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透明电视是如何做成透明的?在家你也可以DIY

2022-08-12 来源:欧宝注册入口   作者:欧宝网站注册

  最近深圳地铁6号、10号线号线的列车玻璃窗上,出现透明显示屏的新闻挺抓人眼球,这些与车窗融为一体的透明显示屏不仅能够显示天气、站点信息,还能上网、看视频、逛网店。

  小米在前不久的10周年发布会上推出了售价5万元的透明电视,又让“透明显示”技术的热度升了温。从国内媒体的部分报道,以及供应链上的消息来看,基本可以明确这些透明显示面板来自LG Display。

  在电视机之外,透明显示屏还可以找到许多应用场景。尤其对 LG 这样的供应方来说,它自己对户外广告牌,或是企业、博物馆内信息展示版等领域的兴趣,也要比电视机本身大得多。

  过去数十年的手机发展史也能看到,不管是透明显示屏,或是透明键盘,这类跟透明相关的材料在手机上的运用并不多,实际落地的产品更是屈指可数。

  说说透明屏幕在手机上的应用。你别说,在功能机时代,手机厂商还真的用透明材料做过一些小众设备。

  2009年一个是索尼爱立信推出的 Xperia Pureness,这款手机当时是限量发售的,全球只有不到 900 台,但外观辨识度却极高,毕竟它也是当时少有的,会使用半透明显示屏的手机。

  而透明显示屏上次如此抓人眼球还是在2016年的CES展会上,松下展示了一款以柜门形式出现的透明显示屏,号称“隐形的电视”;在日常不开启时,看起来就只是个普通的透明玻璃柜门。而在打开之后就是台能显示动态画面的电视。在当时也仍然是概念产品状态。

  我们尝试通过这篇文章来简单谈谈,透明显示屏的基本原理,以及它离走进我们的日常生活还有多远。

  这里需要重温一个知识点,即 OLED 屏本身「自发光」的特性,它意味着屏幕上每个红色、绿色或蓝色子像素都会自己发光,而不需要依赖额外的背光源。只有这样,OLED 屏幕才可以省去传统 LCD 屏中常见的液晶层、背光层等模组,实现更高的色彩对比度,并在形态上确保足够的轻薄。轻薄、折叠、弯曲,这些屏幕形态都离不开 OLED 屏本身的结构特性。

  透明显示技术的方向比较多样,比如LCD、OLED就都能做到透明化。这里我们抛开一些非常规的透明显示技术不谈,比如说谷歌眼镜、微软HoloLens那样的透明显示技术:这类现实增强型AR眼镜类产品,有时还带有3D显示属性。

  我们当然可以想当然地认为,只要选用透光率较高的基材,以及将上下盖板、正负极都换成玻璃,就能轻松让光线穿过面板,做成和玻璃一样。

  比如上图这种AR现实增强眼镜,它通过镜片的部分反射特性,特别针对左右眼来达成3D画面观感,与此同时还确保看到眼镜外的现实世界。

  另外,MIT一直在致力于开发一种被动透明显示系统,用的是纳米粒子技术——这种方案采用一个投射器作为外部光源,来投射画面到透明介质之上(这种透明介质嵌入了一种纳米粒子,可以部分显示投射的画面)。当前还有一些透明显示技术也会采用类似的投射方案。这些方案成本更低,但也并非透明显示屏的主流,至少现在还不是。

  这两年我们看到比较多的透明显示屏,通常都是LCD或OLED透明显示屏。感觉又回到了我们前不久探讨柔性屏时,分成OLED柔性屏与LCD柔性屏两个方向做探讨的时候。那么这两种面板是如何做到透明的呢?

  LG 在一则视频中简单解释了透明 OLED 屏的实现原理——它在原有的红绿蓝白四像素基础上,新增了一种「透明子像素」。这种像素并不会发光,也不会参与到图像显示,但它自身却是由高透明材料制成的。

  最终,当无数个这样的像素点均匀地分布在面板上时,屏幕也自然而然地会获得一定的通透效果,但同时又能兼顾彩色图像的显示。

  小米透明电视增加了近 50% 区域的「透明子像素」,从而在视觉上实现了较高的透明度。

  你或许已经察觉到了,在这样的结构下,真正能让光线通过的像素点,其实只占总量的一部分而已。

  这也是为什么,现阶段透明电视的透明度仅在 30-40% 左右,而非 100%,毕竟一部分子像素仍要用于图像显示,但只要透明子像素的密度足够高,量够大,也足以「骗」过用户的视觉感官了。

  让屏幕变透明,只是解决了透明电视的第一个问题。毕竟在屏幕之外,传统电视机的后背还有电源、主板、音响等器件,它们可无法凭空消失。

  可见LCD屏原本就有做成透明屏的基础。至于OLED屏,佐证其透明的最简单实例,即在于现在的许多智能手机都支持屏下指纹识别(甚至有些还有屏下摄像头),这些指纹识别方案通常为光学指纹识别,也就是要求屏幕本身是透明的,才能达成在屏下依然可识别指纹的目的。这些屏幕一般都是OLED屏,足见OLED屏天然也具备了这种“透明”特性。(比如透明电极ITO铟锡氧化物材料;某些层是因为厚度足够薄所以表现为半透明)

  可以说,透明电视的「酷」,也是它令人向往的主要原因。尤其是当你伸手放到屏幕后背,看到自己的掌心与虚拟的电视内容相交汇,那种感觉确实非常奇妙。

  既然自己在家都能DIY透明显示屏,屏幕透明化就算不上什么黑科技。只不过这些年透明屏的研究也始终在持续,其核心问题应该是如何增加透明度或者屏幕的透光率。毕竟DIY的透明显示器,和如今的小米透明电视比起来,在透明度上还是差得远了。

  这理论上也是影响LCD与OLED两个透明化路线的重要问题。前文就提到LCD屏是需要背光的,这就为完整形态的LCD屏实现透明化造成了障碍。早年有一些LCD透明屏因此就去掉了背光系统,借助外部光源:无论是自然光,而是人造外部背光,来实现屏幕的可视化。与此同时,LCD还带两片偏振片(起偏器),这也是影响光透过率的组成部分。

  “一般的透明LCD屏需要背光来实现可视画面,而透明OLED屏是由数百万自发光的像素构成的。这创造了全新的创新领域…”而且因为OLED层级结构简单,做薄也更容易。

  主要层级结构包括了基板(substrate),阴极层(cathode)、有机分子层(包括发射层、导电层)、阳极层(anode),如上图所示。这是一个通电就自发光的结构,并不需要额外的背光。

  如前文所述,这些不同层原本就有透明属性。大约当代面板制造商,都有将不同层进一步做透明的技术。这部分具体的技术细节我们就不得而知了。但前文提到的小米透明电视、地铁车窗透明屏幕都是OLED面板,就不难想见如今实现透明显示屏的主流在往哪个方向走了。

  打个比方,很多高端商超的橱窗原本就会使用大量玻璃,以营造一种简洁、通透的视觉观感。现在 LG 就希望让这些橱窗玻璃全部换成透明 OLED 屏,让路过的顾客既能看到产品,也能在玻璃上看到实时变化的信息,这也不失为一种增进体验的手段。

  针对黑色的透明显示,通常在画面表现力上会更有价值,不仅是因为黑色背景更易于融入环境(比如在暗光环境下观赏),而且在金色、银色这类亮色的呈现上,也会明显更有利,显著优于将白色透明显示的透明屏。另外,黑色部分透明化也是对视觉体验的加强。去年松下在展示OLED透明电视时,还在后方多加了一块黑色面板,用以加强黑色呈现。

  这一点对于透明显示屏的固有使用场景,比如商店橱窗物品展示辅助,以及各种零售体验加强,都是黑色显示透明化,以及加强亮色显示显得更有价值。这也是OLED透明屏更有发展前途的一部分原因。

  虽然我们并不十分清楚,不同透明显示面板制造商在针对面板各层级透明度优化上的具体方案,不过过去的一些资料与paper,还是有透露业界在面板某些层级上实现更高透光率时的努力。比如说前文提到松下透明电视,就有应用通过电流控制透明度的层结构:通电时透明,不通电透明度降低(如下图);再比如显示屏backplane部分的TFT层。

  在探讨柔性屏技术时,TFT层也是我们探讨的一个重点,毕竟这里是半导体汇聚的地方。AMOLED主动阵列像素电路至少包含了薄膜晶体管、储存电容。根据所需的显示亮度、OLED效率和各种参数,驱动电路会占据像素一个比较可观的尺寸。TFT也因此成为限制透明度的一个重要因素。

  当年的松下透明电视,以及如今小米透明电视,凑近了仔细看仍然是可以看到细密的网格嵌入在玻璃之中的。

  不过小米透明电视的网格,与其像素改进又有着很大的关系。这就是近代OLED透明屏增加透明度的努力了。

  目前来看,全球具备透明 OLED 屏量产能力的供应方,也就剩下 LG 这一家了。本次小米透明电视所使用的面板,大概率也是由 LG 提供的。

  与此同时,电路部分是叠在RGBW像素后方的,这样也就让“透明子像素”有了更高的光透过率(当然也有类似的方案是RGB子像素,再加透明区域)。但似乎也是因为这个原因,致其像素密度无法做到太高。小米透明电视虽然有55寸的屏幕尺寸,但分辨率却是1080p。

  小米将这台透明电视价格控制在5万以内,似乎已经是透明屏走进百姓家的开端了。只是从实用性的角度来说,如小米这类透明电视的实际显示效果,比如今主流电视差得略有点远,虽的确未来感十足,但在普通家居灯火通明环境下,加上凌乱背景,电视画面的确很难看清楚。

  纯粹将其作为装饰品买回家(毕竟那些会买几时上百万OLED电视的主应该也不会在意区区5万块钱),否则它作为日常家庭娱乐设备,还是处处受限的。

  从LG为其透明面板的定位来看,这样一款产品原本就不是主要为家庭娱乐服务的。除了本文开头提到,它作为地铁列车信息交互工具,其更多应用在电子看板、商品/展品辅助展示等。其品名就叫“LG Transparent OLED Signage”。作为零售店内商品辅助展示,还是颇吸引眼球的,比如作为商品橱窗展示,融入到橱窗玻璃中,就创造了各种有趣的展示场景,很类似于现实增强。

  另外,LG在推广其透明显示屏时预设的一个方案,是将此显示屏与“视频墙OLED Signage”做结合。即后方还有个视频墙OLED看板,前方再放上透明显示屏:这样两者在共同显示画面时,能够营造沉浸式的3D观感。

  在功能机时代,随着透明显示技术的愈发成熟,或许我们很快就能在很多高端零售店,以及公共基础设施中看到这些透明显示屏的存在了,就像地铁中的列车玻璃窗那样。不过它大概还不会很快进入到我们的家庭娱乐中,现在的全面屏手机中,屏幕几乎占据了整个正面,总不能再设计一个超长的「下巴」,或是突兀的「额头」吧?。

  其实在军事领域,类似的设计已经有一定程度的运用。为了不让战斗机飞行员的视线在仪表盘上来回移动,他们佩戴的头盔基本都整合了抬头显示器,使飞行员能一边观测到现实状况,一边掌握高度、敌我识别标识等关键数据。


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