“科技感”十足的透明顯示屏很高級嗎？

最近深圳、北京地鐵的列車玻璃窗上，出現透明顯示屏的新聞挺抓人眼球：深圳地鐵6號、10號線，北京地鐵6號線車窗都出現了這種“智能列車乘客服務系統”[1][2]。這些與車窗融為一體的透明顯示屏不僅能夠顯示天氣、站點信息，還能上網、看視頻、逛網店。DSfesmc

加上小米在前不久的10周年發(fā)布會上推出了售價5萬元的透明電視，又讓“透明顯示”技術的熱度升了溫。DSfesmc

從國內媒體的部分報道，以及供應鏈上的消息來看，基本可以明確這些透明顯示面板來自LG Display。供應透明顯示面板的廠商現如今并不算多，據說三星就已經在2016年決定不再繼續(xù)生產此類面板[3]。到時至今日這類產品都遠算不上普及。DSfesmc

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實際上，透明顯示技術的發(fā)展少說也有10年往上了。似乎每隔一段時間，或多或少我們總能在展會上看到透明電視或顯示屏的身影。它們形態(tài)各異，可以是透明電視，也可以是透明柜門，還可以是透明手機。DSfesmc

2009年索愛還存在于世時，就有一款名為Xperia Pureness X5的透明屏手機格外引人注目，因為其透明屏幕在那個時代實在太炫酷了——即便這款手機并未大規(guī)模量產，而且還只是個功能機。DSfesmc

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Xperia Pureness手機，來源：Pocket-lintDSfesmc

而透明顯示屏上次如此抓人眼球還是在2016年的CES展會上，松下展示了一款以柜門形式出現的透明顯示屏，號稱“隱形的電視”；在日常不開啟時，看起來就只是個普通的透明玻璃柜門。而在打開之后就是臺能顯示動態(tài)畫面的電視。[4]去年松下再次展示了其透明OLED電視，不過當時也仍然是概念產品狀態(tài)。DSfesmc

這類產品如此具有話題性，大概源于其十分飽滿的未來科技感——畢竟科幻電影中，總能看到各種高端的透明顯示屏。這在漫威這些年的超級英雄電影中就十分常見。我們嘗試通過這篇文章來簡單談談，透明顯示屏的基本原理，以及它離走進我們的日常生活還有多遠。DSfesmc

透明顯示屏很高級？自己能DIY！

透明顯示技術的方向比較多樣，比如LCD、OLED就都能做到透明化。這里我們拋開一些非常規(guī)的透明顯示技術不談，比如說谷歌眼鏡、微軟HoloLens那樣的透明顯示技術：這類現實增強型AR眼鏡類產品，有時還帶有3D顯示屬性。DSfesmc

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來源：Geng, Jason. "Three-dimensional display technologies." Advances in optics and photonics 5.4 (2013): 456-535DSfesmc

比如上圖這種AR現實增強眼鏡，它通過鏡片的部分反射特性，特別針對左右眼來達成3D畫面觀感，與此同時還確保看到眼鏡外的現實世界。這本身就是透明顯示（see-through display）的一類方案，但不是我們要在本文探討的重點。DSfesmc

另外，MIT一直在致力于開發(fā)一種被動透明顯示系統，用的是納米粒子技術——這種方案采用一個投射器作為外部光源，來投射畫面到透明介質之上（這種透明介質嵌入了一種納米粒子，可以部分顯示投射的畫面）。當前還有一些透明顯示技術也會采用類似的投射方案。這些方案成本更低，但也并非透明顯示屏的主流，至少現在還不是。DSfesmc

這兩年我們看到比較多的透明顯示屏，通常都是LCD或OLED透明顯示屏。感覺又回到了我們前不久探討柔性屏時，分成OLED柔性屏與LCD柔性屏兩個方向做探討的時候。那么這兩種面板是如何做到透明的呢？DSfesmc

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這里不花過多筆墨去談LCD與OLED兩類屏幕的結構，需要有個基本的概念是：無論是哪種面板，它們都是多層堆疊結構。顯示屏分成很多不同的層，每層發(fā)揮不同的作用——將這許多層疊在一起就構成了面板和顯示屏。LCD與OLED的區(qū)別就在構成兩類面板的層級結構是大不相同的。DSfesmc

如我們在柔性屏介紹文章中提到的，要實現顯示屏柔性化，實質上也就是要求每一層都可彎曲；那么透明屏也是一樣，要實現顯示屏透明化，也就是每一層都必須是透明的（或者具有一定的透光率）。DSfesmc

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來源：The Backoffice, YouTube[6]DSfesmc

這一點對顯示面板來說原本也可算得上是半個天然屬性了。比如LCD屏的底部有背光層，背光層發(fā)光照亮位于上層的各個疊層——這至少就表明了傳統LCD屏的大部分層原本就是透光的。YouTube上就有不少DIY視頻，用于展示如何讓你早就不用的屏幕變身透明顯示屏[7]——利用的都是傳統的LCD屏，將包括導光板在內的背光層拆除，然后利用自然光或其他光源作為背光來照亮屏幕，屏幕就自然成為半透明形態(tài)了，如上圖所示。DSfesmc

可見LCD屏原本就有做成透明屏的基礎。至于OLED屏，佐證其透明的最簡單實例，即在于現在的許多智能手機都支持屏下指紋識別（甚至有些還有屏下攝像頭），這些指紋識別方案通常為光學指紋識別，也就是要求屏幕本身是透明的，才能達成在屏下依然可識別指紋的目的。這些屏幕一般都是OLED屏，足見OLED屏天然也具備了這種“透明”特性。（比如透明電極ITO銦錫氧化物材料；某些層是因為厚度足夠薄所以表現為半透明）DSfesmc

OLED透明屏或成未來主流

顯然，既然自己在家都能DIY透明顯示屏，屏幕透明化就算不上什么黑科技。只不過這些年透明屏的研究也始終在持續(xù)，其核心問題應該是如何增加透明度或者屏幕的透光率。畢竟DIY的透明顯示器，和如今的小米透明電視比起來，在透明度上還是差得遠了。DSfesmc

這理論上也是影響LCD與OLED兩個透明化路線的重要問題。前文就提到LCD屏是需要背光的，這就為完整形態(tài)的LCD屏實現透明化造成了障礙。早年有一些LCD透明屏因此就去掉了背光系統，借助外部光源：無論是自然光，而是人造外部背光，來實現屏幕的可視化。與此同時，LCD還帶兩片偏振片（起偏器），這也是影響光透過率的組成部分。DSfesmc

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JDI的透明LCD屏DSfesmc

2017年，JDI（Japan Display Inc.）曾在SID 2017大會上介紹過自家的一款透明顯示屏[8]。這種透明屏在大方向上仍屬LCD，不過JDI為規(guī)避前面提到的問題，對面板發(fā)光結構和技術做了改進。首先背光安放在顯示屏側邊（隱藏在邊框內），導光的具體方案未知。國外媒體資料介紹提到采用“液晶單元前壁與后壁的內部反射，實現LED光擴散”，應該算是某種側入式背光方案。另外由于背光、材料（能夠支持在透明狀態(tài)與散射狀態(tài)間高速切換的“快速響應液晶材料”）及工作特性改進，這種LCD透明面板還去掉了偏振片和CF（color filter），以進一步提升透光率。DSfesmc

早些年包括三星、LG、MMT等在內的供應商都推過透明LCD顯示屏，多少都有對LCD自身的結構改進以增加屏幕的透明度。而OLED的結構在實現透明化時，天然不具有前面提到的這些阻礙——就連同時在推透明LCD與透明OLED產品的ProDisplay都特別提到，“一般的透明LCD屏需要背光來實現可視畫面，而透明OLED屏是由數百萬自發(fā)光的像素構成的。這創(chuàng)造了全新的創(chuàng)新領域…[9]”而且因為OLED層級結構簡單，做薄也更容易。DSfesmc

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OLED的屏幕結構此前我們不止一次撰文探討過，一般的AMOLED顯示屏，拋開TFT backplane不說，主要層級結構包括了基板（substrate），陰極層（cathode）、有機分子層（包括發(fā)射層、導電層）、陽極層（anode），如上圖所示。這是一個通電就自發(fā)光的結構，并不需要額外的背光。DSfesmc

如前文所述，這些不同層原本就有透明屬性。大約當代面板制造商，都有將不同層進一步做透明的技術。這部分具體的技術細節(jié)我們就不得而知了。但前文提到的小米透明電視、地鐵車窗透明屏幕都是OLED面板，就不難想見如今實現透明顯示屏的主流在往哪個方向走了。DSfesmc

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上圖左側示意的是在透明OLED屏顯示蔥白到黑的漸變圖案時的樣子，圖片來源：Planar SystemsDSfesmc

在LCD與OLED透明屏路線的選擇問題上，還有一個細節(jié)問題，即對黑色與白色的顯示。由于兩者發(fā)光機制上的差異，透明OLED屏在顯示純黑色時，呈現為透明狀態(tài)——因為OLED的發(fā)光原理是在顯示黑色時停止工作，所以自然就變透明（或不發(fā)光）了。DSfesmc

某些透明LCD屏可呈現黑色，對白色表現為透明——類似于早年的幻燈機，這也是由其工作機制決定的（LCD呈現白色時，液晶分子讓所有背光通過，像素為關閉狀態(tài)）；當然通過更多技術輔助也可以規(guī)避這個問題。DSfesmc

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ProDisplay的LCD透明屏演示DSfesmc

針對黑色的透明顯示，通常在畫面表現力上會更有價值，不僅是因為黑色背景更易于融入環(huán)境（比如在暗光環(huán)境下觀賞），而且在金色、銀色這類亮色的呈現上，也會明顯更有利，顯著優(yōu)于將白色透明顯示的透明屏。另外，黑色部分透明化也是對視覺體驗的加強。去年松下在展示OLED透明電視時，還在后方多加了一塊黑色面板，用以加強黑色呈現[11]。DSfesmc

這一點對于透明顯示屏的固有使用場景，比如商店櫥窗物品展示輔助，以及各種零售體驗加強，都是黑色顯示透明化，以及加強亮色顯示顯得更有價值。這也是OLED透明屏更有發(fā)展前途的一部分原因。DSfesmc

“透明”同時作為特征和技術難點

雖然我們并不十分清楚，不同透明顯示面板制造商在針對面板各層級透明度優(yōu)化上的具體方案，不過過去的一些資料與paper，還是有透露業(yè)界在面板某些層級上實現更高透光率時的努力。比如說前文提到松下透明電視，就有應用通過電流控制透明度的層結構：通電時透明，不通電透明度降低（如下圖）[10]；再比如顯示屏backplane部分的TFT層。DSfesmc

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來源：松下 via 日經DSfesmc

在探討柔性屏技術時，TFT層也是我們探討的一個重點，畢竟這里是半導體匯聚的地方。AMOLED主動陣列像素電路至少包含了薄膜晶體管、儲存電容。根據所需的顯示亮度、OLED效率和各種參數，驅動電路會占據像素一個比較可觀的尺寸。TFT也因此成為限制透明度的一個重要因素。DSfesmc

十多年前就已經有針對透明顯示面板TFT backplane的替代材料或改良技術研究了。當年材料研究領域的學者曾提到采用氧化鋅和氧化銦（IZO）納米線的透明晶體管，用以替代非晶硅和多晶硅晶體管，因為IZO是透明的（首先將IZO柵電極沉積到玻璃上，在表面應用一種納米線解決方案，再在納米線兩側沉積ITO源極和漏極）[12]。不過當時就有諸多工程實施上的問題，所以未知如今業(yè)界在這方面的進展。DSfesmc

起碼當年的松下透明電視，以及如今小米透明電視，湊近了仔細看仍然是可以看到細密的網格嵌入在玻璃之中的。DSfesmc

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來源：小米電視DSfesmc

不過小米透明電視的網格，與其像素改進又有著很大的關系。這就是近代OLED透明屏增加透明度的努力了。小米在官方博客已經專門撰文闡述了增加透明度的方案：“透明OLED的像素中除了常規(guī)OLED屏幕中的WRGB 4個子像素外，還增加了近50%區(qū)域的‘透明子像素’，‘透明子像素+WRGB子像素’組成了透明OLED屏幕的單個像素，這樣結構的像素在這塊55英寸的透明屏幕上擁有1920X1080=2073600個。”[13]DSfesmc

換句話說，每個像素都有一部分是透明的，不參與顯像。如此一來，就能夠進一步增大屏幕的透明度了。DSfesmc

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來源：LGDSfesmc

這個說法與LG的官方解釋[14]完全一致，LG提到“關鍵在獨立的玻璃基板增加到了color filter之上”，這么做可使至多40%的光通過。（The key component is the separate glass substrate which is added to the color filter to allow up to 40 percent of light to pass through.）DSfesmc

另外，電路部分是疊在RGBW像素后方的，這樣也就讓“透明子像素”有了更高的光透過率（當然也有類似的方案是RGB子像素，再加透明區(qū)域）。但似乎也是因為這個原因，致其像素密度無法做到太高。小米透明電視雖然有55寸的屏幕尺寸，但分辨率卻是1080p。DSfesmc

除此之外，理論上以這種結構方案來看，雖然從電視后方觀看也能看到畫面，但色彩表現應該會打較大程度的折扣。Planar System的內容開發(fā)者文檔[15]也提到，應用類似的方案，從電視后方看畫面相比前方，會有25%的對比度和亮度損失。畢竟電路部分是在后方的，即便它們足夠細密。DSfesmc

透明顯示更適合哪些應用場景？

小米將這臺透明電視價格控制在5萬以內，似乎已經是透明屏走進百姓家的開端了。只是從實用性的角度來說，如小米這類透明電視的實際顯示效果，比如今主流電視差得略有點遠：尤其我們在上海小米旗艦店的展示廳看透明電視，雖的確未來感十足，但在普通家居燈火通明環(huán)境下，加上凌亂背景，電視畫面的確很難看清楚。DSfesmc

唯有暗光環(huán)境下，才有其一席之地。除非是有錢人，純粹將其作為裝飾品買回家（畢竟那些會買幾時上百萬OLED電視的主應該也不會在意區(qū)區(qū)5萬塊錢），否則它作為日常家庭娛樂設備，還是處處受限的。DSfesmc

從LG為其透明面板的定位來看，這樣一款產品原本就不是主要為家庭娛樂服務的。除了本文開頭提到，它作為地鐵列車信息交互工具，其更多應用在電子看板、商品/展品輔助展示等。其品名就叫“LG Transparent OLED Signage”。作為零售店內商品輔助展示，還是頗吸引眼球的，比如作為商品櫥窗展示，融入到櫥窗玻璃中，就創(chuàng)造了各種有趣的展示場景，很類似于現實增強。DSfesmc

例如櫥窗中展示防水手表，則櫥窗玻璃就可以顯示水和氣泡，用于表現商品的應用場景。再比如針對某個商品的文字介紹，甚至可以與顧客做觸控互動。LG今年3月就提到，已經將其應用到了韓國國立古宮博物館，以懸浮影像的方式來輔助展示歷史文物。DSfesmc

另外，LG在推廣其透明顯示屏時預設的一個方案，是將此顯示屏與“視頻墻OLED Signage”做結合。即后方還有個視頻墻OLED看板，前方再放上透明顯示屏：這樣兩者在共同顯示畫面時，能夠營造沉浸式的3D觀感。DSfesmc

隨著透明顯示技術的愈發(fā)成熟，或許我們很快就能在很多高端零售店，以及公共基礎設施中看到這些透明顯示屏的存在了，就像地鐵中的列車玻璃窗那樣。不過它大概還不會很快進入到我們的家庭娛樂中，畢竟其實用性實在是不怎么樣。DSfesmc

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三星2015年推出的透明電視DSfesmc

最后值得一提的是，本文僅探討了透明顯示屏自身，而未涉及到更多周邊問題，比如說LG在推的這些透明屏可加入觸控層，這在透明化方案里可能還會有更多的挑戰(zhàn)；以及在系統設計上，作為“透明電視”以及透明信息交互界面，除了顯示屏自身，還有電源、控制、數據處理之類的緊湊設計問題。這些也都是在構建透明顯示系統時需要考慮的問題。DSfesmc

參考來源：

[1] 北京地鐵魔窗系統升級：將安裝“小米透明電視” - 新浪科技DSfesmc

（https://tech.sina.cn/2020-08-22/detail-iivhvpwy2448845.d.html）DSfesmc

[2] 深圳地鐵用上“透明電視” – 新浪科技DSfesmc

（https://tech.sina.com.cn/e/2020-08-19/doc-iivhuipn9359049.shtml）DSfesmc

[3] Samsung Display reportedly decided to halt transparent OLED production - OLED-infoDSfesmc

（https://www.oled-info.com/samsung-display-reportedly-decided-halt-transparent-oled-production）DSfesmc

[4] This Futuristic "Invisible TV" Looks Just Like A Piece Of Glass When Turned Off! - steemitDSfesmc

（https://steemit.com/news/@sirwinchester/this-futuristic-invisible-tv-looks-just-like-a-piece-of-glass-when-turned-off）DSfesmc

[5] Geng, Jason. "Three-dimensional display technologies." Advances in optics and photonics 5.4 (2013): 456-535DSfesmc

（https://www.osapublishing.org/viewmedia.cfm?seq=0&uri=aop-5-4-456）DSfesmc

[6] Transparent TFT panel from monitor – The BackofficeDSfesmc

（https://www.youtube.com/watch?v=fSCK6u0tVgc）DSfesmc

[7] How i made my Own Transparent tv/ Monitor – RemtechDSfesmc

（https://www.youtube.com/watch?v=iJjQzRekVxw）DSfesmc

[8] Japan Display reveals details on its transparent liquid-crystal display – LaserFocusWorldDSfesmc

（https://www.laserfocusworld.com/detectors-imaging/article/16569450/japan-display-reveals-details-on-its-transparent-liquidcrystal-display）DSfesmc

[9] Transparent OLED Screen – ProDisplayDSfesmc

（https://prodisplay.com/products/transparent-oled-screen/）DSfesmc

[10] パナソニックの透明スクリーン、発端は“存在感が無いテレビ” – 日經DSfesmc

（https://xtech.nikkei.com/dm/atcl/event/15/090600076/100300019/）DSfesmc

[11] Panasonic’s Stunning Transparent OLED TV Looks Like a Piece of Art – tom’s guideDSfesmc

（https://www.tomsguide.com/news/panasonics-stunning-transparent-oled-tv-looks-like-a-piece-of-art）DSfesmc

[12] See-Through Transistors - MIT Technology ReviewDSfesmc

（https://www.technologyreview.com/2007/06/04/37147/see-through-transistors/）DSfesmc

[13] 如何讓一臺電視變得透明？- 小米電視DSfesmc

（https://weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309404539221779284220#_0）DSfesmc

[14] Transparent OLED?! Micro LED?! LG’s Next Generation Digital Signage on a Whole New Level - LG Information DisplayDSfesmc

（https://www.youtube.com/watch?v=2fPDOP90nwg&t=61s）DSfesmc

[15] Planar LookThru Transparent OLED Display Content Developer’s Guide – Planar SystemDSfesmc

（https://www.planar.com/media/438041/020-1316-00b_planar_lookthru_transparent_oled_content_developers_guide.pdf）DSfesmc

原文發(fā)表于ASPENCORE旗下ESMC姊妹網站EETC 責任編輯：Elaine LinDSfesmc