液晶顯示螢幕是怎麼做成透明的?

作者 | 發布日期 2020 年 08 月 22 日 0:00 | 分類 螢幕、電視 , 面板 Telegram share ! follow us in feedly


將顯示螢幕變成跟玻璃一樣的透明,這個聽起來只會在科幻電影裡實現的場景,如今已經漸漸落入現實。

▲ 小米透明電視。

最近,小米發表的透明電視便詮釋了這種可能性:它既可以顯示各種影像內容,又能像玻璃櫃般,讓你透過螢幕,看到電視機後背的牆面和擺件。

它就跟當年摺疊螢幕剛誕生一樣,又一次,打破了很多人對於「顯示螢幕」的固有認知,也預示著所有帶螢幕的電子產品,未來可能會迎來的改變。

但如果只是覺得好看,也未免太小看透明顯示螢幕的價值了。

▲ 相比 LCD 螢幕,OLED 螢幕的結構和工作原理都要簡單不少。

我們先來搞清楚透明螢幕的原理。

這裡需要重溫一個知識點,即 OLED 螢幕本身「自發光」的特性,它意味著螢幕上每個紅色、綠色或藍色子像素都會自己發光,而不需要依賴額外的背光源。

也只有這樣,OLED 螢幕才可以省去傳統 LCD 螢幕中常見的液晶層、背光層等模組,達到更高的色彩對比度,並在形態上確保夠輕薄。

這種先天的結構特點,也滿足了很多廠商想要將顯示螢幕做薄,甚至是做彎曲、摺疊的需求。

▲ 輕薄、摺疊、彎曲,這些螢幕形態都離不開 OLED 螢幕本身的結構特性。

但對透明電視來說,真正的難處,其實是讓這數百萬個微小的像素變得「夠透明」。我們可以想當然地認為,只要選用透光率較高的基材,以及將上下蓋板、正負極都換成玻璃,就能輕鬆讓光線穿過面板,做成和玻璃一樣。

但現在,面板廠商還想到了更一個取巧的做法,即引入「透明像素點」的概念。

▲ 透明子像素的引入,才是讓電視變得透明的核心。(Source:影片截圖)

LG 在一則影片中簡單解釋了透明 OLED 螢幕的實現原理──它在原有的紅綠藍白四像素基礎上,新增了一種「透明子像素」。這種像素並不會發光,也不會參與圖像顯示,但它自身卻是由高透明材料製成的。

最終,當無數個這樣的像素點均勻地分布在面板上時,螢幕也自然而然地會獲得一定的通透效果,但同時又能兼顧彩色圖像的顯示。

▲ 小米透明電視增加了近 50% 區域的「透明子像素」,進而在視覺上實現了較高的透明度。(Source:小米電視

你或許已經察覺到了,在這樣的結構下,真正能讓光線通過的像素點,其實只占總量的一部分而已。

這也是為什麼,現階段透明電視的透明度僅在 30-40% 左右而非 100%,畢竟一部分子像素仍要用於圖像顯示,但只要透明子像素的密度夠高、量夠大,也足以「騙」過用戶的視覺感官了。

讓螢幕變透明,只解決了透明電視的第一個問題。畢竟在螢幕之外,傳統電視機的後背還有電源、主板、音響等元件,它們無法憑空消失。

現在小米的做法,是將這類單元盡可能地聚攏,並集成在一個碩大的圓盤之中,讓它兼顧起電視機底座,以及主機、音響的作用,這才讓透明電視得以正常工作。

▲ 三星在 2010 年 CES 上展示的透明筆電。(Source:影片截圖)

從技術本身來說,透明顯示螢幕並不算非常黑科技的東西。早幾年,包括三星、LG 和 Panasonic 等廠商,都展示過很多採用透明面板的原型方案,而且都不是和電視機相關的產品。

在 2010 年,三星就推出了一款搭載了透明 OLED 螢幕的概念筆記型電腦,你可以看到螢幕上正在執行的 Windows 系統,而且圖標和文字的清晰度都做得很好。

(Source:影片截圖)

到了 2012 年,三星還展示了一種支援觸控的「智慧窗戶」原型,你可以想像一下,自己在一塊透明玻璃上滑動、點按介面的感覺,這也算是接近科幻電影裡的場景了。

▲ 南韓 Leekaja Hair Bis 曾希望將三星的鏡面 OLED 螢幕應用在美髮沙龍門市中。(Source:OLED-info

做為全球知名的螢幕大廠,三星本是最有希望將透明 OLED 螢幕商用化的公司──事實上,它在 2016 年確實獲得了幾家廠商的訂單,但在出貨後不久,三星卻臨時決定停止透明 OLED 螢幕的生產,轉而將重點放在更具潛力、也更賺錢的智慧手機 OLED 螢幕研發上。

▲ LG 面向商用市場推出的 55 英吋透明 OLED 螢幕。(Source:LG

目前來看,全球具備透明 OLED 螢幕量產能力的供應方,也就剩下 LG 這一家了。本次小米透明電視所使用的面板,大概也是由 LG 提供的。

正好在去年,LG 也推出了一款 55 英吋的透明 OLED 螢幕商用方案,這和小米透明電視的面板應該是同款。

▲ 三星在 2016 年展示的全透明 OLED 螢幕。(Source:OLED-info

可以說,透明電視的「酷」,也是它令人嚮往的主要原因。尤其是當你伸手放到螢幕後背,看到自己的掌心與虛擬的電視內容相交匯,那種感覺確實非常奇妙。

但論實用性,電視機或許並不是最適合應用透明顯示螢幕的品項。

畢竟,我們看電視,並不是單純地看那塊螢幕,而是要看螢幕裡所顯示的畫面和圖像內容。

但在透明螢幕中,顯示主體就變得十分雜亂了,你不僅會看到電視機本身的畫面,也會透過螢幕,看到電視後的牆面、擺飾等,乃至是現實世界中的光線,都會對畫面帶來負面影響。這台電視只有在光線比較昏暗,或者背景為黑色牆面的環境下,才能獲得比較好的觀看效果。否則,透明電視的畫面反而不如傳統電視那樣清晰、乾淨。

▲ 只有在較昏暗的環境下,透明電視才會獲得比較好的觀看體驗。(Source:南京小米之家)

如果朝實用性思考,我們會更希望看到一台能調節透明度的電視機,既能像傳統電視般,正常顯示影像內容,又可以在不使用時,變成透明的裝飾品,或是顯示時間、天氣等簡易資訊。

▲ Panasonic 和家具品牌 Vitra 合作設計的透明電視原型,可以對透明度進行調節。(Source:影片截圖)

這樣的產品並非不可能,去年 Panasonic 展示的一款透明電視原型機,就可以在透明和不透明這兩種狀態下來回切換。

據悉,這台 OLED 電視加入了類似 LCD 螢幕中的偏光層,等於是給電視做了一層「百葉窗」。我們只需透過電流控制「葉片」的開合,讓它擋住後背的光線,就能讓螢幕變得不再透明,回歸到傳統電視的狀態。

但這麼做的缺點,應該就是要捨棄 OLED 螢幕本身的輕薄特質了,如果小米透明電視還打算推出下一代,我們還是希望能看到可調透明度的成熟產品,而非純粹的擺設。

▲ LG 提供的幾個透明顯示螢幕使用案例。(Source:LG

在電視機之外,透明顯示螢幕還可以找到許多應用場景。事實上對 LG 這樣的供應方來說,它自己對於戶外廣告牌,或是企業、博物館內資訊展示板等領域的興趣,也要比電視機本身大得多。

▲ 由透明 OLED 螢幕製作的動態廣告立牌。(Source:影片截圖)

打個比方,很多商店的櫥窗原本就使用了大量玻璃,以營造一種簡潔、通透的視覺觀感。現在 LG 就希望讓這些玻璃全部換成透明 OLED 螢幕,讓路過的顧客既能看到產品,也能在玻璃上看到即時變化的資訊,也不失為一種增進體驗的手段。

在汽車領域,很多車廠也希望藉助透明顯示螢幕的特性,將資訊顯示在擋風玻璃上,進而在不遮擋視線的前提下,讓駕駛能即時看到地圖、車速等數據。

▲ F-35 戰鬥機上使用的頭盔式顯示器。(Source:影片截圖)

但其實在軍事領域,類似的設計已經有一定程度的運用。為了不讓戰鬥機飛行員的視線在儀錶板上來回移動,他們佩戴的頭盔都整合了抬頭顯示器,使飛行員能一邊觀測到現實狀況,一邊掌握高度、敵我辨識標識等關鍵數據。

▲ 運用了 OLED 螢幕的北京地鐵「魔窗」,但尚處於測試階段。(Source:影片截圖)

今年 2 月份,有網友還在北京地鐵裡拍攝了一段「魔窗」系統影片,它既保留了玻璃本身的通透度,同時又能在玻璃上顯示車站、線路圖等,這其實就是透明 OLED 螢幕的功勞。

最後再來說說透明螢幕在手機上的應用。在功能機時代,手機廠商還真的用透明材料推出過一些小眾裝置。

▲ 採用透明螢幕的手機 Xperia Pureness。(Source:影片截圖)

一個是 Sony Ericsson 推出的 Xperia Pureness,這款手機當時是限量發售的,全球只有不到 900 支,但外觀辨識度卻極高,畢竟它也是當時少有的,會使用半透明顯示螢幕的手機。

▲ 這款手機使用的是透明 LCD 螢幕。(Source:影片截圖)

有趣的是,由於當時 OLED 螢幕尚未成熟,Sony 這款手機使用的還是傳統的 LCD 螢幕,但它為了做透明效果,被迫去掉背光層和彩色濾光片。

所以在未通電情況下,這支手機的螢幕是灰色不透明的,只要在開機通電後,透明螢幕才會被點亮,但也只能顯示單色文字和圖標。

▲ LG GD900 在滑蓋區域使用了透明材料。(Source:影片截圖)

另一款運用了透明材料的手機是 LG GD900,不過它只是藉助透明導電材料,將數字鍵盤區做成了透明樣式,還支持了多點觸控和手寫功能,想法不錯,但用戶迴響並不熱烈。

▲ 台灣寶創公司製作的透明手機原型,使用了 OLED 螢幕、鈕扣電池及 SD 卡等元件,但螢幕上除了顯示 0 和 1 之外就沒有其他元素了。

回顧過去數十年的手機發展史也能看到,不管是透明顯示螢幕或是透明鍵盤,這類跟透明相關的材料在手機上的運用並不多,實際落地的產品更是屈指可數。

究其原因,還是跟透明材料較低的實用價值有關,這點和電視機的情況很類似,畢竟大部分人都不可能為了「好看、顏值高」這一個理由,就完全放棄手機和電視的日常使用體驗。

何況,手機想要做成透明,也需要考慮鏡頭、電池等元件的擺放位置。在功能機時代,我們還能把它們分成上下兩部分,但現在的全面螢幕手機中,螢幕幾乎占據了整個正面,總不能再設計一個超長的「下巴」,或是突兀的「額頭」吧?

想要看到真正通體透明的手機,我們可能要等挺長一段時間了。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:小米