高透過率透明液晶顯示器研究與開發

王海宏，焦 峰，馬群剛

（南京中電熊貓液晶顯示科技有限公司研發中心，江蘇 南京 210033）

1 引 言

透明液晶顯示器是指含有一定程度的穿透性，可顯示畫面后方的背景，適用于建筑與車輛窗戶及商店櫥窗。除原有的顯示功能外，更具備提供資訊等未來顯示器特色，因此受到市場關注，未來將取代部分使用顯示器的市場，包括建筑用、廣告用、公共用等，并帶動整體顯示器市場成長。

美國市場調研機構Display bank發表的“透明液晶顯示器技術與市場展望”（Transparent Display Technology and Market Forecast）報告曾大膽預測，到2025年透明顯示的市場規模將達1.17×109臺，產值約8.72×1010美元。透明液晶顯示因其與現有液晶顯示器的制程兼容，成本不高的特點，成為目前市場的主流［1－2］。

透明液晶顯示器最大的特點是透明，而透明度是人眼反應給大腦的感覺，這種感覺來源于顯示器背后物體的亮度，所以現有的透明液晶顯示器會在顯示屏后方安裝大功率的照明裝置，這樣的方式會造成顯示器的功率極大。在本文中，通過選擇性提高彩膜透過率，制作色度域為10%和45%NTSC的彩色透明液晶顯示器樣品，其透明度分別達到了10%和15%。

2 主要原理及實驗設備

透明液晶顯示器主要由高透液晶顯示屏，后置光源以及控制系統組成，觀察者與展示品位于液晶顯示屏的兩側，展示品通過反射光源的光線到達觀察者的眼睛，讓觀察者看到顯示屏后面的展示品，產生透明的感覺。進入觀察者眼睛的光線越多，感覺越明亮，感覺透明度更高。液晶屏的透過率越高，則后置光源的功率則越小，透明液晶顯示器的整體功耗就會降低［3－4］。

由于液晶顯示屏為被動發光模式，光線在通過液晶面板會依次經過下偏光板、陣列基板、液晶、彩膜基板和上偏光板，每一層都會有大量的光損耗，其中彩膜基板大約有70%的光損失，在所有材料中光線透過率最低，所以本次實驗考慮提高彩膜透過率來增加透明液晶顯示器的透過率，達到高透明面板的要求。

實驗中陣列基板采用熊貓液晶31.5高透過陣列基板，彩膜基板由DNP（大日本印刷株式會社）配合制作，考慮人眼對于綠色比較敏感，彩膜中綠色色阻并未變更，僅作膜厚變化，且白坐標基本保持不變。

圖1 45%NTSC彩膜透過譜Fig.1 Transmission spectrum of 45%NTSC color filter

圖2 10%NTSC彩膜透過譜Fig.2 Transmission spectrum of 10%NTSC color filter

圖3 現用72%NTSC彩膜透過譜Fig.3 Transmission spectrum of 72%NTSC color filter

比較圖1、圖2與圖3中45%NTSC、10%NTSC以及72%NTSC彩膜綠色透過譜，可以看出綠色色阻透過率基本沒有太大改動，而藍色色阻在長波長的透過率增加，紅色色阻在短波長的透過率增加，本次實驗的目的是通過增加紅色和藍色色阻的透過率，使得最終整個液晶屏的白光透過率得到提升。

圖4 透明液晶顯示器搭配LED光源頻譜Fig.4 LED light source spectrum of transparent display

彩膜透過譜一般采用C光源進行測量，而在透明液晶顯示器中，會使用常規光源。本次實驗搭配的是LED光源，LED光源頻譜如圖4所示，通過彩膜透過譜搭配LED光源，可以通過色度公式計算得到實際的透明液晶顯示器的色度范圍［5－7］，具體原理如式（1）～（4）：

式（1）、式（2）、式（3）分別計算出RGB三色的三刺激值，將三刺激值再帶入到式（4）可以計算出三基色的 CIE色坐標（x，y），R（x，y）、G（x，y）、B（x，y）形成的三角形占NTSC的面積比即為色度域范圍，通過表1亦可計算出白色的色坐標［4］。

表1 色坐標與刺激值對應關系Tab.1 Corresponding relationship in color coordinates and tristimulus values

3 實驗結果及分析

使用SR－3分光輻射度（美能達）計對本次試驗試制的10%NTSC和45%NTSC彩色透明液晶面板進行光學測量，搭配圖2所示的后置光源源，測量面板的色度域以及透過率。

圖5 72%NTSC色度圖Fig.5 Chromaticity diagram of 72%NTSC

圖6 45%NTSC色度圖Fig.6 Chromaticity diagram of 45%NTSC

圖7 10%NTSC色度圖Fig.7 Chromaticity diagram of 10%NTSC

從圖5、圖6與圖7中72%NTSC、45%NTSC和10%NTSC色度圖比較可以看出，不同NTSC的透明顯示面板的綠色色坐標基本未動，保證對人眼敏感的綠色可以得到有效地顯示，而紅藍兩色的色坐標向內收縮，白坐標基本控制在同一位置與設計目標一致。使用SR－3分光輻射計測量透過率數值（如表2所示），比較透明液晶面板色度域與透過率的關系，可以看出隨著色度域的降低，透過率會隨之提升，而色度域主要由彩膜控制，說明在通過降低彩膜色度域的方式來提升透明液晶顯示器的透過率是行之有效的方法。

表2 色度域與透過率對應表Tab.2 Corresponding table between chromaticity domain and transmittance

圖8 72%NTSC透明展示柜Fig.8 72%NTSC transparent display cabinet

圖9 45%NTSC透明展示柜Fig.9 45%NTSC transparent display cabinet

圖10 10%NTSC透明展示柜Fig.10 10%NTSC transparent display cabinet

應用高透過率液晶面板制作透明展示柜（如圖8、圖9、圖10所示）在同樣功率的后置光源下45%NTSC和10%NTSC的透明液晶顯示器相比于72%NTSC透明液晶顯示器具有更高的透明度，內部物品輪廓更加清晰。而10%NTSC相對于45%NTSC具有更高的透過率，圖10所示的10%NTSC相比于前兩種色度域在照片顏色上的變化，并非顯示屏白坐標發生改變，而是由于相對于前兩種透明液晶顯示器，10%NTSC透明液晶顯示器透過率更高，表面的高亮度導致相機拍攝顏色失真。在直觀下，白色與45%NTSC透明液晶顯示器一致，但透明度更高，也就是說在同樣透明度下，10%NTSC透明液晶顯示器所需的后置光源功率更低，更具有節能效果。

4 結 論

綜上所述，在設計透明顯示顯示器過程中，在保證白坐標基本不變的情況下，可以通過選擇性降低彩膜藍色和紅色色阻色度，提高彩膜透過率從而實現高透明液晶顯示器。采用此種方案制作色度域為45%和10%NTSC的彩色透明液晶顯示器樣品，其白光透過率分別達到了10%和15%，制作的透明顯示展示柜具有更好的透明效果，并且對于非專業人員觀看時并未感覺顏色有明顯差異。

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