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informatik artikel (Interpretation und charakterisierung)

Der monitor


1. Java
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1.1 Einleitung Der Monitor gehört nach klassischer Betrachtung zu den Ausgabegeräten eines Computers, an denen die verarbeiteten Daten für den Menschen sichtbar gemacht werden. Dabei ist es egal, ob es sich bei diesen um Text, Zahlen, Zeichen oder Bilder handelt. Schaut man sich aber die Einsatzgebiete von Monitoren in jüngerer Zeit an, so machen moderne grafische Oberflächen den Monitor nicht nur zum Ausgabegerät, sondern im Zusammenspiel mit der Maus auch zur wichtigen Hilfe bei der Eingabe.


1.2 Funktionsweise eines Monitors

Die Funktionsweise eines Monitors beruht auf dem Grundprinzip einer Kathodenstrahlröhre , an dem sich seit ihrer Erfindung durch Karl Ferdinand Braun im Jahre 1897 nichts verändert hat.

Die Kathodenstrahlröhre (auch Braunsche Röhre) ist eine Elektronenstrahlröhre. Beispielsweise enthält eine Braunsche Röhre im vorderen Teil zwei Kathoden. Eine Kathode dient zur Emission von Elektronen und die andere Kathode (auch Wehnelt-Zylinder) zur Zentrierung der Elektronen. Die nachfolgende Anode dient als Beschleunigungseinrichtung, mit der sich die Intensität regeln läßt. Die Elektronenlinse bündelt, vergleichbar einer optischen Linse (Licht), den Elektronenstrahl. Danach folgt die Ablenkvorrichtung mit den Y-Ablenkplatten (links; rechts) und den X-Ablenkplatten (oben; unten) sowie der Leuchtschirm. Bei einigen Modellen befindet sich zwischen der Ablenkvorrichtung und dem Leuchtschirm noch eine dritte Anode, die zur Nachbeschleunigung dient. Dort, wo die Elektronen auf dem Leuchtschirm auftreffen, erscheint ein heller Punkt.

Die Elektronen werden von einer meist indirekt erhitzten Bariumkathode ausgestrahlt. Der Wehnelt-Zylinder zur Zentrierung erhält eine negative Spannung und steuert die Menge der von der Anode durch die Zylinderöffnung angezogenen Elektronen. Die Zylinderöffnung ist in Richtung Leuchtschirm klein, wodurch der Elektronenstrahl zusätzlich vorfokussiert wird. Anschließend wird der Elektronenstrahl durch die Elektronenlinse gebündelt, so daß er beim Auftreffen auf den Leuchtschirm letztendlich nur einen einzelnen Punkt bewirkt.

Ein waagerecht eingebautes Paar von Ablenkplatten steuert die Auf- und Abwärtsbewegungen und ein senkrechtes Paar die Rechts- und Linksbewegungen des Elektronenstrahles. In jedem Plattenpaar besitzt jeweils eine Platte eine negative elektrische Ladung und die andere eine positive Ladung. Wenn die Ladungen gleich stark sind, trifft der Elektronenstrahl auf die Mitte des Leuchtschirmes. Wenn es sich um Ladungen ungleicher Stärke handelt, wird der Elektronenstrahl abgelenkt. Das Maß der Ablenkung hängt von der an den Platten angelegten Spannung ab. Gemäß dem an den waagerechten Platten angelegten Signal bewegt sich der Lichtpunkt auf der Vorderseite der Röhre entsprechend den Spannungsänderungen auf und ab. Wenn die Spannung der senkrechten Platten variiert wird, bewegt sich der Elektronenstrahl waagerecht über die Röhrenvorderseite. Die Farbe und Leuchtdichte werden über das Beschichtungsmaterial auf dem Leuchtschirm und durch die Aufprallgeschwindigkeit bestimmt, mit der die Elektronen auf den Schirm auftreffen.

Bei einem Monitor wird der Elektronenstrahl durch die Magnetfelder so gelenkt, daß er Zeile für Zeile jeden Punkt der Bildoberfläche trifft. Erreicht wird dieses technisch, indem man mit einer Sägezahnspannung arbeitet. Eine intelligente Steuerung sorgt dafür, daß der Elektronenstrahl die einzelnen Punkte mit unterschiedlicher Intensität erreicht. Unser Auge nimmt dann die so entstehenden Muster als ein Bild war (Ab einer Frequenz von 15 Hz.).

Da aber das Leuchten der Phosphorschicht nur sehr kurz anhält, müssen die Zeilen in rascher Folge ständig neu geschrieben werden. Diesen Vorgang bezeichnet man als Refresh. Wie oft ein Refresh pro Sekunde erfolgt, legt die Refreshrate (oder Bildwiederholrate) fest. Arbeitet der Monitor z. B. mit einer Bildwiederholrate von 72 Herz, so bedeutet das, daß sämtliche Zeilen der Oberfläche 72 mal in der Sekunde geschrieben werden. (Ab dieser Frequenz nehmen nur noch sehr wenige Anwender ein leichtes Flimmern war.)

Wenn bei diesem Vorgang keine Zeile ausgelassen wird, spricht man von einem Non- Interlaced- Verfahren . Bei billigeren Monitoren wird oft auf das Interlaced- Verfahren (auch: Halbbilddarstellung oder Zeilensprungmethode) zurückgegriffen, um mit hohen Refreshraten zu werben. Pro Bilddarstellung zeichnet der Elektronenstrahl alternierend nur die geraden oder ungeraden Zeilen neu. Die Konsequenz ist deutlich zu sehen: Das Bild flimmert erheblich.

Nicht bei jeder eingestellten Auflösung schafft der Monitor eine gleichhohe Bildwiederholrate. Was bei der gewünschten Auflösung noch möglich ist, bestimmt im wesentlichen die Horizontalfrequenz . Hinter diesem Wert verbirgt sich die Anzahl der Zeilen, die der Elektronenstrahl in einer Sekunde schreiben kann. Somit ist es entscheidend, wie viele dieser Zeilen für einen Bildaufbau benötigt werden. Soll bei einer vertikalen Auflösung von 600 Zeilen (800 x 600 = SVGA) die Refreshrate immer noch 72 Herz betragen, so müssen pro Sekunde 72 x 600 = 43.200 Zeilen (=43,2 kHz Horizontalfrequenz) erzeugt werden. Realistischerweise sollte man zu den 600 noch ein paar Zeilen (ca.10%) hinzuaddieren, da der Elektronenstrahl Rücklaufzeiten hat (von rechts nach links und von unten nach oben).

Die Flimmerfreiheit allein schafft aber noch keine angenehme Bilddarstellung. Gerade unter ungünstigen Lichtverhältnissen spielt die Entspiegelung der Oberfläche eine entscheidene Rolle. Bei billigeren Geräten erreicht man das durch Ätz- und Schleifvorgänge. Die teureren Modelle bieten hier mehr. Durch das sogenannte Coating wird eine lichtreflexabsorbierende Kunststoffschicht aufgedampft, wodurch weniger Streulicht entsteht und das Bild insgesamt schärfer und kontrastreicher erscheint. Außerdem sind in das Kunststoff kleine Metallpartikel eingelassen, die zugleich elektrische Felder abschirmen und eine statische Aufladung verhindern, wenn die Monitorinnenseite zusätzlich geerdet ist.


1.3 S/W-Monitore

Um überhaupt ein Bild darstellen zu können, muß der PC die notwendigen Signale an den Monitor senden. Dies erledigt eine sogenannte Grafikkarte. Von deren Qualität und Leistungsfähigkeit hängt es ganz entscheidend ab, wie hoch die Bildqualität bzw. die Geschwindigkeit der Darstellung ist. Es nützt der beste Monitor nichts, wenn an diesem Bauteil gespart wird. Im einfachsten Fall steuern die Signale der Grafikkate einen Elektronenstrahl, wodurch lediglich Schwarz/Weiß- Bilder darstellbar sind. Dabei geben die Signale den exakten Wert an, der zur Steuerung der Ablenkvorichtung in X- und Y-Richtung benötigt wird. Obwohl S/W-Monitore aus der Mode zu kommen scheinen, eignen sie sich hervorragend für reine Textverarbeitungsaufgaben. Sie liefern ein sehr scharfes Bild und gedruckt wird ohnehin meist nur schwarz/weiß.


1.4 Farbmonitore

Handelt es sich um Farbmonitore, steuert die Grafikkarte den Elektronenstrahl mit einer wesentlich höheren Geschwindigkeit, da für jede der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau ein eigener Durchlauf stattfindet. An der Innenseite des Bildschirms bilden jeweils drei Farbrechtecke (rot, grün, blau) einen Pixel. Jeder Farbpunkt soll dabei möglichst nur von dem für ihn beim Durchlauf zuständigen Elektronenstrahl zum Leuchten angeregt werden, andernfalls würde ein totales Farbchaos entstehen. Dies sichert eine sogenannte Lochmaske . Deren rechteckigen Löcher geben immer genau ein Farbtripel (rot, grün, blau) frei. Die Farbmischung erfolgt additiv, wobei durch unterschiedliche Intensität der drei Elektronenstrahlen im Prinzip jede Farbe eingestellt werden kann.

Die exakte Fokussierung der Elektronenstrahlröhren muß idealerweise bis an die Ränder des Bildschirms funktionieren. Klappt das nicht so gut, spricht man von einer schlechten Konvergenz . Als Ergebnis zieren dann unschöne Farbsäume die Ränder.

Es existiert noch ein zweites Verfahren, die Elektronenstrahlen genau zu fokussieren und zwar mit Hilfe eines vertikalen Drahtnetzes, wobei die einzelnen Drähte etwa Lochmaskenabstand haben. Dadurch entstehen rechteckige Pixel, und es wird ein geringerer Teil des Elektronenstrahls ausgeblendet. Diese Trinitron-Röhren zeigen somit einen höheren Kontrast und bieten eine bessere Schärfe. Besonders Moiréerscheinungen (störende regelmäßige Muster) treten aufgrund der fehlenden vertikalen Unterbrechung kaum auf. Auch die Bildgeometrie ist meist exakter. Leider sind diese Monitore etwas teurer und besitzen mitunter eine größere Bautiefe. Ein kleiner Nachteil besteht auch darin, daß zwei horizontale Haltedrähte benötigt werden, die unter Umständen auf hellen Bildschirmflächen sichtbar sind.



1.5 MPR-II, TCO-92 und Nutek

Egal, ob nun der Monitor ein gestochen scharfes, flimmerfreies Bild von einwandfreier Geometrie liefert oder nicht, eine unerwünschte elektromagnetische Strahlung (und auch eine Röntgenstrahlung in Richtung Gesicht) sendet er in jedem Fall aus. Deren Menge und damit Schädlichkeit kann der Anwender leider nicht mit dem bloßen Auge feststellen. Aus diesem Grund existiert schon seit einiger Zeit eine Reihe von Richtlinien und Empfehlungen, deren Einhaltung durch die Hersteller eine entsprechend niedrige Strahlungsbelastung sicherstellt (oder sicherstellen soll). Bedauerlicherweise hat hierzulande keine dieser Richtlinien Gesetzeskraft (im Gegensatz zu einigen anderen EG-Ländern).

Die einfachste Forderung nach Strahlungsarmut, die heute fast jeder Monitor erfüllt, regelt die MPR-Norm des Schwedischen Nationalen Rats für Meßtechnik und Prüfung. Sie wurde 1988 als MPR-I aufgestellt und 1990 zur MPR-II erweitert. MPR-II besagt, daß der Monitor bestimmte Grenzwerte elektrostatischer, elektrischer und magnetischer Felder in 50 cm Abstand und bei 16 Meßpunkten rund um den Bildschirm nicht überschreiten darf.

1991 wurden die Bestimmungen durch die Schwedische Angestelltengewerkschaft mit Verabschiedung der TCO-91 verschärft. Sie schreibt einen zusätzlichen Meßpunkt 30 cm vor dem Bildschirm vor. Die für uns heute Maßgebende TCO-92 aus dem Jahre 1992 berücksichtigt zusätzlich die Nutek-Norm . Sie regelt den Energieverbrauch eines Monitors, der ja immerhin der größte Stromverbraucher im Rechner ist. Verlangt wird dabei eine stufenweise Abschaltung in den Stand-By-Modus, sofern keine Anwenderaktivitäten zu verzeichnen sind. Dabei soll in einer ersten Stufe der Energiebedarf auf 30-15 Watt und in der zweiten Phase auf nur noch 5 Watt reduziert werden. Diese Stufenweise Abschaltung erfolgt, um Spannungsspitzen zu vermeiden, welche durch Selbstinduktion erzeugt, zu hohen Strahlenbelastungen führen würden. (Es gibt inzwischen eine TCO-95- Norm, welche die TCO-92- Norm abgelöst hat.)

Die VESA (Video Electronics Standards Association) hat nach dem Vorbild der Nutek-Norm das Digital Power Management Scaling verabschiedet, das schrittweise ein dreistufiges Herunterfahren des Systems regelt. Gesteuert wird das Ganze durch einen Treiber, der über die Grafikkarte entsprechende Signale sendet.




Text 2




Flachbildschirme

Anfang 1999 war es endlich so weit. Die zweite Generation von Flachbildschirmen (TFTs) hat in den Geschäften der Computerhändler Einzug gefunden. Im Gegensatz zur ersten Generation brauchen sie sich nicht mehr vor den Röhrenmonitoren (CRTs) zu verstecken. Im Gegensatz, Schärfe und Brillanz der TFTs sind den herkömmlichen Displays haushoch überlegen. Ein einziger Schwachpunkt bleibt jedoch bestehen, es ist der des eingeschränkten Blickwinkels von Flachbildschirmen. Aber auch auf diesem Gebiet haben die meisten Hersteller bedeutende Erfolge zu verzeichnen, indem sie verbesserte Panels verbauen, deren Abstrahlcharakteristik fast schon der von Standardmonitoren entspricht. Ein weiteres Argument für die TFTs ist ihr verringerte Platzbedarf und ihr minimaler Stromverbrauch.


Ergonomie und Diagonale

Aus ergonomischen Gesichtspunkten bieten TFTs viele Vorteile: Zum einen emittieren sie weitaus weniger elektromagnetische Strahlung als Röhrenmonitore. Andererseits sind die praktisch flimmerfrei - ein entscheidendes Kriterium für ermüdungsfreies Arbeiten.

Verwirrung tritt allerdings aufgrund der Größenangaben für die Diagonale auf. Bei Flachbildschirmen entspricht der sichtbare Bereich uneingeschränkt der Fläche des Panels. Auf einem 15-Zoll TFT stehen somit tatsächlich 38,1 Zentimeter für das Bild zur Verfügung.

Im Gegensatz dazu wird der äußere Rand bei CRTs vom Gehäuse verdeckt. Auf einem 17-Zöller sind daher im Durchschnitt etwas mehr als 40 Zentimeter (15,9 Zoll) für das Bild nutzbar.

15-Zoll-TFTs lassen sich aus diesen Gründen am ehesten mit 17-Zoll-Röhrenmonitoren vergleichen. Zudem liegt bei beiden die typische Auflösung bei 1024 x 768 Bildpunkten.


TFT-Technologie

TFT-Bildschirme gehören zur Kategorie der Flüssigkristall-Displays (LCDs). Im Gegensatz zu Plasma-Displays, deren Zellen das Licht aussenden, kommt bei der TFT-Technologie eine Hintergrundbeleuchtung (Backlight) zum Einsatz, die in der Regel aus Leuchtstoffröhren besteht

Vor der Hintergrundbeleuchtung befindet sich ein Polarisationsfilter, der nur gerichtetes Licht durchlässt. Davor ist wiederum eine Lage aus Flüssigkristallzellen installiert, die gemeinsam mit einem zweiten Filter auf das gerichtete Licht wie eine Blende wirkt.


Das Licht wird entlang von LCD-Molekülen weitergeleitet. Liegt an der sogenannten Alignment-Schichte keine Spannung an, so wird das Licht zwischen den beiden Polarisationsfiltern absorbiert (Abb.1. Blendeneffekt). Liefert hingegen der Dünnfilm-Transistor eine Spannung, so richten sich die Kristalle bzw. Moleküle aus. Aus dem Hintergrund dringt dann Licht durch die Zelle, abhängig vom Grad der Drehung (Abb.2.). Bei einer Drehung von 90° leuchtet die Zelle mit voller Intensität.

Daraus folgt: Je nachdem, ob Spannung an den Kristall angelegt wird oder nicht, gelangt das Licht der Hintergrundbeleuchtung durch die Blende hindurch. Auf diese Art werden einzelne Bildpunkte (auch Pixel, Zelle oder Transistor) eines LCD-Bildschirmes sozusagen EIN und AUS geschaltet.

Jede einzelne Zelle besitzt zusätzlich einen Farbfilter. Zum Einsatz kommen dafür die Farben Rot, Grün und Blau. Ohne Farbfilter wäre hingegen nur eine Schwarzweiß-Darstellung möglich.

 
 




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