Прозрачный дисплей или прозрачный дисплей — это электронный дисплей, который позволяет пользователю видеть то, что отображается на экране, но при этом видеть сквозь него. Основные области применения этого типа дисплеев — проекционные дисплеи , системы дополненной реальности , цифровые вывески и общая крупномасштабная пространственная модуляция света . Их следует отличать от систем комбинирования изображений, которые достигают визуально схожих эффектов за счет оптического объединения нескольких изображений в поле зрения. Прозрачные дисплеи встраивают активную матрицу дисплея в поле зрения, что в целом позволяет им быть более компактными, чем комбинированные системы.
В целом существует два типа базовой технологии прозрачных дисплеев: поглощающие (в основном ЖК-дисплеи) и излучающие (в основном электролюминесцентные , включая светодиоды и излучатели «сильного поля»). Поглощающие устройства избирательно уменьшают интенсивность света, проходящего через дисплей, тогда как излучающие устройства избирательно увеличивают интенсивность света, проходящего через дисплей. Некоторые системы отображения сочетают в себе как поглощающие, так и излучающие устройства, чтобы преодолеть ограничения, присущие каждому из них. Технологии эмиссионного отображения обеспечивают частичную прозрачность либо за счет вкрапления невидимых небольших непрозрачных элементов излучателя с прозрачными областями, либо за счет частичной прозрачности.
Разработка практичных прозрачных дисплеев быстро ускорилась примерно в конце первого десятилетия 21 века. Первым коммерческим прозрачным дисплеем был Sony Ericsson Xperia Pureness, выпущенный в 2009 году, но он не имел успеха на рынке из-за того, что экран не был виден снаружи или в ярко освещенных помещениях. Samsung выпустила свой первый прозрачный ЖК-дисплей в конце 2011 года, а Planar опубликовала отчет о прототипе электролюминесцентного прозрачного дисплея в 2012 году. [1] Вскоре после этого британская компания Crystal Display Systems начала продавать прозрачные ЖК-дисплеи, восстановленные из обычных ЖК-дисплеев. [2] LG продемонстрировала прозрачный ЖК-дисплей в 2015 году. [3] В конце 2010-х годов начали появляться прозрачные OLED. Например, LG, Prodisplay и Taptl используют традиционную ЖК -технологию. LG также использует технологию OLED. [4] [5] Прозрачные дисплеи LUMINEQ производства Beneq представляют собой тонкопленочные электролюминесцентные дисплеи, созданные методом атомно-слоевого осаждения (ALD). Эта технология отображения использовалась компанией Valtra в 2017 году для разработки проекционного дисплея SmartGlass [6] [7] на тракторах. Samsung и Planar Systems ранее производили прозрачные OLED-дисплеи, но прекратили их выпуск в 2016 году. [8] Prodisplay использовала технологию как OLED, так и LCD, но больше не производит прозрачные OLED-дисплеи. [9] [10] [11] [12] [13] [14] SeeThruDisplays.com начал коммерциализацию этих дисплеев в США с 2023 года, предлагая их обычным магазинам, владельцам рекламных щитов и фасадам больших зданий.
Существует две основные технологии прозрачных дисплеев: ЖК и светодиоды. Светодиодная технология старше и излучает красный цвет, OLED новее, чем обе, использующие органическое вещество. Хотя прозрачные дисплеи OLED становятся все более доступными, обе технологии во многом являются производными от традиционных систем отображения. В прозрачных дисплеях разница между поглощающей природой ЖК-дисплея и излучающей природой OLED придает им совершенно разный внешний вид. ЖК-системы накладывают рисунок теней и цветов на фон, видимый через дисплей, а системы OLED накладывают на фон светящийся рисунок изображения. Дисплеи TASEL представляют собой прозрачные тонкопленочные электролюминесцентные дисплеи с прозрачными электродами. [15]
Шаг пикселя и яркость:
Дисплей с частичным отражением показывает изображение, отражая его от гладкой прозрачной поверхности, такой как стекло или специальная пленка. [17]
Дисплеи с частичным отражением сравнительно просты, но их ограничения ограничены тем, что яркость отраженного изображения должна быть значительно ярче, чем источники света за пределами дисплея.
Типичным примером частично отражающих дисплеев является проекционный дисплей автомобиля или истребителя. Иллюзия призрака Перца — классический пример пассивного использования этой техники.
ЖК - панель можно сделать «прозрачной» без приложенного напряжения, если скрученный нематический ЖК-дисплей снабдить скрещенными поляризаторами. Обычные ЖК-дисплеи имеют относительно низкую эффективность передачи из-за использования поляризаторов, поэтому они кажутся несколько тусклыми на фоне естественного света. В отличие от прозрачных светодиодных дисплеев, прозрачные ЖК-дисплеи не излучают собственный свет, а только модулируют входящий свет. ЖК-дисплеи, предназначенные специально для прозрачных дисплеев, обычно имеют повышенную эффективность передачи. Небольшие прозрачные ЖК-дисплеи уже некоторое время коммерчески доступны, но только недавно продавцы начали предлагать устройства, размеры которых сопоставимы с ЖК-телевизорами и дисплеями. В 2011 году компания Samsung выпустила специально разработанную прозрачную 22-дюймовую панель. По состоянию на 2016 год их производили Samsung, LG и MMT, при этом ряд поставщиков предлагали продукты на базе OEM-систем этих производителей. Альтернативный подход к коммерциализации этой технологии заключается в предложении обычных систем отображения с задней подсветкой без системы подсветки. ЖК-дисплеи часто также требуют удаления слоя рассеивателя, чтобы адаптировать их для использования в качестве прозрачных дисплеев.
Ключевым ограничением эффективности прозрачного ЖК-дисплея являются линейные поляризационные фильтры. Идеальный линейный поляризатор поглощает половину падающего неполяризованного света. В ЖК-дисплеях свет должен проходить через два линейных поляризатора, либо в скрещенной, либо в параллельной конфигурации.
Светодиодные экраны должны иметь два слоя стекла с обеих сторон набора адресных светодиодов . Для этой цели использовались как неорганические, так и органические ( OLED ) светодиоды. Более гибкие (в прямом и переносном смысле) OLED вызвали больший интерес к этому приложению, хотя по состоянию на июль 2016 года единственный коммерческий производитель Samsung объявил о прекращении производства этого продукта. [18] OLED состоят из излучающего и проводящего слоев. Электрические импульсы проходят через проводящий слой и излучают свет в излучающем слое. Он отличается от ЖК-дисплеев тем, что OLED-дисплеи излучают собственный свет, который создает совершенно другой визуальный эффект на прозрачном дисплее. Узкий зазор между пикселями экрана, а также прозрачные катоды внутри позволяют экранам быть прозрачными. Раньше эти типы экранов было чрезвычайно сложно и дорого производить, но теперь они становятся все более распространенными по мере развития методов их производства. [19] Прозрачные OLED-дисплеи генерируют собственный свет, но не отображают черный цвет; Эту проблему можно решить добавлением специального слоя ЖК-дисплея.
Исследователи Массачусетского технологического института разработали недорогую и пассивную прозрачную систему отображения, использующую наночастицы. [20]
В отличие от прозрачных ЖК-дисплеев и OLED-дисплеев, которым требуются встроенные электронные модули для обработки визуальных сигналов или излучения собственного света, пассивный прозрачный дисплей использует проектор в качестве внешнего источника света для проецирования изображений и видео на прозрачную среду с резонансными наночастицами, которые избирательно рассеивают проецируемое изображение. свет. [21] Этот подход устраняет недостатки, наблюдаемые у прозрачных ЖК-дисплеев и OLED, такие как высокая стоимость, сложность масштабирования по размеру и деликатное обслуживание. [22] [23]
Исследование MIT коммерциализирует стартап-компания Lux Labs, Inc. [24]
Дисплеи Lumineq TASEL основаны на технологии электролюминесцентных дисплеев . [25] Стеклянная панель TASEL состоит из люминесцентного фосфорного слоя, расположенного между двумя слоями прозрачных электродов. Дисплей излучает свет сам по себе и имеет прозрачность 80%. В отличие от ЖК-дисплеев и светодиодов, в которых используются органические материалы, на которые влияет окружающая среда, дисплеи TASEL являются неорганическими и невосприимчивыми к окружающей среде. Одним из недостатков дисплеев TASEL была невозможность отображать более одного цвета. [26]
Прозрачные дисплеи можно использовать для:
Прозрачные дисплеи на основе технологий OLED или microLED могут отображать черный цвет за счет добавления ЖК-дисплея, поскольку они не могут сделать это самостоятельно. Это связано с тем, что в OLED и микро-LED состояние ВЫКЛ соответствует черному (или, в данном случае, прозрачному, поскольку нет черного фона), а состояние ВКЛ соответствует белому; это связано с тем, что пиксели OLED и microLED излучают собственный свет. Прозрачные ЖК-дисплеи не могут отображать белый цвет, поскольку пиксели ЖК-дисплея не излучают собственный свет, а выборочно блокируют свет белой подсветки, хотя теоретически это можно исправить, добавив прозрачный монохромный дисплей microLED или OLED. В ЖК-дисплеях это происходит потому, что в выключенном состоянии пиксели выключаются, пропуская свет от подсветки, а в включенном состоянии пиксели включаются, блокируя свет. [32] [33] [34]
Исследователи Массачусетского технологического института работали над недорогим созданием прозрачных дисплеев с использованием наночастиц. [35] По состоянию на 2019 год исследование MIT коммерциализировалось стартапом Lux Labs, Inc. [36]
Прозрачные экраны — это развивающийся рынок, который имеет несколько потенциальных применений. Эту технологию начинают использовать сотовые телефоны, планшеты и другие устройства. Он имеет привлекательный внешний вид, но, что более важно, он также эффективен для приложений дополненной реальности . Устройство может добавить свою изюминку к тому, что находится за экраном. Например, если вы посмотрите на улицу через планшет с прозрачным дисплеем, устройство может наложить название улицы на экран. Это может быть похоже на просмотр улиц Google , только в режиме реального времени. Например, в Google Translate есть функция, которая позволяет пользователю навести камеру на знак или надпись на другом языке, и он автоматически отображает то же изображение, но с надписью на выбранном вами языке. Это также возможно с прозрачными дисплеями.
Устройство, использующее прозрачный дисплей, будет иметь гораздо более высокое разрешение и будет отображать гораздо более реалистичную дополненную реальность, чем видеодополненная реальность , которая снимает видео, добавляет к нему собственное дополнение, а затем отображает его на экране. [30] Вместо этого было бы проще отобразить дополнение на прозрачном экране. Microsoft HoloLens — воплощение этой идеи.
Эти дисплеи также используются в витринах магазинов. В витринах представлен товар изнутри, а на стекле размещен текст или реклама. [31] Этот тип витрин становится все более популярным, поскольку прозрачные экраны становятся дешевле и доступнее.
Прозрачный светодиодный дисплей может использоваться сценографами и продюсерами мероприятий для реализации творческих голографических визуальных эффектов.