7 апреля 2018

Отражения, блики и бабочки

По материалам androidauthority.com

Одна из самых серьезных проблем, с которыми сталкиваются разработчики дисплеев, особенно в мобильных устройствах – отражения и блики на поверхности. Нам всем нравятся красивые гладкие экраны. Эта сияющая поверхность позволяет нам получать четкое, ясное изображение. Но она же в определенных условиях работает как зеркало. И никому не нравится, когда на экране, особенно на темных участках, вместо изображения вы видите себя. А еще хуже, когда вы видите отражения ярких предметов и это делает экран совершенно нечитаемым.

Разработчики дисплеев пытались бороться с бликами и отражениями еще на заре появления электронно-лучевых трубок – с переменным успехом. Самое простое и дешевое решение, к сожалению, и наименее эффективное: можно сделать поверхность стекла (или чего-то другого) шершавой, придав ему матовость. Это было достаточно распространенным решением в мониторах с электронно-лучевыми трубками в 70-е и 80-е, но не получило дальнейшего применения по вполне понятной причине. Более шершавая поверхность делает отражения менее различимыми (вместо зеркального эффекта у вас остаются мутноватые очертания), но отражает столько же света.

Кроме того, ради этой сомнительной пользы вы получаете и добавочный эффект: изображения на экране выглядят мутно и не в фокусе. В 90-е вошли в моду ЭЛТ экраны с очень гладкой поверхностью (их еще называли «зеркальными экранами»), и мы мирились с зеркальным эффектом ради резкости изображения.

Достаточно странным выглядит тот факт, что когда ЭЛТ в мониторах компьютеров стали вытесняться LCD экранами, у тех была матовая поверхность, как в старых ЭЛТ, и это преподносилось как одно из преимуществ! И вновь людям быстро надоело приносить в жертву четкость изображения ради превращения бликов в муть вместо реального уменьшения этого эффекта.

Сегодня, в особенности в мобильных устройствах, гладкая поверхность экрана считается нормой. Но для тех, кому нужна матовая поверхность, широко распространены «антибликовые» матовые защитные пленки на экран. Реально они могут только рассеивать отражение, но не уменьшать количество отражаемого света. Что, вообще-то, неудивительно.

Матовая пленка на экран. Такие просто рассеивают отражение, а не борются с ним

Однако есть и третье решение, и оно появилось не вчера. Существуют настоящие антибликовые поверхности, которые уменьшают количество света, отражающегося от поверхности стекла. Для того, чтобы понять, как они работают, давайте сперва посмотрим, как вообще получается эффект отражения.

Стекло – это, разумеется, прозрачное вещество. Свет проходит прямо сквозь него, как если бы его вообще не было. Те, кто когда-то пытался пройти сквозь закрытую стеклянную дверь, это гарантируют. В то время как непрозрачные поверхности отражают свет, сквозь прозрачные он проходит, но не весь. Если вы посветите на тщательно отполированную стеклянную поверхность, около 96% света пройдет сквозь стекло и 4% будет отражено.

Кстати, есть здесь и элемент мистики. Если мы посмотрим на ситуацию с позиций квантовой механики, свет и другие электромагнитные волны – это поток частиц, которые мы называем фотонами. Все фотоны должны быть одинаковы. Но если это так, как 96 фотонов из каждых 100 «знают», что должны пройти сквозь поверхность, в то время как остальные 4 «знают», что должны быть отражены? Удовлетворительного ответа пока нет.

Но оставим эту проблему физикам-теоретикам. Если мы добавим вторую отражающую поверхность, поместив ее под первую, произойдет нечто интересное. Имея вышеупомянутые 4% отраженного света и 96% прошедшего насквозь, мы можем ожидать повторения ситуации и со второй поверхностью, в итоге немногим меньше 8% света будет отражено (исходные 4% плюс еще 4% от тех 96%, что прошли через первое стекло). Но когда мы в реальности используем такую «связку», происходит нечто странное: свет, который отражается, возвращаясь к зрителю, составляет от нуля до 16%. И выходит, что общее количество отраженного света зависит от толщины слоя между первой и второй поверхностью.

Очень-очень тоненькая поверхность дает общее отражение, равное нулю, и чем больше толщина, тем больше это значение стремится к пределу в 16%, а затем снова падает до 0. Цикл повторяется вновь и вновь по мере изменения толщины. Если заглянуть глубже, возможно, цикл связан с длиной световой волны. И хотя бы эта часть явления достаточно легко объясняется, если мы говорим о волновой природе света. Не объясняя в первую очередь, почему отражается определенный процент света, мы, по крайней мере, можем сказать, что отражение, которое возникает на четверти длины волны «ниже» первой поверхности, должно полностью ликвидировать отраженный свет. Это происходит потому, что общая длина пути от первой поверхности до второй и обратно – это половина длины волны. Так что отражение от второй поверхности расходится на 180 градусов с отражением от первой и ликвидирует его.

Четвертьволновые антиотражающие поверхности ликвидируют отражения за счет деструктивной интерференции

В результате чего мы получаем один из самых эффективных способов борьбы с отражением для дисплеев на настоящий момент – четвертьволновое антиотражающее покрытие. Тонкий слой материала, выбранного по индексу рефракции и прочности, наносится (обычно при помощи вакуумного осаждения) на поверхность стекла. Это контролируемый процесс, так что толщина слоя делается такой, чтобы это была четверть длины волны в данной среде. Так достигается вышеописанный эффект.

Стекло, полученное таким образом, дает процент отражения в 1% или меньше – не сравнить со стеклом, которое не подвергалось обработке.

Конечно, недостатки есть и у него. Помимо стоимости такой обработки, покрытие может иметь толщину в четверть волны только для волны определенной длины, а это вызывает определенные цветовые эффекты. Толщина обычно определяется как четверть длины волны, составляющей среднее значение для видимого диапазона, что для видимого спектра соответствует зеленому. А значит, в зеленых областях эффект будет наибольшим, а в красных и синих меньшим. А оставшееся отражение приобретает фиолетовые оттенки. Также на экранах, покрытых таким стеклом, сильнее видны отпечатки пальцев, потому что жир уменьшает антиотражающий эффект.

Недавно на рынок стал проникать и новый способ борьбы с отражением. В начале материала упоминались бабочки, и теперь они нам понадобятся. Известно, что глаз ночной бабочки отражает очень мало света: это эволюционный механизм защиты от хищников в их жизни, проходящей преимущественно в темноте. Когда ученые заинтересовались, как это возможно, оказалось, что глаза этих насекомых покрыты миллионами микроскопических выростов. Свет, попадающий на такую поверхность, не отражается, а большей частью «углубляется» между этими выростами, где оказывается поглощен.

Кремниевая имитация структуры глаза ночной бабочки

Сегодня уже найден способ воспроизвести такую структуру на стеклянной поверхности. И если будут найдены подходящие методы для производства, а такая поверхность будет достаточно прочной, чтобы выдерживать тяготы повседневного использования устройства, благодаря этой технологии мы можем получить экраны, которые фактически не отражают свет и дают четкие, ясные изображения с очень высокой контрастностью. Возможно, такая поверхность окажется даже пригодной для гнущихся экранов. Но все это – дело будущего, пока что этот «эффект бабочки» далек от коммерческого воплощения. Но когда мы наконец получим возможность наслаждаться небликующими экранами с непревзойденной четкостью изображения, вспомните про ночных бабочек и скажите им спасибо.

Читайте также

  • A.N.

    «Удовлетворительного ответа пока нет»
    Думается, что не все фотоны попадают в дырочки кристаллической решетки, 4% ударяются в атомы и отскакивают. =)

  • Andrés

    Статья интересная. Но всё-таки вы выдаёте свое мнение за мнение большинства: «людям быстро надоело приносить в жертву четкость изображения ради превращения бликов в муть вместо реального уменьшения этого эффекта. Сегодня, в особенности в мобильных устройствах, гладкая поверхность экрана считается нормой».

    Как раз нормой (среди людей, много работающих с информацией, и ценящих своё зрение) являются матовые экраны, которые не бликуют.

    Другое
    дело, что многие производители навязывают глянцевые экраны, потому что
    они кажутся более чёткими и такие ноутбуки легче продаются. Но зато
    потом пользователь будет мучиться от бликов под лампами дневного света и
    — в особенности — на улице в яркий солнечный день.

    А отсутствие
    чёткости у матовых экранов совершенно преувеличено. Всё нормально
    видно, особенно если учесть что в интерфейсах чаще используются шрифты
    без засечек.

  • A.N.

    А как насчет поляризованных пленок? Пробовали?

  • Король Монако

    Взял и безбожно разбил красивую историю о железобетонный аргумент)

  • Seth777ru

    У Самсунгов самый низкий коэффициент отражения среди мобильных дисплеев. И бликуют они гораздо меньше, чем отполированные стальные рамки Основного Конкурента.

  • Seth777ru

    Там уже есть поляризация. Если смотреть сквозь очки и повернуть экран на 45 градусов, он чернеет

  • Бог Прошутто

    Туды их в РЕН-ТВ такие истории 🙂

  • A.N.

    Причем эти 4% — это скорее всего атомы инородных вкраплений, а не кремния. Они нарушают решетку и фотон не может их объехать на дифракции)))

  • Чубака Иванович

    У Corning тоже была интересная идея (Новое нанопокрытие позволит избавиться от бликов на экране смартфонов — погуглите)

    Но пока глухо, никто такие стёкла не использует

  • Azazello

    Производители часов как-то эту проблему решают. Есть много моделей часов, у которых сапфировое защитное стекло с двухсторонним антибликовым покрытием выглядит совершенно прозрачным и не бликует. Значит технологии есть, но они видимо коммерчески невыгодны для производителей смартфонов, поскольку увеличивают себестоимость.

  • Azazello

    Нобелевскую премию Александру Носкову! ))

  • Lecron

    Хотелось бы увидеть поверхность матового экрана с увеличением аналогичным глазу бабочки. Кажется, что не все так просто с матовостью. Сейчас сижу за таким монитором и даже после прочтения статьи, никаких нерезкостей не вижу.

  • ArtemV

    Может быть как раз это второй способ? С нанесением сверхтонкого слоя

  • A.N.

    Шнобелевскую)))

  • Azazello

    Теория конечно интересная, но есть одна проблема )) В стекле нет кристаллических решеток. Стекло — это аморфное вещество, которое имеет полимерную структуру и обладает одновременно свойствами твердого тела и сверхвязкой жидкости.

  • BanyGirlNebritus

    «Как раз нормой (среди людей, много работающих с информацией, и ценящих своё зрение) являются матовые экраны, которые не бликуют.»
    вы выдаёте свое мнение за мнение большинства )))))

  • A.N.

    А я вот уже ниже написал, что 4% — это вкрапления ))

  • BanyGirlNebritus

    Ну таки можно и шнобелевскую, но оно вам надо?))))

  • Azazello

    Отмазка принимается )) Теперь можно направлять заявку в Нобелевский комитет 🙂

  • Anton Petrusevich

    просветляющее покрытие мне было известно ещё со времён школьных уроков физики 30 лет назад. матовость, которая рассеивает свет и не даёт бликов — эффективно уменьшает необходимый динамический диапазон для восприятия глазом. т.е. нет бликов — не приходится щуриться, лучше видно. глаз бабочки — это регистрирующий прибор, а экран наоборот, он излучающий, не очевидно, что одна технология хорошо подходит к другой.

  • anonymousses_v5

    У профессиональных мониторов зеркальные экраны? 😉

  • anonymousses_v5

    «Более шершавая поверхность делает отражения менее различимыми (вместо зеркального эффекта у вас остаются мутноватые очертания), но отражает столько же света.»

    Ну то есть все же отражает не столько же на точку зрения? 😉

  • Олег Скалевич

    Почему? Кристаллическая решетка, просто нерегулярная.

  • Azazello

    Да, я некорректно выразился.

  • BanyGirlNebritus

    ага… у тех кто работает с фото, да… глянец, по крайней мере у многих (и козырьки специальные)…

  • BanyGirlNebritus
  • Костямба

    думаете те кто покупает телефон за 60к (из них отдавая 50 за шильдик) не переплатит пару-тройку тысяч за такую технологию? =)))

  • Azazello

    Многие не захотят переплачивать. А небольшая часть, которая захочет переплатить, не компенсируют производителю убытки от непроданых устройств.

  • Костямба

    Вы это серьезно?
    Да тот кто гонится за новинками флагманов и переплачивает за название в нексколько раз — с радостью гарантированно отвалит на червонец больше за новую фичу =)))

  • Azazello

    Я серьёзно )) Даже те, кто гонятся за новинками, не хотят переплачивать. Да, есть такие, кто готов переплатить, но они не компенсируют убытки компании за тех, кто не готов и откажется от покупки. Другое дело, что можно выпустить лимитированную партию таких устройств по завышенной цене, рекламируя их преимущество. Покупатели на такой товар найдутся, не спорю, но их будет не много. Еще одна проблема заключается в том, что на такой экран не наклеиш защитную пленку или стекло, иначе преимущество экрана теряется.

  • Костямба

    Если бы они не хотели переплачивать, то купили бы тот же Хиаоми за десятку, а не самсунг за полтинник =))))))))

  • Костямба

    ИМХО

  • Azazello

    Те, кто покупает Самсунг за полтинник, в сторону Сяоми (тем более «за десятку») вряд ли посмотрят )) А то, что цена влияет на количество продаж — факт. Невысокий спрос на iPhone X (в сравнении с прошлыми iPhone) из-за высокого ценника, тому доказательство. Премиум смартфоны можно успешно продавать по завышенным ценникам, но их нужно выделять в отдельную премиальную линейку, чтобы покупатели таких смартфонов могли такой покупкой подчеркнуть свой «статус». Например премиальная линейка «Porsche Design» от Huawei успешно продается, несмотря на явно завышенный ценник. Я с вами согласен, что покупатель на любой товар найдется, вопрос только в количестве таких потенциальных покупателей.

  • Алексей Иванович

    Эффект бабочки

  • Azazello

    Да, первая часть ничего так. А вторая уже послабее.

  • anonymousses_v5

    Что?!?!?! Ну найдите тут глянец, например. Ссылка это чтобы список не копировать. По запросу «профессиональный монитор», на первой странице поиска первая адекватная с нормальной длины сводным списком.

    ichip(.)ru/17-luchshikh-monitorov-2016-goda-dlya-grafiki-i-dizajjna.html

  • anonymousses_v5

    Возьмите современный телефон с высокой плотностью пикселей и посмотрите на его экран под глянцевым защитным стеклом и под матовым. Реально, кристаллический эффект есть. Только рассматривать его надо в упор, лучше в лупу ;). Так что (!) для мониторов на типичном расстоянии и любом типичном разрешении (на малом не видно, на высоком избыточном не играет роли) это все незаметно в принципе. А видящие — испытывают эффект сродни выжиганию глаз жк-мониторами, меньше знаешь — крепче спишь, полностью относится к некрепким умам. Самые реально глазастые могут испытывать эффект поддерживающих нитей в тринитронах, но это тупо сродни упоротым в худшем смысле аудиофилам, слушающим не музыку, а аппаратуру.

  • anonymousses_v5

    Вы нас решили блендой удивить? Когда найдёте глянцевый ЖК-монитор (и не моноблок, особенно от упоротой компании, а профессиональное решение по отдельным элементам) — пришлите фото 😉

  • Семен Киселев

    она под стеклом, а предлагается поверх него. но это надо формулы коэффициента отражения от угла смотреть/вспоминать/выводить — просто из жизненного опыта предполагаю, что большинство проблем с бликами на телефонах при не слишком больших углах падения, т.е. поляризатор не особо поможет. А вот настроить просветление не на почти перпендикулярное падение лучей, как у объектива, а, допустим, на 30 градусов — может, и стоит.

  • Денис Кузнецов

    «И если будут найдены подходящие методы для производства»

    надо просто создать ферму бабочек, вырезАть им глаза и обклеивать ими экраны!!

  • Doc Mezensev

    Как раз можно занять все не работающее население Земли)

  • Doc Mezensev

    С лупой то любой дурак сможет разглядеть…вот без лупы.

  • Doc Mezensev

    А если взять чистое лабораторное стекло, то почему опять 4% отражаются?

  • BanyGirlNebritus

    мдя… « Был неправ, вспылил. Но теперь считаю своё предложение безобразной ошибкой, раскаиваюсь, прошу дать возможность загладить, искупить. Всё, ушел. » ))

  • anonymousses_v5

    О том и речь. Эффект, несомненно, существует. Но его реальное значение на обсуждаемых размерах экрана и разрешениях этих экранов — ну примерно сразу после влияния цвета рамки монитора и формы кнопок, недалёко перед напряжением сети идёт 😉

  • anonymousses_v5

    Извините тоже, вопрос, конечно, был циничной подколкой — ну нету глянца в любых мониторах с не абсолютно плоской передней панелью ж ;), так что кроме немногих моноблоков и ноутбуков — физически недоступно и там никто это не делает…

  • A.N.

    Не уверен что чистое лабораторное стекло существует в природе. Но если так, то значит таки об атомы кремния стукаются))