大画面化时非常有利，然而画面尺寸超过100英吋时，随着玻璃基板的大型化，面板厂商会面临工厂与制作设备投资庞大等双重难题。


图说：虽然电浆显示器大画面化时非常有利，然而画面尺寸超过100英吋时，随着玻璃基板的大型化，面板厂商会面临工厂与制作设备投资庞大等双重难题。? 次世代超大型薄型电浆管显示器现身
因此研究人员应用画面越大，发光效率越高的电浆显示器发光原理，突破电浆管数组(PTA：Plasma Tube Array，以下简称为PTA)组件结构与制程技术瓶颈，开发可以作曲面显示的超大型薄型电浆管显示器(PTA-DP：Plasma Tube Array Display Panel)。接着本文要介绍利用PTA进行超大画面、曲面显示的基本技术与今后展望。
一般认为实体等高影像的应用系统与服务，可以开拓全新的市场商机。以往超大画面显示大多直接沿用既有的投影设备，在特定的照明环境与视听位置，符合某些特殊要求的前提下使用，因此长久以来市场强烈要求能够轻易获得直视型、无接痕的超大画面显示器。
次世代超大型平面显示器关于「逼真的影像特性」的部分，一直是电浆显示器最得意的领域，加上电浆显示器高辉度与高分辨率两大优点，意味着今后只要扩大画面尺寸，电浆显示器可以发展成超大画面实体等高显示器。
事实上电浆显示器商品化后，仍旧持续进行所谓的「低消费电力化改善」，例如提高电浆显示器的单位电力发光辉度(lm/W)，或是开发低电力高画质控制技术等等。
其中有关脉充发光效率，早期的电浆显示器大约只有1 lm/W左右，目前新型电浆显示器的发光效率，在实验室已经突破5 lm/W的门坎，换句话说电浆显示器利用以上新技术，理论上可望达成关于画质方面的诉求，不过对于可以自由扩大曲面显示与画面尺寸的可挠曲化(flexible)、轻巧、容易组装搬运，高组件互换的维修性、低设置、操作成本等等的要求，研究人员普遍认为如果依照既有的技术持续延伸改善的话，恐怕不易达成预期目标。
主要原因例如超大画面的应用系统，要求大规模的设置工程作业，导致利用形态受到大幅限制。虽然设置工程费用与操作成本都比显示器系统低，然而要全部实现所有高画质的目标，势必超越传统电浆显示器既有架构，开发全新的显示器结构与操作方式。


图说：早期的电浆显示器大约只有1 lm/W左右，目前新型电浆显示器的发光效率，在实验室已经突破5 lm/W的门坎。（节能标章全球信息网）
电浆管的动作原理与特性

为达成次世代超大型平面显示器的画质要求，研究人员应用AC型电浆显示器的发光原理，克服电浆显示器超大画面化的技术瓶颈，开发可以实现轻巧、超大画面，以及曲面显示的新技术。电浆管数组(PTA)显示器的基本结构，在直径1mm真空玻璃管内，依序制作放电保护膜、荧光体、放电气体，形成与电浆显示器完全相同的发光结构。

上述真空玻璃管称为电浆管(Plasma Tube)，电浆管依照R、G、B复数排列，正面与底部分别粘贴设有电极的透明外部电极基板，形成次世代电浆管显示器(PTA-DP)。电浆管是利用包覆玻璃管壁形成的放电空间，利用显示电极与地址电极施加电界，形成与AC型电浆显示器的3电极放电结构完成相同的电极构造。
R、G、B三色电浆管复数排列构成的电浆管数组显示器(PTA-DP：Plasma Tube Array Display Panel)除了使用传统电浆显示器的灰阶驱动技术，亦即ADS(Address Display-period Separation)次场界(sub field)技术之外，同时还直接沿用电浆显示器的驱动电路基本结构与电极驱动IC等关键性周边组件。

直径1mm的真空玻璃管以R、G、B一组为单位构成间距3mm的画素，接着在水平方向并排设置1000~2000个画素(总长度大约是3m~6m)，就能够获得相当于对角尺寸150英吋~250英吋超大型画面。


图说：电浆管是利用包覆玻璃管壁形成的放电空间，利用显示电极与地址电极施加电界，形成与AC型电浆显示器的3电极放电结构完成相同的电极构造。
传统电浆显示器制作上要求工厂设备必需具备处理画面尺寸以上玻璃基板的能力，相较之下电浆管是以细长玻璃管为单位制作，只需要小型制作设备即可，而且制作玻璃管不要求严苛的无尘室清洁度，此外画面尺寸随着电浆管排列数量的扩充，理论上可以作无限制增加，形成高挠曲度曲面显示器。
以往进行多重显示(multi display)时受到于画素排列等限制，经常造成密封单元(seal unit)障碍，相较之下采用单一密封方式的电浆管显示器几乎没有任何接缝，它能够轻易获得所谓的无接痕(seamless)超大型画面。
将电浆管当作发光组件排列的手段，与传统发光二极管(LED)非常类似，不过HDTV等级的分辨率，如果使用LED数组(array)构成显示器时，使用的发光组件数量往往超过100万~200万个，而且驱动系统的规模会变得极端复杂、昂贵，相较之下PTA显示器却只需要1万~2万根电浆管，就能够获得相同影像分辨率。
电浆管数组显示器的特性

如上所述电浆显示器与电浆管数组(PTA)显示器，两者都是采用3电极面放电型结构，PTA制程上可以各别制作管内构造与电极基板，彼此之间无任何制程牵制，因此非常容易加工制作。? 具体差异方面，传统电浆显示器必须先在玻璃基板表面，依序制作显示电极与诱电体层，接着涂布玻璃粉再以高温软化形成透明玻璃层，此时基板玻璃与电极之间，必须相互配合耐热性与与反应，彼此牵制非常繁锁、复杂；而PTA的玻璃管壁本身就是诱电体层，一旦形成电浆管之后只要粘贴电极基板即可，由于无高温制程因此电极基板甚至可以改用低价、取得容易的树脂膜片，无论结构或是制程自由度都获得大幅提升。
传统电浆显示器的放电盒(cell)空间形状取决于间隔(rib)的构形；相较之下PTA则利用玻璃管的外形控制放电特性，例如后述的电浆管显示器，甚至采用断面呈四角形的电浆管。PTA的表面显示电极必须在水平方向横跨数公尺提供放电电流，此时要求非常低的阻抗(impedance)，不过电极厚度本身有很大的调整自由度，所以可以作低阻抗的电极设计。
此外电浆管数组显示器(PTA-DP)已经将电浆显示器的诱电体层与间隔制程，整合在玻璃管的制作过程中，因此PTA可以有效简化面板的制作过程。虽然电浆管数组显示器(PTA-DP)的发光功能单元与供电与控制的电极彼此独立分离，不过却继承电浆显示器的主动发光、大视角、高辉度、高分辨率等优点，同时还开创超大画面化时非常有利的结构优势。
传统电浆显示器(PDP)的放电盒(cell)空间越大发光效率越高，由于电浆管数组显示器(PTA-DP)的画素间距是电浆显示器的3倍，因此电浆管数组显示器必须配合超大型画面需求进行最佳化设计。? 有鉴于此研究人员调查电浆管数组显示器的放电间距，亦即显示电极的间隔与气体压力对放电开始电压的影响，再根据调查结果作最佳化设计。由于电浆管的诱电体层，亦即玻璃管的内壁厚度比电浆显示器厚，因此研究人员依照电极的施加电压，调宽放电间距使电界可以充分在玻璃管内部扩散，最后决定将放电间距设定成400um。此外为防止放电电压上升，研究人员刻意使气体压力低于传统电浆显示器，将电浆管气体压力设定成466hPa。
当初认为中空圆柱状玻璃电浆管，只要加大放电空间就能提高发光效率，不过实测结果显示电浆管数组显示器的发光效率只有2 lm/W，因此研究人员仔细观察电浆管内的放电现象，发现管内的放电无法扩散至直径只有1mm圆柱状玻璃管内壁，放电不但远离荧光体而且横向放电扩散明显不足，因此研究人员将中空圆柱状玻璃管改成断面宽度1mm正方的柱状中空玻璃管。
随着圆柱状中空玻璃管改成正方形柱状中空玻璃管，电极与玻璃管内部的接触面积获得大幅扩张，玻璃管长轴方向的放电也随着变大，因此研究人员针对横向的放电扩张维持原状，再透过玻璃管径(玻璃管的高度)的最佳化设计，使放电能够更贴近荧光体层，藉此使放电产生的紫外线入射至荧光体的光量提高。
透过电浆管的结构最佳化设计，电浆管数组显示器(PTA-DP)的发光效率提高一倍亦即4 lm/W，如果使用目前电浆显示器检讨中的高Xe分率放电气体与新型荧光体，电浆管数组显示器(PTA-DP)的发光效率甚至超过5 lm/W。


图说：PTA制程上可以各别制作管内构造与电极基板，彼此之间无任何制程牵制，因此非常容易加工制作。
? 电浆管数组的曲面显示技术
论及弯曲画面的特征时一般人会立即连想到电子纸，电子纸是控制挟持在两片透明树脂膜片内的液体或是粉体的光线反射，藉此达成影像显示的目的。为了使画面弯曲必须掌握下列要点，分别是：使用柔软的膜片基板、光控制媒体非常柔软，可以自由移动、单纯的弯曲不会影响电极的矩阵(matrix)。主要理由是电子纸的光线控制媒体，采用本身就具备记忆特性，而且只在改写时才会消费电力的非挥发性显示方式，因此能够获得超低消费电力特性。
此外有关画素控制方式，电子纸即使采用单纯的矩阵也能够满足实际需求，因此它可以在塑料基板上，制作抗弯曲性非常强大的可挠曲影像显示组件。研究人员仔细分析电浆显示器(PDP)的基本结构，发现电浆显示器某些特性符合上述要件，例如电浆显示器本身同样具备记忆特性，同样采用单纯的矩阵方式控制画素，而且拥有一定程度的可挠曲特性。
换句话说沿用传统电浆显示器(PDP)动作原理，同时还采用可以实现超大画面全新结构的电浆管数组显示器(PTADP)，本身已经具备发展成曲面显示器的潜力。以电浆管(PTA)作曲面显示时，要求电极基板即使受到弯曲，也必须维持稳定的动作特性，因此研究人员利用树脂膜片开发可挠曲(flexible)电极基板。
可挠曲电浆管阵发性显示器(PTA-DP)的结构，是利用粘着剂将可挠曲电极基板粘贴在电浆管(PTA)上下方，为防止电浆管(PTA)与树脂膜片出现间隙，研究人员还开发PTA专用的固定技术，与对放电电压没有影响的PTA-DP专用粘着剂。根据测试结果显示128根直径1mm的电浆管数组，弯曲画面同样可以获得非常稳定的发光。即使是曲面显示影像，放电开始电压(Vf1)与放电维持电压(Vsmn)，两者的驱动界限幅度始终维持一定，两者的特性分布差距Vfn与Vsm1几乎没有任何改变。
下图是试作1m x 0.5m电浆管数组性显示器(PTA-DP)的实际外观与影像显示范例，由左上图可知电浆管数组性显示器(PTA-DP)非常轻巧、柔软，504支长度1公尺的电浆管构成的42英吋电浆管数组显示器(PTA-DP)，总重量只有0.6公斤，大约是同等级电浆显示器(PDP)的10分之1以下；左下图是部份画面弯曲的范例；右图是60Hz时的动画显示范例。


图说：PTA制程上可以各别制作管内构造与电极基板，彼此之间无任何制程牵制，因此非常容易加工制作。（富士通）
电浆管数组性显示器应用与未来展望
未来直视型超大画面电浆管数组性显示器(PTA-DP)一旦开始普及化，可望发挥它的革命性特征，开创全新的应用系统与服务范畴。并且超大画面能够含盖观赏视野，进行曲面显示、超横向宽视野显示，配合电浆管数组性显示器(PTA-DP)特有的轻巧、低消费电力、低发热等优势，埋设在天花板、地板，以及各种复杂曲面的墙壁时，可望开创全新的应用。进而发挥电浆管数组性显示器(PTA-DP)的轻巧、可挠曲特性，当设置在地下道的弯曲壁面时，则可以构成「动态展示窗」广告应用系统，而其「可移动型超大画面」的特性，则是当设置在灾害现场与各种公众场所时，便可以获得实时性、震撼性的倡导效果。
此外发挥电浆管数组性显示器(PTA-DP)的低消费电力与高画质特性，它可以融合各种生活信息与影像，应用在一般家用电视等领域。事实上研究人员已经针对电浆管(PTA)显示的商品化，进行数组技术、分布特性、稳定性、可靠性、使用寿命、量产制程技术的开发与改善，预定不久的将来会进入商品量产化。


图说：发挥电浆管数组性显示器(PTA-DP)的轻巧、可挠曲特性，设置在地下道的弯曲壁面时，可以构成「动态展示窗」广告应用系统。（富士通）
未来电浆管数组性显示器　可望应用在一般家用电视与各种领域
以上介绍可以作曲面显示的超大型薄型电浆管数组性显示器(PTA-DP)的基本技术与今后展望。传统电浆显示器面对次世代薄形、轻巧、可挠曲、超大画面显示，以及低设置、操作、应用、维修成本等附加价值要求时，几乎无法透过改善现有技术满足上述目标。
因此研究人员利用电浆显示器技术开发对角线尺寸高达100英吋~300英吋，可作挠曲显示的直视型超大画面改善，开拓超大画面显示器全新的应用商机，未来电浆管数组性显示器(PTA-DP)可望应用在一般家用电视与各种领域。