Autor: Adam Simmons
Ostatnia aktualizacja: January 31st 2020
Wprowadzenie
Dla wielu ludzi we współczesnym świecie skromny komputer jest integralną częścią ich codziennego życia. Odszedł od bycia ekstrawaganckim luksusem dla nielicznych szczęśliwców i stał się niezbędnym elementem większości firm i mile widzianym dodatkiem do wielu gospodarstw domowych. Pomimo rosnącej miniaturyzacji komputera i przyjęcia nowych form przenośnych, takich jak Tablet PC i zintegrowane „wszystko w jednym”, surowa moc i wszechstronność komputera stacjonarnego jest nadal niezrównana. Jedną z kluczowych cech nowoczesnego komputera stacjonarnego, która odróżnia go od tych zalecanych i dość nieelastycznych alternatyw, jest włączenie jednostki bazowej (często wieży) z komponentami, które można łatwo uaktualnić. Innym rozróżnieniem jest powszechne włączenie samodzielnego monitora, z matowym lub błyszczącym ekranem, który przeszedł taką samą „ewolucję” reszty komputera – i nadal będzie to robić.
Ale zawiłości różnych technologii wyświetlania są często błędnie przedstawiane przez producentów i słabo rozumiane przez konsumentów, jest jeden podstawowy atrybut, który jest powszechnie dyskutowany; powierzchnia ekranu. W przeciwieństwie do tego, co dzieje się „pod maską”, powierzchnia ekranu jest dobrze widoczna na zewnątrz i ucieleśnia zasadnicze wizualne połączenie między mężczyzną (lub kobietą) a monitorem. W przeciwieństwie do CRT z przeszłości, nowoczesny wyświetlacz nie jest ograniczony twardą i wysoce refleksyjną szklaną powierzchnią. Natura powierzchni ekranu jest znacznie bardziej elastyczna i przybiera wiele form – z różnymi stopniami właściwości antyrefleksyjnych lub „glare busting”. Jednak, jak w przypadku większości aspektów związanych z wyświetlaczami, rzadko jest to takie proste; istnieją pewne zastrzeżenia do popularnych powierzchni „antyodblaskowych”. Badamy ograniczenia niektórych z bardziej rozpowszechnionych implementacji „antyodblaskowych” i przyglądamy się alternatywom oraz możliwemu przyszłemu kierunkowi rozwoju powierzchni ekranów komputerowych.
Ekrany matowe
Matowa powierzchnia ekranu składa się z zewnętrznej „warstwy polaryzującej”, która została zmatowiona przy użyciu obróbki mechanicznej, a czasami dodatkowej obróbki chemicznej. Powszechne metody wytwarzania tej powierzchni obejmują wielowarstwowe „rozpylanie” lub kilka przejść „powlekania zanurzeniowego”, po których opcjonalnie następuje chemiczna obróbka powierzchni. Chociaż nie jest konieczne, aby zbadać zawiłości tych procesów powlekania będziemy rozważać pożądany efekt końcowy tego przetwarzania. Ma to na celu osiągnięcie matowego wykończenia powierzchni ekranu, który działa do rozpraszania światła otoczenia, a nie odbijając go bezpośrednio do widza; gładka powierzchnia działa trochę bardziej jak lustro. Znaczna redukcja niechcianych odbić i odblasków daje początek terminowi synonimicznemu dla takiego ekranu: antyodblaskowy. Chociaż rozproszenie światła otoczenia, a tym samym redukcja odblasków jest pożądana, nie jest to rozwiązanie niezawodne. Właściwości optyczne powierzchni działają w obie strony – to znaczy, że światło emitowane z monitora również ulega wpływowi. Ponadto istnieje pewien stopień interferencji pomiędzy światłem emitowanym a rozproszonym światłem padającym. Ścieżka światła emitowanego (z monitora) i otaczającego (z otoczenia) oraz jego interakcja z matową powierzchnią ekranu jest pokazana na poniższym rysunku.
Pomimo że pożądana redukcja odblasku jest osiągana poprzez rozproszenie światła zewnętrznego, na obraz wytwarzany przez monitor wpływa ten sam proces dyfuzji. Rozproszone światło otoczenia również nieznacznie zakłóca obraz wytwarzany przez monitor w celu nasilenia tego procesu. Wpływ tego procesu na obraz i korzyści przypisywane redukcji odblasków przez matową powierzchnię ekranu są podsumowane w poniższej tabeli.
| Zalety ekranu matowego | Wady ekranu matowego |
| Redukcja odblasków poprawia widoczność obrazu w obszarach silnego bezpośredniego lub otaczającego światła | Zmniejszenie kontrastu i żywości kolorów |
| Potencjalne zmniejszenie zmęczenia oczu w takich okolicznościach, ponieważ nie trzeba skupiać wzroku „przez” intensywne odbicia lub odblaski, aby zobaczyć obraz | Niewielkie do umiarkowanego zmniejszenie ostrości – w zależności od grubości i warstw powierzchni matowej, a także rozstawu pikseli monitora |
| Kurz, tłuszcz i brud mniej widoczne | Generalnie trudniejsze do czyszczenia ze względu na penetrację brudu i względną trudność w zobaczeniu owoców swojej pracy |
| Ziarnista lub zamglona tekstura widoczna w niektórych przypadkach, szczególnie podczas wyświetlania bieli i innych jasnych kolorów |
Ekrany błyszczące
W przeciwieństwie do chropowatej powierzchni ekranu matowego ekran błyszczący ma znacznie gładszą zewnętrzną warstwę polaryzującą. Zamiast rozpraszać światło otoczenia, ta gładka powierzchnia ma tendencję do odbijania go z powrotem dość bezpośrednio, powodując niepożądane odbicia i odblaski – szczególnie przy silnym, bezpośrednim świetle. Z drugiej strony światło emitowane przez monitor nie jest zakłócane przez silne procesy dyfuzji. Pomijając odbicia, obraz wydaje się bogatszy, bardziej żywy i niezafałszowany. Nowoczesne błyszczące folie polaryzacyjne są często pokrywane antyrefleksyjnymi (AR) powłokami chemicznymi, takimi jak fluorek magnezu lub specjalne polimery, które częściowo wspomagają pochłanianie części światła z otoczenia. Niektóre z błyszczących modeli Samsunga mają powierzchnię ekranu pokrytą nanocząsteczkami srebra w tak zwanym „Ultra Clear Panel”. Jest to przeznaczone do pomocy absorpcji niektórych światła otoczenia w nieco większym stopniu niż tradycyjne antyrefleksyjne powłoki chemicznej bez utrudniania wydajności obrazu.
Obraz poniżej pokazuje, jak Ultra Clear Panel powierzchni Samsung T27A950 i nie traktowane błyszczącej powierzchni Dell Studio XPS15 laptop fairs na dość jasny brytyjski dzień lata. Pojęcie brytyjskiego lata nie ma większego znaczenia w kontekście tego zdjęcia, ale trzeba powiedzieć, że było ładnie i jasno, a nawet lekko słonecznie, kiedy zdjęcia były robione. Ale niedługo potem było nudno i deszczowo. Światło wpada z okna na prawo od monitora, ale nie ma bezpośredniego światła słonecznego uderzającego w ekran.
Widać na powyższym obrazie, że odbicia są widoczne na obu powierzchniach ekranu w takich warunkach oświetleniowych. Odbicia są bardziej intensywne na Dellu, gdzie widać wyraźny zarys drzwi, kamery, dłoni i przedramienia operatora oraz czerwonego krzesła komputerowego. Na Samsungu te elementy są słabiej zarysowane (oczywiście krzesło nie jest w ogóle widoczne, bo zasłania je laptop). Kolejną obserwacją jest to, że obraz na Samsungu wydaje się bogatszy, podczas gdy obraz na Dellu wydaje się rozjaśniony. Oba ekrany były ustawione na jasność 160 cd/m² i w ciemnych warunkach oglądania obraz Della nie wydaje się rozjaśniony w ten sposób – jest to spowodowane dość silnym światłem otoczenia i jest to coś, na co Samsung nie cierpi w ten sam sposób. Powierzchnie antyrefleksyjne powszechnie stosowane w laptopach, a czasem także na większych ekranach to: Dell TrueBright, ASUS ColorShine, HP BrightView i Sony Xbrite. Dają one ciemniejszy obraz po odbiciu niż nieobrobiony Dell.
Mimo tego nieznacznego zmniejszenia odbić i efektu przyciemnienia, panel Ultra Clear jest nadal bardzo błyszczącą powierzchnią. Podczas wyświetlania czerni i ciemnych kolorów (lub nawet jasnych kolorów, jeśli światło otoczenia jest wystarczająco jasne) odbicia nadal stanowią problem, a oświetlenie otoczenia musi być staranniej kontrolowane. Ludzie mogą sugerować, że podkręcenie jasności pomaga w walce z tym problemem, ale względna luminancja ciemnych obszarów (zwłaszcza czerni) jest znacznie niższa niż jasnych, niezależnie od ustawienia jasności. Jeśli nie było to jasne z mieszanego obrazu powyżej, nie będziesz miał złudzeń, że jest to coś innego niż błyszcząca powierzchnia ekranu, gdy monitor jest wyłączony. Widać to na poniższym zdjęciu, które ponownie zostało zrobione w jasny letni dzień. Zauważ, że odbity obraz pokoju na Samsungu jest nieco ciemniejszy niż na Dellu, ale obiekty nadal mają wyraźne szczegóły.
Niektóre wyświetlacze używają bardzo łagodnego matowego leczenia przeciwodblaskowego dla powierzchni ekranu. Mają one bardzo niską wartość zamglenia wynoszącą około 2-4%. Opisuje to poziom rozproszenia światła przez powierzchnię ekranu, przy czym większość regularnych matowych powierzchni ekranów ma wartość zamglenia 25% lub wyższą. Takie wyświetlacze mogą być zatem sklasyfikowane jako błyszczące, ponieważ ich właściwości emisji i odbicia światła są najbardziej zbliżone do błyszczącej powierzchni z lekką warstwą antyrefleksyjną. Rodzaj obróbki opisany powyżej. Mniejszość producentów (przede wszystkim Apple z ich wcześniejszą serią „LED Cinema Display”) decyduje się zrezygnować z jakiejkolwiek obróbki antyrefleksyjnej i zastosować wysoce odblaskowe, nieprzetworzone szkło jako zewnętrzną powierzchnię. Dzieje się tak głównie ze względów estetycznych, ponieważ pod względem jakości obrazu nie ma to żadnej przewagi nad odpowiednio przygotowaną powierzchnią antyrefleksyjną. Ogólnie rzecz biorąc, ilość światła odbitego przez jakąkolwiek powierzchnię antyrefleksyjną lub o bardzo niskim zamgleniu jest zmniejszona w porównaniu do nieobrobionej powierzchni błyszczącej. Zasada działania błyszczącej powierzchni ekranu jest przedstawiona na poniższym wykresie, który uwzględnia zarówno światło otoczenia, jak i światło emitowane przez sam monitor.
Nawet jeśli odbicie światła otoczenia może być zredukowane przez zastosowanie powłoki antyrefleksyjnej lub bardzo słabej powłoki antyodblaskowej, nie jest ono całkowicie wyeliminowane, szczególnie tam, gdzie światło jest silne lub obraz jest ciemny. Jeśli monitor jest ustawiony na rozsądną jasność, poziom oświetlenia otoczenia jest stosunkowo niski i niewiele światła pada bezpośrednio na ekran, odbicia nie powinny stanowić problemu. Ponieważ emitowane światło ma bardziej bezpośrednią drogę i nie jest rozpraszane przez matową powierzchnię, otrzymujemy „czystszy” i bardziej żywy obraz, który może być w pełni doceniony w takich warunkach. Pozytywne i negatywne atrybuty błyszczącej powierzchni ekranu zostały podsumowane w poniższej tabeli.
| Zalety ekranu błyszczącego | Wady ekranu błyszczącego |
| Zmniejszone odbicia w pewnych warunkach oświetleniowych w porównaniu do nieobrobionej powierzchni błyszczącej | Silne poziomy oświetlenia otoczenia i bezpośrednie światło padające na monitor mogą powodować kłopotliwe odbicia i „wybielenie” obrazu |
| Łatwiejsze czyszczenie dzięki mniejszej penetracji brudu i większej widoczności smaru i brudu | Potencjalnie większe zmęczenie oczu spowodowane trudnością skupienia się na obrazie przez odbicia |
| Ogólnie większa estetyka -pod warunkiem, że ekran jest utrzymywany w czystości | Kurz, kurz, tłuszcz i brud bardziej widoczne – zwłaszcza gdy monitor jest wyłączony. Konieczne rutynowe czyszczenie |
| „Czystszy” obraz bez zamglenia i ziarnistości | |
| Bezpośrednia emisja światła zwiększa kontrast i żywość obrazu |
Półśrodek.Rozwiązanie połowiczne
Niektórzy producenci oferują kompromis pomiędzy tymi dwoma rozwiązaniami – typ powierzchni, który często określa się mianem „półbłyszczącej”. Powierzchnie te są w rzeczywistości matowe, ale są nieco lub znacznie mniej chropowate, co nadaje im gładszy wygląd i sprawia, że rozpraszanie światła jest słabsze. Innymi słowy, mają one stosunkowo niską wartość zamglenia. Producent paneli AU Optronics stosuje taką powierzchnię w niektórych swoich nowoczesnych panelach VA, które mają wartość zamglenia na poziomie 13-18% (znacznie niższą niż 25% w przypadku typowego ekranu matowego). Zwiększa to żywość i wyrazistość obrazu oraz znacznie zmniejsza widoczną ziarnistość na bieli i jasnych kolorach. Nie zapewnia to jeszcze takiej samej wyrazistości obrazu jak w przypadku monitorów błyszczących, ale z pewnością zmniejsza rozpraszanie emitowanego światła i poprawia te cechy w porównaniu z matowymi powierzchniami o wyższym stopniu zamglenia. Niewielkim minusem jest to, że światło z otoczenia, które uderza w powierzchnie ekranu, jest również mniej zredukowane, co nieznacznie zwiększa odblaski. Odbicia nie stanowią problemu w większości warunków oświetleniowych i z pewnością są lepsze w tym dziale niż w przypadku błyszczącej powierzchni ekranu. Poniższy obraz pokazuje charakterystykę odblasków i refleksów BenQ EW2420 z matową powierzchnią Low Haze (tył) w porównaniu z laptopem Dell Studio XPS15 z błyszczącą powierzchnią ekranu TrueLife (przód). Zdjęcie zostało wykonane w jasny dzień późną wiosną przy świetle słonecznym wpadającym przez okno po prawej stronie.
Na laptopie Dell widać wyraźne i lustrzane odbicie z wyraźnie widocznymi drzwiami, ścianą, krzesłem i klawiaturą laptopa. Na BenQ widać rozmyte odbicie drzwi, tylnej części laptopa i ręki kamerzysty. Po włączeniu ekranu te delikatne odbicia przestają być problemem. Bezpośrednie światło padające na ekran może nadal powodować kłopotliwe odblaski, ale takie warunki oglądania są często problematyczne nawet dla mocniejszych matowych powierzchni ekranów. Poniższe zdjęcie pokazuje BenQ EW2420, w podobnych warunkach oświetleniowych jak na pierwszym zdjęciu, wyświetlający mieszane tło pulpitu przy 160 cd/m². Nie widać już odbitych obiektów na ekranie.
Samsung wprowadził podobną „bardzo lekko matową” (low-haze) powierzchnię ekranu do swoich monitorów PLS (Plane to Line Switching) serii SA850 i została ona użyta także w nowszych modelach, w tym niektórych PLS i zakrzywionych modelach VA. Powierzchnia wykorzystuje nowatorski szklany substrat przetworzony w celu uzyskania wartości zamglenia około 18%, co jest znacznie niższe niż 24-28% typowe dla monitorów Samsung z panelem TN o matowej powierzchni ekranu. Dzięki zastosowanemu procesowi tekstura powierzchni ekranu jest również bardziej gładka. W efekcie końcowym charakterystyka obrazu i obsługi odblasków plasuje się pomiędzy „zwykłą” matową powierzchnią a powierzchnią błyszczącą. Na poniższym obrazie porównano model S27A850D (z powierzchnią ekranu typu low-haze) z Samsungiem 2030BW (ze zwykłą matową powierzchnią ekranu) przy wyłączonych obu ekranach. W modelu S27A850D widać kontury okien wychodzących na ekran, natomiast w modelu 2030BW widać lekkie odblaski na obrzeżach, ale bez refleksów. Gdy S27A850D jest włączony na rozsądną jasność to generalnie nie stanowi to problemu, podobnie jak w modelach BenQ.
Podobne rozwiązanie zastosowano w niektórych panelach AH-IPS firmy LG, w tym w modelach 2560 x 1440 i 3440 x 1440. Panele AHVA firmy AUO (takie jak BL2710PT i BL3201PT/PH) mają jeszcze niższą wartość zamglenia, która jest zbliżona do wartości dla paneli VA (13-16%). Wyrazistość i względna gładkość obrazu jest w nich doskonała. Niektóre modele, zwłaszcza HP z technologią „Low Haze Enhancement” i różne modele Philipsa, takie jak BDM4350UC (poniżej), korzystają z technologii o bardzo niskim stopniu zamglenia, wynoszącym zazwyczaj około 1-5%. Zapewniają one obraz zbliżony do w pełni błyszczącego rozwiązania, w tym „mokry wygląd”, gdy światło otoczenia uderza w powierzchnię, ale przy znacznie zmniejszonej ilości odbić. Zwróć uwagę, że poniższe zdjęcie zostało wykonane w jasnym pomieszczeniu, ale odbicia wydają się dość miękkie. W nieco ciemniejszych warunkach odbicia, które mogłyby pozostać uciążliwe na „w pełni błyszczącym” ekranie, są wyciszone do tego stopnia, że stają się niewidoczne i wtapiają się w obraz.
Należy zauważyć, że tekstura powierzchni ekranu jest również ważna i istnieją pewne modele, które zaprzeczają trendom w zakresie „gładkości obrazu” oczekiwanej od ich wartości zamglenia. Dobrym przykładem mogą być niektóre 23,6 – 27″ panele IPS typu „4K” UHD (3840 x 2160), takie jak te stosowane w Dell P2415Q czy ASUS PG27AQ. Są to lekko matowe panele antyodblaskowe (o stosunkowo niskiej wartości zamglenia), które zachowują żywość i wyrazistość obrazu, ale nie mają szczególnie gładkiej faktury powierzchni. Jest to dość widoczne podczas oglądania jaśniejszych treści, ponieważ wydają się one ziarniste. Niektóre nowe panele „AD-PLS” i „AH-IPS” (w tym te z rozdzielczością 1920 x 1080 i 1920 x 1200) mają stosunkowo jasną, matową powierzchnię ekranu, mimo że wartość zamglenia (~25%) jest wspólna dla niektórych modeli z wyraźnie bardziej ziarnistą powierzchnią ekranu. Panele LG 21:9 o rozdzielczości 2560 x 1080 mają podobną wartość zamglenia oraz imponująco gładką i „nie-ziarnistą” teksturę powierzchni.
Przyszłe powierzchnie ekranów
Jak zbadano w tym artykule, redukcja odblasków i refleksów na monitorze jest mieczem obosiecznym i musi być precyzyjnie wyważona, aby uniknąć niepożądanych konsekwencji. Idealna powierzchnia ekranu to taka, która nie zakłóca transmisji światła, ale jednocześnie skutecznie redukuje wpływ światła otoczenia na powierzchnię ekranu. W 2003 roku producent folii optycznych, firma MacDermid Autotype, zademonstrowała nową powłokę, która miała spełniać właśnie takie zadanie. Folia, która została opracowana wspólnie z Fraunhofer Institute of Solar Energy, nosiła nazwę Autoflex MARAG (MothEye AntiReflection AntiGlare). Został on zaprojektowany, aby naśladować stożkowe nanostruktury oczu ćmy (poniżej) i zdolność tych struktur do maksymalnego wykorzystania światła przy minimalnym odbiciu – jak nocne ćmy muszą działać w niskich poziomach oświetlenia bez odbicia światła na powierzchni oka zdradzając swoją pozycję do drapieżników.
Film najwyraźniej oferowałby doskonałą przejrzystość obrazu porównywalną do obecnych antyrefleksyjnych (błyszczących) powierzchni przy jednoczesnym zwalczaniu odblasków ze wszystkich źródeł zewnętrznych, w tym bezpośredniego światła słonecznego. Twierdzono, że zewnętrzna powierzchnia będzie odbijać poniżej 1% światła – co rzeczywiście jest bardzo imponujące. Według naszej komunikacji z MacDermid Autotype, badania i rozwój tej szczególnej folii MARAG zostały zakończone i w 2009 roku wypuszczono ograniczoną gamę urządzeń przenośnych, w których zastosowano tę technologię. Nie było jej widać w monitorach. Inne firmy również zastosowały podobne zasady do stworzenia własnych folii typu „moth eye”. Najbardziej godny uwagi jest filtr zastosowany w telewizorze Philips 46PFL9706H, który był wysokiej klasy 46″ telewizorem LCD. Niestety proces MARAG, który jest najwyraźniej bardziej skomplikowany niż powierzchnie „moth eye” innych producentów, nie odniósł komercyjnego sukcesu, głównie z powodu wysokich kosztów opracowania nawet niewielkich obszarów takiej folii. Proces ten można było zastosować do folii o wymiarach 800 x 600 mm, które nadawałyby się do zastosowania na monitorach komputerowych. Jednak opracowanie folii o takich wymiarach, o wysokiej jakości powierzchni i w konkurencyjnej cenie nie było możliwe. W związku z tym w 2009 roku zaprzestano produkcji folii MARAG. Ale firma kontynuowała rozwój szeregu antyrefleksyjnych i nisko zamglonych powierzchni ekranowych, wykorzystując podobne zasady, które mogłyby być zastosowane do monitorów.
Inna doskonała innowacja, która mogłaby się dobrze nadawać do wyświetlaczy komputerowych, została opracowana przez japońską firmę Nippon Electric Glass (NEG). Tak zwane „niewidzialne szkło” składa się z niezwykle cienkiego kawałka szkła pokrytego po obu stronach wysoce wydajnym materiałem antyrefleksyjnym (AR). Materiał ten jest pokryty warstwą 30 ultracienkich folii, z których każda ma grubość kilku nanometrów, i podobno umożliwia przepuszczanie 99,8% światła przez szkło, odbijając zaledwie 0,1% światła z każdej strony. Porównuje się to korzystnie z 8% współczynnikiem odbicia na stronę typowej tafli szkła i daje w rezultacie kawałek szkła, który, dla wszystkich zamiarów i celów, wydaje się niewidzialny.
Kiedy skontaktowaliśmy się z NEG w sprawie tej technologii w 2011 roku, stwierdzili oni, że jest ona w trakcie dalszego udoskonalania, zanim rozważona zostanie jakakolwiek dostępność komercyjna. Proces został uznany za zbyt drogi, aby nawet stosunkowo małe arkusze mogły być uznane za ekonomicznie opłacalne, nie mówiąc już o większych arkuszach, które mogłyby być wykorzystane na ekranie komputera. Takie zastosowania były i być może nadal są starannie rozważane. Jest więc nadzieja, że proces warstwowania może być zastosowany do czegoś, co nadaje się do użycia jako warstwa polaryzująca monitora. Przepuszczalność światła przez powłokę jest doskonała i po dopracowaniu materiałów i procesów powinno pojawić się prawdziwe komercyjne zainteresowanie tą powłoką.
.