13.01.2014
Paneltechniken & Co.
1. Teil: „TN, VA und IPS — Alles über Monitore“
TN, VA und IPS — Alles über Monitore
Autor: Mark Lubkowitz
Beim Kauf eines Monitors sollten Sie nicht nur auf Größe und Design achten. Für die Bildqualität entscheidend ist die verbaute Display-Technik, etwa TN, VA oder IPS.
Die alten Röhrenmonitore haben ausgedient. Sie wurden fast flächendeckend durch die schlankeren Flachbildschirme ersetzt. Flachbildschirme sind Monitore, bei denen Flüssigkristallanzeigen für die Darstellung der Bedienoberfläche verwendet werden. Die englische Bezeichnung dafür lautet Liquid Crystal Display – kurz LCD.
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Aufbau eines Monitors: Der Aufbau eines Flachbildschirms ist immer gleich: Das Licht der Hintergrundbeleuchtung hinterleuchtet das Pixel-Panel. Die Pixel des Panels passen ihre Transparenz an und regulieren so die Lichtmenge. Das Prinzip entspricht dem eines Diaprojektors
Flachbildschirm ist aber nicht gleich Flachbildschirm. Es gibt verschiedene Paneltechniken, etwa TN, VA und IPS. Sie unterscheiden sich vor allem darin, wie die Pixel das Licht regulieren. Auf dem Vormarsch sind derzeit Flachbildschirme mit IPS-Panel. Sie bieten eine hohe Farbtreue, lassen sich aus dem größtem Blickwinkel ablesen und werden immer preisgünstiger.
Technik
Lesen Sie in den folgenden Abschnitten, warum Sie sich im Zweifelsfall für einen matten Bildschirm entscheiden sollten und warum die Reaktionszeit wichtig ist, wenn Sie Spieler sind oder gern Filme gucken.
Die Besonderheiten der Paneltechniken erläutern dann die Abschnitte „TN- und VA-Displays“ und „IPS-Displays“.
2. Teil: „Seitenverhältnis, Auflösungen und Retina“
Seitenverhältnis, Auflösungen und Retina
Das Seitenverhältnis
Eines der auffälligsten Merkmale eines Monitors ist dessen Format. Die Bildfläche älterer Monitore ist überwiegend schmal, während neuere Monitor eine gedrungene, breite Bildfläche haben. Die Relation zwischen der Breite und der Höhe der Bildfläche wird Seitenverhältnis genannt.
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4:3: Lange Zeit war 4:3 das gängige Seitenverhältnis. Zunehmend setzen sich die breiteren 16:9-Monitore durch
Lange Zeit war das Seitenverhältnis 4:3 bei Fernsehern und auch bei Computermonitoren das einzige verfügbare Format. Weil das menschliche Sehvermögen aber mehr auf Breite als auf Höhe ausgelegt ist, setzte sich vor allem im Kino mehr und mehr das 16:9-Format durch.
Bei Röhrenmonitoren war das 16:9-Format technisch bedingt nur mit vielen Kniffen umzusetzen. Entsprechende Monitore waren teuer und hatten eine sehr tiefe Bauform. Flachbildschirme lassen sich hingegen in praktisch jedem Format fertigen.
Mit der Verbreitung der Flachbildschirme als Monitor und als Fernseher griffen die Hersteller immer häufiger auf das 16:9-Format zurück. Sie passten die Bildfläche an das vorliegende Bildmaterial, also die Kinofilme, an. Aber nicht alle Breitbildmonitore haben das 16:9-Format. Bei einigen Modellen ist die Bildfläche geringfügig größer, das Seitenverhältnis beträgt in diesen Fällen 16:10.
Auflösungen
Ein auf dem Monitor gezeigtes Bild besteht aus vielen Hunderttausend Bildelementen, den Pixeln. Ein Pixel ist ein kleines Quadrat mit einer bestimmten Farbe. Diese Pixel nebeneinander und übereinander gestellt ergeben wie bei einem Mosaik das Gesamtbild. Die Anzahl der Pixel, die ein Monitor in seiner Breite und Höhe zeigen kann, wird Auflösung genannt.
Jeder Flachbildschirm hat eine native Auflösung, die exakt der Anzahl der Pixel des Monitorpanels entspricht. Ist ein Monitor etwa mit 1680 x 1050 Pixeln angegeben, dann hat er physikalisch in seinen 1050 Zeilen jeweils 1680 Pixel. Idealerweise sollte der Monitor dann immer mit einem Bild versorgt werden, das genau dieser Auflösung entspricht.
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Google Chrome: Links im Bild ist Chrome in klassischer, rechts in Retina-Auflösung zu sehen. Rechts ist die Schrift feiner und klarer
Retina – sehr feine Auflösung
Wenn Sie bei einem Monitor sehr nah an die Bildfläche herangehen, dann sind die einzelnen Pixel des Monitors getrennt durch feine schwarze Linien zu sehen. Dann lässt sich etwa auch erkennen, dass schräge Linien und runde Formen eigentlich Stufen haben.
Bei einigen Panels sind die Pixel mittlerweile so klein und so dicht beieinander, dass ein Mensch mit normaler Sehkraft die einzelnen Pixel ohne Hilfsmittel nicht mehr erkennen lassen. Die Pixeldichte ist dann so hoch, dass Schrägen oder Rundungen scheinbar stufenfrei sind. Apple hat dafür den Begriff Retina-Display geprägt.
Wegen der sehr hohen Auflösung müssen Programme entsprechend an die Retina-Auflösung angepasst werden, ansonsten würden die Programmfenster viel zu klein dargestellt.
3. Teil: „Bildschirmdiagonale, analoge und digitale Anschlüsse, matt oder glänzend“
Bildschirmdiagonale, analoge und digitale Anschlüsse, matt oder glänzend
Bildschirmdiagonale
Die Größe eines Bildschirms wird in Zoll angegeben. Gemessen wird dabei die Strecke zwischen den beiden diagonal gegenüberliegenden Ecken der Bildfläche. Nicht alle Monitore, die mit 22 Zoll angegeben sind, messen aber exakt 22 Zoll in der Diagonalen. Hier kommen Fertigungs- sowie Rundungstoleranzen zusammen, die allerdings im Nachkommabereich liegen.
Grundsätzlich ist bei Flachbildschirmen jede Größe möglich. Es haben sich aber typische Größen wie 13, 15, 17, 22, 24, 27 und 32 Zoll durchgesetzt. Je größer der Monitor ist, desto höher muss auch die Auflösung sein. Denn bliebe die Auflösung gleich, würden die einzelnen Pixel zu groß und sich bei der typischen Entfernung zwischen Monitor und Anwender zu deutlich auf der Bildfläche abzeichnen.
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Analog und Digital: Monitor ideal anschließen
Analoge und digitale Anschlüsse
Für die bestmögliche Bildqualität sollten Flachbildschirme mit digitalen Bildsignalen gefüttert werden. Denn bei analogen Verbindungen, etwa per VGA, wird das digitale Bildsignal von der Grafikkarte in ein analoges umgewandelt und muss vom Flachbildschirm dann wieder von analog auf digital konvertiert werden. Das kostet Bildqualität, die sich durch Unschärfe, Fehlfarben und eine nicht saubere Ausrichtung des Bildes bemerkbar macht. Als digitale Anschlüsse stehen DVI, HDMI und Displayport zur Auswahl.
DVI steht für Digital Video Interface. DVI kann wahlweise ein analoges oder ein digitales Bildsignal übertragen. Zur Unterscheidung wird auch von DVI-A für Analog und DVI-D für Digital gesprochen. DVI ist zu VGA abwärtskompatibel.
HDMI, High Definition Multimedia Interface, überträgt das Signal ausschließlich digital. Mit dem Bild lässt sich über ein HDMI-Kabel auch ein Tonsignal übertragen. Anstelle mehrerer getrennter Signale reicht also eines aus.
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Anschlussvielfalt: Verschiedene digitale Anschlüsse konkurrieren miteinander. Hier zu sehen sind DVI-D (1), HDMI (2) und Displayport (3)
Die derzeit verfügbaren Flachbildschirme haben oft verschiedene Anschlüsse, meist einen VGA- und einen DVI-Anschluss sowie einen HDMI- oder einen Displayport-Anschluss.
Matt oder glänzend
Viele Jahre erhielten Monitore eine entspiegelnde Beschichtung. Sie sollte verhindern, dass durch Fenster einfallendes und von Deckenlampen abstrahlendes Licht so vom Monitor reflektiert wird, dass der dargestellte Inhalt nicht mehr zu erkennen ist.
Dann haben einige Monitorhersteller auf diese entspiegelnde Schicht verzichtet. Das Ergebnis: Die Farben wirkten kräftiger, das Bild wurde heller und der Kontrast stärker. Insgesamt wirkte das Bild tatsächlich besser. Die Hersteller bewarben diese Monitore entsprechend mit diesen Vorzügen.
Das Problem: Glänzende Monitore reflektieren jede noch so geringe Lichtquelle. Wenn der Monitor nicht ideal platziert werden kann, dann leiden Lesbarkeit und Ergonomie erheblich. Die bessere Wahl sind also immer entspiegelte beziehungsweise matte Monitore.
4. Teil: „Reaktionszeit, Eingabeverzögerung und Kontrast“
Reaktionszeit, Eingabeverzögerung und Kontrast
Reaktionszeit ist wichtig für Spieler
Die Reaktionszeit gibt an, wie lange ein einzelnes Pixel benötigt, um von Schwarz auf Weiß und wieder auf Schwarz zu wechseln. Dieser Wechsel vollzieht sich im Millisekundenbereich. Je geringer der Wert ist, desto besser.
Wichtig ist eine kurze Reaktionszeit vor allem für Spieler. Bei actionreichen Spielen erhält der Bildschirm eine schnelle Folge von Bildern. Ist die Reaktionszeit der einzelnen Pixel zu lang, dann können die Pixel nicht in der notwendigen Zeitspanne auf die richtige Farbe wechseln. Das Ergebnis sind Schlieren oder Nachleuchteffekte.
Die längste Reaktionszeit hat ein Pixel, wenn es von Schwarz auf Weiß und wieder zurück wechseln muss. Bei Spielen oder im Arbeitsalltag sind Wechsel von Schwarz auf Weiß auf Schwarz aber selten. Deshalb tunen verschiedene Monitorhersteller die Reaktionszeit, indem sie eine Grau-zu-Grau-Messung durchführen. Anstatt das Pixel von Schwarz auf Weiß zu schalten, wird nur von Dunkelgrau auf Hellgrau gewechselt – was die gemessene Reaktionszeit erheblich senkt.
Ob die Reaktionszeit eines Monitors zu lang ist, lässt sich leicht ermitteln: Wechseln Sie auf einen komplett schwarzen Hintergrund und bewegen Sie dann den weißen Mauszeiger über die Fläche, mal schneller, mal langsamer. Das macht das Nachleuchten deutlich erkennbar.
Eingabeverzögerung
Für Spieler ebenso wichtig wie eine kurze Reaktionszeit ist eine kurze Latenzzeit. Deren Messung ist nicht standardisiert und wird von den Monitorherstellern deshalb auch bei keinem Modell angegeben.
Die Latenzzeit ist die Zeit, die zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe verstreicht. Wenn Sie etwa Ihre Maus bewegen, dann kommt das Signal erst mit einer einige Millisekunden dauernden Verzögerung am Rechner an, weil die Maus die Bewegung zunächst registrieren, dann messen und analysieren und schließlich an den Rechner weitergeben muss. Gleiches gilt für das Bild, das auf dem Monitor gezeigt wird. Zwischen der Ausgabe des Bildes durch die Grafikkarte und dem Empfang und der Ausgabe des Bildes durch den Monitor entsteht ebenfalls eine Latenz.
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Flüssigkristalle: So funktionieren TN, VA und IPS
Deshalb ist es zwar wichtig, dass ein Monitor für Spieler eine kurze Latenzzeit hat, aber nicht der Monitor allein ist an einer spürbaren Eingabeverzögerung schuld.
Kontrast – Verhältnis zwischen Dunkel und Hell
Der Kontrast gibt bei einem Monitor das Verhältnis zwischen dem hellsten und dem dunkelsten darstellbaren Bildpunkt wieder. Je höher der Kontrast, desto klarer ist das Bild.
Ohne Kontrast wären die einzelnen Pixel eines Bildes nicht voneinander zu unterscheiden. Je größer der Kontrast eines Monitors, desto besser lassen sich auch farblich sehr ähnliche Pixel voneinander unterscheiden.
Der maximale Kontrast wird gemessen, indem die Helligkeit eines schwarzen und eines weißen Pixels ins Verhältnis gesetzt wird. Bei Monitoren mit TN- oder IPS-Panel liegt der Kontrast normalerweise bei 1000:1, bei VA-Panels sogar bei 3000:1. Das ist der statische Kontrast.
Die Monitorhersteller geben aber gern den dynamischen Kontrast an. Der wird gemessen, indem hinter einem schwarzen Pixel die Hintergrundbeleuchtung abgeschaltet wird. Schwarz wird also noch dunkler und das Helligkeitsverhältnis zwischen Schwarz und Weiß entsprechend größer. Dadurch sind deutlich höhere Kontrastwerte möglich, die bis in den Millionbereich gehen.
5. Teil: „TN- und VA-Displays
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TN- und VA-Displays
In den meisten Flachbildschirmen finden sich heute TN- oder VA-Panels. Die Eigenschaften dieser beiden Paneltypen sind sehr unterschiedlich.
Twisted Nematic
Panels mit Twisted-Nematic-Technik tragen die Abkürzung TN.
In jedem Pixel eines Flachbildschirms sind stäbchenförmige Flüssigkristalle. Bei TN-Panels sind die Stäbchen alle waagerecht zur Bildebene ausgerichtet und lassen das Licht der Hintergrundbeleuchtung durch.
Legt man an die Pixel eine Spannung an, dann ändert sich die Ausrichtung der Flüssigkristalle. Je höher die Spannung ist, desto senkrechter stehen die Stäbchen zur Bildebene und verhindern so, dass das Licht der Hintergrundbeleuchtung durchscheinen kann. Das Pixel wechselt also von Hell auf Dunkel.
Der Nachteil der TN-Panels ist die geringe Blickwinkelstabilität. Je schräger man auf die Bildebene guckt, desto schwächer wird der Kontrast und man sieht Fehlfarben.
Ein wenig kompensieren können die Monitorhersteller das Problem, indem sie einen speziellen Verzögerungsfilm aufbringen. Der Film optimiert die Lichtverteilung und vergrößert den Blickwinkel, aus dem der Anwender auf den Monitor gucken kann, ohne dass Kontrast oder Farbtreue leiden. Panels mit einem solchen bildverbessernden Film heißen TN + Film.
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Vergrößerte Subpixel: Bei MVA-Panels besteht ein Pixel aus drei länglichen Subpixeln in den Farben Rot, Grün und Blau
Vertical Alignment
Panels mit Vertical-Alignment-Technik werden mit VA oder MVA für Multiple Vertical Alignment abgekürzt. Bei VA-Panels sind die Stäbchen grundsätzlich senkrecht zur Bildebene ausgerichtet und lassen das Licht der Hintergrundbeleuchtung durch.
Wird an das Pixel eines VA-Panels eine Spannung angelegt, dann kippen die Stäbchen. Je stärker die Spannung ist, desto stärker richten sich die Stäbchen waagerecht zur Bildebene aus und desto mehr Licht blockieren sie. Das Pixel schaltet von Hell auf Dunkel.
Gegenüber TN-Panels haben VA-Panels den Nachteil, dass sie recht lange Reaktionszeiten haben und so zur Schlierenbildung neigen. Damit ist die Technik für Spieler weit weniger interessant. VA-Panels bieten aber auch einen höheren Kontrast, stellen die Farben natürlicher dar und erlauben einen größeren Blickwinkel auf das Bild. Deshalb sind diese Panels bei Profis im medizinischen Sektor und im CAD-Bereich, wo es nicht auf kurze Reaktionszeiten ankommt, sehr gefragt.
Beleuchtung
Für Verwirrung sorgt bei Monitoren immer wieder die Bezeichnung LED. Denn LED bezieht sich nicht auf die Paneltechnik, sondern ausschließlich auf die Hintergrundleuchtung.
Die Pixel eines Flachbildschirms selbst leuchten nicht. Stattdessen lässt sich bei einem Pixel nur regulieren, wie viel Licht hindurchscheinen soll, also die Transparenz anpassen. Jedes Pixel besteht aus mehreren Subpixeln, je einem Subpixel für die Farben Rot, Grün und Blau. Aus der Kombination dieser drei Farben lassen sich dann alle für das menschliche Auge sichtbaren Farben mischen.
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LED-Hintergrundbeleuchtung: Monitore mit LEDs als Hintergrundbeleuchtung sind besonders fl ach, weil keine großen Leuchtstoffröhren im Rahmen verbaut sind
Früher wurden im Rahmen eines Flachbildschirms kleine Leuchtstoffröhren eingesetzt, um das Licht zu erzeugen. Das Licht der Röhren strahlte von außen hinter das Panel und wurde dort von einer Kombination milchiger und spiegelnder Folien nach vorn reflektiert. Das Problem: Die Ausleuchtung war nie gleichmäßig.
Bei Monitoren mit LED-Hintergrundbeleuchtung gibt es zwei Varianten, wie die LEDs im Gehäuse verbaut und ausgerichtet sind.
Bei Edge LED sitzen die LEDs im Rahmen des Monitors und werden ebenfalls von einer Folie nach vorn reflektiert. Bei Direct LED sitzen die LEDs hingegen direkt hinter dem Panel und leuchten ohne Umlenkung nach vorn. Diese Variante hat den Vorteil, dass einzelne LEDs in dunklen Bereichen des Bildes gedimmt oder komplett abgeschaltet werden können. Das erhöht den Kontrast erheblich, weil Schwarz dunkler wird und nicht wie ein verwaschenes Anthrazit wirkt.
Ein LED-Monitor ist also ein LCD-Monitor, aber mit einer Hintergrundbeleuchtung aus LEDs.
Vorteil: Das Gehäuse eines LED beleuchteten Monitors ist sehr flach, der sichtbare Rahmen schmaler.
6. Teil: „IPS-Displays“
IPS-Displays
Flachbildschirme mit IPS-Panel sind zwar teurer, dafür verbinden sie die individuellen Vorteile von TN- und VA-Panels.
In-Plane Switching
IPS steht für In-Plane Switching, was ungefähr so viel heißt wie auf gleicher Ebene schaltend. Das bezieht sich darauf, wie die Pixel schalten, um Licht durchzulassen oder zu blockieren.
Auch bei IPS-Panels befinden sich in den Pixeln Flüssigkristalle, die auf eine angelegte Spannung reagieren und ihre Ausrichtung je nach Höhe der Spannung mal mehr, mal weniger stark verändern. Durch die Änderung der Ausrichtung wird mehr oder weniger Licht blockiert.
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Großer Betrachtungswinkel: IPS-Panels lassen sich aus einem Winkelbereich von bis zu 178 Grad betrachten, ohne dass es zu Farbverfälschungen oder Kontrastverlust kommt
Vorteile
Die Art und Weise, wie ein Pixel eines IPS-Panels schaltet, bietet gegenüber TN- und VA-Panels erhebliche Vorteile. Pixel eines IPS-Panels lassen sich sehr genau schalten, somit lässt sich die Lichtmenge viel exakter dosieren, als es bei TN- oder VA-Panels möglich ist. Dadurch erreichen IPS-Panels eine extrem hohe Farbtreue. Das ist für Fotografen und Designer wichtig. Denn der Betrachter kann selbst geringe Farbdifferenzen auch bei benachbarten Pixeln ganz genau unterscheiden. Abseits des Profi-Bereichs fällt die hohe Farbtreue auchbei der Darstellung von Windows, beim Spielen und bei der Wiedergabe von Filmen angenehm auf.
Außerdem kann das Licht das Pixel nahezu ungehindert passieren. Der Blickwinkel, aus dem das Bild eines IPS-Panels betrachtet werden kann, ohne dass es zu Farbverfälschungen oder Kontrastverlust kommt, liegt deshalb bei 178 Grad. Mehr geht nicht.
Diese Eigenschaften bietet ein VA-Panel zwar auch, ein IPS-Panel kombiniert sie aber mit recht kurzen Reaktionszeiten. Es kommt bei IPS-Panels nicht zu unerwünschter Schlierenbildung. Bei sehr preisgünstigen IPS-Panels kann allerdings ein leicht violetter Farbstich wahrgenommen werden. Hier lohnt es sich, ein paar Euro mehr zu investieren.
Ein Nebenaspekt ist, dass es bei IPS-Panels nicht zu Farbveränderungen kommt, wenn man das Panel berührt. Im Alltag mag das keine große Rolle spielen. Wird das IPS-Panel aber als Touchscreen genutzt, dann wird dieser Nebenaspekt zu einem wichtigen Merkmal.
Nachteile
Die Nachteile eines IPS-Panels sind eher sekundär. IPS-Panels benötigen im Durchschnitt 15 Prozent mehr Strom als TN- oder VA-Panels. Der Strombedarf ist bei Flachbildschirmen aber ohnehin recht gering.
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Winkelförmige Subpixel: Bei S-IPS-Panels sind die Subpixel winkelförmig und ineinander verschoben. Das erhöht den Betrachtungswinkel
Weiterentwicklungen
IPS-Panels sind schon seit einiger Zeit zu haben – weshalb es bereits Weiterentwicklungen gibt. Bei SIPS-Panels sind die Pixel etwa winkelförmig und ineinander verschoben angeordnet und nicht wie sonst rechteckig und parallel. Das wirkt sich nochmals positiv auf die Eigenschaften der Panels aus.
AHIPS- und EIPS-Panels trumpfen mit kürzeren Reaktionszeiten auf als normale IPS-Panels, andere Entwicklungen verbessern den Kontrast.
7. Teil: „Marktübersicht – TN-Monitore“
Marktübersicht – TN-Monitore
Bilderstrecke
Beim Kauf eines Monitors sollten Sie nicht nur auf Größe und Design achten. Für die Bildqualität entscheidend ist die verbaute Display-Technik, etwa TN, VA oder IPS.
8. Teil: „Marktübersicht – VA-Monitore“
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9. Teil: „Marktübersicht – IPS-Monitore“
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