LCD skjermer og lesbarhet i sollys.

Et av problemene med å vurdere skjermenes lesbarhet i sollys og bruk ute, er at det er vanskelig (umulig ?) å tallfeste dette. Eneste måten å vurdere alternativene blir dermed å se produktet i det miljøet det skal brukes ettersom det er kontrasten (forskjellen mellom sort,hvit og andre farger) som avgjør om er skjerm er lesbar i sollys eller ikke.
Informasjon om skjermer vi leverer med denne teknologien finner du her.

For noen år siden skrev vi i en annen artikkel hvordan LCD skjermer vha transreflective teknologi kan øke lesbarheten ved å øke lysets refleksjoner fra skjermens innside. Vi skal nå beskrive en annen metode, i noen tilfeller en "tilleggs metode" som også gjør skjermer mer lesbare i sollys og som gjør kontrasten bedre. Dessuten er det ikke nødvendig med inngrep i skjermens «indre». Ofte beskrives teknikken som «laminering», «Index matching», «Optical bonding» eller en kombinasjon av disse. For lesbarhet i sollys handler ikke bare om å øke lysstyrken. Skjermens kontrast er like viktig ettersom kontrasten faller dramatisk når den utsettes for sterkt lys innefra eller utenfra.
Men ettersom kontrasten betyr så mye bør en se skjermen, eller video av denne, for å kunne vurdere lesbarheten i sollys.

Refleksjoner fra skjermen kan deles inn i 3 typer.
a) Refleksjon fra en glatt overflate
b) Refleksjoner fra en ruglete overflate (anti refleks behandlet)
c) Refleksjoner fra en «bonding behandlet» overflate.
Problemene gir sterkest utslag ved ute bruk på en solfylt dag . Eksempler på dette kan være om du går i en minibank og lyset faller skrått inn på skjermen, eller en fin dag i båten hvor en skal lese de elektroniske kartene.
I figur 1 nedenfor har vi grafisk fremstilt refleksjonene.

Figur 1

For å gjøre skjermen lesbar under slike forhold bør lysstyrken være minimum 500 candela (nit). Under de mest ekstreme forholdene bør den være over 1000 candela (nit). Kontrasten bør være minimum 10:1. Hvordan lysstyrke i bl.a. Candela (cd) beskrives og beregnes har vi fortalt om her.

Isteden for å øke lysstyrken (krever flere lysstoffrør, mer effekt, større batterikapasitet og kortere levetid på skjermen pga varmeutvikling) kan skjermen påmonteres et såkalt «bonded» beskyttelsesglass og andre tiltak som opprettholder kontrasten og bedrer lysstyrken. For lesbarhet i sollys er egentlig ikke lysstyrken, men kontrasten som blir borte.

Figur 2

Det er imidlertid forholdsvis store variasjoner mht hvor mye av lyset som reflekteres, avhengig av hvilken polariseringsmetode og hvilken produsent som leverer de forskjellige glassene. Vi antar at produsentene har optimalisert det tall materialet vi har funnet. I tabellen nedenfor (tabell 1) har vi forsøkt å sette opp en oversikt på hvor mye av lyset som reflekteres med og uten spesialbehandlet glass.

Luft har en refleksjonskvosient på ca 1, mens glass har en refleksjonskvosient på ca 1,5. Denne forskjellen er årsaken til at det oppstår ca 5% refleksjoner (avhengig av farger/bølgelengder) mellom glassoverflaten og solen.
Ettersom det skjer en brytning mellom glass og sol 3-7 steder før lyset når inn til skjermen (avhengig om en bruker touch screen eller ikke) vil en på en solfylt dag med 10000 candela (nit) fra solen, og ved ideelle forhold oppleve at lystyrken kan økes med 900-1500 candela om lyset slippes inn til skjermen. En vanlig LCD skjerm med lysstyrke på f.eks. 300 candela vil dermed kunne avgi 1200-1800 candela/nit på det mest ekstreme.
Dette er imidlertid teoretiske tall og bør brukes med forsiktighet som salgsargumenter.
Som tidligere nevnt er dessuten kontrasten av større viktighet enn selve lysstyrken.

Tabell 1.

En fin soldag vil «normalt» gi ca 10.000 candela (nit). Enkelte påstår at det er mulig med 30.000 candela (nit), men vi velger å forholde oss til de mest konservative tallene (10.000 candela).
Dette gir følgende verdier:

Tabell 2.

Ved å overflatebehandle selve LCD skjermen kan lysstyrken økes med ytterligere 400 candela.
Tallene må imidlertid bli sett på som en indikasjon fordi det er umulig å si hvor mye lys sola gir til enhver tid.

Om skjermen i utgangspunktet har 300 candela, vil en med bonding kunne øke lysstyrken til 1120 candela om begge glassflater behandles, samt at luftgapet mellom glasset og LCD skjermen fylles med såkalt «index matching» materiale (spesiell silikon blanding). I tillegg økes kontrasten vesentlig i forhold til transreflective teknologi. Det er den spesiell silikon blandingen mellom glassflatene som har gitt teknologien det engelske navnet "bonding".
Metoden har i mange år vært brukt i militære applikasjoner som fly, helikopter og vanlig rutefly. Denne teknologien har nå begynt å bli brukt i industrielle LCD skjermer og kommersielle skjermløsninger for bruk i større båter, som krever lesbarhet i sollys.
Dette gir vesentlig bedring av kontrast (forskjellen mellom den lyseste hvitfargen og den mørkeste svartfarven) og 15% bedre lysstyrke.
De beste silikonblandingene slipper gjennom 99,5% av lyset og har en del positive bivirkninger som nevnes lenger ned.

Men lesbarheten i sollys er som tidligere nevnt ikke avhengig av bare lysstyrken. Det er en forutsetning at kontrasten (forskjellen mellom hvit og svart) opprettholdes så mye som mulig.
En standard skjerm får gjerne en kontrast på typisk 1,2:1 om den utsettes for 10000. candela. Dette er tall som tilsier at skjermen er veldig vanskelig å lese i sollys. Ved å legge et filter for å begrense kontrasten på alle 3 glassflatene og fjerne det meste av lysbrytningen som skjer mellom luft og glass, kan en oppnå en refleksjon på 5:1. Fortsatt er det ikke ideelt, men helt klart en forbedring som gjør skjermen vesentlig bedre i sollys.

Glassene som brukes er ofte mellom 0,7mm og 3mm, avhengig av hvilket miljø skjermene skal brukes i. De rimeligste skjermene (f.eks. Laptop skjermer) benytter gjerne 0,7mm, mens skjermer som kan utsettes for en del tøffere behandling som innefor industri , saltvann eller andre mekaniske påkjenninger, ofte benytter 3mm glass.

Andre fordeler

a)
Skjermene med beskyttelsesglass tåler mer mekanisk påvirkning som f.eks. at skjermene tåler at en mister et glass eller tilsvarende ned på skjermens overflate (om skjermen ligger)

b)
Antirefleksbehandlingen av glasset gjør det mer motsatndsdyktig mot riper (f.eks. om en skal tørke bort saltholdig fuktighet).

c)
Om det benyttes silikon mellom beskyttelsesglass og skjerm oppstår et vanntett sjikt som forhindrer kondens og regn å trekke inn i skjermen fra overflaten. Dermed er det ikke nødvendig med andre tettings tiltak.

Ulemper.

Pris er den mest fremtredende ulempen ved å behandle skjermene på denne måten. Glassene som benyttes er forholdsvis dyre ettersom det produseres forholdsvis små volum.
Monteringen skjer manuelt, noe som er med på å øke kostnadene langt utover den helautomatiske prosessen med å lage vanlige LCD skjermer.

Ulemper med touh screen.

Det er vanskeligere å beholde lesbarheten i sollys om en også ønsker å benytte touch screen. Spesielt vil resistive touch screen dempe lesbarheten. Dette fordi en resistive touch screen har 4 flater som vil kunne reflektere lyset. Om en benytter «bonding» for økt lesbarhet er det nødvendig med spesiallaget touch screen. Touch screen teknologien er i den enkleste utgaven forholdsvis dyr. Med spesial laget glass vil denne teknologien øke prisen ytterligere. Dessuten vil en resistive touch screen begrense lysutslippet fra skjermen med nesten 10%. Det er derfor mest sansynlig at SAW eller IR touch er den mest aktuelle løsningen ved en slik kombinasjon. Det vil bli dyrt.
Å benytte vanlig resistive touch screen på toppen av «bonded glass» vil fjerne det meste av fordelene ved den teknologien vi beskriver på denne siden.

Vær også oppmerksom på at bruk av solbriller kan dempe effekten av teknologiene som øker lesbarheten i sollys. Dette fordi solbrillenes filter til en viss grad demper lyset fra enkelte bølgelengder. Dermed vil farge gjengivelsen fra skjermbildet bli dårligere.
Men også bonding teknologien demper noe av de laveste og høyeste bølgelengdene. Spesielt bølgelengder på ca 400nm (som vi mennesker oppfatter som blått/lilla og som ligger på 400-500 nm) vil bli noe dempet. Disse bølgelengdene dempes imidlertid mindre enn om det ikke var brukt såkalt bonded glass (6% mot 2%).
 

Copyright © Irontech AS 2008

Jørn Jensen

Hjemmesidene til Irontech AS besøkes årlig av nesten 40.000. De 2 siste årene har Irontech vært "leid ut", men vil bli vurdert solgt for "en årslønn". Dette vil kjøper garantert tjene inn første året, og hvis så ikke skjer vil det overskytende betales tilbake.
Også undertegnede som har skrevet denne artikkelen (eier av Irontech AS) og andre tekniske artikler på Irontech sin hjemmeside kan tenke seg å vurdere jobbtilbud med lønnsnivå ned mot statens satser av personlige årsaker.

For begge saker kan jeg kontaktes på jornjen@online.no