Författare: Senast uppdaterad: Adam Simmons
Sista uppdatering: 1: För många människor i den moderna världen är den enkla datorn en integrerad del av deras vardag. Den har gått från att vara en extravagant lyx för de få lyckligt lottade till att bli en viktig del av de flesta företag och ett välkommet tillskott i många hushåll. Trots den ökande miniatyriseringen av datorn och införandet av nya bärbara former som tablet-datorer och integrerade allt-i-ett-datorer är den stationära datorns råstyrka och mångsidighet fortfarande oöverträffad. En viktig egenskap hos den moderna stationära datorn som skiljer den från dessa föreskrivna och ganska oflexibla alternativ är att den har en basenhet (ofta ett torn) med komponenter som lätt kan uppgraderas. En annan skillnad är den vanliga inkluderingen av en fristående bildskärm, med en matt eller blank skärm, som har genomgått samma ”utveckling” som resten av datorn – och kommer att fortsätta att göra det.
Och även om de olika bildskärmsteknikernas komplexitet ofta framställs på ett felaktigt sätt av tillverkarna och är dåligt förstådd av konsumenterna, finns det en grundläggande egenskap som ofta diskuteras, nämligen skärmens yta. I motsats till vad som händer ”under huven” är skärmytan lätt synlig på utsidan och förkroppsligar den viktiga visuella förbindelsen mellan människa (eller kvinna) och bildskärm. Till skillnad från tidigare CRT-skärmar begränsas den moderna skärmen inte av en hård och starkt reflekterande glasyta. Skärmens yta är mycket mer flexibel och har många olika former – med olika grader av antireflexions- eller bländningsegenskaper. Men som med de flesta aspekter av bildskärmar är det sällan så enkelt; det finns vissa förbehåll för de vanliga ”antireflexytorna”. Vi utforskar begränsningarna hos några av de mest utbredda ”anti-bländande” tillämpningarna och tittar på alternativen och den möjliga framtida inriktningen för datorskärmens yta.
Matta skärmar
En matt skärmyta består av ett yttre ”polariserande skikt” som har grovkornats med hjälp av mekanisk och ibland ytterligare kemisk behandling. De vanligaste metoderna för att tillverka denna yta är ”spluttering” i flera lager eller flera övergångar av ”doppbeläggning”, eventuellt följt av kemiska ytbehandlingar. Även om det inte är nödvändigt att utforska de komplicerade detaljerna i dessa beläggningsprocesser kommer vi att överväga det önskvärda slutresultatet av denna behandling. Syftet är att uppnå en matt yta på skärmens yta, som verkar för att sprida det omgivande ljuset snarare än att reflektera det direkt tillbaka till betraktaren; en slät yta fungerar lite mer som en spegel. Den stora minskningen av oönskade reflektioner och bländning ger upphov till ett begrepp som är synonymt med en sådan skärm: anti-bländning. Även om spridningen av omgivande ljus och därmed minskningen av bländning är önskvärd är det inte en ofelbar lösning. Ytans optiska egenskaper fungerar åt båda hållen – det vill säga det ljus som sänds ut från skärmen påverkas också. Dessutom finns det en viss grad av interferens mellan det utsända ljuset och det diffusa infallande ljuset. Vägen för både utsänt ljus (från monitorn) och omgivande ljus (från omgivningen) och dess interaktion med den matta skärmytan visas i diagrammet nedan.
Medans den önskvärda minskningen av bländning uppnås genom spridning av externt ljus påverkas den bild som produceras av monitorn av samma diffusionsprocess. Det diffusa omgivande ljuset stör också något den bild som produceras av monitorn för att förvärra processen. De effekter som detta har på bilden och de fördelar som tillskrivs minskningen av bländning genom en matt skärmyta sammanfattas i tabellen nedan.
| Fördelar med en matt skärm | Nackdelar med en matt skärm | |
| Reducerad bländning förbättrar synligheten av bilden i områden med starkt direkt eller omgivande ljus | Förlust av kontrast och färgskiftningar | |
| Potential Minskad ögonbelastning under sådana omständigheter eftersom du inte behöver fokusera ”genom” intensiva reflektioner eller bländning för att se bilden | Lätt till måttlig minskning av skärpan – beroende på mattytans tjocklek och skiktning samt bildskärmens pixeltappning | |
| Damm, fett och smuts mindre synliga | Generellt sett svårare att rengöra på grund av att smuts tränger in och det är relativt svårt att se frukterna av ditt arbete | |
| Grå eller dimmig textur i vissa fall, särskilt vid visning av vitt och andra ljusa färger |
Glansiga skärmar
Till skillnad från den grova ytan på en matt skärm har en glansig skärm ett mycket jämnare yttre polariserande lager. I stället för att sprida det omgivande ljuset tenderar denna släta yta att reflektera det ganska direkt, vilket orsakar oönskade reflektioner och bländning – särskilt i starkt direkt ljus. Å andra sidan hindras det ljus som sänds ut från bildskärmen inte av en stark spridningsprocess. Och bortsett från reflektioner verkar bilden rikare, mer levande och oförfalskad. Moderna glansiga polariserande filmer är ofta behandlade med en kemisk antireflexbeläggning (AR), t.ex. magnesiumfluorid eller speciella polymerer, som delvis hjälper till att absorbera en del av det omgivande ljuset. I vissa av Samsungs glansiga modeller är skärmens yta försedd med silvernanopartiklar i en så kallad Ultra Clear Panel. Denna är utformad för att hjälpa till att absorbera en del av det omgivande ljuset i något högre grad än en traditionell kemisk antireflexbeläggning utan att försämra bildprestandan.
Bilden nedan visar hur Ultra Clear Panel-ytan på en Samsung T27A950 och den obehandlade blanka ytan på en bärbar dator Dell Studio XPS15 klarar sig på en ganska ljus brittisk sommardag. Begreppet ”brittisk sommar” är inte särskilt viktigt i samband med detta fotografi, men man kan säga att det var fint och ljust och till och med lite soligt när fotografierna togs. Men dystert och regnigt kort därefter. Ljuset kommer in från ett fönster till höger om skärmen, men inget direkt solljus träffar skärmen.
Du kan se i bilden ovan att reflektioner är synliga på båda skärmens ytor under sådana ljusförhållanden. Reflektionerna är mer intensiva på Dell med en tydlig kontur av dörren, kameran, kameramannens hand och underarm samt den röda datorstolen. På Samsung är dessa element mindre väldefinierade (stolen syns uppenbarligen inte alls eftersom den blockeras av den bärbara datorn). En annan iakttagelse är att bilden på Samsung verkar rikare medan bilden på Dell verkar blekt. Båda skärmarna var inställda på en ljusstyrka på 160 cd/m² och under mörka betraktningsförhållanden verkar Dells bild inte blekt på detta sätt – detta orsakas av det ganska starka omgivande ljuset och är något som Samsung inte lider av på samma sätt. Antireflexytor som vanligen används på bärbara datorer och ibland på större skärmar är bland annat: Dell TrueBright, ASUS ColorShine, HP BrightView och Sony Xbrite. Dessa ger en mörkare bild vid reflektion än den obehandlade Dell.
Trots denna lilla minskning av reflektioner och mörkare effekt är Ultra Clear Panel fortfarande i hög grad en glansig yta. Vid visning av svarta och mörka färger (eller till och med ljusa färger om det omgivande ljuset är tillräckligt starkt) är reflektioner fortfarande ett problem och den omgivande belysningen måste kontrolleras noggrannare. Folk kanske föreslår att man skruvar upp ljusstyrkan för att motverka detta, men den relativa luminansen i mörka områden (särskilt svarta) är betydligt lägre än i ljusa områden, oavsett inställd ljusstyrka. Om det inte framgick tydligt av den blandade bilden ovan kommer du inte att ha några illusioner om att detta är något annat än en blank skärmyta när skärmen är avstängd. Detta kan ses på fotot nedan, som återigen togs under en ljus sommardag. Observera att den reflekterade bilden av rummet på Samsung är lite mörkare än på Dell, men föremålen har fortfarande tydliga detaljer.
Vissa skärmar använder en mycket mild matt antireflexbehandling av skärmytan. De har ett mycket lågt haze-värde på omkring 2-4 %. Detta beskriver graden av ljusspridning av skärmytan, där de flesta vanliga matta skärmytor har ett haze-värde på 25 % eller mer. Sådana skärmar kan därför klassificeras som blanka eftersom deras egenskaper när det gäller ljusemission och reflektion närmast överensstämmer med en blank yta med en liten antireflexfilm. Den typ av behandling som beskrivs ovan. En minoritet av tillverkare (framför allt Apple med sin tidigare serie ”LED Cinema Display”) väljer att avstå från antireflexbehandling och använder högreflekterande obehandlat glas som yttersta yta. Detta görs till stor del av estetiska skäl, eftersom det inte finns några fördelar med detta jämfört med en korrekt behandlad antireflexionsyta när det gäller bildkvalitet. I allmänhet minskar den mängd ljus som reflekteras av en antireflekterande yta med mycket låg grad av oskärpa jämfört med en obehandlad glansig yta. Principen bakom den blanka skärmytan utforskas i diagrammet nedan, som tar hänsyn till både det omgivande ljuset och det ljus som sänds ut från själva bildskärmen.
Även om reflektionen av det omgivande ljuset kan minskas genom användning av en antireflexbeläggning eller en mycket svagt antireflexbehandlad beläggning elimineras den inte helt och hållet, i synnerhet inte där ljuset är starkt eller där bilden är mörk. Om skärmen är inställd på en rimlig ljusstyrka, omgivningsljuset är relativt lågt och lite ljus faller direkt på skärmen bör reflektioner inte vara ett problem. Eftersom det utsända ljuset tar en mer direkt väg och inte diffunderas av en matt yta får man en ”renare” och mer levande bild som kan uppskattas fullt ut under sådana förhållanden. De positiva och negativa egenskaperna hos en blank skärmyta sammanfattas i tabellen nedan.
| Fördelar med en blank skärm | Nackdelar med en blank skärm |
| Reducerad reflektion i vissa ljusförhållanden jämfört med en obehandlad blank yta | Starka omgivande ljusnivåer och direkt ljus som faller in på bildskärmen kan orsaka besvärliga. reflektioner och ”blekning” av bilden |
| Enklare rengöring på grund av lägre smutsinträngning och högre synlighet av fett och smuts | Potentiellt ökad ögonbelastning på grund av svårighet att fokusera på bilden på grund av reflektioner |
| Generellt sett större estetisk dragningskraft.förutsatt att skärmen hålls ren | Damm, fett och smuts mer synliga – särskilt när skärmen är avstängd. Rutinmässig rengöring nödvändig |
| ”Renare” bild utan grumling eller kornighet | |
| Direkt ljusemission förbättrar kontrast och bildens livfullhet |
En halv-lösning
Vissa tillverkare erbjuder en kompromiss mellan de två – en yttyp som ofta kallas ”halvblank”. Dessa ytor är egentligen matta men är uppruggade antingen lite eller mycket mindre, vilket ger dem ett slätare utseende och gör ljusspridningen svagare. Med andra ord: de har ett relativt lågt disskrapningsvärde. Paneltillverkaren AU Optronics använder en sådan yta på några av sina moderna VA-paneler, som har ett haze-värde på 13-18 % (betydligt lägre än de 25 % som en typisk matt skärm har). Detta förbättrar bildens livlighet och klarhet och minskar kraftigt det synliga kornet på vita och ljusa färger. Det ger inte riktigt samma nivå av levande klarhet eller samma visuella känsla som en glansig bildskärm, men det minskar definitivt spridningen av det utsända ljuset och förbättrar dessa egenskaper jämfört med matta ytor med högre grad av oskärpa. Den lilla nackdelen som följer av detta är att ljuset från omgivningen som träffar skärmens ytor också reduceras mindre, vilket ökar bländningen något. Reflektioner är verkligen en icke-fråga under de flesta ljusförhållanden och saker och ting är definitivt bättre på denna avdelning än en blank skärmyta. Bilden nedan visar bländnings- och reflektionsegenskaperna hos en BenQ EW2420 med en matt yta med låg glans (baksida) jämfört med en bärbar dator Dell Studio XPS15 med en TrueLife-glansig skärmyta (framsida). Fotot togs en ljus dag under senvåren med solljus som strömmade in genom fönstret till höger.
Det går att se en tydlig och spegelblank reflektion på den bärbara Dell-datorn där dörren, väggen, stolen och det bärbara tangentbordet är tydligt synliga. På BenQ kan du se en suddig reflektion av dörren, baksidan av den bärbara datorn och kameramannens hand. När skärmen är påslagen upphör denna milda reflektion att vara ett problem. Direkt ljus som faller på skärmen kan fortfarande orsaka besvärande bländning, men sådana betraktningsförhållanden är ofta problematiska även för starkare matta skärmytor. Bilden nedan visar BenQ EW2420, under liknande ljusförhållanden som i det första fotot, som visar en blandad skrivbordsbakgrund vid 160 cd/m². Man kan inte längre se de reflekterade objekten på skärmen.
Samsung introducerade en liknande ”mycket lätt matt” (low-haze) skärmyta till sina PLS (Plane to Line Switching)-skärmar i SA850-serien, och den har även använts på nyare modeller, inklusive vissa PLS- och böjda VA-modeller. Ytan använder sig av ett nytt glasunderlag som bearbetas för att ge ett oskärpevärde på cirka 18 %, vilket är betydligt lägre än de 24-28 % som är typiska för en Samsung TN-panelskärm med matt skärmyta. Skärmens ytstruktur är också jämnare på grund av den använda processen. Slutresultatet är att bild- och bländningshanteringsegenskaperna ligger någonstans mellan en ”vanlig” matt yta och en glansig yta. I bilden nedan jämförs S27A850D (med lågbländande skärmyta) med Samsung 2030BW (vanlig matt skärmyta) med båda skärmarna avstängda. På S27A850D kan du se konturerna av fönstren mot skärmen, medan du på 2030BW kan se en liten bländning i periferin men ingen reflektion. När S27A850D är påslagen till en rimlig ljusstyrka är detta i allmänhet inget problem, precis som med BenQ-modellerna.
En liknande lösning används på några av LG:s AH-IPS-paneler, bland annat på modellerna 2560 x 1440 och 3440 x 1440. AUO:s AHVA-paneler (t.ex. BL2710PT och BL3201PT/PH) har ett ännu lägre haze-värde som ligger ganska nära värdet för deras VA-paneler (13-16 %). Bildens klarhet och relativa jämnhet på dessa är utmärkt. Vissa modeller, framför allt från HP med deras ”Low Haze Enhancement”-behandling och olika Philips-modeller, t.ex. BDM4350UC (nedan), använder sig av en mycket låg grad av oskärpa, vanligtvis runt 1 – 5 % oskärpa. Dessa ger en bild som liknar en helt glansig lösning, inklusive den ”våta looken” när det omgivande ljuset träffar ytan, men med betydligt mindre reflektion. Observera att bilden nedan togs i ett ljust rum, men reflektionerna verkar ganska mjuka. I något svagare förhållanden dämpas reflektioner som skulle kunna vara besvärande på en ”helt blank” skärm till den grad att de blir osynliga och smälter in i bilden.
Det är viktigt att notera att skärmens ytstruktur också är viktig, och det finns vissa modeller som inte motsvarar de trender för ”smidighet i bilden” som förväntas av deras haze-värden. Bra exempel är vissa 23,6-27″ IPS-paneler av typen ”4K” UHD (3840 x 2160) som de som används på Dell P2415Q eller ASUS PG27AQ. Dessa är lätt matta antireflex (relativt lågt haze-värde), vilket bevarar bildens livfullhet och klarhet, men har inte en särskilt slät ytstruktur. Detta är ganska tydligt när man tittar på ljusare innehåll, eftersom det verkar kornigt. Vissa nya ”AD-PLS”- och ”AH-IPS”-paneler (inklusive de med en upplösning på 1920 x 1080 och 1920 x 1200) har relativt lätt texturerade matta skärmytor, även om haze-värdena (~25 %) delas av vissa modeller med märkbart kornigare skärmytor. LG:s 21:9-paneler med en upplösning på 2560 x 1080 har ett liknande haze-värde och en imponerande slät och ”kornfri” ytstruktur.
Framtida skärmytor
Som undersökts i den här artikeln är minskningen av bländning och reflexion på en bildskärm ett tveeggat svärd och måste vara fint balanserad för att undvika oönskade konsekvenser. Den idealiska skärmytan skulle vara en yta som inte stör ljusöverföringen, men som samtidigt är effektiv när det gäller att minska effekten av omgivande ljus som träffar skärmytan. Redan 2003 demonstrerade tillverkaren av optisk film MacDermid Autotype en ny filmbeläggning som var avsedd att göra just detta. Filmen, som utvecklades tillsammans med Fraunhofer Institute of Solar Energy, kallades Autoflex MARAG (MothEye AntiReflection AntiGlare). Den var utformad för att efterlikna den avsmalnande nanostrukturen hos malögon (nedan) och dessa strukturers förmåga att maximera utnyttjandet av ljuset med minimal reflektion – eftersom nattfjärilar måste arbeta i svagt ljus utan att ljusreflektion på ögonytan avslöjar deras position för rovdjur.
Filmen skulle tydligen ge en utmärkt bildskärpa som är jämförbar med nuvarande antireflekterande (blanka) ytor, samtidigt som den bekämpar bländning från alla externa källor, inklusive direkt solljus. Det hävdades att den yttre ytan skulle reflektera mindre än 1 % av ljuset – vilket är mycket imponerande. Enligt vår kommunikation med MacDermid Autotype har forskningen och utvecklingen av denna speciella MARAG-film avslutats och ett begränsat antal bärbara enheter som använde tekniken släpptes 2009. Den har inte setts i bildskärmar. Andra företag har också tillämpat liknande principer för att skapa sina egna ”malögonfilmer”. Det mest anmärkningsvärda är det filter som användes på Philips 46PFL9706H, som var en premium 46″ LCD-TV. Tyvärr blev MARAG-processen, som tydligen är mer komplicerad än andra tillverkares ”moth eye”-ytor, inte någon kommersiell framgång, vilket till stor del berodde på den höga utvecklingskostnaden för även små ytor av en sådan film. Processen kunde tillämpas på filmer som var 800 x 600 mm stora och skulle vara lämpliga för användning på PC-skärmar. Det var dock inte möjligt att utveckla en film av denna storlek med hög ytkvalitet till ett konkurrenskraftigt pris. Som ett resultat av detta upphörde själva MARAG-filmen från och med 2009. Men företaget har fortsatt att utveckla ett antal antireflekterande och lågdimrande skärmytor, enligt liknande principer, som skulle kunna användas för bildskärmar.
En annan utmärkt innovation som skulle kunna lämpa sig väl för datorskärmar har utvecklats av det japanska företaget Nippon Electric Glass (NEG). Det så kallade ”osynliga glaset” består av en extremt tunn glasbit som på båda sidor är belagd med ett mycket effektivt antireflexmaterial (AR). Materialet består av ett lager av 30 ultratunna filmskikt, varje skikt är några nanometer tjockt, och det uppges tillåta 99,8 % ljusgenomsläpplighet genom glaset samtidigt som det reflekterar endast 0,1 % av ljuset på vardera sidan. Detta kan jämföras med 8 % reflektion per sida på en typisk glasskiva och resulterar i ett glas som i alla avseenden verkar osynligt.
När vi kontaktade NEG om tekniken redan 2011 uppgav de att den genomgick ytterligare förfining innan någon form av kommersiell tillgänglighet kan övervägas. Processen ansågs vara för dyr för att ens relativt små ark skulle kunna betraktas som ekonomiskt gångbara, för att inte tala om större ark som skulle kunna användas på en datorskärm. Sådana tillämpningar övervägdes och övervägs kanske fortfarande noggrant. Man hoppas alltså att skiktningsprocessen kan tillämpas på något som lämpar sig för att användas som ett polariserande skikt för bildskärmar. Ljusgenomsläppligheten genom beläggningen är utmärkt och när materialen och processerna väl har förfinats bör det finnas ett verkligt kommersiellt intresse för denna beläggning.