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。

加上小米在前不久的10周年發布會上推出了售價5萬元的透明電視，又讓“透明顯示”技術的熱度升了溫。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LGDisplay。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年決定不再繼續生產此類面板[3]。到如今這類產品都遠算不上普及。

實際上，透明顯示技術的發展少說也有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。

2009年索愛還存在于世時，就有一款名為XperiaPurenessX5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模量產，而且還只是個功能機。

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。

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。

透明顯示屏？自己就能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。

來源：Geng,Jason."Three-dimensionaldisplaytechnologies."Advancesinopticsandphotonics5.4(2013):456-535

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-throughdisplay）的一類方案，但不是我們要在本文探討的重點。

另外，MIT一直在致力于開發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。

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？

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的區別就在構成兩類面板的層級結構是大不相同的。

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）。

來源：TheBackoffice,YouTube[6]

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了，如上圖所示。

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）

OLED透明屏大概會成為未來

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，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。

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。

JDI的透明LCD屏

2017年，JDI（JapanDisplayInc.）曾在SID2017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為規避前面提到的問題，對面板發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與散射狀態間高速切換的“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（colorfilter），以進一步提升透光率。

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屏是由數百萬自發光的像素構成的。這創造了全新的創新領域…[9]”而且因為OLED層級結構簡單，做薄也更容易。

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TFTbackplane不說，主要層級結構包括了基板（substrate），陰極層（cathode）、有機分子層（包括發射層、導電層）、陽極層（anode），如上圖所示。這是一個通電就自發光的結構，并不需要額外的背光。

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。

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：PlanarSystems

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

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）；當然通過更多技術輔助也可以規避這個問題。

ProDisplay的LCD透明屏演示

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境（比如在暗光環境下觀賞），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]。

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透明屏更有發展前途的一部分原因。

增加透明度的各種努力

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化上的具體方案，不過過去的一些資料與paper，還是有透露業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。

來源：松下via日經

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。

十多年前就已經有針對透明顯示面板TFTbackplane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，所以未知如今業界在這方面的進展。

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。

來源：小米電視

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OLED屏幕中的WRGB4個子像素外，還增加了近50%區域的‘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]

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。

來源：LG

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colorfilter之上”，這么做可使至多40%的光通過。（Thekeycomponentistheseparateglasssubstratewhichisaddedtothecolorfiltertoallowupto40percentoflighttopassthrough.）

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。

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。PlanarSystem的內容開發者文檔[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。

應用方向在哪里？

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境下，加上凌亂背景，電視畫面的確很難看清楚。

唯有暗光環境下，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區5萬塊錢），否則它作為日常家庭娛樂設備，還是處處受限的。

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“LGTransparentOLEDSignage”。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，就創造了各種有趣的展示場景，很類似于現實增強。

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。

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OLEDSignage”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。

隨著透明顯示技術的愈發成熟，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。

三星2015年推出的透明電視

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；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。

參考來源：11

[1]北京地鐵魔窗系統升級：將安裝“小米透明電視”-新浪科技

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

[2]深圳地鐵用上“透明電視”–新浪科技

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

[3]SamsungDisplayreportedlydecidedtohalttransparentOLEDproduction-OLED-info

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

[4]ThisFuturistic"InvisibleTV"LooksJustLikeAPieceOfGlassWhenTurnedOff!-steemit

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

[5]Geng,Jason."Three-dimensionaldisplaytechnologies."Advancesinopticsandphotonics5.4(2013):456-535

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

[6]TransparentTFTpanelfrommonitor–TheBackoffice

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

[7]HowimademyOwnTransparenttv/Monitor–Remtech

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

[8]JapanDisplayrevealsdetailsonitstransparentliquid-crystaldisplay–LaserFocusWorld

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

[9]TransparentOLEDScreen–ProDisplay

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

[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

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

[11]Panasonic’sStunningTransparentOLEDTVLooksLikeaPieceofArt–tom’sguide

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

[12]See-ThroughTransistors-MITTechnologyReview

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

[13]如何讓一臺電視變得透明？-小米電視

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

[14]TransparentOLED?!MicroLED?!LG’sNextGenerationDigitalSignageonaWholeNewLevel-LGInformationDisplay

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

[15]PlanarLookThruTransparentOLEDDisplayContentDeveloper’sGuide–PlanarSystem

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

(本文授權轉載自EDN姊妹網站《電子工程專輯》