Viditelnost LCD displejů na slunci:
Základní podmínkou pro čitelnost LCD na přímém slunci je odrazuschopnost slunečních paprsků. Jestliže je světlo odražené povrchem displeje stejné nebo větší, než je světlo emitované z displeje, není displej čitelný. Dále, abychom mohli něco na displeji přečíst, musí být viditelný rozdíl mezi nejsvětlejším a nejtmavším zobrazovaným bodem displeje (tkz. kontrast, neboli ostrost obrazu). Pokud ale povrch displeje odráží mnoho odpadajícího světla, je kontrast malý a obraz vypadá hrozně.
Kontrast:
Kontrast udávaný v datasheetech běžných LCD displejů bývá obvykle několik set ku jedné (250:1 dobré LED TFT displeje, 400:1 běžné CCFL TFT), maximálně však 1000:1. Tato hodnota se určuje tak, že se displej uzavře do černé komory a určí se, jaké množství světla je vyzářeno bílým bodem (hodnota je rovna intenzitě svitu podsvícení displeje) ku černému (hodnota udává schopnost nepropustnosti světla krystalem). Z výše uvedeného je jasné, že tento kontrast má jen málo, nebo takřka nic společného s čitelností LCD na slunci.
Skutečný kontrast:
Ve skutečnosti se uživatel nekouká na jeden bod displeje v tmavé komoře, ale na celou obrazovku a venku. A proto musí být pro měření ?skutečného kontrastu? použita jiná metoda. Skutečný kontrast je uváděn pod různými označeními jako ?high ambient?, ?extrinsic" nebo "effective" - efektivní kontrast. Tento druh kontrastu, nazývejme ho efektivním kontrastem(ECR), je málokdy uveřejněn, protože záleží na mnoha špatně dodržitelných faktorech. Obvykle se tedy tato hodnota vypočítává pro jednotlivé displeje dosazením jejich schopnosti odrážet světlo a velikosti podsvícení (jas udávaný v ?nits?= cd/m2) do rovnice ECR = 1 + (Jas / Odražené světlo).
Hodnotu odraženého světla získáme vynásobením intenzity dopadajícího světla a procentní odrazivosti displeje. Sluneční světlo má hodnotu 30000 lux až 100000 lux. Pro přenos ?lux? na ?nits? musíme hodnotu vydělit Pi (3,14). Po dopočítání a zaokrouhlení dostaneme hodnotu 10000 nits, kterou dosadíme do vzorce.
Rozsah hodnot vypočtených ECR je v rozmezí 1:1 až 20:1. Co která hodnota znamená, ukazuje následující tabulka:
| ECR | Čitelnost LCD na slunci |
| 1-2:1 | Nečitelné |
| 3-4:1 | Dobře čitelný ve stínu, sotva čitelný na slunci |
| 5-9:1 | Dobře čitelný na slunci, přijatelné |
| 10:1 | Velmi dobře čitelný na slunci |
| 15:1 | Výborně čitelný na slunci |
| 20:1 | Perfektně čitelný na slunci |
*Například ECR běžných novin čtených na slunci je 20:1, typická hodnota LCD notebooku je 2:1 (200nits podsvícení, odraznost 2% => ECR = 1 + (200/10000*0,02) = 2:1).
Vysoká svítivost podsvícení:
Ze vzorce výpočtu ECR je jasné, že jednou z možností jak zvýšit čitelnost displeje na slunci je vyšší jas podsvícení. Displeje s vysokou svítivostí podsvícení, které se používají v průmyslových aplikací, dosahují hodnoty 1000:1. Dosadíme-li do vzorce výpočtu ECR, vyjde nám 6:1, tedy: ?Dobře čitelný na slunci?. Jenže je tu několik problémů:
- Nárůst intenzity podsvícení = proudový nárůst, menší výdrž baterií u přenosných či zálohovaných systémů a nárůst tepelných ztrát a jejich následná kompenzace.
- Tmavost černého pixelu, vysoký jas překonává schopnost krystalu zadržovat světlo a pixel se jeví jako šedý.
- Předpokládá se odrazivost displeje 2%, a pokud tedy použijeme touch screen(dotykovou obrazovku) či ochranný kryt, tak nám tato hodnota klesá.
Odporový touch screen:
Nejrozšířenějším typem touch screenu je odporový, neboť oproti ostatním typům má spoustu výhod. Na následujícím obrázku je typická konstrukce běžného analogového odporového touch screenu.
Obr.1 Odporový touch screen
Pevná skleněná podložka (6) a ohebná plastová membrána (2) jsou pokryty tenkou vodivou vrstvou slitiny oxidu india a cínu (3). Distanční tečky (5) vytvářejí vzduchovou mezírku (4) mezi těmito dvěma vodivými plochami. Proti opotřebení je plastová membrána (2) potažena ochrannou fólií (1).
Funkce:
Síla působící na povrch spojí vodivé vrstvy. Podél okrajů se ve dvou rozměrech (x a y) vytvoří odpor a z něj se vypočítá bod.
Jak je vidět na obrázku 1, má tento druh touch screenu čtyři odrazné plochy S1, S2, S3, S4. Povrchy S1 a S4 odrážejí každý 4 % dopadajícího světla (plast a sklo), zatímco S2 a S3 kolem 5 % (díky tenké vrstvě oxidu). Samotný displej S5, jak již bylo uvedeno, 2 %. Celková odraznost je tedy 20 %. Dosazením do vzorce výpočtu ?ECR? s 500 nit podsvícení získáme:
ECR = 1 + (500 / 10,000 x 0.20) = 1 + (500 / 2,000) = 1.25:1
Z toho je jasné, že displej s odporovým touch screenem je na slunci nečitelný.
Úpravy odporového touch screenu:
Existují dvě možnosti jak upravit odraznost odporových touch screenů.
Potáhnutím povrchů antireflexní vrstvou (AR)
Tyto AR povrchy vyrovnávají indexi lomu jednotlivých materiálů, vzduchu (1.0), skla (1.5), plastu (1.6) a oxidu (2.0) tak, že mají právě ? (nebo její liché násobky) vlnové délky světla, a tím dochází k částečnému vyrušení jednotlivých odrazů. Toto je sice účinné, ale bohužel drahé, protože AR vrstvy jsou obvykle složeny z několika odrazných materiálů, a tak toto ošetření je cenově nevýhodné. Nejlepší odraznost světla, které může být takto dosaženo, je kolem 5% (S1 => S5 = 0.5% + 2.5% + 1% + 0.5% + 0.5%).
Tedy ECR = 1 + (500 / 10,000 x 0.05) = 1 + (500 / 500) = 2:1
Druhou variantou jak ošetřit odraznost u odporového touch screenu je použití kruhového polarizátoru. Viz obr.2.
Pomocí kruhového polarizátoru:
Jak je vidět z obrázku, nepolarizované světlo prochází skrz lineární polarizátor a stává se horizontálně polarizovaným ve směru polarizační osy. Světlo dále pokračuje skrze čtvrtvlnný zpomalovací film (zpomalí světlo na čtvrtinovou vlnovou délku, což změní polarizaci světla) a stává se z něj polarizované světlo s pravou kruhovou rotací. Odražením od reflexního povrchu dojde ke změně orientace polarizovaného světla. Zpětným průchodem čtvrtvlnným zpomalovacím filmem se světlo stává opět lineárně-polarizované, ale s vertikálním smyslem polarizace, které nepronikne lineárním polarizátorem. Pro názornost je zde lineární polarizátor a čtvrtvlnný film oddělen, ale v praxi je to celek.
Na obrázku 3 je použití kruhového polarizátoru v odporovém touch screenu.
Obr. 3 Odporový touch screen s kruhovým polarizátorem
Jak je vidět z obrázku 3, je do odporového touch screenu přidán kruhový polarizátor (3 a 4) a zpomalovací film (10) a namísto plastové vrstvy musí být použita polymerová, neboť plast vykazuje zpoždění světla. Zpomalovací film (10) je zde proto, aby světlo vyzářené z LCD prošlo skrze lineární polarizátor (viz výše). Takto kruhový polarizátor redukuje odrazy z povrchů S2 a S3 na velmi nízkou úroveň (každý přibližně na 0.1 %) a pokud naneseme antireflexní plochu na ostatní vrstvy, můžeme se dostat na odraznost až 1,7 %. (S1 => S5 = 0.5 % + 0.1% + 0.1% + 0.5% + 0.5%)
Tedy: ECR = 1 + (500 / 10,000 x 0.017) = 1 + (500 / 170) = 3,9:1
*Limitujícím faktorem takovéhoto touch screenu je zase cena.
Technologie GD-Itronix: DynaVue
Třetí, nejnovější, možností jak zvýšit čitelnost displeje s touch screenem je technologie DynaVue. Podsvícení displeje s technologií DynaVue je nastaveno, kvůli kontrastu barev, pouze na 500 nits (střed). Dále zde konstruktéři posunuli horní polarizační vrstvu LCD (obr. 3 -11=obr. 4-3) a druhý zpomalující film (obr. 3 - 10=obr. 4-10), což snížilo množství ztraceného světla v touch screenu.
Obr.4 Odporový touch screen s DynaVue
Nová poloha zpomalovacího filmu (10) zajistí, že se téměř veškeré odražené světlo z povrchů S4 až S5 nedostane mimo kruhový polarizátor. Tím pádem se musí ošetřit pouze odražené světlo z vrstvy S1 (AR nátěrem), což samozřejmě zlevní výrobu a takovýto povrch má následně odraznost povrchu 0, 9% (S1 => S5 = 0.5 % + 0.1% + 0.1% + 0.1% + 0.1%)
Tedy: ECR = 1 + (500 / 10,000 x 0.009) = 1 + (500 / 90) = 6,6:1!
* Výroba takovýchto LCD displejů vyžaduje velmi dobrou spolupráci mezi výrobci touch screeenů, LCD displejů a osobních počítačů.
Pro srovnání:
Nejlepším sehnatelným notebookem na trhu pro outdoor použití je DELL ATG s 500 nits, odrazností 0,5 %, (ERC = 1+(500/10000 x 0,005) = 1 + (500/50) = 11:1). Měl by tedy být nesrovnatelně lépe čitelnější na přímém slunci než notebook Itronix VR-2 s DynaVue, ale ukázalo se, že jsou s čitelností na přímém slunci velmi shodné.
Pár poznámek:
- Proč nepoužili anti-glare (AG) vrstvu? Z testů vyplynulo, že tato vrstva sice zvyšuje odraznost, ale snižuje funkcionalitu DynaVue. Neboť obraz byl méně ostrý, kvůli rozptylu podsvícení.
- Životnost touch screenu na LCD? Standardně se udává 100000 promáčknutí jehlou. Jde vlastně o to, kdy popraskají tenké vodivé vrstvy. Toto číslo lze zvětšit použitím tenkého skla (0,1 mm) namísto ohebného plastu.
- Odstranění touch screenu z LCD? Bez zničení téměř nemožné!
Shrnutí:
| Typ ošetření touch screenu | Povrch S1 | Povrch S2 | Povrch S3 | Povrch S4 | Povrch S5 | Celková odraznost |
| Bez ošetření | 4 % | 5 % | 5 % | 4 % | 2 % | 20 % |
| 5x AR vrstva | 0.5 % | 2.5 % | 1.0 % | 0.5 % | 0.5 % | 5 % |
| Kruhový polarizátor | 0.5 % | 0.1 % | 0.1 % | 0.5 % | 0.5 % | 1.7 % |
| DynaVue | 0.5 % | 0.1 % | 0.1 % | 0.1 % | 0.1 % | 0.9 % |
| Produkt | Touch screen | Podsvícení | Odraznost | ECR |
| Běžný notebook | NE | 200 nits | 2 % | 2:1 |
| LCD s vysokým jasem | NE | 1000 nits | 2 % | 6:1 |
| LCD s vysokým jasem s touch screenem bez ošetření | ANO | 1000 nits | 20 % | 1.5:1 |
| Notebook s touch screenem s ošetřením 5AR | ANO | 500 nits | 5 % | 2:1 |
| Notebook s touch screenem s kruhovým polarizátorem | ANO | 500 nits | 1,7 % | 3.9:1 |
| Notebook s touch screenem s DynaVue | ANO | 500 nits | 0.9 % | 6.6:1 |
| Notebook Dell ATG | NE | 500 nits | 0.5 % | 11:1 |
| Notebook Panasonic ToughBook30 | ANO | 1000 nits | 4% | 3.5:1 |
Pár slov na závěr:
Technologie DynaVue je určitě zajímavá a je zajisté dalším krokem ke snadnějšímu ovládání jak průmyslových, tak i osobních počítačů. Při navrhování aplikací s TFT displeji pro venkovní použití jsem odzkoušel několik typů LCD displejů s různým typem podsvícení.
Jedním z nich byl nový TFT displej s ledkovým podsvícením AM-640480GTMQW-00H od firmy AMPIRE CO., LTD. Tento displej má na LED TFT displej výborný kontrast i jas, ale pro venkovní podmínky je nepoužitelný. Zato ho mohu doporučit do prostor budov. Cena cca: 2500 Kč, dodavatel Codico GmbH.
Druhým displejem, o kterém bych se chtěl zmínit, je TFT displej s CFL podsvícením TCG057VG1AC-G00 od firmy Kyocera. Díky vhodnému uspořádání trubice má výborný kontrast a je dobře čitelný i na přímém slunci. Nevýhodou je ovšem nutnost invertoru pro napájení podsvícení (5W => 5V, 1A!). Cena cca 5500 Kč, dodavatel Elatec.
Samozřejmě existuje spousta výrobců, kteří vyrábějí displeje pro průmysl (např. I-SFT, NEC), které jsou čitelné na přímém slunci, ale jejich cena je pro malé série zatím příliš vysoká.
