A képernyő fényvisszaverésének csökkentése

A síkpaneles kijelzők, köztük a monitorok képernyőjének felületét a legtöbb esetben valamilyen módon védeni kell a tükröződéstől, reflexióktól. Ezt megköveteli a kép jó láthatósága, a szöveg olvashatósága, a kielégítő kontúrélesség. A megoldás (ha eltekintünk az elsötétítéstől, a leárnyékolástól stb.) többféle lehet, de besorolható három csoport egyikébe: az egyik az anti-glare (AG), a másik az anti-reflection (AR) réteg, a harmadik ezek kombinálása (AG + AR). Az írásunkban foglaltak többnyire a széles értelemben vett síkpaneles kijelzőkre, és nemcsak az LCD PC-monitorokra vonatkoznak.

A fényvisszaverést csökkentő „réteg” nem feltétlenül külön réteg, hanem jelentheti a felület mechnikai vagy vegyi kezelését (maratás). Ha pedig valódi rétegről van szó, ez lehet egy- vagy többrétegű film, fólia, ragasztott vagy laminált formában, esetleg szórással felvitt vagy ülepített bevonat, az alkalmazási területtől és a követelményektől függő vastagságban. A teljes LCD panel felépítését egy konkrét, de általánosítható esetben az LCD panelszerkezet című írásunkban mutattuk be, most ennek a néző felé eső, legkülső felületével foglalkozunk.

De miért is különböztetjük meg az anti-glare (csillogás-mentesítés, AG) és az anti-reflection (reflexió-mentesítés, AR) fogalmát? Kezdjük ott, hogy a glare a környezeti fény felületi reflexiójának egy sajátos, tükröződésnek vagy csillogásnak nevezhető formája, míg a reflexió mindenféle fényvisszaverődést magába foglal, beleértve a külső réteg(ek) hátoldalán fellépő visszaverődéseket is. Egyszerűen szólva, az anti-glare a tükröző fényvisszaverődést, vagyis a képernyő csillogását csökkenti (miközben a felület teljes reflexiója nem szükségképpen csökken), míg az anti-reflection célja jóval átfogóbb, a képernyő teljes reflexióját igyekszik visszaszorítani, a kijelzők esetében lehetőleg a teljes látható hullámhossz-tartományban.

Mielőtt azonban részletesebben megmutatnánk a kétféle módszer közötti különbséget, távirati stílusban ismerkedjünk meg a fényvisszaverődés természetével. A reflexió szélsőséges esetei a tükröző (specular) és a szórt fényű (diffuse) reflexió. Közismert, hogy a tükröző reflexiónál a megvilágító fénysugár beesési szöge megegyezik a visszaverődés szögével, a diffúz reflexiónál viszont a visszaverődés bármilyen irányt felvehet, a felület egyenetlenségeitől függően.

A fényvisszaverés alapesetei tökéletesen „sima”, illetve érdes, egyenetlen felület esetében (ábra: General Digital)

A gyakorlatban a legtöbbször a tükröző és a diffúz reflexió valamilyen keverékével (haze) találkozunk attól függően, hogy mennyire fényes (finomra csiszolt) vagy matt (érdes) a felület.

Eddig nem beszéltünk arról, hogy a kijelzőknél az AG vagy AR – tehát felületkezelés és/vagy bevonat – nélkül a legtöbb esetben üvegfelületről, vagy olykor akril (poli-metil-metakrilát, más néven plexiüveg) felületről van szó, illetve a levegő és e felület határáról. A közönséges (fényes) üvegfelület reflexiója önmagában 4% fölötti (Fresnel-érték: 4,25%), amennyiben egyetlen levegő-üveg határfelületről beszélünk. Ez az érték jó közelítéssel hullámhossz-független.

Anti-glare

A glare (csillogás, tükrözés) jelensége a reflexió azon agresszív formája, amely a (gyakran pontszerű vagy lokalizált) környezeti megvilágítás rendkívül zavaró tükröző visszaverődésében jelentkezik, és nagyon megnehezíti a kijelző normális használatát. A glare csökkenthető vagy megszüntethető úgy is, ha megakadályozzuk, hogy közvetlen fény érje a kijelzőt (pl. árnyékoló kerettel, vagy a képernyő megfelelő szögbe fordításával, illetve képernyőt szemből érő fény megszüntetésével), de a korrekt megoldás az anti-glare felületkezelés vagy bevonat használata. (A notebookok nagy részének képernyője ma is anti-glare és anti-reflection nélkül készül, így gyakran „bűvészkedni” kell az elhelyezéssel vagy a notebook fényerejének maximálisra állításával, illetve a környezeti fény csökkentésével.)

A plazmaképernyők a felbontás, a kontúrélesség és a fényerő megőrzése érdekében hagyományosan nem kaptak anti-glare vagy anti-reflection bevonatot. A képen jól megfigyelhető a glare jelensége (a fotós alakja és az egész külső megvilágítás látszik), pedig csak szórt nappali fény világítja meg a képernyőt. Egyébként a feliratoktól eltekintve a képtartalom fekete. Hasonló a helyzet sok notebook és olykor az AG vagy AR nélküli monitor esetében is

A glare annál jobban csökkenthető, minél jobban sikerül a tükröző reflexió átalakítása diffúz reflexióvá. Mint említettük, a teljes felületi reflexió az anti-glare hatására nem változik meg (azaz egy levegő-üveg határfelület esetében összességében marad a 4% körüli érték), csak a tükröző reflexió változik részben vagy teljesen diffúzzá, és a különböző irányokból mérhető reflexió csökken számottevően.

A különböző „simaságú” felületekről visszaverődő fény más-más arányban tartalmaz tükröző és szórt (diffúz) összetevőket (ábra: Tru Vue).

A visszaverő felület egyenetlenné tétele, „mattosítása” vagy érdesítése az anti-glare esetében mechanikai vagy vegyi felületkezelést (maratást) jelent, de külön rétegként is készülhet, akár szabályos felületi struktúrával. Egy egyszerű ábrán bemutatjuk, hogy hogyan is működik egy anti-glare réteg:

Az anti-glare elve és hatása. A felületre beeső külső fény az anti-glare réteg egyenetlenségein szóródik, ami a tükröződést nagyban csökkenti. Ugyanakkor a kijelző háttérvilágítása is szóródik, ami nem kívánatos, hiszen csökkenti az élességet, elmosódást, végeredményben felbontáscsökkenést okoz. Az anti-glare másik mellékhatása az élességcsökkenés mellett a kontraszt csökkenése, ugyanis a háttérvilágítás szóródása miatt a „fekete” (sötétszürke) képelemek némileg kivilágosodnak. (ábra: EIZO)

A jó anti-glare réteg vagy felületkezelés segítségével a kb. 4%-os tükröző reflexió egyetlen levegő-üveg határfelületről szokásosan 1% körüli diffúz reflexióra csökkenthető.

Példa az anti-glare hatására. Felső ábra: Egy átlagos üvegfajta reflexiójának nagysága és menete a hullámhossz függvényében, anti-glare nélkül (4% fölötti visszaverődés). Alsó ábra: anti-glare alkalmazásakor a reflexió diffúzzá válik, és a diffúz visszaverődés nagysága – bár hullámhosszfüggő – kb. 0,8 és 1,2% közé csökken

Anti-reflection

Az anti-reflection bevonat (amely mindig külön – egy vagy több – réteget képez) kétféle „mechanizmus” révén képes hathatósan csökkenteni a képernyők reflexióját, legyen szó tükröző vagy diffúz reflexióról.

Az egyiknek Lord Raileigh fizikus azon 1886-os felismerése az alapja, hogy két olyan közeg határán fellépő reflexió, amelyek törésmutatója viszonylag nagy mértékben eltér egymástól, egy harmadik, köztes törésmutatójú közeg (réteg) beiktatásával egyszerű módon csökkenthető. Esetünkben az egyik közeg a levegő, 1-es törésmutatóval, a másik valamilyen optikai üveg, mondjuk kereken 1,5-es átlagos törésmutatóval, így a közéjük helyezett anyag törésmutatójának a kettő között kell lennie. Optimális esetben ez 1,225, de ilyen anyagot nem használnak (a folyékony oxigénnek kb. ekkora a türésmutatója). A gyakorlatban használt, jól bevált AR anyag a magnézium-fluorid, 1,38-as törésmutatóval (550 nanométer hullámhosszon, hiszen maga a törésmutató is hullámhossz-függő). Mivel a különféle optikai üvegek törésmutatója 1,45 és 1,95 között van (szokásosan 1,5 – 1,6 közötti), 1,9-hez közeli törésmutatójú üveg megválasztásával így is elérhető az optimális állapot, legalábbis adott hullámhosszon és annak környezetében.

AR bevonat nélküli BK7 jelű üveg (boroszilikát-koronaüveg), illetev az egyrétegű, magnézium-fluorid bevonattal ellátott üveg reflexiója a hullámhossz függvényében. (Paraméter: a 0 fokos, illetve 45 fokos beesési szög.) (ábra: Edmund Optics)

A másik jelenség, amely még hatékonyabban képes a reflexiót csökkenteni, a fényhullámok interferenciája, közelebbről az ún. destruktív interferencia. Amennyiben ugyanis az AR réteg hátoldaláról visszavert fény fázisa 180 fokkal eltolódik, a frontoldalról visszavert fénnyel interferálva a két hullám kioltja egymást:

Az anti-reflection réteg vastagságának és törésmutatójának megfelelő megválasztása esetén az AR réteg elülső oldaláról és hátoldaláról visszavert fényhullám teljesen kioltja egymást, és ideális esetben nulla reflexiót kapunk. Ez természetesen csak egyetlen hullámhosszon teljesülhet, és akkor, ha az AR réteg optikai vastagsága pontosan negyede (vagy a negyed páratlan számú többszöröse) a hullámhossznak (ábra: Edmund Optics)

Az AR bevonat visszaverési/áteresztési jellemzői függenek a beeső fény hullámhosszától és beesési szögétől, a bevonat törésmutatójától és vastagságától, és a szubsztrát (üveg) törésmutatójától. A vastagságon itt az ún. optikai vastagságot értjük, ami a fizikai vastagság és a törésmutató szorzata.

Több AR réteg alkalmazásával a törésmutatók jobban illeszthetők, és a destruktív interferencia is szélesebb sávban érvényesülhet, bár adott esetben egy-egy speciális réteg feladata éppen az lehet, hogy csak adott hullámhossz környezetében csökkentse a reflexiót. (A monitoroknál természetesen nem ez a cél.)

Egyrétegű, kétrétegű és háromrétegű AR bevonatok hatásának összehasonlítása 0 fokos beesési szög mellett. Az (a) görbe az egyrétegű magnézium-fluorid bevonat reflexiójának menetét mutatja (azonos az előző ábrával). A (b) görbe olyan kétrétegű bevonattal ellátott üvegfelület reflexióját mutatja, ahol a cél a reflexió keskenysávú csökkentése. Az egyik réteg itt is magnézium-fluorid, a másik alumínium-oxid (törésmutató: 1,69). A (c )görbének megfelelő háromrétegű bevonat (negyedhullámú magnézium-fluorid, félhullámú cirkónium-oxid és negyedhullámú cérium-oxid kombinációja) a legalkalmasabb a nagyon alacsony reflexióhoz, kivéve a látható sáv alsó és felső (kék és vörös) részét, ahol jóval nagyobb, mint a spektrum középső részén (ábra: Tru Vue)

Az anti-reflection réteg a háttérvilágítás fényét szóródás nélkül átengedi, így a kontúrélesség és a kontraszt sem szenved csorbát. Viszont az AR esetében a látható spektrum szélein (lásd a fenti ábrákat) mindig nagyobb a reflexió, így kisebb-nagyobb bíbor elszíneződés (a kék és a vörös additív keveréke) jelenhet meg.

Összességében az anti-reflection mégis sokkal eredményesebb és hatásosabb reflexiócsökkentő módszer, mint az anti-glare, mely utóbbi egészen más elven működik, és lényegében egyetlen célja a tükröző fényvisszaverődések átalakítása diffúz visszaverődéssé, egyfajta elmosódást okozva.

Az anti-glare (bal oldali kép) és az anti-reflection (jobb oldali kép) élességre gyakorolt hatásának összehasonlítása (talán némileg eltúlozva)

Anti-glare + anti-reflection

Van még egy lehetőség, ha a reflexió nagy visszaszorítása mellett (AR réteg) még külön növelni szeretnénk a képernyő diffúz (matt) jellegét. Az anti-glare és az anti-reflection ugyanis kombinálható, mivel az AR réteg vastagsága tipikusan 1000-szer kisebb, mint az anti-glare felületi egyenletessége.

Az anti-reflection bevonat minden gond nélkül felvihető az anti-glare rétegre, mivel a nagy vastagságkülönbség miatt nem áll fenn annak a veszélye, hogy az AR bevonat „elsimítja” az anti-glare egyenetlenségeit. A kombináció gondos optimalizációja összességében eredményesen csökkentheti mind a glare-t, mind az egyéb reflexiókat, noha az anti-glare okozta hátrányok megmaradnak (ábra: Tru Vue)

***

Remélhetőleg sikerült a fentiekben világossá tenni a kijelzők esetében meglehetősen fontos fényvisszaverődés elleni védelem két, gyakran összekevert fajtája közötti különbséget. Az anti-glare jóval olcsóbb, de gyakran hatásos fegyver a direkt fények zavaró hatásának kivédésében. A képminőséget azonban az anti-glare bizonyos mértékben rontja (élesség és kontraszt csökkenése). Az anti-reflection – bár költségesebb megoldás – a reflexió minden fajtáját radikálisan (átlagosan 1% alá) tudja csökkenteni. Egyetlen hátránya, hogy a spektrum szélein (kb. 450 nm alatt és 670 nm fölött) a legfejlettebb technológia mellett is nagyobb marad a reflexió, mint a spektrum széles középső részében. Ez bíbor elszíneződést okoz, főleg nagyobb betekintési szögeknél. Az AR bevonat minősége azonban folyamatosan javul, és az említett jelenség egyes gyártóknál csak nagyon kis mértékben lép fel.

Strongpulse

Legyen Ön az első hozzászóló

Várjuk hozzászólását!

Az Ön email címe nem kerül nyilvánosságra.


*


Ez a weboldal az Akismet szolgáltatását használja a spam kiszűrésére. Tudjunk meg többet arról, hogyan dolgozzák fel a hozzászólásunk adatait..