Auteur: Adam Simmons
Laatst bijgewerkt: 31 januari 2020
Inleiding
Voor veel mensen in de moderne wereld is de bescheiden computer een integraal onderdeel van hun dagelijks leven. Het is niet langer de extravagante luxe van een paar gelukkigen, maar een essentieel onderdeel van de meeste bedrijven en een welkome aanvulling in veel huishoudens. Ondanks de toenemende miniaturisering van de computer en de toepassing van nieuwe draagbare vormen zoals de Tablet PC en geïntegreerde “all in ones” is de ruwe kracht en veelzijdigheid van de desktop PC nog steeds ongeëvenaard. Een belangrijk kenmerk van de moderne desktop-pc dat hem onderscheidt van deze voorgeschreven en tamelijk inflexibele alternatieven is de opname van een basiseenheid (vaak een tower) met componenten die gemakkelijk kunnen worden opgewaardeerd. Een ander onderscheid is de gebruikelijke toevoeging van een stand-alone monitor, met een mat of glanzend scherm, die dezelfde ‘evolutie’ heeft ondergaan als de rest van de PC – en dat zal blijven doen.
Hoewel de fijne kneepjes van de verschillende beeldschermtechnologieën vaak verkeerd worden voorgesteld door fabrikanten en slecht worden begrepen door de consument, is er één fundamenteel attribuut dat vaak wordt besproken: het schermoppervlak. In tegenstelling tot wat er “onder de motorkap” gebeurt, is het schermoppervlak aan de buitenkant goed zichtbaar en belichaamt het de essentiële visuele verbinding tussen man (of vrouw) en monitor. In tegenstelling tot de CRT’s van vroeger wordt het moderne scherm niet beperkt door een hard en sterk reflecterend glazen oppervlak. De aard van het schermoppervlak is veel flexibeler en neemt vele vormen aan – met verschillende graden van antireflectie of ‘glare busting’-eigenschappen. Maar zoals met de meeste aspecten van beeldschermen het geval is, is het zelden zo eenvoudig; er zijn bepaalde beperkingen aan de gebruikelijke ‘anti-glare’ oppervlakken. Wij onderzoeken de beperkingen van enkele van de meest voorkomende ‘antireflectie’-uitvoeringen en bekijken de alternatieven en de mogelijke toekomstige richting van het computerschermoppervlak.
Matte schermen
Een mat schermoppervlak bestaat uit een buitenste ‘polariserende laag’ die is opgeruwd door middel van mechanische en soms aanvullende chemische bewerking. De gebruikelijke fabricagemethoden van dit oppervlak omvatten meerlagig “sputteren” of verscheidene gangen van “dip coating” eventueel gevolgd door chemische oppervlaktebehandelingen. Hoewel het niet nodig is de fijne kneepjes van deze coatingprocédés uit te leggen, zullen wij het gewenste eindresultaat van deze bewerking in overweging nemen. Dit is het bereiken van een matte afwerking van het schermoppervlak, dat het omgevingslicht eerder verspreidt dan het rechtstreeks naar de kijker terugkaatst; een glad oppervlak werkt een beetje als een spiegel. De enorme vermindering van ongewenste reflectie en schittering leidt tot een term die synoniem is met zo’n scherm: anti-glare. Hoewel de verspreiding van het omgevingslicht en dus de vermindering van de schittering wenselijk is, is het geen onfeilbare oplossing. De optische eigenschappen van het oppervlak werken in beide richtingen – dat wil zeggen dat het licht dat door het beeldscherm wordt uitgestraald ook wordt beïnvloed. Bovendien is er een zekere mate van interferentie tussen het uitgezonden licht en het diffuse invallende licht. Het pad van zowel het uitgestraalde (van het beeldscherm) als het omgevingslicht (uit de omgeving) en de interactie ervan met het matte schermoppervlak wordt weergegeven in het onderstaande diagram.
Terwijl de gewenste vermindering van de schittering wordt bereikt door de verstrooiing van extern licht, wordt het beeld dat door het beeldscherm wordt geproduceerd beïnvloed door hetzelfde diffusieproces. Het verstrooide omgevingslicht interfereert ook enigszins met het beeld dat door de monitor wordt geproduceerd om het proces te verergeren. De effecten die dit heeft op het beeld en de voordelen die worden toegeschreven aan de vermindering van de schittering door een mat schermoppervlak, worden in de onderstaande tabel samengevat.
| Voordelen van een mat scherm | Voordelen van een mat scherm |
| Verminderde schittering verbetert zichtbaarheid van het beeld in gebieden met veel direct of omgevingslicht | Vermindering van contrast en kleurlevendigheid |
| Mogelijke vermindering van vermoeidheid van de ogen in dergelijke omstandigheden, omdat u niet door intense reflecties of schitteringen heen hoeft te kijken om het beeld te zien | Lichte tot matige vermindering van scherpte – afhankelijk van dikte en gelaagdheid van mat oppervlak, alsmede pixelafstand van monitor |
| Stof, vet en vuil minder goed zichtbaar | Generaal moeilijker schoon te maken door indringing van vuil en de relatieve moeilijkheid om de vruchten van uw arbeid te zien |
| Gekorrelde of wazige textuur die in sommige gevallen zichtbaar is, vooral bij de weergave van wit en andere lichte kleuren |
Glanzende schermen
In tegenstelling tot het ruwe oppervlak van een mat scherm heeft een glanzend scherm een veel gladdere buitenste polariserende laag. In plaats van het omgevingslicht te verspreiden, weerkaatst dit gladde oppervlak het vrij direct, wat ongewenste reflecties en schitteringen veroorzaakt – vooral bij fel direct licht. Aan de andere kant wordt het licht van de monitor niet gehinderd door een sterk diffusieproces. En afgezien van reflecties ziet het beeld er rijker, levendiger en onvervalst uit. Moderne glanzende polariserende films worden vaak behandeld met een antireflecterende (AR) chemische coating zoals magnesiumfluoride of speciale polymeren die deels helpen bij de absorptie van een deel van het omgevingslicht. Bij sommige glanzende modellen van Samsung is het schermoppervlak doorspekt met zilveren nanodeeltjes in wat een “Ultra Clear Panel” wordt genoemd. Dit is ontworpen om te helpen bij de absorptie van wat omgevingslicht in een iets grotere mate dan een traditionele antireflecterende chemische coating zonder afbreuk te doen aan de beeldprestaties.
De afbeelding hieronder laat zien hoe het Ultra Clear Panel-oppervlak van een Samsung T27A950 en onbehandeld glanzend oppervlak van een Dell Studio XPS15-laptop het er op een vrij heldere Britse zomerdag vanaf brengt. Het begrip Britse zomer is niet zo belangrijk in de context van deze foto, maar het was mooi en helder en zelfs een beetje zonnig toen de foto’s werden genomen. Maar saai en regenachtig kort daarna. Er komt licht binnen uit een raam rechts van de monitor, maar er valt geen direct zonlicht op het scherm. 
U kunt in de bovenstaande afbeelding zien dat er onder dergelijke lichtomstandigheden reflecties zichtbaar zijn op beide schermoppervlakken. De reflectie is intenser op de Dell met een duidelijke omlijning van de deur, de camera, de hand en de onderarm van de cameraman en de rode computerstoel. Op de Samsung zijn deze kenmerken minder goed te zien (de stoel is duidelijk helemaal niet zichtbaar omdat hij wordt geblokkeerd door de laptop). Een andere observatie is dat het beeld op de Samsung rijker lijkt, terwijl het beeld op de Dell bleker lijkt. Beide schermen werden ingesteld op een helderheid van 160 cd/m² en onder donkere kijkomstandigheden lijkt het beeld van de Dell niet op deze manier gebleekt – dit wordt veroorzaakt door het vrij sterke omgevingslicht en is iets waar de Samsung niet op dezelfde manier last van heeft. Antireflecterende oppervlakken die vaak op laptops en soms op grotere schermen worden gebruikt, zijn onder meer; Dell TrueBright, ASUS ColorShine, HP BrightView en Sony Xbrite. Deze produceren een donkerder beeld bij reflectie dan de onbehandelde Dell.
Ondanks deze lichte vermindering van reflecties en het donkerder wordende effect is het Ultra Clear Panel nog steeds een zeer glanzend oppervlak. Bij het weergeven van zwart en donkere kleuren (of zelfs lichte kleuren als het omgevingslicht helder genoeg is) zijn reflecties nog steeds een probleem en moet het omgevingslicht zorgvuldiger worden gecontroleerd. Mensen suggereren misschien dat de helderheid wordt verhoogd om dit tegen te gaan, maar de relatieve luminantie van donkere gebieden (met name zwart) is aanzienlijk lager dan die van lichte gebieden, ongeacht de helderheidsinstelling. Als het niet duidelijk was uit het gemengde beeld hierboven, zult u niet de illusie hebben dat dit iets anders is dan een glanzend schermoppervlak wanneer de monitor is uitgeschakeld. Dit is te zien op de onderstaande foto, die opnieuw is genomen op een heldere zomerdag. Merk op dat het gereflecteerde beeld van de kamer op de Samsung iets donkerder is dan op de Dell, maar objecten zijn nog steeds duidelijk gedetailleerd.
Sommige beeldschermen gebruiken een zeer milde matte antireflectiebehandeling voor het schermoppervlak. Ze hebben een zeer lage waaswaarde van ongeveer 2-4%. Dit beschrijft de mate van diffusie van licht door het schermoppervlak, waarbij de meeste gewone matte schermoppervlakken een waarde van 25% haze of meer hebben. Dergelijke beeldschermen kunnen daarom als glanzend worden geclassificeerd, aangezien hun lichtemissie en reflectie-eigenschappen het meest overeenkomen met een glanzend oppervlak met een lichte antireflecterende folie. Het soort behandeling dat hierboven is beschreven. Een minderheid van fabrikanten (met name Apple met zijn vroegere “LED Cinema Display”-series) ziet af van elke antireflectiebehandeling en gebruikt hoogreflecterend onbehandeld glas als buitenste oppervlak. Dit wordt voornamelijk gedaan om esthetische redenen, aangezien dit geen voordelen biedt ten opzichte van een goed behandeld antireflecterend oppervlak als het gaat om beeldkwaliteit. In het algemeen wordt de hoeveelheid licht die door een antireflecterend oppervlak of een oppervlak met een zeer lage waas wordt gereflecteerd, verminderd in vergelijking met een onbehandeld glanzend oppervlak. Het principe achter het glanzende schermoppervlak wordt toegelicht in het onderstaande diagram, waarin zowel het omgevingslicht als het licht van de monitor zelf wordt beschouwd.
Zelfs al kan de weerkaatsing van het omgevingslicht worden verminderd door het gebruik van een antireflecterende of zeer lichte antireflecterende coating, toch wordt deze niet volledig geëlimineerd, met name wanneer het licht sterk is of het beeld donker is. Als de monitor op een redelijke helderheid is ingesteld, het omgevingslicht relatief laag is en er weinig licht rechtstreeks op het scherm valt, hoeven reflecties geen probleem te zijn. Omdat het uitgestraalde licht een directere weg volgt en niet wordt verspreid door een mat oppervlak, houdt u een ‘schoner’ en levendiger beeld over dat onder dergelijke omstandigheden volledig tot zijn recht komt. De positieve en negatieve eigenschappen van een glanzend schermoppervlak zijn in de onderstaande tabel samengevat.
| Voordelen van een glanzend scherm | Voordelen van een glanzend scherm |
| Verminderde reflectie in bepaalde lichtomstandigheden in vergelijking met een onbehandeld glanzend oppervlak | Sterk omgevingslicht en direct licht dat op de monitor valt, kunnen leiden tot storende reflecties en ‘bleken’ van het beeld |
| Makkelijker schoon te maken door minder indringing van vuil en betere zichtbaarheid van vet en vuil | Mogelijk meer vermoeide ogen doordat het beeld door reflecties moeilijker scherp te stellen is |
| Over het algemeen esthetischer – mits het scherm schoon wordt gehouden | |
| In het algemeen meer esthetische aantrekkingskrachtmits het scherm schoon wordt gehouden | Stof, vet en vuil beter zichtbaar – vooral wanneer de monitor is uitgeschakeld. Routinematige reiniging noodzakelijk |
| ‘Schoner’ beeld zonder waas of korreligheid | |
| Directe lichtemissie verbetert het contrast en de levendigheid van het beeld |
Een half-oplossing
Sommige fabrikanten bieden een compromis tussen de twee – een oppervlaktetype dat vaak “halfglanzend” wordt genoemd. Deze oppervlakken zijn eigenlijk mat, maar zijn een beetje of veel minder opgeruwd, waardoor ze er gladder uitzien en de verspreiding van licht zwakker is. Met andere woorden: ze hebben een relatief lage waaswaarde. Paneelproducent AU Optronics gebruikt een dergelijk oppervlak op sommige van hun moderne VA-panelen, die een waaswaarde hebben van 13-18% (aanzienlijk lager dan de 25% van een typisch mat scherm). Dit verbetert de levendigheid en helderheid van het beeld en vermindert de zichtbare korrel op witte en lichte kleuren aanzienlijk. Het brengt niet helemaal het niveau van levendige helderheid of biedt niet hetzelfde visuele gevoel als een glanzende monitor, maar vermindert zeker de verspreiding van uitgestraald licht en verbetert deze kenmerken in vergelijking met matte oppervlakken met een hogere waas. Het kleine nadeel dat hieruit voortvloeit, is dat het licht uit de omgeving dat op het schermoppervlak valt, ook minder wordt, waardoor de schittering iets toeneemt. Reflecties zijn onder de meeste lichtomstandigheden echt een non-issue en het gaat op dit gebied zeker beter dan met een glanzend schermoppervlak. De afbeelding hieronder toont de verblindende en reflecterende eigenschappen van een BenQ EW2420 met een mat low-haze oppervlak (achterzijde) in vergelijking met een Dell Studio XPS15 laptop met een TrueLife glanzend schermoppervlak (voorzijde). Deze foto is genomen op een heldere dag in het late voorjaar met zonlicht dat door het raam aan de rechterkant naar binnen stroomt.
U ziet een heldere en spiegelachtige reflectie op de Dell laptop met de deur, de muur, de stoel en het toetsenbord van de laptop duidelijk zichtbaar. Op de BenQ is een vage reflectie te zien van de deur, de achterkant van de laptop en de hand van de cameraman. Zodra het scherm is ingeschakeld, is deze lichte reflectie niet langer een probleem. Direct licht dat op het scherm valt kan nog steeds hinderlijke schittering veroorzaken, maar dergelijke kijkomstandigheden zijn vaak problematisch, zelfs voor sterkere matte schermoppervlakken. De onderstaande afbeelding toont de BenQ EW2420, onder vergelijkbare lichtomstandigheden als de eerste foto, en toont een gemengde bureaubladachtergrond bij 160 cd/m². De gereflecteerde objecten op het scherm zijn niet meer zichtbaar.
Samsung introduceerde een soortgelijk ‘zeer licht mat’ (low-haze) schermoppervlak op hun SA850 serie PLS (Plane to Line Switching) monitoren en dit is ook gebruikt op recentere modellen, waaronder enkele PLS en gebogen VA modellen. Het oppervlak maakt gebruik van een nieuw glassubstraat dat is bewerkt om een waaswaarde van circa 18% te verkrijgen, wat aanzienlijk lager is dan de 24-28% die kenmerkend is voor een Samsung TN-monitor met een mat schermoppervlak. De textuur van het schermoppervlak is ook gladder dankzij het gebruikte proces. Het eindresultaat is dat de beeld- en verblindingskenmerken het midden houden tussen een ‘gewoon’ mat oppervlak en een glanzend oppervlak. De afbeelding hieronder vergelijkt de S27A850D (met een laagglanzend schermoppervlak) met de Samsung 2030BW (gewoon mat schermoppervlak), met beide schermen uitgeschakeld. Op de S27A850D kunt u de omtrek van de ramen aan de voorzijde van het scherm zien, terwijl u op de 2030BW een lichte schittering aan de rand ziet, maar geen reflectie. Wanneer de S27A850D op een redelijke helderheid wordt ingeschakeld, is dit over het algemeen geen probleem, net als bij de BenQ-modellen.
Een vergelijkbare oplossing wordt gebruikt op sommige AH-IPS-panelen van LG, waaronder 2560 x 1440- en 3440 x 1440-modellen. De AHVA-panelen van AUO (zoals de BL2710PT en BL3201PT/PH) hebben een nog lagere waaswaarde die vrij dicht bij die van hun VA-panelen ligt (13-16%). De helderheid en relatieve gladheid van het beeld op deze toestellen is uitstekend. Sommige modellen, met name die van HP met hun ‘Low Haze Enhancement’-behandeling en diverse Philips-modellen zoals de BDM4350UC (hieronder), maken gebruik van behandelingen met een zeer lage waas, meestal rond de 1 – 5% waas. Deze geven een beeld dat vergelijkbaar is met een volledig glanzende oplossing, met inbegrip van het geven van die ‘natte look’ als het omgevingslicht op het oppervlak valt, maar met aanzienlijk minder reflectie. Merk op dat de onderstaande afbeelding in een lichte kamer werd genomen, maar de reflecties lijken vrij zacht. In iets zwakkere omstandigheden worden reflecties die op een ‘volledig glanzend’ scherm hinderlijk zouden kunnen zijn, zodanig gedempt dat ze onzichtbaar worden en in het beeld opgaan.
Het is belangrijk op te merken dat de textuur van het schermoppervlak ook belangrijk is en er zijn sommige modellen die de trend van ‘beeldgladheid’ die van hun waaswaarden wordt verwacht, ontkrachten. Goede voorbeelden zijn sommige 23,6-27″ IPS-type ‘4K’ UHD (3840 x 2160) panelen, zoals die worden gebruikt op de Dell P2415Q of ASUS PG27AQ. Deze zijn licht mat antireflecterend (relatief lage waaswaarde), waardoor de levendigheid en helderheid van het beeld behouden blijven, maar ze hebben geen bijzonder gladde oppervlaktestructuur. Dit komt duidelijk tot uiting bij het bekijken van lichtere inhoud, die er korrelig uitziet. Sommige nieuwe ‘AD-PLS’ en ‘AH-IPS’ panelen (waaronder die met een resolutie van 1920 x 1080 en 1920 x 1200) hebben relatief licht gestructureerde matte schermoppervlakken, ook al worden de waaswaarden (~25%) gedeeld door sommige modellen met merkbaar korreliger schermoppervlakken. De 21:9-schermen van LG met een resolutie van 2560 x 1080 hebben een vergelijkbare waaswaarde en een indrukwekkend gladde en ‘niet-korrelige’ oppervlaktetextuur.
Toekomstige schermoppervlakken
Zoals in dit artikel is uiteengezet, is de vermindering van schittering en reflectie op een monitor een tweesnijdend zwaard dat nauwkeurig moet worden afgewogen om ongewenste gevolgen te voorkomen. Het ideale schermoppervlak is er een dat de lichttransmissie niet hindert, maar tegelijkertijd de impact van het omgevingslicht op het schermoppervlak doeltreffend vermindert. In 2003 demonstreerde de fabrikant van optische film MacDermid Autotype een nieuwe filmcoating die precies dat moest doen. De film, die samen met het Fraunhofer-instituut voor zonne-energie werd ontwikkeld, kreeg de naam Autoflex MARAG (MothEye AntiReflection AntiGlare). Het werd ontworpen om de conische nanostructuur van mottenogen (hieronder) na te bootsen en het vermogen van deze structuren om de benutting van licht te maximaliseren met minimale reflectie – aangezien nachtvlinders bij lage lichtniveaus moeten werken zonder dat de lichtreflectie op het oogoppervlak zijn positie verraadt aan roofdieren.
De film zou blijkbaar een uitstekende beeldhelderheid bieden die vergelijkbaar is met de huidige antireflecterende (glanzende) oppervlakken, terwijl het schittering van alle externe bronnen, met inbegrip van direct zonlicht, zou tegengaan. Er werd beweerd dat het buitenoppervlak minder dan 1% van het licht zou weerkaatsen – wat inderdaad zeer indrukwekkend is. Volgens onze communicatie met MacDermid Autotype is het onderzoek naar en de ontwikkeling van deze specifieke MARAG-film voltooid en is in 2009 een beperkte reeks draagbare apparaten op de markt gebracht waarin de technologie werd toegepast. In beeldschermen was het niet te zien. Ook andere bedrijven hebben soortgelijke principes toegepast om hun eigen “mottenoog”-films te creëren. De meest opvallende is de filter die werd gebruikt op de Philips 46PFL9706H, een hoogwaardige 46″ LCD TV. Helaas was het MARAG-procédé, dat blijkbaar ingewikkelder is dan de “mottenoog”-oppervlakken van andere fabrikanten, geen commercieel succes, grotendeels wegens de hoge ontwikkelingskosten van zelfs kleine oppervlakten van een dergelijke film. Het procédé kon worden toegepast op films van 800 x 600 mm en zou geschikt zijn voor gebruik op PC-monitors. De ontwikkeling van een film van dit formaat met een hoge oppervlaktekwaliteit tegen een concurrerende prijs was evenwel niet mogelijk. Als gevolg daarvan werd de MARAG-film zelf in 2009 uit productie genomen. Maar het bedrijf is doorgegaan met de ontwikkeling van een aantal antireflecterende en waasarme schermoppervlakken, volgens vergelijkbare principes, die op monitoren zouden kunnen worden toegepast.
Een andere uitstekende innovatie die zich goed zou kunnen lenen voor computerschermen, is ontwikkeld door het Japanse bedrijf Nippon Electric Glass (NEG). Het zogenaamde “onzichtbare glas” bestaat uit een uiterst dun stuk glas dat aan beide zijden is gecoat met een zeer efficiënt antireflecterend (AR) materiaal. Het materiaal is gelaagd met 30 ultradunne filmlaagjes van slechts enkele nanometers dik, die naar verluidt 99,8% licht doorlaten, terwijl ze aan weerszijden slechts 0,1% licht reflecteren. Dit steekt gunstig af bij de 8% reflectie per zijde van een doorsnee glasplaat en resulteert in een stuk glas dat in alle opzichten onzichtbaar lijkt.
Toen we in 2011 contact opnamen met NEG over de technologie, verklaarden ze dat deze nog verder werd verfijnd voordat enige vorm van commerciële beschikbaarheid werd overwogen. Het proces werd te duur geacht om zelfs relatief kleine vellen als economisch levensvatbaar te beschouwen, laat staan grotere vellen die op een computerscherm zouden kunnen worden gebruikt. Dergelijke toepassingen werden en worden misschien nog steeds zorgvuldig overwogen. Gehoopt wordt dus dat het lagenprocédé kan worden toegepast op iets dat geschikt is om als polariserende laag voor monitors te worden gebruikt. De lichttransmissie door de coating is uitstekend en zodra de materialen en processen zijn verfijnd, zou er echte commerciële belangstelling voor deze coating moeten zijn.