CN107167915A - 环境光干涉式彩色透明显示模块及透明显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种环境光干涉式彩色透明显示模块及透明显示方法。透明显示模块包括面板、背板、连接两板的多个支撑柱及位于两板之间的多个移动镜片，面板、背板及移动镜片均为透明材质，面板的背面有一层半透明层，移动镜片的正面有一层半透反光层，半透明层和半透反光层的厚度接近，移动镜片的背面有一层透明导电膜，移动镜片通过弹性拉条和面板或支撑柱相连，背板的正面有多个由透明导电材料制成的电极。移动镜片被驱动而靠近或远离面板，从而改变两干涉面的间距，实现像素的颜色变化；像素只阻挡形成光干涉的相应光谱，允许其他颜色通过，从而实现彩色透明显示。本发明耗能极低，光效率高，而且滤色片颜色、透光率可以方便地按照要求进行调整。

Description

环境光干涉式彩色透明显示模块及透明显示方法

技术领域

本发明涉及彩色显示技术领域，尤其涉及一种环境光干涉式彩色透明显示模块及透明显示方法。

背景技术

目前的透明显示屏幕普遍采用发光式显示屏，发光式常见的有LCD和OLED显示技术。发光式显示存在一些缺陷，耗电比较严重，不适用于光线比较强的场景。例如，人们常常会发现自己在户外看不清手机屏幕，原因是显示器的亮度没有强大到足以克服环境光的亮度。从显示屏幕中发出的光也会造成眼睛疲劳，特别是眼睛还在发育中的儿童，这种发光式屏幕会对儿童眼睛造成很大的伤害。而且发光式透明显示在发光的部位不透明，因而无法使用在一些需要透明度较高的特殊场景。

以上所有问题无法通过任何现有的发光彩色显示屏技术解决。彻底的解决方案必须来自环境光透明彩色显示技术，利用环境光在透明的介质上显示图像。

环境光透明式彩色显示近年来得到了不少关注，然而由于技术上的限制，市场上至今还没有出现一种能够满足市场要求的环境光透明显示产品。目前，环境光透明彩色显示通常包含电致变色材料构成的光调制器阵列，每个光调制器生成特定的原色，颜色通过RGB颜色的组合来调制混合理想的颜色和灰度，通过调整子像素电致变色材料的状态来实现。

这种电致变色技术在彩色显示上的应用有三个根本问题。第一个问题也是最严重的问题体现在速度缓慢，颜色的改变通常在分钟级的时间尺度上，这种转变速度只能用于静态显示。另一个问题是光效率很低，导致显示图像时穿透率低。另外可以选择的颜色十分有限。

另一种环境光透明彩色显示采用液晶介质。但液晶是通过阻挡偏振光来实现灰度的。由于利用偏振光的特性是以牺牲50％的光能量为代价，因而光效率很低。

以上这些功能上的不足限制了环境光透明彩色显示面板的广泛商业化应用。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种环境光干涉式彩色透明显示模块及透明显示方法，其采用光干涉全光谱的方式实现透明显示，特别是对于大像素的应用场景而言成本低，效果好，耗能极低，而且透光率可以方便地按照要求进行调整制作，全光谱的实现使得显示屏的光效率大大增加。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的环境光干涉式彩色透明显示模块，包括面板、背板、连接面板和背板的多个支撑柱及安装在面板和背板之间的多个移动镜片，面板、背板及移动镜片均为透明材质，面板的背面有一层半透明层构成半透反光面，移动镜片的正面有一层半透反光层构成另一个半透反光面，所述的面板的半透明层的厚度和移动镜片的半透反光层的厚度接近，移动镜片的背面有一层透明导电膜，移动镜片通过弹性拉条和面板或支撑柱相连，背板的正面有多个由透明导电材料制成的电极。由均为透明的面板、背板和按一定规律排列的像素单元移动镜片组装成彩色透明显示模块，整个显示模块呈透明状，再由多个彩色透明显示模块拼接制作成彩色透明显示屏。这是一种能显示全饱和彩色、常规环境和高亮度环境下能高亮度显示的显示器。支撑柱连接背板和面板，通过支撑柱的高度控制两干涉面之间的干涉腔隙深度。支撑柱的尺寸为0.2～0.6毫米，支撑柱的形状可以是三角形、方形、六边形或圆形等等。本发明制作方法简单，使用微装配方法制备，其避免了传统微机电系统(MEMS)的光刻工艺，通过低成本的半导体封装方法进行封装，能够保持大的平行干涉面，通过精确的静电驱动实现彩色透明显示，同时具有高色彩纯度、高透射率的光学精度。由移动镜片构成的像素单元包括且不限于方形、六边形、三角形或任意形状的像素。每个像素都能够实现整个可见光谱连续产生色彩的各个独特的颜色，这样就可以通过模块上像素点的颜色组合显示数字和字母。移动镜片还可排列成7段数码管显示模块结构，或其他特殊图形。本技术方案采用光干涉全光谱的方式实现透明显示，特别是对于大像素的应用场景而言成本低，效果好，耗能极低，而且透光率可以方便地按照要求进行调整制作，全光谱的实现使得显示屏的光效率大大增加。

作为优选，所述的面板的半透明层及移动镜片的半透反光层的材质为铬、铝、汞、钼、镍或其他具有反光特性的金属。

作为优选，所述的移动镜片排列成点阵结构，所述的支撑柱也排列成点阵结构，每个移动镜片的外围设有若干个支撑柱。连接更加牢固，而且不影响移动镜片作垂直移动。

作为优选，所述的移动镜片的部分侧面或所有侧面或角部设有所述的弹性拉条，弹性拉条的另一端和所述的面板的半透明层或分布在移动镜片四周的支撑柱相连。弹性拉条可以是为直径32μm的硅铝线，线的长度是由实验上静电驱动力和弹簧恢复力的平衡来确定的。弹性拉条也可以为导电胶材质或非导电胶材质，如果为非导电胶材质，则需要镀上一层金属导电膜。弹性拉条具有导电性，使像素背面的导电膜与面板的半透反光面通过弹性拉条实现导通。

作为优选，所述的面板的半透明层的厚度及移动镜片的半透反光层的厚度均小于7纳米。使面板的半透明层的厚度及移动镜片的半透反光层的厚度小于全反光式反光彩色显示中的所用的厚度，确保能实现透明显示。

环境光干涉式彩色透明显示屏应用场景：汽车挡风玻璃显示，玻璃窗门显示，水族馆观察窗显示，商场橱窗显示，各种展示窗显示，工业控制显示等等。动态的显示内容通过透明显示屏呈现在玻璃表面，并且允许大多数的光线通过。

本发明的环境光干涉式彩色透明显示方法，显示驱动系统形成的信号通过电路连线施加给所述的背板的电极，电极对所述的移动镜片施加静电力，移动镜片在弹性拉条产生的拉力和背板静电力产生的拉力的控制下，在移动镜片的垂直方向作亚微米级别的移动，被平行地拉近或拉远所述的面板，从而改变面板的半透反光面和移动镜片的半透反光面之间的距离，即改变两干涉面之间的距离，实现和每个移动镜片相对应的像素的颜色变化；环境光的部分光谱的光线允许通过某些像素，反光色彩和穿透光线色彩形成互补关系，因此，由半透明层和半透反光层形成的镜片是一片能够在全光谱范围内改变颜色的滤色片，它只阻挡形成光干涉的相应光谱，而允许其他颜色通过，从而实现彩色透明显示。本技术方案通过改变面板半透明层和移动镜片半透反光层的镀膜厚度，并且采用背板上透明导电膜来驱动构成像素的移动镜片，不仅能在显示模块透明表面进行动态图像显示，而且还能使像素产生透明滤色镜的意外效果。本技术方案采用光干涉全光谱的方式实现透明显示，特别是对于大像素的应用场景而言成本低，效果好，耗能极低，而且透光率可以方便地按照要求进行调整制作，全光谱的实现使得显示屏的光效率大大增加。

作为优选，所述的当环境光从显示模块的前方照向面板时，环境光中部分光谱的光线允许通过某些移动镜片，从而在显示模块的透明表面呈现动态的图像；当环境光从显示模块的后方照向背板时，能够通过对移动镜片的调节产生透明滤色镜效果。

彩色透明显示屏的环境光可以来自观察者方面，部分光谱的光线允许通过某些像素，从而在透明的表面呈现动态的图像。如某像素通过调整干涉面之间的距离使得反光的色彩是红色，允许其他光谱的颜色穿透该移动镜片。事实上，反光色彩与穿透光线色彩形成互补关系。从而我们能够看到移动镜片的另一面只有绿色和蓝色的混合色。如果像素反光的色彩是绿色，则穿过移动镜片光谱的颜色为蓝色和红色的混合色。同理，如果像素反光的色彩是蓝色，则穿过移动镜片的光谱颜色为绿色和红色的混合色。

如果环境光来自显示屏的另一面，如白天室内窗户玻璃的场景。我们同样能够通过像素的调节而产生滤色效果。例如，某像素反光的色彩是红色，通过移动镜片的穿透光线则是除了红色的其他颜色，因此我们能够看到该像素上除了红色的其他颜色的混合色。如果像素反光的色彩是绿色，则穿过移动镜片光谱的颜色为蓝色和红色的混合色。同理，如果像素反光的色彩是蓝色，则穿过移动镜片光谱的颜色为绿色和红色的混合色。

通俗地讲，本发明的彩色透明显示，形成的像素是一片能够在全光谱范围内改变颜色的滤色片，它只阻挡形成光干涉相应的光谱，而允许其他颜色通过，从而实现动态透明显示。而且这种滤色片的透光颜色可以人为地加以调节，即通过电极驱动，调整移动镜片和面板之间的间距，即两干涉面之间的距离，就能实现滤色片颜色的调节。这是目前任何透明显示技术所无法达到的效果。

作为优选，所述的面板的半透明层及移动镜片的半透反光层的镀膜厚度根据透明度的要求进行调整。根据需要通过调整面板半透明层和移动镜片半透反光层的镀膜厚度就能调节显示模块像素的透光率，是任何其他透明显示技术所不具备的。对于透明显示来讲，镀膜的厚度决定了显示屏的透明度，极端情况是大约16纳米的厚度，这时穿透率几乎为零，而另一个极端是0纳米镀膜，这时的穿透率则是100％。因此本发明的透明显示可以通过镀膜厚度来调节透光率，从而适用于不同的应用场景，这是史无前例的。

本发明的有益效果是：采用光干涉全光谱的方式实现透明显示，特别是对于大像素的应用场景而言成本低，效果好，耗能极低，全光谱的实现使得显示屏的光效率大大增加。形成的像素是一片能够在全光谱范围内改变颜色的滤色片，滤色片的透光颜色可以人为地加以调节，即通过电极驱动，调整两干涉面之间的距离，就能实现滤色片颜色的调节。根据需要通过调整面板半透明层和移动镜片半透反光层的镀膜厚度就能调节显示模块像素的透光率。

附图说明

图1是本发明环境光干涉式彩色透明显示模块的一种分解结构侧面示意图。

图2是本发明环境光干涉式彩色透明显示模块去掉背板时的一种局部后视结构示意图。

图中 1.面板，2.移动镜片，3.背板，4.支撑柱，5.弹性拉条。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的环境光干涉式彩色透明显示模块，如图1、图2所示，包括面板1、背板3、连接面板1和背板3的多个支撑柱4及安装在面板1和背板3之间的多个移动镜片2，面板1、背板3、移动镜片2及支撑柱4均为透明玻璃材质，面板的背面有一层半透明层构成半透反光面，移动镜片的正面有一层半透反光层构成另一个半透反光面，面板的半透明层的厚度和移动镜片的半透反光层的厚度接近，面板的半透明层的厚度及移动镜片的半透反光层的厚度均小于7纳米，移动镜片的背面及侧面有一层透明导电膜，移动镜片2的所有侧面上连接有弹性拉条5，弹性拉条5的另一端和面板1的半透明层相连，弹性拉条5具有导电性，使移动镜片与面板之间既实现机械连接又实现电性连接，背板3和面板1之间连接有多个由玻璃制成的支撑柱4，移动镜片2排列成点阵结构，支撑柱4也排列成点阵结构，本实施例中移动镜片呈正方形，每个移动镜片的四个角的外围各有一个支撑柱，背板3的正面有多个由透明导电膜制成的电极。

可选地，移动镜片侧面的弹性拉条5还可以通过另一种方式实现其功能。既在移动镜片2的角上与支撑柱4之间点上具有一定弹性的微小胶球来实现其弹性功能。

移动镜片和支撑柱的制作：先将用于制作移动镜片的整张玻璃块的一面镀上半透反光层形成移动镜片正面的半透反光面，接着对整张玻璃块采用晶圆切割方法进行切割，切割出多个移动镜片和多个支撑柱，再对移动镜片的背面及四个侧面镀导电膜，形成移动镜片背面的电极。整张玻璃块厚度为0.5毫米，半透反光层为铝膜，本实施例中移动镜片的形状是正方形，其大小为4×4毫米。支撑柱的尺寸为0.5毫米，支撑柱的形状为圆形，支撑柱的厚度和移动镜片的厚度一致。移动镜片的背面及四个侧面镀透明导电膜，如ITO薄膜、ITO导电膜玻璃等。

面板和背板的制作：对用于制作面板和背板的整张玻璃块进行切割，切割出和显示模块大小一致的面板和背板，面板的形状为长方形，面板的大小为20×35毫米，面板的一面镀半透金属膜形成面板背面的半透反光面，形成面板的半透反光面的半透金属膜为铬膜，背板的一面镀透明导电膜形成电极和引线，透明导电膜采用ITO薄膜、ITO导电膜玻璃等。

本实施例的环境光干涉式彩色透明显示方法为：显示驱动系统形成的信号通过电路连线施加给背板3的电极，电极对移动镜片2施加静电力，移动镜片2在弹性拉条5产生的拉力和背板3静电力产生的拉力的控制下，在移动镜片的垂直方向作亚微米级别的移动，被平行地拉近或拉远面板，从而改变面板1的半透反光面和移动镜片2的半透反光面之间的距离，即改变两干涉面之间的距离，实现和每个移动镜片相对应的像素的颜色变化；环境光的部分光谱的光线允许通过某些像素，反光色彩和穿透光线色彩形成互补关系，由半透明层和半透反光层形成的镜片是一片能够在全光谱范围内改变颜色的滤色片，移动镜片只阻挡形成光干涉的相应光谱，而允许其他颜色通过，从而实现彩色透明显示。

当环境光从显示模块的前方照向面板时，环境光中部分光谱的光线允许通过某些移动镜片，从而在显示模块的透明表面呈现动态的图像；当环境光从显示模块的后方照向背板时，能够通过对移动镜片的调节产生透明滤色镜效果。面板的半透明层及移动镜片的半透反光层的镀膜厚度根据透明度的要求进行调整。

彩色透明显示屏的环境光可以来自观察者方面，部分光谱的光线允许通过某些像素，从而在透明的表面呈现动态的图像。如某像素通过调整干涉面之间的距离使得像素反光的色彩是红色，允许其他光谱的颜色穿透对应的移动镜片。事实上，反光色彩与穿透光线色彩形成互补关系。从而我们能够看到移动镜片的另一面只有绿色和蓝色的混合色。如果像素反光的色彩是绿色，则穿过移动镜片光谱的颜色为蓝色和红色的混合色。同理，如果像素反光的色彩是蓝色，则穿过移动镜片的光谱颜色为绿色和红色的混合色。

如果环境光来自显示屏的另一面，如白天室内窗户玻璃的场景。我们同样能够通过像素的调节而产生滤色效果。例如，某像素反光的色彩是红色，通过移动镜片的穿透光线则是除了红色的其他颜色，因此我们能够看到该像素上除了红色的其他颜色的混合色。如果像素反光的色彩是绿色，则穿过移动镜片光谱的颜色为蓝色和红色的混合色。同理，如果像素反光的色彩是蓝色，则穿过移动镜片光谱的颜色为绿色和红色的混合色。

通俗地讲，本发明的彩色透明显示，由半透明层和半透反光层形成的像素镜片是一片能够在全光谱范围内改变颜色的滤色片，它只阻挡形成光干涉相应的光谱，而允许其他颜色通过，从而实现动态透明显示。而且这种滤色片的透光颜色可以人为地加以调节，即通过电极驱动，调整移动镜片和面板之间的间距，即两干涉面之间的距离，就能实现滤色片颜色的调节。这是目前任何透明显示技术所无法达到的效果。根据需要通过调整面板半透明层和移动镜片半透反光层的镀膜厚度就能调节显示模块像素的透光率，是任何其他透明显示技术所不具备的。

Claims (8)

1.一种环境光干涉式彩色透明显示模块，其特征在于包括面板、背板、连接面板和背板的多个支撑柱及安装在面板和背板之间的多个移动镜片，面板、背板及移动镜片均为透明材质，面板的背面有一层半透明层构成半透反光面，移动镜片的正面有一层半透反光层构成另一个半透反光面，所述的面板的半透明层的厚度和移动镜片的半透反光层的厚度接近，移动镜片的背面有一层透明导电膜，移动镜片通过弹性拉条和面板或支撑柱相连，背板的正面有多个由透明导电材料制成的电极。

2.根据权利要求1所述的环境光干涉式彩色透明显示模块，其特征在于所述的面板的半透明层及移动镜片的半透反光层的材质为铬、铝、汞、钼、镍或其他具有反光特性的金属。

3.根据权利要求1所述的环境光干涉式彩色透明显示模块，其特征在于所述的移动镜片排列成点阵结构，所述的支撑柱也排列成点阵结构，每个移动镜片的外围设有若干个支撑柱。

4.根据权利要求1或2或3所述的环境光干涉式彩色透明显示模块，其特征在于所述的移动镜片的部分侧面或所有侧面设有所述的弹性拉条，弹性拉条的另一端和所述的面板的半透明层或分布在移动镜片四周的支撑柱相连。

5.根据权利要求1或2或3所述的环境光干涉式彩色透明显示模块，其特征在于所述的面板的半透明层的厚度及移动镜片的半透反光层的厚度均小于7纳米。

6.一种环境光干涉式彩色透明显示方法，其特征在于显示驱动系统形成的信号通过电路连线施加给所述的背板的电极，电极对所述的移动镜片施加静电力，移动镜片在弹性拉条产生的拉力和背板静电力产生的拉力的控制下，在移动镜片的垂直方向作亚微米级别的移动，被平行地拉近或拉远所述的面板，从而改变面板的半透反光面和移动镜片的半透反光面之间的距离，即改变两干涉面之间的距离，实现和每个移动镜片相对应的像素的颜色变化；环境光的部分光谱的光线允许通过某些像素，反光色彩和穿透光线色彩形成互补关系，由半透明层和半透反光层形成的镜片是一片能够在全光谱范围内改变颜色的滤色片，它只阻挡形成光干涉的相应光谱，而允许其他颜色通过，从而实现彩色透明显示。

7.根据权利要求6所述的环境光干涉式彩色透明显示方法，其特征在于当环境光从显示模块的前方照向面板时，环境光中部分光谱的光线允许通过某些移动镜片，从而在显示模块的透明表面呈现动态的图像；当环境光从显示模块的后方照向背板时，能够通过对移动镜片的调节产生透明滤色镜效果。

8.根据权利要求6或7所述的环境光干涉式彩色透明显示方法，其特征在于所述的面板的半透明层及移动镜片的半透反光层的镀膜厚度根据透明度的要求进行调整。