環境光干涉式彩色透明顯示模塊及透明顯示方法與流程

本發明涉及彩色顯示技術領域，尤其涉及一種環境光干涉式彩色透明顯示模塊及透明顯示方法。

背景技術：

目前的透明顯示屏幕普遍采用發光式顯示屏，發光式常見的有lcd和oled顯示技術。發光式顯示存在一些缺陷，耗電比較嚴重，不適用于光線比較強的場景。例如，人們常常會發現自己在戶外看不清手機屏幕，原因是顯示器的亮度沒有強大到足以克服環境光的亮度。從顯示屏幕中發出的光也會造成眼睛疲勞，特別是眼睛還在發育中的兒童，這種發光式屏幕會對兒童眼睛造成很大的傷害。而且發光式透明顯示在發光的部位不透明，因而無法使用在一些需要透明度較高的特殊場景。

以上所有問題無法通過任何現有的發光彩色顯示屏技術解決。徹底的解決方案必須來自環境光透明彩色顯示技術，利用環境光在透明的介質上顯示圖像。

環境光透明式彩色顯示近年來得到了不少關注，然而由于技術上的限制，市場上至今還沒有出現一種能夠滿足市場要求的環境光透明顯示產品。目前，環境光透明彩色顯示通常包含電致變色材料構成的光調制器陣列，每個光調制器生成特定的原色，顏色通過rgb顏色的組合來調制混合理想的顏色和灰度，通過調整子像素電致變色材料的狀態來實現。

這種電致變色技術在彩色顯示上的應用有三個根本問題。第一個問題也是最嚴重的問題體現在速度緩慢，顏色的改變通常在分鐘級的時間尺度上，這種轉變速度只能用于靜態顯示。另一個問題是光效率很低，導致顯示圖像時穿透率低。另外可以選擇的顏色十分有限。

另一種環境光透明彩色顯示采用液晶介質。但液晶是通過阻擋偏振光來實現灰度的。由于利用偏振光的特性是以犧牲50％的光能量為代價，因而光效率很低。

以上這些功能上的不足限制了環境光透明彩色顯示面板的廣泛商業化應用。

技術實現要素：

本發明為了解決上述技術問題，提供一種環境光干涉式彩色透明顯示模塊及透明顯示方法，其采用光干涉全光譜的方式實現透明顯示，特別是對于大像素的應用場景而言成本低，效果好，耗能極低，而且透光率可以方便地按照要求進行調整制作，全光譜的實現使得顯示屏的光效率大大增加。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：本發明的環境光干涉式彩色透明顯示模塊，包括面板、背板、連接面板和背板的多個支撐柱及安裝在面板和背板之間的多個移動鏡片，面板、背板及移動鏡片均為透明材質，面板的背面有一層半透明層構成半透反光面，移動鏡片的正面有一層半透反光層構成另一個半透反光面，所述的面板的半透明層的厚度和移動鏡片的半透反光層的厚度接近，移動鏡片的背面有一層透明導電膜，移動鏡片通過彈性拉條和面板或支撐柱相連，背板的正面有多個由透明導電材料制成的電極。由均為透明的面板、背板和按一定規律排列的像素單元移動鏡片組裝成彩色透明顯示模塊，整個顯示模塊呈透明狀，再由多個彩色透明顯示模塊拼接制作成彩色透明顯示屏。這是一種能顯示全飽和彩色、常規環境和高亮度環境下能高亮度顯示的顯示器。支撐柱連接背板和面板，通過支撐柱的高度控制兩干涉面之間的干涉腔隙深度。支撐柱的尺寸為0.2～0.6毫米，支撐柱的形狀可以是三角形、方形、六邊形或圓形等等。本發明制作方法簡單，使用微裝配方法制備，其避免了傳統微機電系統(mems)的光刻工藝，通過低成本的半導體封裝方法進行封裝，能夠保持大的平行干涉面，通過精確的靜電驅動實現彩色透明顯示，同時具有高色彩純度、高透射率的光學精度。由移動鏡片構成的像素單元包括且不限于方形、六邊形、三角形或任意形狀的像素。每個像素都能夠實現整個可見光譜連續產生色彩的各個獨特的顏色，這樣就可以通過模塊上像素點的顏色組合顯示數字和字母。移動鏡片還可排列成7段數碼管顯示模塊結構，或其他特殊圖形。本技術方案采用光干涉全光譜的方式實現透明顯示，特別是對于大像素的應用場景而言成本低，效果好，耗能極低，而且透光率可以方便地按照要求進行調整制作，全光譜的實現使得顯示屏的光效率大大增加。

作為優選，所述的面板的半透明層及移動鏡片的半透反光層的材質為鉻、鋁、汞、鉬、鎳或其他具有反光特性的金屬。

作為優選，所述的移動鏡片排列成點陣結構，所述的支撐柱也排列成點陣結構，每個移動鏡片的外圍設有若干個支撐柱。連接更加牢固，而且不影響移動鏡片作垂直移動。

作為優選，所述的移動鏡片的部分側面或所有側面或角部設有所述的彈性拉條，彈性拉條的另一端和所述的面板的半透明層或分布在移動鏡片四周的支撐柱相連。彈性拉條可以是為直徑32μm的硅鋁線，線的長度是由實驗上靜電驅動力和彈簧恢復力的平衡來確定的。彈性拉條也可以為導電膠材質或非導電膠材質，如果為非導電膠材質，則需要鍍上一層金屬導電膜。彈性拉條具有導電性，使像素背面的導電膜與面板的半透反光面通過彈性拉條實現導通。

作為優選，所述的面板的半透明層的厚度及移動鏡片的半透反光層的厚度均小于7納米。使面板的半透明層的厚度及移動鏡片的半透反光層的厚度小于全反光式反光彩色顯示中的所用的厚度，確保能實現透明顯示。

環境光干涉式彩色透明顯示屏應用場景：汽車擋風玻璃顯示，玻璃窗門顯示，水族館觀察窗顯示，商場櫥窗顯示，各種展示窗顯示，工業控制顯示等等。動態的顯示內容通過透明顯示屏呈現在玻璃表面，并且允許大多數的光線通過。

本發明的環境光干涉式彩色透明顯示方法，顯示驅動系統形成的信號通過電路連線施加給所述的背板的電極，電極對所述的移動鏡片施加靜電力，移動鏡片在彈性拉條產生的拉力和背板靜電力產生的拉力的控制下，在移動鏡片的垂直方向作亞微米級別的移動，被平行地拉近或拉遠所述的面板，從而改變面板的半透反光面和移動鏡片的半透反光面之間的距離，即改變兩干涉面之間的距離，實現和每個移動鏡片相對應的像素的顏色變化；環境光的部分光譜的光線允許通過某些像素，反光色彩和穿透光線色彩形成互補關系，因此，由半透明層和半透反光層形成的鏡片是一片能夠在全光譜范圍內改變顏色的濾色片，它只阻擋形成光干涉的相應光譜，而允許其他顏色通過，從而實現彩色透明顯示。本技術方案通過改變面板半透明層和移動鏡片半透反光層的鍍膜厚度，并且采用背板上透明導電膜來驅動構成像素的移動鏡片，不僅能在顯示模塊透明表面進行動態圖像顯示，而且還能使像素產生透明濾色鏡的意外效果。本技術方案采用光干涉全光譜的方式實現透明顯示，特別是對于大像素的應用場景而言成本低，效果好，耗能極低，而且透光率可以方便地按照要求進行調整制作，全光譜的實現使得顯示屏的光效率大大增加。

作為優選，所述的當環境光從顯示模塊的前方照向面板時，環境光中部分光譜的光線允許通過某些移動鏡片，從而在顯示模塊的透明表面呈現動態的圖像；當環境光從顯示模塊的后方照向背板時，能夠通過對移動鏡片的調節產生透明濾色鏡效果。

彩色透明顯示屏的環境光可以來自觀察者方面，部分光譜的光線允許通過某些像素，從而在透明的表面呈現動態的圖像。如某像素通過調整干涉面之間的距離使得反光的色彩是紅色，允許其他光譜的顏色穿透該移動鏡片。事實上，反光色彩與穿透光線色彩形成互補關系。從而我們能夠看到移動鏡片的另一面只有綠色和藍色的混合色。如果像素反光的色彩是綠色，則穿過移動鏡片光譜的顏色為藍色和紅色的混合色。同理，如果像素反光的色彩是藍色，則穿過移動鏡片的光譜顏色為綠色和紅色的混合色。

如果環境光來自顯示屏的另一面，如白天室內窗戶玻璃的場景。我們同樣能夠通過像素的調節而產生濾色效果。例如，某像素反光的色彩是紅色，通過移動鏡片的穿透光線則是除了紅色的其他顏色，因此我們能夠看到該像素上除了紅色的其他顏色的混合色。如果像素反光的色彩是綠色，則穿過移動鏡片光譜的顏色為藍色和紅色的混合色。同理，如果像素反光的色彩是藍色，則穿過移動鏡片光譜的顏色為綠色和紅色的混合色。

通俗地講，本發明的彩色透明顯示，形成的像素是一片能夠在全光譜范圍內改變顏色的濾色片，它只阻擋形成光干涉相應的光譜，而允許其他顏色通過，從而實現動態透明顯示。而且這種濾色片的透光顏色可以人為地加以調節，即通過電極驅動，調整移動鏡片和面板之間的間距，即兩干涉面之間的距離，就能實現濾色片顏色的調節。這是目前任何透明顯示技術所無法達到的效果。

作為優選，所述的面板的半透明層及移動鏡片的半透反光層的鍍膜厚度根據透明度的要求進行調整。根據需要通過調整面板半透明層和移動鏡片半透反光層的鍍膜厚度就能調節顯示模塊像素的透光率，是任何其他透明顯示技術所不具備的。對于透明顯示來講，鍍膜的厚度決定了顯示屏的透明度，極端情況是大約16納米的厚度，這時穿透率幾乎為零，而另一個極端是0納米鍍膜，這時的穿透率則是100％。因此本發明的透明顯示可以通過鍍膜厚度來調節透光率，從而適用于不同的應用場景，這是史無前例的。

本發明的有益效果是：采用光干涉全光譜的方式實現透明顯示，特別是對于大像素的應用場景而言成本低，效果好，耗能極低，全光譜的實現使得顯示屏的光效率大大增加。形成的像素是一片能夠在全光譜范圍內改變顏色的濾色片，濾色片的透光顏色可以人為地加以調節，即通過電極驅動，調整兩干涉面之間的距離，就能實現濾色片顏色的調節。根據需要通過調整面板半透明層和移動鏡片半透反光層的鍍膜厚度就能調節顯示模塊像素的透光率。

附圖說明

圖1是本發明環境光干涉式彩色透明顯示模塊的一種分解結構側面示意圖。

圖2是本發明環境光干涉式彩色透明顯示模塊去掉背板時的一種局部后視結構示意圖。

圖中1.面板，2.移動鏡片，3.背板，4.支撐柱，5.彈性拉條。

具體實施方式

下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。

實施例：本實施例的環境光干涉式彩色透明顯示模塊，如圖1、圖2所示，包括面板1、背板3、連接面板1和背板3的多個支撐柱4及安裝在面板1和背板3之間的多個移動鏡片2，面板1、背板3、移動鏡片2及支撐柱4均為透明玻璃材質，面板的背面有一層半透明層構成半透反光面，移動鏡片的正面有一層半透反光層構成另一個半透反光面，面板的半透明層的厚度和移動鏡片的半透反光層的厚度接近，面板的半透明層的厚度及移動鏡片的半透反光層的厚度均小于7納米，移動鏡片的背面及側面有一層透明導電膜，移動鏡片2的所有側面上連接有彈性拉條5，彈性拉條5的另一端和面板1的半透明層相連，彈性拉條5具有導電性，使移動鏡片與面板之間既實現機械連接又實現電性連接，背板3和面板1之間連接有多個由玻璃制成的支撐柱4，移動鏡片2排列成點陣結構，支撐柱4也排列成點陣結構，本實施例中移動鏡片呈正方形，每個移動鏡片的四個角的外圍各有一個支撐柱，背板3的正面有多個由透明導電膜制成的電極。

可選地，移動鏡片側面的彈性拉條5還可以通過另一種方式實現其功能。既在移動鏡片2的角上與支撐柱4之間點上具有一定彈性的微小膠球來實現其彈性功能。

移動鏡片和支撐柱的制作：先將用于制作移動鏡片的整張玻璃塊的一面鍍上半透反光層形成移動鏡片正面的半透反光面，接著對整張玻璃塊采用晶圓切割方法進行切割，切割出多個移動鏡片和多個支撐柱，再對移動鏡片的背面及四個側面鍍導電膜，形成移動鏡片背面的電極。整張玻璃塊厚度為0.5毫米，半透反光層為鋁膜，本實施例中移動鏡片的形狀是正方形，其大小為4×4毫米。支撐柱的尺寸為0.5毫米，支撐柱的形狀為圓形，支撐柱的厚度和移動鏡片的厚度一致。移動鏡片的背面及四個側面鍍透明導電膜，如ito薄膜、ito導電膜玻璃等。

面板和背板的制作：對用于制作面板和背板的整張玻璃塊進行切割，切割出和顯示模塊大小一致的面板和背板，面板的形狀為長方形，面板的大小為20×35毫米，面板的一面鍍半透金屬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屬膜為鉻膜，背板的一面鍍透明導電膜形成電極和引線，透明導電膜采用ito薄膜、ito導電膜玻璃等。

本實施例的環境光干涉式彩色透明顯示方法為：顯示驅動系統形成的信號通過電路連線施加給背板3的電極，電極對移動鏡片2施加靜電力，移動鏡片2在彈性拉條5產生的拉力和背板3靜電力產生的拉力的控制下，在移動鏡片的垂直方向作亞微米級別的移動，被平行地拉近或拉遠面板，從而改變面板1的半透反光面和移動鏡片2的半透反光面之間的距離，即改變兩干涉面之間的距離，實現和每個移動鏡片相對應的像素的顏色變化；環境光的部分光譜的光線允許通過某些像素，反光色彩和穿透光線色彩形成互補關系，由半透明層和半透反光層形成的鏡片是一片能夠在全光譜范圍內改變顏色的濾色片，移動鏡片只阻擋形成光干涉的相應光譜，而允許其他顏色通過，從而實現彩色透明顯示。

當環境光從顯示模塊的前方照向面板時，環境光中部分光譜的光線允許通過某些移動鏡片，從而在顯示模塊的透明表面呈現動態的圖像；當環境光從顯示模塊的后方照向背板時，能夠通過對移動鏡片的調節產生透明濾色鏡效果。面板的半透明層及移動鏡片的半透反光層的鍍膜厚度根據透明度的要求進行調整。

彩色透明顯示屏的環境光可以來自觀察者方面，部分光譜的光線允許通過某些像素，從而在透明的表面呈現動態的圖像。如某像素通過調整干涉面之間的距離使得像素反光的色彩是紅色，允許其他光譜的顏色穿透對應的移動鏡片。事實上，反光色彩與穿透光線色彩形成互補關系。從而我們能夠看到移動鏡片的另一面只有綠色和藍色的混合色。如果像素反光的色彩是綠色，則穿過移動鏡片光譜的顏色為藍色和紅色的混合色。同理，如果像素反光的色彩是藍色，則穿過移動鏡片的光譜顏色為綠色和紅色的混合色。

如果環境光來自顯示屏的另一面，如白天室內窗戶玻璃的場景。我們同樣能夠通過像素的調節而產生濾色效果。例如，某像素反光的色彩是紅色，通過移動鏡片的穿透光線則是除了紅色的其他顏色，因此我們能夠看到該像素上除了紅色的其他顏色的混合色。如果像素反光的色彩是綠色，則穿過移動鏡片光譜的顏色為藍色和紅色的混合色。同理，如果像素反光的色彩是藍色，則穿過移動鏡片光譜的顏色為綠色和紅色的混合色。

通俗地講，本發明的彩色透明顯示，由半透明層和半透反光層形成的像素鏡片是一片能夠在全光譜范圍內改變顏色的濾色片，它只阻擋形成光干涉相應的光譜，而允許其他顏色通過，從而實現動態透明顯示。而且這種濾色片的透光顏色可以人為地加以調節，即通過電極驅動，調整移動鏡片和面板之間的間距，即兩干涉面之間的距離，就能實現濾色片顏色的調節。這是目前任何透明顯示技術所無法達到的效果。根據需要通過調整面板半透明層和移動鏡片半透反光層的鍍膜厚度就能調節顯示模塊像素的透光率，是任何其他透明顯示技術所不具備的。