望眼欲“穿”透明显示技术解析

《钢铁侠》、《阿凡达》、《少数派报告》……欣赏这些科幻大片无疑是一种视觉享受。如果你热爱科技，就会发现那些狂拽酷炫的特效场景貌似都有一个共同的东西：透明显示。比如潘多拉星球上的飞船里，综合了透明显示、体感和触摸的操控方式；比如史塔克的钢铁面罩上熠熠生辉的数据显示方式。当然我们知道，科幻作品中的这一切都是假的，那毕竟只是电影。但罗马不是一天建成的，事物都有一个发展的过程。至少现在，那些酷炫的透明显示并非只是梦想。

科幻大片喜欢用透明显示，而且这种显示无处不在。主要是因为透明显示效果绚丽，能表现该片的科幻元素，能在第一时间抓住观众眼球，并产生“特效这么炫这一定是好片”的感觉。虽然当今世界还没有普及这样的显示技术，但这并不妨碍人们去憧憬。曾经有一张图片在网上很火爆：透过一台MacBook的屏幕，清清楚楚地看见了屏幕背后的环境。当时引起了果粉的膜拜：“苹果成功了？！”虽然后证实，那只是作者用照片做桌面开的一个玩笑，但是透明显示似乎已经引起了大家的关注。

但厂商们并不想开玩笑，他们早就各自为阵研发透明显示屏了。近两年来在一些显示设备展会中，已经可以看到用于橱窗展示、自动贩卖机甚至是汽车车窗透明显示的应用。目前来说，透明显示可分为非自发光的液晶透明显示和自发光的OLED、PDP透明显示几种技术。液晶由于不能自发光，需要利用外界光或背光进行重排。OLED、PDP则需要不断寻找透光率高的材料代替原屏幕中不透明的部分，以提高器件的整体透明度。

“透明”的MacBook屏幕，其实是预先拍下一张环境照片作为电脑壁纸形成的错觉。

液晶透明技术

我们现在使用的多数晶显示屏，基本原理是通过两块I TO导电玻璃对液晶分子施加电压，控制液晶分子的排列形成图像。屏幕表面有一层不透明的薄片叫做偏光片，具有滤光的作用。它们两两配合分别过滤掉X和Y方向上的光。然后人们就能看到液晶分子组成的图像了。如果去掉偏光片，液晶屏其实也还能工作，也还在显示图像，但看起来就只是一块透明的玻璃。要想让液晶屏透明需要解决两个问题：如何让背光源和偏光片变透明。

要让背光模组透明，可采用侧入式光源，但这种方法仅适用于小尺寸的液晶面板上。要让偏光片变得透明则暂时无解，因为偏光片的作用本来就是阻挡部分光线，连它都变透明了它能挡谁去？有一种办法容易做到，那就是投影，直接把影像投影在可反光却又透明的玻璃上。2010年，夏普公司的一个研究小组发布了一个利用网状聚合物液晶制作的60英寸显示面板。该面板有两个工作模式：黑白模式和彩色模式。其中黑白模式又有两个状态：透明态和散射态。当面板处于透明态时，它就是一块玻璃；当面板处于散射态时，面板后面的物体光到达面板后会发生散射，此时面板上的图像会变模糊，就像毛玻璃那样无法分辨。显示黑白图像时，图像部分工作在散射态，其余部分工作在透明态，便形成了图像。

液晶屏的构造

只能显示黑白图像还不算，还得能显示彩色图像，才能有更广泛的适用性。传统的液晶显示技术主要采用3种方法实现彩色显示：一是使用红、绿、蓝三色滤色片；二是向宾主液晶加入二色性染料；三是采用背光源颜色高速变化的场色序模式（Field-Sequential-Color），这是利用侧入的RGB光源高速循环闪烁，并配合液晶快速显示相应的像素位置，利用人眼的视觉暂留特性形成图案。这三种方法都不适合于夏普的这个案例。比如滤色片会吸收光线，造成面板的透明度降低；宾主液晶即使二色性染料分子排列方向与面板相同，但在倾斜方向的透光率也依然很低；场色序模式虽然能够取代偏光片，但需要液晶有极快的响应速度，但网状聚合物液晶的响应时间是74ms完全是“反应迟钝”。夏普研究小组的解决方案是以投影方式将彩色图案投影到面板上，有图案投影的部分同时也工作在散射态，这样便能够看到彩色图案。

这种做法用于一些橱窗、展板中是可行的，但应用范围毕竟不如显示面板广泛。

OLED透明显示技术

OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）显示技术具有自发光的特性，它采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。与LCD相比，OLED具有全固态、主动发光、高亮度、高对比度、超薄、低功耗、无视角限制、工作温度范围宽等诸多优点。其元件的结构也很适合作为透明显示面板，因此OLED在显示领域目前是一大热门。我们现在能够接触的OLED显示屏绝大多数都是AMOLED即主动驱动式OLED，它能够被人们所熟知很大程度上要归功于三星的宣传策略。AMOLED要实现透明显示，同样有两个关键问题要解决：面板的透明度和稳定性。目前有两个办法来增加面板的透明度：一是改变电极结构实现透明显示，二是改变电极排布，增加透射窗口面积以提高透明度。

改变AMOLED的电极结构，以往有两种方法：采用顶部发射结构并以镁- 银材料制作阴极电极，以及用银材料制作阴极电极和n型掺杂材料制作电子传输层。前者的问题在于镁-银材料阴极电极的薄层电阻很高，造成面板亮度不均匀；后者的问题则是n型掺杂材料电子传输层具有热不稳定性。此外，由于OLED层发出的光会从阴阳两极面射出，以至于让面板正背面都能看到显示内容，这对于手机用户而言是十分不利的。对此，国内外的研究小组都在不断改进电极制造工艺，提高面板透光率。TDK曾经发布了一款透明OLED面板，阴极直接采用了金属电极。在此基础上，为了能“透明”，没有用阴极将像素全部覆盖，而是将阴极的线宽变细，只覆盖了像素的一部分。利用未被阴极覆盖的部分则实现了透明。TDK把这种面板结构命名为“细线电极构造”。另外，OLED层的像素中只有被阴极覆盖的部分发光。但是，因为阴极是不透明的金属电极，所以OLED层发出的光线只从阳极面射出。因此，很难从显示屏背面看到显示内容。

TDK发布的这种OLED面板的亮度为150c d/m2，透射率为40%，已实现了量产。2011年，在智能机已经大举入侵人们生活的时候，联想推出了一款功能机S800大受关注。它虽然只搭载了一块65536色、分辨率仅为320×240的2.4英寸屏幕，但引起无数人关注的原因是这块屏幕正使用了TDK的OLED透明屏幕，档次瞬间提升了无数个段位。S800的屏幕画面效果中规中矩，光线较强时显示效果也不怎么样，但它良好解决了背面也能看到屏幕内容的问题，保护了个人隐私。S800整体厚度和重量都偏大，但对于追求时尚的女性而言，这款手机带来的眼球效应明显比那些千人一面的大屏智能手机高得多。

网状聚合物液晶在透明态和散射态的透光情况示意图

海尔在IFA2012展出的22英寸透明显示电视机，基于OLED屏幕。

联想S800，透明屏无疑是它引以为傲的资本。