前言

電漿顯示器（Plasma Display Panel；PDP）屬於主動發光元件，能夠提供逼真（reality）的影像畫質，目前普遍應用在薄型大畫面家用電視領域。近幾年隨著家用電漿電視的普及化，電漿電視已經成為超大型高畫質顯示器的代名詞。

電漿顯示器在結構與製程上非常適合應用於大尺寸，在2006年其最大尺寸已經跨越103英吋門檻，隨著數位化影像和寬頻網路傳輸技術的突飛猛進，目前家用電漿電視已可滿足行動電話動態影像資訊和數位電視地表波播放的應用需求。不過在可攜式電子裝置顯示螢幕的領域，仍有不少努力的空間。

目前開發電漿顯示器的重點，在於如何提升實體等高大畫面的顯示影像技術。若需顯示實體等高的影像，畫面大小必需超過2m以上，相當於液晶電視對角尺寸為150～200英吋左右。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、高解析度的曲面顯示器便成為相當關鍵的介面選擇。

不過當電漿顯示器大畫面尺寸超過100英吋時，面板廠商投資大型化玻璃基板生產製作設備的成本壓力也跟著提高。因此革新大尺寸電漿顯示器的高效能發光原理，突破電漿管陣列（Plasma Tube Array；PTA）零組件結構與製程技術的瓶頸，開發出曲面顯示的超大型薄型電漿管顯示器（Plasma Tube Array Display Panel；PTA-DP），就顯得相當重要。

開發經緯

以往超大畫面顯示大部分沿用既有投影設備，必須在特定的視聽位置和照明環境中，符合特殊前提方能應用，因此能輕易取得直視型和無接痕的超大畫面顯示器，市場需求呼聲越來越強烈。

(圖一)是次世代超大型平面顯示器對於特性需求的示意圖，其中逼真的影像特性一直是電漿顯示器技術具有優勢之處，加上高輝度與高解析度兩大優點，也意味著在技術上只要能擴大畫面尺寸，電漿顯示器便可發展成超大畫面實體等高顯示器。

另外，電漿顯示器仍舊持續進行低消費電力化改善的技術革新，例如提高電漿顯示器的單位電力發光輝度（ ），或是開發低電力高畫質控制技術等等。其中有關脈充發光效率部分，早期的電漿顯示器大約只有1 左右，目前新型電漿顯示器的發光效率，在實驗室已經突破5 的門檻，換句話說，電漿顯示器利用上述新技術，理論上可望達成圖一上方的兩項要求，不過下方的技術門檻仍有待突破。

《圖一　次世代超大型平面顯示器的必備特性》

由於超大畫面的應用系統要求大規模的設置工程作業，因此利用形態受到大幅限制。雖然設置工程費用與操作成本都比顯示器系統低，不過若要實現圖一的所有目標，勢必要超越既有傳統電漿顯示器架構，開發全新的顯示器結構與操作方式。

電漿管的動作原理與特性

為達成圖一的目標，研究人員以應用 型電漿顯示器的發光原理，克服電漿顯示器超大畫面化的技術瓶頸，開發可以實現輕巧、超大畫面，以及曲面顯示的新技術。

PTA顯示器基本架構

(圖二)是電漿管陣列（PTA）顯示器的基本結構，由圖可知，PTA是在直徑 真空玻璃管內，依序製作放電保護膜、螢光體、放電氣體，以形成與電漿顯示器完全相同的發光結構。

《圖二　PTA的基本結構》

上述真空玻璃管稱為電漿管（Plasma Tube），電漿管依照R、G、B複數排列，正面與底部分別粘貼設有電極的透明外部電極基板，形成次世代電漿管顯示器（PTA-DP）。由圖二下方的電漿管斷面圖可知，包覆玻璃管壁形成的放電空間，利用顯示電極與位址電極施加電界，形成與 型電漿顯示器的3電極放電結構完成相同的電極構造。

PTA-DP顯示器架構

R、G、B三色電漿管複數排列構成的電漿管陣列顯示器（PTA-DP），除了使用傳統電漿顯示器的灰階驅動技術，亦即ADS（Address Display-period Separation）次場界（sub-field）技術之外，同時還直接沿用電漿顯示器的驅動電路基本結構與電極驅動IC等關鍵性周邊元件。

直徑 的真空玻璃管，以R、G、B一組為單位構成間距 的畫素，接著在水平方向並排設置 個畫素（總長度大約是 ），就能夠獲得相當於對角尺寸 英吋超大型畫面。

(圖三)是有關PTA-DP的Layout特徵說明。廠商在生產製作傳統電漿顯示器過程中，必需具備處理大畫面尺寸玻璃基板的能力，相較之下電漿管是以細長玻璃管單位為基礎，只需小型製作設備即可，且製作玻璃管無須嚴苛的無塵室清潔度，理論上畫面尺寸隨著電漿管排列的數量可無限擴充增加，形成高撓曲度曲面顯示器，因此在技術上相當有競爭力。

《圖三　PTA的結構特徵》

以往進行多重顯示（multi-display）時，受到畫素排列等限制，經常造成密封單元（seal unit）的障礙。相較之下，採用單一密封方式的電漿管顯示器，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。

將電漿管當作發光元件排列的手段，與傳統發光二極體（LED）非常類似，不過HDTV等級的解析度，如果使用LED陣列（array）構成顯示器時，使用的發光元件數量往往超過 萬個，而且驅動系統的規模會變得極端複雜且昂貴，而PTA顯示器卻只需要 萬根電漿管，便能獲得相同影像的解析度。

PTA顯示器的特性

(圖四)是傳統電漿顯示器（PDP）與電漿管陣列顯示器（PTA-DP）的結構比較示意圖。如上所述，電漿顯示器與電漿管陣列（PTA）顯示器，兩者都是採用3電極面放電型結構，PTA製程上可以各別製作管內構造與電極基板，彼此之間在製程上不會相互牽制，因此易於加工與製作。

PDP和PTA的差異

傳統電漿顯示器與PTA之間的具體差異如(圖四a)所示，前者必需先在玻璃基板表面依序製作顯示電極與誘電體層，緊接著塗佈玻璃粉、再以高溫軟化形成透明玻璃層。此時基板玻璃與電極之間，必需相互配合耐熱性與反應，彼此牽制非常繁鎖複雜。相較之下(圖四b)的PTA，玻璃管壁本身就是誘電體層，一旦形成電漿管之後，只要粘貼電極基板即可。由於屬於無高溫製程，因此電極基板甚至可以改用低價、容易取得的樹脂膜片，在結構或是製程自由度上都能大幅提升。

《圖四　傳統電漿顯示器與PTA的結構比較示意圖》

傳統電漿顯示器（PDP）的放電盒（cell）空間形狀取決於肋（rib）的形狀，相較之下PTA則利用玻璃管的外形控制放電特性，例如後述的電漿管顯示器，甚至採用斷面呈四角形的電漿管。

PTA和PTA-DP的技術優勢

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

此外電漿管陣列顯示器（PTA-DP）已經將電漿顯示器的誘電體層與肋製程，整合於玻璃管的製作過程當中，因此PTA可有效簡化面板的製作過程。雖然PTA-DP的發光功能單元與供電與控制的電極彼此獨立分離，不過卻擁有電漿顯示器的主動發光、大視角、高輝度、高解析度等優點，亦能開創超大畫面非常有利的優勢架構。

讓PTA-DP設計最佳化

PDP的放電盒空間越大，發光效率越高，由於PTA-DP的畫素間距是電漿顯示器的3倍，因此PTA-DP必需配合超大型畫面需求進行最佳化設計。有鑑於此，研究人員可調查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，再根據調查結果作最佳化設計。

提高發光效率

由於電漿管的誘電體層，亦即玻璃管的內壁厚度比電漿顯示器厚，因此研究人員依照電極的施加電壓，調寬放電間距，使電界可以充分在玻璃管內部擴散，最後決定將放電間距設定成 。此外，為防止放電電壓上升，研究人員可刻意使氣體壓力低於傳統電漿顯示器，將電漿管氣體壓力設定成 。

當初業界研究理論上認為中空圓柱狀玻璃電漿管，只要加大放電空間就能提高發光效率，不過實測結果顯示電漿管陣列顯示器的發光效率只有 ，因此目前的研究仔細觀察電漿管內的放電現象，發現管內的放電無法擴散至直徑只有 圓柱狀玻璃管內壁，放電不但遠離螢光體，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 正方的柱狀中空玻璃管，如(圖五)所示。

《圖五　改善高發光效率的結構示意圖》

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，再藉由強化玻璃管徑的設計功能，使放電能更貼近螢光體層，藉此提高放電所產生之紫外線入射至螢光體的光量。

革新技術成果

(圖六)是PTA-DP的發光效率改善結果示意圖，如圖所示，藉由強化電漿管結構的設計功能，PTA-DP的發光效率可提高一倍，達到 。倘若使用目前電漿顯示器技術檢討內容其中的高 分率放電氣體與新型螢光體，PTA-DP的發光效率甚至超過 。

《圖六　改善PTA顯示器發光效率的結果示意圖》

PTA曲面顯示技術的特性

一般人談到彎曲畫面的外觀特徵時，立即會聯想到電子紙。電子紙其實是利用控制夾在兩片透明樹脂膜片中間的液體或是粉體、所產生的光線反射進而達到顯示影像的效果。若要讓螢幕可以彎曲、且能維持高畫質顯示效果，在技術上必須掌握下列要點：

上述要點的主要理由，首先是因為電子紙的光線控制媒體，本身就具備記憶特性，並且只有在改寫時、才會消費電力的非揮發性顯示方式，能夠在顯示過程發揮超低消費電力特性。

另外在畫素控制技術上，電子紙即使採用單純的矩陣，也能夠滿足實際需求，因此電子紙技術也能應用於塑膠基板材質上，製作抗彎曲性非常強的可撓曲（flexible）影像顯示元件。

結合PDP和PTA

此外研究人員已仔細分析電漿顯示器（PDP）的基本結構，發現電漿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，同樣採用單純的矩陣方式控制畫素，而且擁有一定程度的可撓曲特性。

換句話說，沿用PDP動作原理，同時還採用可以實現超大畫面全新結構的PTA-DP技術，本身便具備發展成曲面顯示器的潛力。以電漿管（PTA）作曲面顯示時，即便電極基板受到彎曲。也必須維持穩定的動作特性，因此研究人員便可利用樹脂膜片，開發可撓曲的電極基板。

(圖七)是可撓曲電漿管陣發性顯示器（PTA-DP）的斷面結構，如圖所示，它是利用粘著劑，將可撓曲電極基板粘貼在電漿管上下方，為防止電漿管與樹脂膜片出現間隙，研究人員還開發PTA專用的固定技術，以及對放電電壓沒有影響的PTA-DP專用粘著劑。

《圖七　可撓曲PTA斷面結構》

可撓曲PTA-DP技術優勢

(圖八a)是上述可撓曲PTA-DP的外形結構、與實際點燈時的驅動電壓特性，根據測試結果顯示，128根直徑 的電漿管陣列，彎曲畫面同樣擁有非常穩定的發光效能。

另外(圖八b)座標左側的靜止驅動電壓特性，是各個單一電漿管的實測值，圖八b座標右側則是128根電漿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（ ）與放電維持電壓（ ），兩者的驅動界限始終維持一定幅度，兩者的特性分佈差距 與 幾乎沒有任何改變。

《圖八　PTA的結構與驅動電壓特性》

(圖九)是試作 PTA-DP的實際外觀與影像顯示範例，由(圖9a)可知PTA-DP非常輕巧柔軟，504支長度 的電漿管所構成的42英吋PTA-DP，總重量只有 ，大約是同等級電漿顯示器（PDP）的 以下。(圖九b)是部份畫面彎曲的範例；(圖九c)則是 時的動畫顯示範例。

《圖九　1×0.5m PTA與影像顯示範例》

未來應用與展望

未來直視型超大畫面PTA-DP一旦開始 進入市場普及化階段，可望發揮其發光架構的革命性效能，開創全新的應用系統與服務廣度。如(圖十)所示，超大畫面能夠涵蓋觀賞視野，曲面顯示能應用在各類空間環境中的超大橫向寬視野顯示，配合PTA-DP特有的輕巧、低消費電力、低發熱等技術效能，鋪設於天花板、地板，以及各種複雜曲面的牆壁空間，開創全新的應用領域。

具體應用範例如(圖十一)所示，發揮PTA-DP輕巧與可撓曲的特性，設置在地下道的彎曲壁面時，便可以成為動態展示窗的廣告應用系統。除此之外，廠商可發揮PTA-DP另一項可移動型超大畫面的特性，設置在災害現場與各種公眾場所，讓一般大眾可藉此獲得即時與震撼性的宣導效果。此外PTA-DP的低消費電力與高畫質特性，可作為整合各類生活資訊與影像的顯示平台，應用在一般家用電視等領域。

《圖十　PTA-DP無限寬廣的應用環境》

《圖十一　PTA的應用範例》

結語

以上簡單介紹PTA-DP的基本技術與今後展望方向。傳統電漿顯示器（PDP）在面對下一世代薄形、輕巧、可撓曲、超大畫面顯示等應用需求，以及降低設置、操作、應用、維修等成本要求時，面臨現有技術無法突破滿足上述目標的現實。

利用電漿顯示器技術，開發對角線尺寸高達 英吋，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用商機，未來PTA-DP技術與產品進入商業化量產階段之後，可望廣泛應用於一般家用電視與各類公共領域當中。