Referat TFT-Monitor

[darkmessias]

Hab hier mal ein Referat über den TFT-Monitor hochgeladen, was ich vor kurzem geschrieben habe. Im Anhang findet ihr das ganze Zeug in einer PDF-Datei.

Hoffe das ihr damit was Anfangen könnt.

Bitte das Referat nicht kopieren und auf einer anderen Seite hochladen, ohne mich vorher per PM zu fragen!


TFT-Monitor

Inhaltsverzeichnis

1 EINFÜHRUNG 3
2 KLÄRUNG WICHTIGER BEGRIFFE 3
3 EINORDNUNG 3
4 ENTWICKLUNG 4
5 AUFBAU UND FUNKTION 4
6 AUFBAU EINES BILDPUNKTES 5
7 KRITERIEN BEIM KAUF 6
7.1 Abstand der Bildpunkte 6
7.2 Maximale Auflösung 6
7.3 Bildschirmdiagonale 7
7.4 Kontrast und Helligkeit 7
7.5 Reaktionsgeschwindigkeit 7
7.6 Blickwinkel 7
7.7 Leistungsaufnahme 8
7.8 Preis 8
8 MARKTSITUATION 8
8.1 Überblick 8
8.2 Vorstellung 9
9 ENTWICKLUNG 9
9.1 MVA/PVA 9
9.2 S-PVA 9
10 FAZIT 10
10.1 Vorteile 10
10.2 Nachteile 10
11 GLOSSAR 10
11.1 LCD (Liquid Crystal Display) 10
11.2 TFT (Thin Film Transistor) 10
11.3 TN (Twisted Nemantic) 10
11.4 Polarisationsfilter 11
11.5 Aktiv-Matrix-Display 11
12 QUELLENANGABEN 11


1 Einführung

Visuelle Informationen werden in der heutigen Zeit durch eine Fülle von Techniken dargestellt, die uns mehr Flexibilität und Mobilität ermöglichen. Eine wichtige Rolle spielt hierbei der TFT-Monitor.

In diesem Referat möchte ich den Aufbau und die Funktionsweise eines TFT-Monitors vorstellen und einen Blick auf die gegenwärtige Marktsituation und wichtige Kaufkriterien werfen. Zunächst werde ich den TFT-Monitor anhand der verwendeten Technik klassifizieren. Anschließend erläutere ich im zweiten Punkt die Entwicklung des TFT-Monitors. Die Funktionsweise eines TFT-Monitors werde ich in den Punkten 3 und 4 verständlich darstellen. Die wichtigsten Merkmale eines TFT-Monitors auf die man beim Kauf achten sollte sind in Punkt 5 aufgeführt. In Punkt 6 wird die aktuelle Marktsituation gezeigt, wo die gängigen Größen und Preise dargestellt werden. Die unter Punkt 7 aufgelisteten Vor- und Nachteile sollten beim Erwerb eines neuen Monitors berücksichtigt werden.

Der Glossar ist unter Punkt 8 zu finden, in dem ich alle verwendeten Fachwörter erläutert habe. Weiterführende Informationen sind dem Quellenverzeichnis am Ende des Dokuments zu entnehmen.

Ich habe dieses Thema gewählt, da ich die Funktionsweise von Flachbildschirmen besser kennen lernen wollte.

2 Klärung wichtiger Begriffe

Um das Referat besser zu verstehen, werden diese wichtigen Begriffe zu beginn erläutert. Der Begriff TFT steht für Thin-Film-Transistor oder auch Dünnschichttransistor. Er ist ein elektronischer Halbleiter und wird zum Schalten verwendet. Der TFT-Monitor gehört zu den LCD Monitoren. Das Wort LCD steht für Liquid Crystal Display. Im Deutschen steht er für Flüssigkristallbildschirm. Flüssigkristalle sind stabförmige Moleküle, welche sich durch das Anlegen einer Spannung in bestimmten Formen anordnen können.

3 Einordnung

Die heute auf dem Markt existierenden Monitore lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Röhrenmonitore (CRTs – Cathode-Ray-Tude) und Flachbildschirme. Flachbildschirme folgen unterschiedlichen Konzepten wie LCD, Plasma Displays oder LED (Light Emitting Diode).

Diese lassen sich grob in lichterzeugende und lichtdurchlassende Typen unterteilen. Die TFT Monitore gehören zu den LCD-Monitoren, welche zu den lichtdurchlassenden Flachbildschirmen gehören. Alle Flachbildschirme dieser Kategorie benötigen eine Hintergrundbeleuchtung. Der TFT-Monitor wird auch als Aktiv-Matrix bezeichnet, da er jeden Bildpunkt einzeln Anspricht und dieser seinen Zustand bis zur nächsten Aktualisierung behält. Die Passiv-Matrix-Displays müssen dauerhaft aktualisiert werden und werden heutzutage nur noch in Taschenrechnern oder sehr billigen Notebooks eingesetzt.



4 Entwicklung

Ein TFT-Monitor arbeitet auf der Basis von Flüssigkristallen. Die ersten Flüssigkristalle wurden 1888 von einem Botaniker im Labor entdeckt. Das erste funktionierende LCD-Display wurde 1968 in den USA entwickelt. 1971 wurde das erste LCD-Display vorgestellt welches das Twisted Nemantic Verfahren verwendet, welches auf der Drehung von Licht und dem Einsatz von Filtern beruht. 1972 wurde das erste Aktiv-Matrix-Display in den USA hergestellt. Dieses wurde anschließend immer weiter verbessert. Durch den hohen Ausschuss bei der Produktion waren TFT-Monitore lange Zeit zu teuer, was ihren Durchbruch verhinderte. 1990 wurde erstmals ein Farbdisplay hergestellt, 2007 wurden weltweit zum ersten Mal mehr Flachbildschirme als Röhrenmonitore verkauft.

5 Aufbau und Funktion

Ein TFT-Monitor besteht aus mehreren Schichten. Da er zu den Monitoren gehört, welche eine Hintergrundbeleuchtung besitzen, ist das hinterste Element eine Hintergrundbeleuchtung, die je nach Modell entweder aus mehreren Leuchtstoffröhren oder aus LEDs besteht. Das Licht der LEDs fällt auf einen Polarisationsfilter. Diesen kann man sich wie eine Art Gitter vorstellen. Er lässt nur Licht durch welches in einer bestimmten Richtung gedreht ist, alles andere wird absorbiert. Darüber liegt eine Glasscheibe, auf der Dünnfilmtransistoren angebracht sind. Das durchgelassene Licht passiert nun die Schicht von Flüssigkristallen, welche von zwei Ausrichtungsschichten (Alignment Layer) eingeschlossen ist. Dieser dient zur Steuerung der Flüssigkristalle. Das Licht passiert anschließend einen Farbfilter und eine Glasscheibe, auf der dieser angebracht ist. Das Licht trifft dann auf einen zweiten Polarisationsfilter, der um 90° gedreht ist.



Diesen Aufbau gibt es für jeden Bildpunkt drei Mal, für Rot, Grün und Blau.

Solange am Aligment Layer keine Spannung anliegt wird das einfallende Licht um 90° gedreht und passiert so den zweiten Polarisationsfilter. Wenn dies überall der Fall währe, würde ein komplett weißes Bild entstehen.



Um nun ein Bild zu erzeugen, wird über den Transistor an dem Aligment Layer eine Spannung angelegt. Dies führt dazu, dass die Flüssigkristalle sich alle gleichmäßig ausrichten. Das Licht wird nun nicht mehr um 90° gedreht, sodass die eine Farbe eines Bildpunktes vom Polarisationsfilter absorbiert und nicht mehr angezeigt wird. Durch die Veränderung der Spannung kann der Farbanteil variiert werden, da nur ein bestimmter Prozentsatz des Lichts gedreht wird. Dieses Verfahren wird Twisted Nemantic(TN) genannt, da es die nematischen Phasen von Flüssigkristallen verwendet. Diese bestimmen die Ausrichtung der Flüssigkristalle.



Durch die Ansteuerung jedes einzelnen Farbteils durch einen Transistor ist es möglich einen Farbteil ohne dauernde Aktualisierung zu erhalten. Dadurch entsteht ein flimmerfreies und kontrastreiches Bild.

6 Aufbau eines Bildpunktes

Um eine bestimmte Farbe zu erzeugen werden die Grundfarben Rot, Grün und Blau gemischt. Hierbei besitzt jeder Farbteil einen eigenen Transistor. Ein Bildpunkt besteht dementsprechend aus drei Transistoren. Der Abstand der Punkte(Dot Pitch) ist ein entscheidender Faktor für die Bildqualität und liegt circa zwischen 0,20 und 0,30 mm. Je kleiner der Abstand der einzelnen Bildpunkte ist, desto höher ist die maximale Auflösung, weil mehr Bildpunkte auf die gleiche Fläche passen. Des Weiteren ist durch die Verwendung von Bildpunkten die maximale Auflösung schon bei der Herstellung festgelegt. Wenn man also einen Bildschirm mit einer maximalen Auflösung von 1920 x 1200 besitzt enthält dieser 5760 x 3600 Transistoren, also insgesamt 20736000 Transistoren.



Auf einem TFT-Monitor können auch niedrigere Auflösungen verwendet werden. Diese werden, je nach Konfiguration des Grafikkartentreibers, entweder mit schwarzen Rändern dargestellt oder sie werden von der Grafikkarte Interpoliert. Das heißt, dass die Grafikkarte das Bild auf die maximale Auflösung umrechnet. Dies führt zu einem deutlich sichtbaren Qualitätsverlust und einer Verschlechterung des Kontrasts.

Wenn einer dieser Transistoren defekt ist, entsteht ein so genannter Pixelfehler. Der Bildpunkt zeigt dann entweder nur noch weiß oder nur noch schwarz an. Die meisten Hersteller tauschen Geräte um die zu viele Pixelfehler besitzen, wo diese Grenze liegt ist aber nicht definiert. Pixelfehler entstehen nur bei der Produktion oder bei unsachtgemäßem Umgang mit dem Monitor, etwa Drücken auf das Display.

Da die Monitore zu Beginn der Herstellung oft Pixelfehler besaßen und die Ausschussrate ziemlich hoch lag, bauten viele Hersteller einen vierten Transistor ein, der einen defekten Transistor ersetzen sollte.

7 Kriterien beim Kauf

Wenn man sich einen neuen TFT-Monitor anschaffen möchte sollte man auf die Kriterien achten, die ich im Folgenden ausführlich Erläutern werde.

7.1 Abstand der Bildpunkte

Da durch den Abstand der Bildpunkte die maximale Auflösung bestimmt wird sollte er möglichst klein sein, also um die 0,20 bis 0,30 mm. Dadurch wird auch die Bildqualität erhöht.

7.2 Maximale Auflösung

Die maximal mögliche Auflösung ist, wie oben genannt, begrenzt. Je nach Bildschirmmodell ist diese entweder im Verhältnis 4:3 oder im Verhältnis 16:10(9). Das Verhältnis 4:3 ist das Standardverhältnis wohingegen 16:10 für Videos optimiert ist. Monitore mit diesem Seitenverhältnis werden Widescreen-Monitore genannt. Typische Widescreenauflösungen sind 1280 x 800 oder 1680 x 1050. Gängige 4:3 Auflösungen sind beispielsweise 800 x 600 oder 1024 x 768.

Je höher die maximale Auflösung ist, desto besser ist am Ende das Bild. Man sollte jedoch darauf achten, dass die eigene Grafikkarte die Auflösung unterstützt. Wenn dies nicht der Fall ist muss das Bild runtergerechnet (Interpoliert) werden, was zu Qualitätsverlust des Bildes führt.

7.3 Bildschirmdiagonale

Die Bildschirmdiagonale gibt an wie lang der Abstand der beiden Ecken ist. Als Maßeinheit wird Zoll verwendet, wobei 1 Zoll 2,54 cm entspricht. Diese Einheit wird mit Anführungszeichen abgekürzt. Im Gegensatz zu CRT-Monitoren entspricht die Diagonale genau der wirklichen Größe des angezeigten Bildes. So entspricht die Bildfläche eines 17“ TFT-Monitors in etwa der eines 19“ CRT-Monitors. Heute besitzen die meisten Menschen TFT-Monitore mit einer Bildschirmdiagonale von 17“. Neugeräte besitzen selten eine Diagonale die geringer ist als 19“, was aktuell Standard ist.

7.4 Kontrast und Helligkeit

Kontrast und Helligkeit spielen eine wichtige Rolle bei der Qualität der Ausgabe. Der Kontrast gibt den Unterschied zwischen dem hellst und dem dunkelst möglichen Pixel an. Oft geben die Hersteller von Monitoren Wert wie 30000:1(dynamisch) an. Das bedeutet, dass sich die Hintergrundbeleuchtung an das Bild anpasst, um einen höheren Kontrast zu erzeugen.

Die Helligkeit spielt eine wichtige Rolle bei der Angabe von Kontrastwerten. Die Helligkeit wird in Candela pro Quadratmeter (cd/m²) angegeben. Optimale Helligkeitswert sind 200 250 cd/m², da bei helleren Werten der Monitor blendet.

Ziel sollte es also sein einen Monitor zu erwerben, bei dem der Kontrast bei einer Helligkeit 200 250 cd/m² möglichst hoch ist.

7.5 Reaktionsgeschwindigkeit

Die Reaktionsgeschwindigkeit ist die Zeit, die ein Bildpunkt benötigt um seinen zustand zu wechseln. Wenn die Reaktionszeit zu hoch ist verschmiert das Bild. Dies ist vor allem bei Computerspielen sehr nervig, weshalb man sich als Spieler Monitore mit 2 ms Reaktionszeit oder weniger kaufen sollte. Für den normalen Büroanwender reichen aber auch Reaktionszeiten von 8 ms durchaus aus. Es gibt auch Monitore mit deutlich höheren Reaktionszeiten um die 20 ms. Diese sind in den meisten Bereichen nicht brauchbar, stellen aber Farben extrem realistisch da, weshalb sie gerne von Grafikdesignern verwendet werden.

7.6 Blickwinkel

Der Blickwinkel gibt an, wie lange das Bild sichtbar ist, wenn man den Monitor von der Seite betrachtet. Das Bild verändert bei zunehmendem Blickwinkel zunächst seine Farbe und wird dann immer dunkler. Der maximale Wert liegt logischerweise bei 180°. Die meisten Monitore schaffen heutzutage einen Blickwinkel von ca. 150°. Es gibt aber durchaus Monitore die Betrachtungswinkel von 175° haben.

7.7 Leistungsaufnahme

Die Leistungsaufnahme liegt je nach Hintergrundbeleuchtung bei 20-50 Watt. Im Vergleich brauchen Röhrenmonitore um die 100 Watt. Die Leistungsaufnahme von TFT-Monitoren kann eine wichtige Rolle spielen, da diese Kosten nach dem Kauf dauerhaft anfallen.

7.8 Preis

Der Preis von TFT-Monitoren ist großteils von der Bildschirmdiagonale anhängig. Des Weiteren spielen die oben genannten Kriterien eine wichtige Rolle. Eine Übersicht über aktuelle Preise ist im nächsten Punkt zu finden.

8 Marktsituation

8.1 Überblick

Es gibt viele Hersteller von TFT-Monitoren. Nachfolgend habe ich einige der bekanntesten und größten aufgelistet:

• Acer
• Fujitsu Siemens
• HP
• LG
• Phillips
• Samsung
• ViewSonic

Diese Hersteller produzieren Monitore, die normalerweise Qualitativ hochwertig sind. Ob man von bekannten Herstellern kauft oder lieber weniger bezahlt und ein Produkt einer unbekannten Firma erwirbt bleibt jedem selbst überlassen.

Preislich variieren die Monitore je nach Ausstattung und Qualität. Die folgende Preistabelle dient zur besseren Übersicht über den aktuellen Markt.

Bildschirmdiagonale Preis (von/bis)
17 Zoll ~ 80 - 120
19 Zoll ~ 100 - 150
22 Zoll ~ 200 - 400
24 Zoll ~ 250 - 500
26 Zoll ~ 350 - 650

Der Preis der Monitore ist im Bereich der kleineren Bildschirmdiagonalen bei allen Herstellern ähnlich. Alle Produkte haben eine ähnliche Ausstattung. Je größer jedoch die Bildschirmdiagonale wird, desto größer sind auch die Preisunterschiede. Die günstigeren Modelle sind von der Ausstattung meistens weniger gut und haben oft Probleme bei der Darstellung schneller Bewegungen, da die Reaktionszeit zu hoch ist. Auch ist die Wahrscheinlichkeit eines Pixelfehlers bei günstigeren Geräten höher.

8.2 Vorstellung

Zur besseren Veranschaulichung stelle ich hier ein Modell vor. Meine Wahl fiel auf den Samsungs SyncMaster 226BW. Diesen Widescreenmonitor kann man für nahezu alles gebrauchen. Er besitzt einen Kontrastverhältnis von 1076:1 und eine Helligkeit von 211 cd/m² und erreicht so eine hervorragende Bildqualität. Durch einen Blickwinkel von 160° kann man auch mit mehreren vor diesem Monitor arbeiten. Auch Spiele kann er, dank seiner Reaktionsgeschwindigkeit von 5 ms, mit minimaler Bewegungsunschärfe darstellen. Die maximale Auflösung beträgt 1680 x 1050 bei einem Bildpunktabstand von 0,28 mm. Der Preis liegt mit circa 200€ im unteren Bereich, was aber auch an der fehlenden Ausstattung, wie beispielsweise Lautsprechern oder eines USB-Hubs, liegen mag.

9 Entwicklung

Die oben vorgestellten Monitore arbeiten alle mit dem Twisted Nemantic Verfahren. Es gibt auch mehrere Verbesserungen, die im Profi-Bereich eingesetzt werden.

9.1 MVA/PVA

Der Begriff MVA steht für Multi-Domain Vertical Alignment. Dies ist eine Technik, die eingesetzt wird um den Kontrast sowie den Blickwinkel zu steigern. Dies geht zu Lasten der Reaktionsgeschwindigkeit, was zu Bewegungsunschärfe führt. Bei MVA-Displays wird eine Zelle in 2-3 Ebenen unterteilt. Dadurch ist sie genauer anzusteuern und das Licht kann gestreut werden. Ein weiterer Unterschied ist, dass die Flüssigkristalle durch Vorsprünge so gedreht werden, dass das Bild schwarz ist wenn keine Spannung angelegt wurde.

PVA steht für Patterned Vertical Alignment und ähnelt der MVA-Technologie. Sie wurden unabhängig voneinander entwickelt und unterscheiden sich nur geringfügig. Bei PVA wird eine Zelle in 4 Bereiche eingeteilt, wodurch der Kontrast und der Blickwinkel ein wenig höher liegen als beim MVA.

9.2 S-PVA

Super- oder S-PVA ist eine Weiterentwicklung von PVA. Hier wurde die Anzahl der Bereich noch einmal verdoppelt, auf nun 8 pro Zelle. Hierdurch lässt sich der Blickwinkel bis auf das Maximum erhöhen. Auch der Kontrast ist auch bei höherem Blickwinkel optimal. Außerdem wurde die hohe Reaktionszeit auf ca. 8ms reduziert.

10 Fazit

Die Vor- und Nachteile der TFT-Monitore sind hier übersichtlich dargestellt.

10.1 Vorteile

• Platzsparend
• Leicht
• Energieeffizient
• Hoher Kontrast
• Hohe Helligkeit
• Flimmerfreies Bild
• Grosse Bildfläche
• Emissionsfrei
• Keine Beeinflussung durch magnetische Felder

10.2 Nachteile

• Eingeschränkter Blickwinkel
• Auflösung vorgegeben
• Reaktionszeit
• Farbwiedergabe nicht immer naturgetreu

11 Glossar

11.1 LCD (Liquid Crystal Display)

Flüssigkristalldisplay, welches mit dem TN-Verfahren funktioniert. Durch eventuell vorhandene Farbfilter können mehrere Farben angezeigt werden. Einsatz: Taschenrechnern, Digitaluhren, älteren Monitoren.

11.2 TFT (Thin Film Transistor)

Der Dünnschichttransistor ist ein elektronischer Halbleiter und wird zum Schalten verwendet. Er steuert in einem TFT-Monitor die einzelnen Bildpunkte, welche für jede Farbe einen TFT besitzen. Die TFT-Monitore gehören zu den LCD-Monitoren und sind Aktiv-Matrix-Displays. Einsatz: Monitore.

11.3 TN (Twisted Nemantic)

Beim TN-Verfahren wird das durch die Flüssigkristalle gedrehte Licht durch Polarisationsfiltern geleitet. Alles Licht welches nicht gedreht ist, wird blockiert.

11.4 Polarisationsfilter

Ein Polarisationsfilter lässt nur Licht durch welches in eine bestimmte Richtung gedreht ist, der Rest wird blockiert.

11.5 Aktiv-Matrix-Display

Beim Aktiv-Matrix-Display wird jeder Bildpunkt einzeln angesteuert und behält seine Spannung bis sie geändert wird.

12 Quellenangaben

• IT-Grundlagen
• Einfache IT-Systeme
• http://www.tomshardware.com/de/TFT-LCD-F...te-49.html
• http://bbsw-koblenz.de/fachbereiche/klas...03/TFT.htm
• http://www.tecchannel.de/test_technik/gr...en/438426/
• http://www.tu chemnitz.de/informatik/HomePages/Medieninformatik/lehre/lehrmaterial/skripte/359818654.pdf
• http://www.itwissen.info/definition/lexi...splay.html
• http://de.wikipedia.org/wiki/Fl%C3%BCssi...bildschirm
• http://de.wikipedia.org/wiki/TFT

[der_tabak]

Hab es mir jetzt nur stellenweise angeschaut/durchgelesen, sieht aber professionell und vollständig aus.