高透过率透明液晶显示器研究与开发

王海宏，焦 峰，马群刚

（南京中电熊猫液晶显示科技有限公司研发中心，江苏 南京 210033）

1 引 言

透明液晶显示器是指含有一定程度的穿透性，可显示画面后方的背景，适用于建筑与车辆窗户及商店橱窗。除原有的显示功能外，更具备提供资讯等未来显示器特色，因此受到市场关注，未来将取代部分使用显示器的市场，包括建筑用、广告用、公共用等，并带动整体显示器市场成长。

美国市场调研机构Display bank发表的“透明液晶显示器技术与市场展望”（Transparent Display Technology and Market Forecast）报告曾大胆预测，到2025年透明显示的市场规模将达1.17×109台，产值约8.72×1010美元。透明液晶显示因其与现有液晶显示器的制程兼容，成本不高的特点，成为目前市场的主流［1－2］。

透明液晶显示器最大的特点是透明，而透明度是人眼反应给大脑的感觉，这种感觉来源于显示器背后物体的亮度，所以现有的透明液晶显示器会在显示屏后方安装大功率的照明装置，这样的方式会造成显示器的功率极大。在本文中，通过选择性提高彩膜透过率，制作色度域为10%和45%NTSC的彩色透明液晶显示器样品，其透明度分别达到了10%和15%。

2 主要原理及实验设备

透明液晶显示器主要由高透液晶显示屏，后置光源以及控制系统组成，观察者与展示品位于液晶显示屏的两侧，展示品通过反射光源的光线到达观察者的眼睛，让观察者看到显示屏后面的展示品，产生透明的感觉。进入观察者眼睛的光线越多，感觉越明亮，感觉透明度更高。液晶屏的透过率越高，则后置光源的功率则越小，透明液晶显示器的整体功耗就会降低［3－4］。

由于液晶显示屏为被动发光模式，光线在通过液晶面板会依次经过下偏光板、阵列基板、液晶、彩膜基板和上偏光板，每一层都会有大量的光损耗，其中彩膜基板大约有70%的光损失，在所有材料中光线透过率最低，所以本次实验考虑提高彩膜透过率来增加透明液晶显示器的透过率，达到高透明面板的要求。

实验中阵列基板采用熊猫液晶31.5高透过阵列基板，彩膜基板由DNP（大日本印刷株式会社）配合制作，考虑人眼对于绿色比较敏感，彩膜中绿色色阻并未变更，仅作膜厚变化，且白坐标基本保持不变。

图1 45%NTSC彩膜透过谱Fig.1 Transmission spectrum of 45%NTSC color filter

图2 10%NTSC彩膜透过谱Fig.2 Transmission spectrum of 10%NTSC color filter

图3 现用72%NTSC彩膜透过谱Fig.3 Transmission spectrum of 72%NTSC color filter

比较图1、图2与图3中45%NTSC、10%NTSC以及72%NTSC彩膜绿色透过谱，可以看出绿色色阻透过率基本没有太大改动，而蓝色色阻在长波长的透过率增加，红色色阻在短波长的透过率增加，本次实验的目的是通过增加红色和蓝色色阻的透过率，使得最终整个液晶屏的白光透过率得到提升。

图4 透明液晶显示器搭配LED光源频谱Fig.4 LED light source spectrum of transparent display

彩膜透过谱一般采用C光源进行测量，而在透明液晶显示器中，会使用常规光源。本次实验搭配的是LED光源，LED光源频谱如图4所示，通过彩膜透过谱搭配LED光源，可以通过色度公式计算得到实际的透明液晶显示器的色度范围［5－7］，具体原理如式（1）～（4）：

式（1）、式（2）、式（3）分别计算出RGB三色的三刺激值，将三刺激值再带入到式（4）可以计算出三基色的 CIE色坐标（x，y），R（x，y）、G（x，y）、B（x，y）形成的三角形占NTSC的面积比即为色度域范围，通过表1亦可计算出白色的色坐标［4］。

表1 色坐标与刺激值对应关系Tab.1 Corresponding relationship in color coordinates and tristimulus values

3 实验结果及分析

使用SR－3分光辐射度（美能达）计对本次试验试制的10%NTSC和45%NTSC彩色透明液晶面板进行光学测量，搭配图2所示的后置光源源，测量面板的色度域以及透过率。

图5 72%NTSC色度图Fig.5 Chromaticity diagram of 72%NTSC

图6 45%NTSC色度图Fig.6 Chromaticity diagram of 45%NTSC

图7 10%NTSC色度图Fig.7 Chromaticity diagram of 10%NTSC

从图5、图6与图7中72%NTSC、45%NTSC和10%NTSC色度图比较可以看出，不同NTSC的透明显示面板的绿色色坐标基本未动，保证对人眼敏感的绿色可以得到有效地显示，而红蓝两色的色坐标向内收缩，白坐标基本控制在同一位置与设计目标一致。使用SR－3分光辐射计测量透过率数值（如表2所示），比较透明液晶面板色度域与透过率的关系，可以看出随着色度域的降低，透过率会随之提升，而色度域主要由彩膜控制，说明在通过降低彩膜色度域的方式来提升透明液晶显示器的透过率是行之有效的方法。

表2 色度域与透过率对应表Tab.2 Corresponding table between chromaticity domain and transmittance

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

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

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

应用高透过率液晶面板制作透明展示柜（如图8、图9、图10所示）在同样功率的后置光源下45%NTSC和10%NTSC的透明液晶显示器相比于72%NTSC透明液晶显示器具有更高的透明度，内部物品轮廓更加清晰。而10%NTSC相对于45%NTSC具有更高的透过率，图10所示的10%NTSC相比于前两种色度域在照片颜色上的变化，并非显示屏白坐标发生改变，而是由于相对于前两种透明液晶显示器，10%NTSC透明液晶显示器透过率更高，表面的高亮度导致相机拍摄颜色失真。在直观下，白色与45%NTSC透明液晶显示器一致，但透明度更高，也就是说在同样透明度下，10%NTSC透明液晶显示器所需的后置光源功率更低，更具有节能效果。

4 结 论

综上所述，在设计透明显示显示器过程中，在保证白坐标基本不变的情况下，可以通过选择性降低彩膜蓝色和红色色阻色度，提高彩膜透过率从而实现高透明液晶显示器。采用此种方案制作色度域为45%和10%NTSC的彩色透明液晶显示器样品，其白光透过率分别达到了10%和15%，制作的透明显示展示柜具有更好的透明效果，并且对于非专业人员观看时并未感觉颜色有明显差异。

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