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Monitor

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Der Monitor ist das wichtigste Ausgabegerät des Computers, ohne ihn kann niemand mit dem Computer arbeiten, man sieht nicht, was der PC gerade macht und wann man wo seine Befehle geben kann. Es gibt zwei grundverschiedene Arten von Bildschirmen: Einmal die seit vielen Jahren benutzten Kathodenstrahlröhren (kurz CRT für Cathodic Ray Tube) und die erst in letzter Zeit in Mode gekommenen Flüssigkristalldisplays (kurz LCD für Liquid Crystal Display).

 

Der offensichtlichste Unterschied zwischen beiden Arten ist die Größe. Während CRTs mittlerer Größe etwa 20 kg wiegen und nach hinten einen halben Meter Stellfläche benötigen, wiegt ein LCD gleicher Darstellungsgröße etwa 3 bis 5 kg und hat nach hinten einen Platzbedarf von 15 bis 20 cm. Höhe und Breite sind naturgemäß denen von CRTs ähnlich. Natürlich ist das nicht der einzige Unterschied!

Sinnvolle Auflösungen und Monitorgrößen
Für verschiedene Aufgaben gibt es auch verschiedene optimale Einstellungen, natürlich sind das alles wieder nur Vorschläge, es kann durchaus Gründe geben, mit anderen Parametern zu arbeiten:

Aufgabe Größe Frequenz Auflösung
Schreibmaschine 15 - 17 Zoll min. 85 Hz 800*600; 1024*768
Web, Spiele, etc. 17 - 19 Zoll 85 Hz 1024*768
Grafik, Programmieren 19 Zoll 80 - 100 Hz 1280*1024
CAD min. 20 Zoll min. 80 Hz 1600*1200

Funktion der Kathodenstrahlröhre
Monitor, Quelle: BelineaEin CRT-Monitor funktioniert im Allgemeinen genau so, wie ein Fernseher, es gibt nur geringe Unterschiede, so erhält die Bildröhre ihre Signale nicht von einem Tuner sondern von der Grafikkarte (irgendwie schon logisch...). Des weiteren kann man Computermonitore mit variablen Bildwiederhol-Frequenzen betreiben, es ist im Allgemeinen üblich, dass ein durchschnittlicher Monitor einen Frequenzbereich von 60 bis 150 Hz hat (im Gegensatz zum Fernseher mit 50 oder 100 Hz). Die genaue Frequenz hängt dabei auch von der Auflösung ab (siehe Grafikkarte).
Nun zur Funktionsweise: Durch die luftleere Bildröhre wird ein Elektronenstrahl geschickt, der zeilenweise jede Punkt der Mattscheibe abtastet. Dabei läuft der Strahl von links nach rechts und von oben nach unten. Die genaue Position des Strahls wird durch magnetische Felder erzeugt, die die Elektronen ablenken. Auf der Mattscheibe befinden sich phosphorizierende Stoffe in den Farben Rot, Grün und Blau. Aus diesen drei Farben wird das Bild gemischt: Der Elektronenstrahl wird an und aus geschaltet und je nach seinem Zustand regt er die Stoffe auf der Mattscheibe unterschiedlich stark zum Leuchten an.

Hier eine "stinknormale" Braunsche Röhre in (stark) vereinfachter Darstellung. Computermonitore sind weit komplizierter (siehe Text).

 

 

 

Löcher, Streifen und Schlitze
Natürlich werden die Elektronen nicht einfach auf die Mattscheibe geschossen. Zum ersten wird bei Farbmonitoren das Bild nicht von einem, sondern von drei Elektronenstrahlen aufgebaut. Da die einzelnen Elektronenstrahlen nicht jedes Mal ausgeschaltet werden können, wenn sie auf einen "andersfarbigen" Teil des Farbtripels treffen wurde eine Art Blendensystem entwickelt, das dafür sorgt, dass jeder Elektronenstrahl nur "seine" Farbpunkte trifft.
Nun gibt es mehrere verschiedene Möglichkeiten, diese Blendmaske zu realisieren.
Die älteste Form ist die der Lochmaske, d.h. in die Blende, meistens eine Folie aus Invar-Stahl, sind Löcher eingearbeitet (für jedes Farbtripel eins), durch die die Elektronenstrahlen geleitet werden. Diese Technik bietet eine annehmbare Bildqualität für alle Anwendungen.
Bei der Streifenmaske (Trinitron) besteht die "Blende" aus feinen, senkrecht gespannten Drähten, die von ein bis zwei waagerechten Stützdrähten stabilisiert werden. Der Vorteil dieser Technik ist, dass der Kontrast höher ist, da eine größere Leuchtfläche zur Verfügung steht (es wird weniger Licht von der Maske verschluckt). Probleme gibt es aber oft gerade bei der Darstellung senkrechter Linien.
Der Versuch, die Vorteile von Loch- und Streifenmaske zu vereinen brachte die Schlitzmaske hervor. Hier werden die Streifen einfach verkürzt in ein Stahlblech gestanzt. Dies vermeidet die oft störenden Stützdrähte der Streifenmaske, bietet aber gleichzeitig genügend Raum für die Elektronen.

Lochmaske Streifenmaske Schlitzmaske

Technische Parameter von Monitoren mit Kathodenstrahlröhre
Folgende technische Daten sind für den Erwerb eines Monitors wichtig:

Bildschirmgröße (Diagonale):
Gängige Größen bei Kathodenstrahlröhren sind 15 bis 19 Zoll, um die sichtbare Größe zu ermitteln muss man aber immer ein Zoll abziehen. (Aus technischen Gründen wird der äußere Rand der Bildröhre nicht zur Anzeige von Daten genutzt - ein 17-Zöller ist schon 17 Zoll groß, man sieht aber nur 16.)
Generell kann man sagen: Je größer desto besser - allerdings nur solange man das passende Kleingeld hat. Ich bin hier mit meinem 17-Zoll CRT recht zufrieden. 15 Zoll kann man eigentlich nur für "Schreibmaschinen" benutzen. Wer mit seinem Rechner intensive Grafikbearbeitung betreiben möchte, sollte zu einem 19-Zöller oder größerem greifen.
Dotpitch:
Der Dotpitch-Wert gibt an, wie groß die diagonal gemessene Entfernung zweier Farbpunkte auf der Lochmaske ist, bzw. wie weit zwei Streifen einer Farbe auf der Streifenmaske auseinander liegen. Gute Monitore haben einen Dotpitch-Wert von 0,26 mm, Billigmodelle bringen es auf 0,28 mm. Einige Spitzenmodelle haben eine Lochmaske von 0,22 mm, alle darunter liegenden Werte sind durch Rechentricks der Hersteller zustande gekommen und somit in Wirklichkeit viel höher.
Horizontale Bildwiederholfrequenz:
Die horizontale Bildwiederholfrequenz gibt an, wie viele Zeilen der Monitor in einer Sekunde darstellen kann, d.h. wie oft der Elektronenstrahl von links nach rechts wandern kann. 70 kHz sind hier das absolute Minimum, 85 kHz sollten es sein und 95 kHz und alles darüber liegende sind spitze.
Vertikale Bildwiederholfrequenz:
Dieser Wert zeigt, wie viele Bilder pro Sekunde dargestellt werden können. Das hängt von der Horizontalen Bildwiederholfrequenz und der eingestellten Auflösung ab. Ein Monitor mit 70 kHz Horizontalfrequenz bringt pro Sekunde etwa 85 Bilder mit 768 Zeilen auf den Bildschirm, mit 85 kHz Horizontalfrequenz schafft er hingegen eine Vertikalfrequenz von 100 Hz. Um auf einem Monitor mit 70 kHz Horizontalfrequenz mit 100 Hz arbeiten zu können, muss man die Auflösung auf 800 (Spalten) x 600 (Zeilen) Bildpunkte reduzieren.
Videobandbreite:
Der Wert der Video-Bandbreite gibt an, wie weit das Bildsignal richtig verstärkt werden kann. Ist die Videobandbreite zu gering, wird das Bild in höheren Auflösungen bei hoher Bildwiederholfrequenz "matschig". Mit Videobandbreiten ab 120 MHz ist man auf der sicheren Seite, es soll aber auch darunter gehen, das hängt ganz von deinen Ansprüchen ab.

Flüssigkristall Displays

Zwar sind sie momentan noch kaum erschwinglich, doch die Preise sinken, so dass sich der Marktanteil der Flüssigkristall-Displays in nächster Zeit wohl kräftig erhöhen wird. Auf Notebooks sind Flachdisplays schon heute nicht mehr weg zu denken, denn anders sind portable Geräte nicht zu realisieren.

Vor- und Nachteile von LCDs
Auf der Haben-Seite können LCDs eindeutig den geringen Platz- und Energiebedarf, die hohe Darstellungsqualität (Kontrast, Schärfe, Flimmerfreiheit) und die Unempfindlichkeit gegen elektromagnetische Störungen (Stromleitungen, Magneten, etc.) verbuchen.
Im Soll sind Flachbildschirme bei den folgenden Punkten: Erstens ist die Bildqualität stark winkelabhängig, d.h. wenn man frontal aufs Display schaut sieht da Bild perfekt aus, sobald man jedoch von oben oder von der Seite drauf schaut, verändern sich die Farben und der Kontrast lässt nach. Zweitens sind LCDs prinzipbedingt auf eine Auflösung fest gelegt. Will man eine andere Auflösung verwenden, so muss diese erst umgerechnet werden, was teilweise zu starken Qualitätsverlusten führen kann. Drittens, und das ist wohl der Hauptgrund für die noch etwas kärgliche Verbreitung dieser Geräteklasse, ist der Preis für Flachbildschirme noch sehr hoch. Aber das gibt sich hoffentlich bald.

Funktion des Flüssigkristall-Displays
Gänzlich anders als Kathodenstrahlröhren funktionieren LCDs; wenn man es nicht so genau nimmt, kann man ihre Funktionsweise mit der des Arbeitsspeichers vergleichen, zumindest was die Ansteuerung der einzelnen Farb-Zellen angeht. Ein heute übliches TFT-Display (Thin Film Transistor) zeigt 1024 mal 768 Pixel an. Da jedes Pixel aus den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau besteht, besitzt ein solches Display ca. 2,36 Mio. (1024*768*3) Farbzellen. Jede dieser einzelnen Zellen ist entweder ein oder aus geschaltet. Die Ansteuerung erfolgt mit Hilfe von Transistoren: Wenn Strom fließt, leuchtet die Zelle, ist der Strom aus, bleibt die Zelle dunkel. Da es bei dieser großen Anzahl von Zellen nahezu unmöglich ist, dass alle Zellen funktionieren, findet man auf LCDs häufig "tote Pixel", die die gesamte Zeit leuchten und den Anwender nerven. Leider ist dies kein Grund, das Display umtauschen zu lassen (einige Hersteller verkaufen diese Fehler auch noch als "Features", indem sie sie als "unverkennbare Eigenschaften" von TFT-Displays bezeichnen). Bei relativ vielen Displays ist die Anzahl der fehlerhaften Pixel aber so groß, dass man sie nicht mehr verkaufen kann. Da die Ausbeute bei der Produktion somit nur bei etwa 40-60 % liegt, sind die Preise für LCDs sehr hoch.

Das Bild entsteht auf alle Fälle in einer Zelle
Hier ist eine einzelne Flüssigkristall-Zelle in der Draufsicht schemenhaft abgebildet (zumindest soll man eine erkennen können). Wenn keine Spannung anliegt, sind die organischen Moleküle der Zelle so verdreht, dass kein Licht hindurch gelangen kann. Sobald eine Spannung angelegt wird, "glätten" sich die Moleküle und lassen so das Licht durch. Natürlich befinden sich in jeder Zelle mehrere Tausend Molekül-Faden und nicht nur einer wie hier im Bild.
Aus dieser Funktionsweise ergibt sich auch folgendes: Die Zellen erzeugen das Licht nicht selber, sondern lassen nur die Hintergrundbeleuchtung durch. Die unterschiedlichen Farben Rot, Grün und Blau werden durch farbige Filter erzeugt, je eine Zelle Rot, Grün und Blau bilden zusammen ein so genanntes Farbtripel.

Analoge Digitaldisplays
Was zuerst vollkommen paradox klingt ist momentan noch Gang und Gebe. Die digitalen Bildsignale werden auf der Grafikkarte in analoge umgewandelt und zum Monitor geschickt, wo sie wieder digitalisiert werden. Dabei entstehen natürlich Probleme, z.B. haben manche Displays Schwierigkeiten mit der Synchronisierung ihrer Refresh-Rate und des Bildsignals. Das ist ziemlich bescheuert, aber eigentlich unvermeidbar, da die meisten Grafikkarten nun mal analoge Signale liefern (dafür waren sie ja auch ursprünglich gedacht...). Da sich aber mittlerweile doch ein Standard für die digitale Datenübertragung zum Flachdisplay etabliert (DVI = Digital Video Interface), scheint dieses Problem bald vom Tisch zu sein. Dann kann man sicher sein, ein qualitativ einwandfreies Bild zu erhalten.

Technische Parameter von LC-Displays
Folgende technische Daten sind für den Erwerb eines Flachdisplays wichtig:

Bildschirmgröße (Diagonale):
Bei LCDs sind zur Zeit Größen um 15 Zoll Bilddiagonale normal, größere Diagonalen sorgen für weit höhere Preise, wer genug Geld hat, findet natürlich durchaus Geräte bis 20 Zoll. Im Gegensatz zu CRTs entspricht bei LCDs die angegebene auch immer der sichtbaren Bilddiagonale.
Pixelgröße:
Dieser Wert ist analog zum Dotpitch-Wert von CRTs zu verstehen; er gibt an, wie groß ein Farbtripel (Rot, Grün, Blau) des Displays ist. Die meisten Geräte haben eine Pixelgröße von etwa 0,3 mm.
Auflösung:
Nur eine einzige Auflösung kann ohne Qualitätsverluste dargestellt werden. Alle anderen Auflösungen müssen interpoliert werden, einiger Modelle beherrschen dies sehr gut, andere hingegen richten jedes Bild in einer anderen Auflösung zu Grunde.
Zulässige Bildwiederholfrequenz:
Wegen der LCD-Technik kann die Bildwiederholfrequenz hier ruhig bei 50 Hz liegen, ein Flimmern wird man nicht wahrnehmen. Es ist aber trotzdem wichtig, dass (zumindest die analogen Displays) Frequenzen bis 60/70 Hz verarbeiten können, da "normale" Grafikkarten erst ab diesem Bereich arbeiten.
Videoeingang:
Analog (Sub-D/BNC-Stecker) oder digital (DVI) ist hier die Frage. "Volldigitale" Displays benötigen auch eine spezielle Grafikkarte, die digitale Signale liefern kann

 

 

 



 

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