Wir schreiben das Jahr 2003 und mittlerweile hat so gut wie jeder Bundesbürger Deutschlands schon mal vor einem Computer gesessen, oder sich zumindest mit einem solchen näher auseinander gesetzt. Eine der größten Innovationen der letzten Jahre in diesem Bereich sind mit Sicherheit die TFT-Monitore, welche sich mittlerweile großer Verbreitung erfreuen und täglich neue Fans gewinnen. Dennoch gibt es immer noch einige Menschen dort draußen, die sich gegen die Vorteile der LC-Display Technologie wehren und ihre guten, alten und ebenso klobigen Röhren-Monitore vorziehen. Unserer Meinung nach zu Unrecht, denn in unserem nun folgenden Artikel wollen wir einmal genauer auf die Technik hinter diesen visuellen Wunderkisten eingehen.
Auch wenn TFT-Monitore mittlerweile schon sehr gut im Markt Fuß fassen konnten, kennen die wenigsten Leute und Käufer die Technik, die hinter diesen zukunftsträchtigen Monitoren steckt. Im nachfolgenden Teil unseres Reviews wollen wir nun einmal genauer auf einige markante Begriffe eingehen und hoffen, so etwas Licht ins Dunkel bringen zu können. Natürlich präsentieren wir euch unser kleines Technik-Lexikon in alphabetischer Reihenfolge, um eine bessere Übersicht zu gewährleisten.
Diese Technik ist auch unter dem Begriff "Auto-Display-Synchronisation" bekannt und trägt einen wesentlichen Teil zur großen Benutzerfreundlichkeit moderner TFT-Monitore bei. Durch einen einfachen Tastendruck können so Bildlage, Frequenz (verhindert vertikale Streifen) und Phase (kein Krisseln des Bildes) automatisch an das Eingangssignal angepasst werden. Gesteuert wird diese Justierung von einem kleinen Mikroprozessor. Monitore mit einem digitalen Eingangssignal (DVI-Anschluss [1]) verfügen nicht über eine solche Funktion, da diese schlichtweg nicht nötig ist. Das digitale Signal gewährleistet hier von vorne herein korrekte Bildwiedergabe.
Mit dem Betrachtungswinkel gibt man den Bereich eines Sichtfeldes an, indem sowohl Helligkeit als auch Kontrast des Monitors stabil bleiben. Der maximale Blickwinkel ist erreicht, wenn die Ausgangsleistung um ein Zehntel nachlässt - als Grundstellung gilt dabei immer die senkrechte Betrachtung des TFT-Monitors. Moderne TFT-Display sind durchaus in der Lage einen maximalen Betrachtungswinkel von 170° vertikal und horizontal zu erreichen.
Die Bildwiederholfrequenz wird in Hertz (Hz) gemessen und gibt an wie oft in der Sekunde ein Bild aktualisiert wird. Moderne Displays haben oftmals eine Bildwiederholfrequenz von 60-75Hz, wobei durch die statische Aufladung der einzelnen Bildzellen auch bei niedrigen Frequenzen kein Flimmern auftreten kann. Hier hat der TFT-Monitor gegenüber dem konventionellen Röhren-Monitor klare Vorteile.
Im wesentlichen unterscheidet man LC-Displays in verschiedenen Klassen, die je nach vorgesehenem Einsatzgebiet spezifiziert werden. Hier wird in erster Linie die Blickwinkelabhängigkeit hinzugezogen, die dann durch die ISO-Norm 13406-2 näher eingestuft wird. Je nach möglichem Einsatzgebiet bekommen die Displays dann ihre "Tauglichkeitsstufe" von I bis IV. Klasse IV stellt dabei das Display für den Einsatz vor nur einer Person mit vertikalem Blickwinkel dar, während Stufe I für die Betrachtung durch mehrere Personen aus mehreren Blickwinkeln vorgesehen ist.
Zum gegenwärtigen Zeitpunkt werden in aktuellen LC-Displays drei verschiedene Technologien genutzt um den Blickwinkel auf den Monitor zu verbessern. Diese heißen zum einen TN + Film, zum zweiten IPS und zum dritten MVA. Genauer auf die einzelnen Bedeutungen dieser Abkürzungen gehen wir später ein. Zunächst einmal ein kleiner Überblick über die Leistungsfähigkeit der jeweiligen Technologie. Zum besseren technischen Verständnis empfehlen wir euch, zuerst den Abschnitt über LC-Displays [2] zu studieren, da das Folgende sonst schnell zu Verwirrung führen könnte.
TN + Film | IPS | MVA | |
Blickwinkel | gut | sehr gut | sehr gut |
Kontrast | gut | gut | sehr gut |
Reaktionszeit | sehr gut | sehr gut | gut |
Energieverbauch | sehr gut | durchschnittlich | gut |
Im Folgenden wollen wir nun einmal genauer auf die einzelnen Techniken eingehen.
TN + Film steht ausgeschrieben für "Normale (gedrehte, nematische) TFT + Verzögerungsfilm (+ Multi-Domain)" und stellt die am meisten verbreitete Technologie zur Verbesserung des Blickwinkels dar. Sie überzeugt vor allem durch ihre gute Allround-Performance (siehe Tabelle), vor allem aber durch die sehr gute Reaktionszeit gepaart mit niedrigem Energieverbauch.
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| Quelle: Eizo.de [3] |
Insofern keine Spannung angelegt wird, drehen sich die Flüssigkeitskristalle horizontal, da sich ein unteres LC-Molekül auf die darunter liegende Kopplungsschicht und ein oberes Flüssigkeitsmolekül sich auf die um 90° versetzte, obere Kopplungsschicht ausrichtet (dargestellt im linken Bildabschnitt). Durch diese Stellung der Moleküle wird das eintreffende polarisierte Licht um 90° gedreht und durchläuft so den oberen Polarisator, wodurch der Pixel erleuchtet wird. So entsteht ein weißes Bild auf dem Bildschirm.
Legt man aber eine Spannung an, richten sich die Flüssigkeitskristalle (LC-Moleküle) vertikal aus (rechter Bildabschnitt), wobei das polarisierte Licht nicht mit gedreht wird und so durch den oberen Polarisator blockiert wird. Dies führt zu einem schwarzen Bildschirm.
Da sich die LC-Moleküle innerhalb der Kopplungsschicht aber nie richtig ausrichten und so immer einen Fehlwinkel erzeugen, brechen sie eintreffendes Licht diffus und verringern somit den Kontrast. Der Verzögerungsfilm der TN + Film Technologie greift nun an dieser Stelle ein und kompensiert die diffuse Brechung des Lichtes und verbessert somit wieder den Kontrast und ebenfalls den maximal zu nutzenden Blickwinkel.
IPS steht ausgeschrieben für "In Plane Switching" und stellt eine weitere Technologie zur Verbesserung des Kontrastes und Blickwinkels dar.
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| Quelle: Eizo.de [2] |
Legt man - wie im rechten Bildabschnitt zu sehen - eine Spannung an die Elektroden an, sind die LC-Moleküle horizontal ausgerichtet und lassen somit kein Licht hindurch. Es entsteht wiederum ein schwarzer Bildschirm. Legt man aber keine Spannung an die Elektroden an, werden die Moleküle um bis zu 90° gedreht und das Licht kann ungehindert den oberen und unteren Polarisator durchlaufen - es entsteht ein weißer Bildschirm.
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| Quelle: Eizo.de [2] |
Da die beiden verbauten Elektroden wie zwei Kämme aufgebaut sind, wird leider die Lichtübertragung stark reduziert. Um dieses Problem zu umgehen, muss man eine stärkere Lichtquelle verbauen. So erklärt sich auch der durchschnittlich höhere Stromverbrauch von IPS-Monitoren, wie wir ihn in unserer Vergleichstabelle bereits beschrieben haben.
Die MVA-Technologie bedeutet ausgeschrieben "VA (vertikale Ausrichtung) + Multi-Domain" und stellt die dritte und letzte Technik zur Verbesserung des Kontrastes und des Blickwinkels modernen TFT-Monitore dar.
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| Quelle: Eizo.de [2] |
Ist keine Spannung angelegt, richten sich die Flüssigkeitsmoleküle, wie im linken Bildteil skizziert, vertikal aus. Hierdurch wird das Bild schwarz und behält seinen sehr hohen Kontrast. Legt man nun aber eine Spannung an, drehen sich die Moleküle allesamt horizontal in die gleiche Richtung, wobei Licht durchgelassen wird und so das Bild weiß erscheint. Durch eine spezifische Eigenschaft von LC-Molekülen ist der Schaltvorgang zwischen Weiß und Schwarz kürzer als der zwischen einzelnen Farben. Will man nun einen Zwischenbereich darstellen - also eine andere Farbe - so muss man eine jeweilig spezifische Spannung anlegen, um so den Ausrichtungswinkel der Moleküle steuern zu können. Dies wird im rechten Teil des Bildes dargestellt.
Will man die MVA-Technologie für seinen TFT-Monitor nutzen ist die so genannte Multi-Domain-Technik unvermeidbar, um eine ausreichende Grauabstufung erreichen zu können. Bei dieser Technik wird eine Zelle in zwei bis drei Domains (Ebenen) eingeteilt und steuert so die jeweilige Kipprichtung der Flüssigkeitsmoleküle. Um diesen Effekt zu erzielen, werden an der oberen und an der unteren Oberfläche des verwendeten Substrates Vorsprünge gebildet, die die LC-Moleküle in eine einheitliche Richtung kippen. Legt man also eine Spannung an, wird so sichergestellt, dass sich alle Moleküle in die gleiche Richtung bewegen. Um einen einheitlichen Kontrast für alle Blickwinkel zu erreichen, wird dieser für jene Winkel über den ganzen Bildschirm gemittelt.
DVI steht für "Digital Video Interface" und ist die neueste Technik um Daten zwischen der Grafikkarte und dem Monitor zu vermitteln. Man unterscheidet hier zwischen DVI-I, DVI-D und DVI-A. DVI-I überträgt analoge und digtale Signale über einen Bus und kann ebenfalls mittels eines Adapters an jeden handelsüblichen VGA-Ausgang einer Grafikkarte angeschlossen werden. DVI-D hingegen überträgt nur digitale Signale, während DVI-A nur analoge Signale weiterleitet. Alle drei Varianten unterscheiden sich in ihrer Anschlussart wie folgt:
Die Helligkeit ist ein wesentliches Qualitätsmerkmal moderner TFT-Monitore. Angegeben wird dieser Wert in der Einheit "Candela pro m²" und ist messbar. Durch ihn wird der prozentuale Unterschied der maximalen und minimalen Helligkeit bei der Betrachtung eines weißen Bildes angegeben.
Die in den TFT-Monitoren verbaute Hintergrundbeleuchtung erzeugt ein reines, weißes Licht, welches mittels einem lichtleitenden Kunststoff auf die volle Größe des Displays verteilt wird. Ist das Licht dort angelangt, muss es die einzelnen LCD-Zellen durchlaufen, welche je nach Ansteuerung einmal mehr oder einmal weniger Licht durchlassen. Des weiteren wird noch ein zusätzlicher Farbfilter durchlaufen, der zwei Farben herausfiltert und nur noch eine Grundfarbe (Rot, Blau oder Grün) hindurchlässt.
Bei jeder einzelnen LCD-Zelle wird die Stärke des Lichtdurchlasses automatisch so lange beibehalten, bis von der Elektronik ein neues Signal eintrifft. So ist es TFT-Monitoren möglich, auch bei sehr niedrigen Frequenzbereichen von zum Beispiel 60Hz ein absolut flimmerfreies Bild darzustellen.
Interpolation ist in erster Linie ein mathematischer Fachausdruck für die Berechnung eines neuen Wertes zwischen zwei bereits vorhandenen Werten. Will ein TFT-Monitor eine Auflösung außerhalb seiner Nativen darstellen, so muss er auf die Interpolation zurückgreifen und das Bild neu berechnen. Entsprach in der nativen Auflösung ein Punkt auf dem Bild noch einem Pixel, so wird er durch die Interpolation vervielfacht, d.h. aus einem werden z.B. vier. Auf den folgenden Bildern ist dies gut zu erkennen. Links befindet sich das Bild des TFT-Monitors in der nativen Auflösung, rechts daneben das Bild nach der Interpolation. Vor allem beim Punkt des Buchstaben "i" fällt die Interpolation besonders auf. Aus ehemals einem Pixel sind nun vier geworden. Vor allem aber stellt der TFT nun weitaus mehr Grauzonen dar, was das Bild verschwommen und unscharf wirken lässt.
Ebenfalls gibt es verschiedene Arten der Interpolation. Bei manchen Monitoren kann man die im OSD einstellen. So stellen manche interpolierte Bilder im Vollbild dar, manche verkleinern das Bild auf die originale Größe. So wird zum Beispiel auf einem TFT mit einer nativen Auflösung von 1280x1024 Pixeln ein Bild in der Größe von 800x600 Pixel dargestellt. Weitaus verbreiteter ist jedoch die Vollbildwiedergabe, die jedoch zu Problemen bei der Darstellung führen kann. Im Allgemein leiden vor allem Texte unter der Interpolation, durch ein nicht übereinstimmendes Seitenverhältnis kann es aber auch bei der Darstellung von Objekten zu Verfälschungen kommen. Kreise erscheinen plötzlich oval, oder aus einem Quadrat wird ein Quader.
Mit der Norm 13406-2 zollt die Internationale Standard Organisation der rapide ansteigenden Nachfrage nach TFT-Monitor Tribut und veröffentlichte so erstmals eine Norm, die spezifisch auf LC-Display ausgelegt ist und deren Eigenarten hervorhebt. Bisher gab es solche Normen nur für Röhren-Monitore, die sich jedoch in einigen Bereichen sehr stark von den Flachbildschirmen unterscheiden. Im Wesentlichen unterscheidet die ISO 13406-2 nach folgenden Kriterien:
Auf Basis dieser Werte werden dann die Displays in verschiedene Klassen eingeteilt, die wiederum für verschiedene Arbeitsumfelder tauglich sind.
Die LCD-Technologie ist die heutzutage am weitesten Verbreitete und findet mittlerweile Einsatz in so gut wie jeder Lebenslage. Mit ihr werden so unter anderem Notebook- und PC-Monitore, oder aber auch Fernseher und andere Displays realisiert.
Diese Technik wird durch übereinander gelagerte Flüssigkeitskristalle realisiert, die jeweils in einer Zelle (also einem Pixel) angeordnet sind und von dort aus von einem Transistor angesteuert werden. Die Hintergrundbeleuchtung wird in vielen Fällen mit einer Leuchtstoffröhre realisiert, die entweder hinter, neben oder über dem Display verbaut werden kann. Das Licht wird dann letztendlich von dieser durch eine lichtleitende Plastikschicht auf der vollen Größe des Sichtfeldes verteilt, um eine optimale Helligkeit des Monitors zu gewährleisten.
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| Quelle: Eizo.de [2] |
Vor der Hintergrundbeleuchtung befindet sich ein so genannter Polarisationsfilter, der nur gerichtetes und kein diffuses Licht hindurchlässt. Vor diesem Filter ist wiederum eine Lage aus Flüssigkeitskristallen, die zusammen mit einem weiteren Filter auf das gerichtete Licht wie eine Blende wirken. Durch diese Technik wird es möglich, dass Licht entlang der Flüssigkeitskristalle weitergeleitet werden kann. Im Fall von Bild 1 kann das polarisierte Licht also problemlos durch die einzelnen Schichten hindurchgelangen, da eine Spannung angelegt wurde.
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| Quelle: Eizo.de [2] |
Bild 2 stellt die gleiche Situation dar, jedoch wenn keine Spannung angelegt wurde. Dann drehen sich die einzelnen Kristalle um 90° und mit ihnen auch das polarisierte Licht. Durch diesen einfachen Mechanismus kann man also steuern, ob Licht durch die einzelnen Pixel hindurchkommen soll oder nicht. Schnelle Bildwechsel, große Farbspektren und hoher Kontrast werden so ebenfalls ermöglicht, da jedes einzelne Pixel von einem eigenen Transistor angesprochen wird, der wiederum von einer zentralen Elektronik aus gesteuert wird.
Die Pivotfunktion ermöglicht es dem Anwender, seinen TFT-Monitor um 90° zu drehen. Durch diese Technik werden Portraitbetrachtungen möglich und auch die Betrachtung von Dokumenten wird einfacher gestaltet, da lästiges Scrollen verringert wird. Mittlerweile haben alle großen Grafikkartenhersteller in ihre Treiber eine solche Funktion eingebaut, jedoch fügen auch noch viele Hersteller ihren TFT-Monitoren zu dieser Funktion passende Software bei.
Bei Pixelfehlern handelt es sich um ein auf TFT-Monitore beschränktes Phänomen. So besteht zum Beispiel ein 15"-Monitor mit einer nativen Auflösung von 1024x768 Pixeln über rund 2,4 Millionen einzelner Zellen, die alle jeweils von einem eigenen Transistor angesprochen werden. Es ist nahezu unmöglich, dass bei dieser riesigen Anzahl an Bauteilen alles reibungslos abläuft und sich nirgendwo ein Fehler einschleicht. Passiert dies doch, spricht man von einem Pixelfehler. Wenn man einmal an einen solchen gelangt ist, muss man damit rechnen, dass jener Pixel entweder dauerhaft schwarz bleibt, oder aber dauerhaft leuchtet, also immerzu Weiß abstrahlt. Mit der seit Anfang des Jahres neuen ISO 13406-2 Norm wird hier für Transparenz gesorgt und dem Kunden ein klar definierter und somit vergleichbarer Garantieanspruch ermöglicht. So ist es Dank dieser Norm möglich, dass die Hersteller ihren Monitor in eine Pixelfehlerklasse einordnen und sich somit zu bestimmten Garantieansprüchen verpflichten. Hier eine Auflistung aller Pixelfehlerklassen nach der ISO 13406-2 Norm:
| Pixelfehlerklasse | Fehlertyp 1 - ständig leuchtender Pixel | Fehlertyp 2 - ständig schwarzer Pixel | Fehlertyp 3 - defekter Sub-Pixel, entweder ständig leuchtend (rot, grün, blau) oder ständig schwarz |
I | 0 | 0 | 0 |
II | 2 | 2 | 5 |
III | 5 | 15 | 50 |
IV | 50 | 150 | 500 |
Mittlerweile ordnen viele Hersteller ihre Monitore in eben eine solche Pixelfehlerklasse ein und gewährleisten somit volle Garantieleistungen bei der klassenspezifischen Anzahl an "toten" Pixeln.
Mit der Reaktionszeit (Englisch: Response Time) bezeichnet man im Allgemeinen die Zeit, die ein LCD-Molekül braucht, um wieder eine neue Operation ausführen zu können. Hier gilt je kleiner, desto besser, denn moderne TFT-Monitore sollten eine Reaktionszeit von 16-25ms besitzen. Das menschliche Auge empfindet jedoch auch schon Schaltzeiten unter 40ms als angenehm. Manche Hersteller geben die Reaktionszeit oftmals zweigeteilt in Rise- und Fall-Werten an, die man zum besseren Vergleich mit anderen Modellen jedoch zusammenrechnen muss.
Diese Eigenschaft nennt man auch Response-Verlauf und gehört mit zu den Wichtigsten eines TFT-Monitors. Ein idealer Wert wäre dabei ein absolut linearer Reaktionsverlauf. Dies gibt es leider bei heutigen LC-Displays noch nicht und so müssen wir bis jetzt mit nicht linearen Verläufen zurechtkommen. Diese Eigenschafft tritt auf, da die Panels für den Wechsel zwischen zwei Farben wesentlich länger brauchen, als zum Beispiel für den Wechsel zwischen Schwarz und Weiß. Hier unterscheiden sich die einzelnen Blickwinkeltechnologien [4] teilweise drastisch.
So besitzen Displays mit der MVA-Technik zwar eine minimale Response-Time von unter 20ms, jedoch kann der Maximalwert gut und gerne beim drei bis vierfachen dieser 20ms liegen. Monitore mit der IPS-Blickwinkeltechnologie sind zwar im Vergleich der Minimalwerte unterlegen, haben aber wesentlich kleinere Maxima. Besonders offensichtlich wird dies bei der Verwendung von Spielen oder DVD-Filmen. Hier muss der Monitor sehr wenig Schwarz-Weiß-Kontraste darstellen und kann somit die Response-Time nicht auf ein Minimum reduzieren. Vielmehr muss der TFT hier viele Farben darstellen, wobei der Übergang zwischen diesen wiederum länger dauert als der Übergang zwischen Schwarz und Weiß. Durch diese Tatsache sind zum Beispiel IPS-Systeme MVA-Systemen im Alltag, jedoch aber nicht auf dem Papier, überlegen.
TFT steht für "Thin Film Transistor" und stellt eine Technik dar, mit der der Großteil aller heutigen LC-Displays angesteuert wird. Die Funktion der TFT-Technik sieht folgendermaßen aus: Auf eine der Glasscheiben des LC-Displays wird für jede Zelle ein Transistor aufgebracht. Dies ermöglicht es der Elektronik des Panels jeden Pixel einzeln anzusteuern und somit einen besonders hohen Kontrast und eine sehr geringe Trägheit zu erzeugen.
Wir hoffen, dass wir euch mit diesem kleinen Guide die Technik der aktuellen TFT-Monitore einmal näher bringen konnten und dass es in Zukunft nicht mehr so viele Vorurteile gegenüber LC-Displays gibt. Angesichts unseres Technik-Resumes ist es dann auch nicht weiter schwer die Vorteile dieser Technologie ausfindig zu machen, denn allein schon das flimmerfreie Bild und der geringe Platzbedarf eines solchen Monitors dürften für viele schon ein triftiges Kaufargument sein. Ebenfalls erwähnenswert ist der äußerst niedrige Energieverbrauch, der gegenüber Röhren-Monitoren sehr moderat ausfällt.
Für uns soll dieser Artikel der Auftakt zu einer ganzen Reihe an Testberichten zu aktuellen TFT-Monitoren sein. So wollen wir in Zukunft unser Engagement auch in diese Richtung ausweiten, um euch auch in diesem Marktsegment einen guten Überblick verschaffen zu können. In diesem Sinne: Stay tuned...