Author: Adam Simmons
Sidst opdateret:
Januar 31st 2020
Introduktion
For mange mennesker i den moderne verden er den ydmyge computer en integreret del af deres hverdag. Den er gået fra at være en ekstravagant luksus for de få heldige til at være en vigtig del af de fleste virksomheder og en velkommen tilføjelse i mange husholdninger. På trods af den stigende miniaturisering af computeren og indførelsen af nye bærbare former som f.eks. tablet-pc’er og integrerede “all in ones” er desktop-pc’ens råstyrke og alsidighed stadig uovertruffen. Et vigtigt træk ved den moderne desktop-pc, som adskiller den fra disse foreskrevne og ret ufleksible alternativer, er, at den har en basisenhed (ofte et tårn) med komponenter, som let kan opgraderes. En anden forskel er den almindelige medtagelse af en selvstændig skærm med en mat eller blank skærm, som har gennemgået den samme “udvikling” som resten af pc’en – og som fortsat vil gøre det.
Og selv om producenterne ofte giver en forkert fremstilling af de forskellige skærmteknologier og forbrugerne har en dårlig forståelse af dem, er der en grundlæggende egenskab, som ofte diskuteres: skærmoverfladen. I modsætning til det, der foregår “under motorhjelmen”, er skærmoverfladen let synlig udvendigt og udgør den væsentlige visuelle forbindelse mellem mand (eller kvinde) og skærm. I modsætning til tidligere tiders CRT-skærme er den moderne skærm ikke begrænset af en hård og stærkt reflekterende glasoverflade. Skærmens overflade er meget mere fleksibel og kan antage mange forskellige former – med forskellige grader af antirefleks- eller “blændingsreducerende” egenskaber. Men som det er tilfældet med de fleste aspekter af skærme, er det sjældent så ligetil; der er visse forbehold i forbindelse med de almindelige “antirefleksoverflader”. Vi undersøger begrænsningerne ved nogle af de mest udbredte “antireflekser” og ser på alternativerne og den mulige fremtidige retning for computerskærmens overflade.
Matte skærme
En mat skærmoverflade består af et ydre “polariserende lag”, der er blevet grovkornet ved hjælp af mekanisk og undertiden yderligere kemisk behandling. De almindelige metoder til fremstilling af denne overflade omfatter “spluttering” i flere lag eller flere gange “dip coating”, eventuelt efterfulgt af kemiske overfladebehandlinger. Selv om det ikke er nødvendigt at udforske de indviklede detaljer i disse overfladebehandlingsprocesser, vil vi overveje det ønskelige slutresultat af denne behandling. Formålet er at opnå en mat overflade på skærmen, som spreder det omgivende lys i stedet for at reflektere det direkte tilbage til beskueren; en glat overflade virker lidt mere som et spejl. Den store reduktion af uønsket refleksion og blænding har givet anledning til et begreb, der er synonymt med en sådan skærm: anti-blænding. Selv om spredningen af det omgivende lys og dermed reduktionen af blænding er ønskelig, er det ikke en ufejlbarlig løsning. Overfladens optiske egenskaber virker begge veje – det vil sige, at det lys, der udsendes fra skærmen, også påvirkes. Desuden er der en vis grad af interferens mellem det udsendte lys og det diffuse indfaldende lys. Både det udsendte lys (fra skærmen) og det omgivende lys (fra omgivelserne) og dets interaktion med den matte skærmoverflade er vist i nedenstående diagram.
Mens den ønskelige reduktion af blænding opnås ved at sprede det eksterne lys, påvirkes det billede, der produceres af skærmen, af den samme diffusionsproces. Det diffuse omgivende lys interfererer også en smule med det billede, der produceres af skærmen, hvilket forværrer processen. De virkninger, som dette har på billedet, og de fordele, som en mat skærmoverflade giver ved at reducere blænding, er opsummeret i nedenstående tabel.
| Fordelene ved en mat skærm | Ulemperne ved en mat skærm | |
| Reduceret blænding forbedrer synligheden af billedet i områder med stærkt direkte eller omgivende lys | Forringelse af kontrast og farvespænding | |
| Potentielle reduktion af øjenbelastning under sådanne omstændigheder, da man ikke behøver at fokusere “gennem” intense refleksioner eller blænding for at se billedet | Lette til moderate reduktioner i skarphed – afhængig af tykkelse og lagdeling af den matte overflade samt skærmens pixelafstand | |
| Duft, fedt og snavs mindre synligt | Generelt set vanskeligere at rengøre på grund af snavsets indtrængning og relative vanskeligheder med at se frugterne af dit arbejde | |
| Kornagtig eller sløret tekstur tydelig i nogle tilfælde, især ved visning af hvidt og andre lyse farver |
Glanske skærme
I modsætning til den ru overflade på en mat skærm har en blank skærm et meget glattere ydre polariserende lag. I stedet for at sprede det omgivende lys har denne glatte overflade en tendens til at reflektere det ret direkte tilbage, hvilket forårsager uønskede refleksioner og blænding – især under stærkt direkte lys. På den anden side er det lys, der udsendes fra skærmen, uhindret af en stærk diffusionsproces. Og bortset fra refleksioner virker billedet fyldigere, mere levende og uforfalsket. Moderne blanke polariserende film er ofte behandlet med en kemisk antirefleksbelægning (AR), f.eks. magnesiumfluorid eller særlige polymerer, som til dels hjælper med at absorbere noget af det omgivende lys. På nogle af Samsungs blanke modeller er skærmoverfladerne forsynet med sølvnanopartikler i det, der kaldes et “Ultra Clear Panel”. Dette er designet til at hjælpe med at absorbere noget af det omgivende lys i lidt højere grad end en traditionel kemisk antirefleksbelægning uden at hindre billedets ydeevne.
Billedet nedenfor viser, hvordan Ultra Clear Panel-overfladen på en Samsung T27A950 og den ubehandlede blanke overflade på en bærbar Dell Studio XPS15-skærm klarer sig på en ret lys britisk sommerdag. Begrebet britisk sommer er ikke særlig vigtigt i forbindelse med dette fotografi, men det skal siges, at det var dejligt lyst og endda en smule solrigt, da fotografierne blev taget. Men trist og regnfuldt kort tid efter. Der kommer lys ind fra et vindue til højre for skærmen, men intet direkte sollys rammer skærmen.
Du kan se på billedet ovenfor, at der er reflekser synlige på begge skærmflader under sådanne lysforhold. Refleksionen er mere intens på Dell-skærmen med tydelige konturer af døren, kameraet, kameramandens hånd og underarm samt den røde computerstol. På Samsung-skærmen er disse elementer mindre veldefinerede (stolen er naturligvis slet ikke synlig, da den er blokeret af den bærbare computer). En anden bemærkning er, at billedet på Samsung virker mere fyldigt, mens billedet på Dell virker bleget. Begge skærme var indstillet til en lysstyrke på 160 cd/m², og under mørke visningsforhold virker Dell’s billede ikke bleget på denne måde – dette skyldes det ret kraftige omgivende lys og er noget, som Samsung’en ikke lider under på samme måde. Antireflekterende overflader, der almindeligvis anvendes på bærbare computere og nogle gange på større skærme, omfatter: Dell TrueBright, ASUS ColorShine, HP BrightView og Sony Xbrite. Disse giver et mørkere billede ved refleksion end den ubehandlede Dell.
På trods af denne lille reduktion af refleksioner og mørkere effekt er Ultra Clear Panel stadig i høj grad en blank overflade. Ved visning af sorte og mørke farver (eller endda lyse farver, hvis det omgivende lys er stærkt nok) er refleksioner stadig et problem, og det er nødvendigt at kontrollere den omgivende belysning mere omhyggeligt. Folk vil måske foreslå, at man skruer op for lysstyrken for at bekæmpe dette, men den relative luminans af mørke områder (især sorte) er betydeligt lavere end lyse områder, uanset lysstyrkeindstillingen. Hvis det ikke fremgik tydeligt af det blandede billede ovenfor, vil du ikke have nogen illusioner om, at der er tale om andet end en blank skærmoverflade, når skærmen er slukket. Dette kan ses på nedenstående foto, som igen er taget på en lys sommerdag. Bemærk, at det reflekterede billede af rummet på Samsung-skærmen er en smule mørkere end på Dell-skærmen, men objekterne har stadig tydelige detaljer.
Nogle skærme anvender en meget mild mat anti-glare-behandling af skærmoverfladen. De har en meget lav slørværdi på omkring 2-4 %. Dette beskriver niveauet af lysdiffusion i skærmoverfladen, hvor de fleste almindelige matte skærmoverflader har en værdi på 25 % slør eller derover. Sådanne skærme kan derfor klassificeres som blanke skærme, da deres lysemissionsog reflektionsegenskaber er mest lig en blank overflade med en let antireflekterende film. Den type behandling, der er beskrevet ovenfor. Et mindretal af producenter (især Apple med deres tidligere “LED Cinema Display”-serie) vælger at undlade enhver antirefleksbehandling og anvender stærkt reflekterende ubehandlet glas som den yderste overflade. Dette sker hovedsagelig af æstetiske årsager, da der ikke er nogen fordel ved dette i forhold til en korrekt behandlet antireflekterende overflade, når det gælder billedkvalitet. Generelt reduceres den mængde lys, der reflekteres af en antireflekterende overflade med meget lavt slør, sammenlignet med en ubehandlet blank overflade. Princippet bag den blanke skærmoverflade er udforsket i nedenstående diagram, hvor der både tages hensyn til det omgivende lys og det lys, der udsendes fra selve skærmen.
Selv om refleksionen af det omgivende lys kan reduceres ved brug af en antirefleksbelægning eller en meget svag antiblænding, elimineres den ikke helt, især ikke hvor lyset er stærkt eller billedet er mørkt. Hvis skærmen er indstillet til en rimelig lysstyrke, det omgivende lysniveau er relativt lavt, og der falder kun lidt lys direkte på skærmen, bør refleksioner ikke være et problem. Fordi det udsendte lys tager en mere direkte vej og ikke spredes af en mat overflade, får man et “renere” og mere levende billede, som kan udnyttes fuldt ud under sådanne forhold. De positive og negative egenskaber ved en blank skærmoverflade er opsummeret i nedenstående tabel.
| Fordele ved en blank skærm | Ulemper ved en blank skærm |
| Reduceret refleksion under visse lysforhold sammenlignet med en ubehandlet blank overflade | Stærke omgivelseslysniveauer og direkte lys, der falder ind på skærmen, kan forårsage generende refleksioner og “blegning” af billedet |
| Enklere rengøring på grund af lavere indtrængning af snavs og større synlighed af fedt og snavs | Potentielt øget øjenbelastning på grund af vanskeligheder med at fokusere på billedet på grund af refleksioner |
| Generelt større æstetisk tiltrækningskraft -forudsat at skærmen holdes ren | Støv, fedt og snavs mere synligt – især når skærmen er slukket. Rutinemæssig rengøring er nødvendig |
| ‘Renere’ billede uden slør eller kornighed | |
| Direkte lysemission forbedrer kontrast og billedets livlighed |
En halv-vejs løsning
Nogle producenter tilbyder et kompromis mellem de to – en overfladetype, der ofte betegnes som “halvblank”. Disse overflader er faktisk matte, men de er enten lidt eller meget mindre opkradset, hvilket giver dem et glattere udseende og gør spredningen af lyset svagere. Med andre ord; de har en relativt lav slørværdi. Panelproducenten AU Optronics bruger en sådan overflade på nogle af deres moderne VA-paneler, som har en haze-værdi på 13-18 % (betydeligt lavere end de 25 %, som en typisk mat skærm har). Dette forbedrer billedets livlighed og klarhed og reducerer i høj grad det synlige korn på hvide og lyse farver. Det giver ikke helt det samme niveau af levende klarhed eller den samme visuelle fornemmelse som en blank skærm, men det reducerer helt sikkert spredningen af det udsendte lys og forbedrer disse egenskaber sammenlignet med matte overflader med højere slør. Den lille ulempe, der følger af dette, er, at lyset fra omgivelserne, der rammer skærmoverfladerne, også reduceres mindre, hvilket øger blændingen en smule. Refleksioner er virkelig et uproblematisk problem under de fleste lysforhold, og tingene er bestemt bedre i denne afdeling end en blank skærmflade. Billedet nedenfor viser blænding og refleksioner på en BenQ EW2420 med en mat overflade med lavt blændingsniveau (bagside) sammenlignet med en bærbar Dell Studio XPS15-skærm med en TrueLife-glossy skærmoverflade (forside). Dette fotografi blev taget på en lys dag i det sene forår med sollys, der strømmede ind gennem vinduet til højre.
Du kan se en klar og spejlblank refleksion på den bærbare Dell-bærbare computer, hvor døren, væggen, stolen og tastaturet på den bærbare computer tydeligt kan ses. På BenQ’eren kan man se et sløret spejlbillede af døren, bagsiden af den bærbare computer og kameramandens hånd. Når skærmen er tændt, er denne svage refleksion ikke længere et problem. Direkte lys, der falder på skærmen, kan stadig forårsage generende blænding, men sådanne visningsforhold er ofte problematiske selv for stærkere matte skærmoverflader. Billedet nedenfor viser BenQ EW2420 under lignende lysforhold som på det første billede, hvor den viser en blandet skrivebordsbaggrund ved 160 cd/m². Man kan ikke længere se de reflekterede objekter på skærmen.
Samsung introducerede en lignende “meget let mat” (low-haze) skærmoverflade til deres PLS (Plane to Line Switching)-skærme i SA850-serien, og den er også blevet brugt på nyere modeller, herunder nogle PLS-modeller og buede VA-modeller. Overfladen gør brug af et nyt glassubstrat, der er behandlet til at give en slørværdi på ca. 18 %, hvilket er betydeligt lavere end de 24-28 %, der typisk findes på en Samsung TN-panelskærm med mat skærmoverflade. Skærmens overfladestruktur er også mere glat på grund af den anvendte proces. Slutresultatet er, at billed- og blændingsbehandlingsegenskaberne ligger et stykke mellem en “almindelig” mat overflade og en blank overflade. På billedet nedenfor sammenlignes S27A850D (med en skærmoverflade med lavt blændingsniveau) med Samsung 2030BW (almindelig mat skærmoverflade) med begge skærme slukket. På S27A850D kan man se omridset af de vinduer, der vender ud mod skærmen, mens man på 2030BW kan se en let blænding i periferien, men ingen refleksion. Når S27A850D er tændt til en rimelig lysstyrke er dette generelt ikke et problem, ligesom med BenQ-modellerne.
En lignende løsning anvendes på nogle af LG’s AH-IPS-paneler, herunder 2560 x 1440- og 3440 x 1440-modeller. AUO’s AHVA-paneler (f.eks. BL2710PT og BL3201PT/PH) har en endnu lavere haze-værdi, der ligger ret tæt på deres VA-paneler (13-16 %). Klarheden og den relative jævnhed af billedet på disse er fremragende. Nogle modeller, især fra HP med deres “Low Haze Enhancement”-behandling og forskellige Philips-modeller som f.eks. BDM4350UC (nedenfor), anvender meget lave slørbehandlinger, typisk omkring 1 – 5 % slør. Disse giver et billede, der svarer til en fuldt blank løsning, herunder det “våde look”, når det omgivende lys rammer overfladen, men med betydeligt mindre refleksion. Bemærk, at billedet nedenfor er taget i et lyst rum, men at refleksionerne virker ret bløde. Under noget svagere forhold er refleksioner, der kan være generende på en “fuldt blank” skærm, dæmpet i en sådan grad, at de bliver usynlige og smelter ind i billedet.
Det er vigtigt at bemærke, at skærmoverfladens tekstur også er vigtig, og der er nogle modeller, der går imod de tendenser til “billedglathed”, der forventes af deres haze-værdier. Gode eksempler ville være nogle 23,6 – 27″ IPS-type “4K” UHD (3840 x 2160) paneler af IPS-typen, som f.eks. dem, der anvendes på Dell P2415Q eller ASUS PG27AQ. Disse er let matte antirefleks (relativt lav slørværdi), hvilket bevarer billedets livlighed og klarhed, men de har ikke en særlig glat overfladestruktur. Dette er ret tydeligt, når man ser lysere indhold, da det virker grynet. Nogle nye “AD-PLS”- og “AH-IPS”-paneler (herunder dem med en opløsning på 1920 x 1080 og 1920 x 1200) har relativt let teksturerede matte skærmoverflader, selv om slørværdierne (~25 %) deles af nogle modeller med tydeligvis mere kornede skærmoverflader. LG’s 21:9-paneler med en opløsning på 2560 x 1080 har en lignende haze-værdi og en imponerende glat og “ikke-kornet” overfladestruktur.
Fremtidige skærmoverflader
Som udforsket i denne artikel er reduktionen af blænding og refleksion på en skærm et tveægget sværd og skal være fint afbalanceret for at undgå uønskede konsekvenser. Den ideelle skærmoverflade ville være en overflade, som ikke forstyrrer lysoverførslen, men som samtidig er effektiv til at reducere virkningen af det omgivende lys, der rammer skærmoverfladen. Tilbage i 2003 demonstrerede producenten af optisk film MacDermid Autotype en ny filmbelægning, som skulle gøre netop dette. Filmen, som blev udviklet i samarbejde med Fraunhofer Institute of Solar Energy, blev døbt Autoflex MARAG (MothEye AntiReflection AntiGlare). Den var designet til at efterligne den tilspidsede nanostruktur i møløjenes øjne (nedenfor) og disse strukturers evne til at maksimere udnyttelsen af lyset med minimal refleksion – da nataktive møl har brug for at operere i svagt lys, uden at lysrefleksion på øjenoverfladen afslører dens position for rovdyr.
Filmen ville tilsyneladende give en fremragende billedklarhed, der kan sammenlignes med nuværende antireflekterende (blanke) overflader, samtidig med at den bekæmper blænding fra alle eksterne kilder, herunder direkte sollys. Det blev hævdet, at den ydre overflade ville reflektere under 1 % af lyset – hvilket er meget imponerende. Ifølge vores kommunikation med MacDermid Autotype er forskningen og udviklingen af denne særlige MARAG-film afsluttet, og der blev lanceret et begrænset udvalg af bærbare enheder, som anvendte teknologien i 2009. Den blev ikke set i skærme. Andre virksomheder har også anvendt lignende principper til at skabe deres egne “motteøje”-film. Det mest bemærkelsesværdige er det filter, der blev anvendt på Philips 46PFL9706H, som var et førsteklasses 46″ LCD-tv. Desværre var MARAG-processen, som tilsyneladende er mere kompliceret end “moth eye”-overflader fra andre producenter, ikke nogen kommerciel succes, hvilket især skyldtes de høje udviklingsomkostninger for selv små områder af en sådan film. Processen kunne anvendes på film på 800 x 600 mm og ville være velegnet til brug på pc-skærme. Det var imidlertid ikke muligt at udvikle en film af denne størrelse med en høj overfladekvalitet til en konkurrencedygtig pris. Som følge heraf blev selve MARAG-filmen indstillet fra og med 2009. Men virksomheden har fortsat med at udvikle en række antirefleksoverflader og overflader med lavt slør på skærme efter lignende principper, som kunne anvendes på skærme.
En anden fremragende innovation, som kunne egne sig godt til computerskærme, er blevet udviklet af den japanske virksomhed Nippon Electric Glass (NEG). Det såkaldte “usynlige glas” består af et ekstremt tyndt stykke glas, der på begge sider er belagt med et meget effektivt antirefleksmateriale (AR). Materialet er lagdelt med 30 ultratynde folieplader, hver plade er kun få nanometer tyk, og efter sigende tillader det 99,8 % lysgennemgang gennem glasset, mens det kun reflekterer 0,1 % af lyset på hver side. Dette kan sammenlignes med de 8 % refleksion pr. side i en typisk glasplade og resulterer i et stykke glas, der på alle måder virker usynligt.
Da vi kontaktede NEG om teknologien tilbage i 2011, oplyste de, at den var ved at blive yderligere forfinet, før nogen form for kommerciel tilgængelighed overvejes. Processen blev anset for at være for dyr til, at selv relativt små ark kunne betragtes som økonomisk levedygtige, for slet ikke at tale om større ark, der kunne bruges på en computerskærm. Sådanne anvendelser blev og bliver måske stadig nøje overvejet. Det er derfor håbet, at lagdelingsprocessen kan anvendes til noget, der er egnet til at blive brugt som et polariserende lag til skærme. Lysgennemgangen gennem belægningen er fremragende, og når først materialerne og processerne er blevet forfinet, burde der være reel kommerciel interesse for denne belægning.