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Displays

 

Displays werden in einer Vielzahl von Geräten benutzt, sowohl im TV-Bildschirm, im Monitor eines Computers, als auch im Smartphone. Hier gibt es Qualitätsunterschiede, die beim Kauf abgewägt werden müssen. Aber was beeinflusst die Qualität von Displays und ab wann spricht man von einem sehr guten Display? Dies hängt von einer ganzen Reihe von Faktoren ab. Wir haben einige dieser Faktoren für Sie zusammengestellt.

Auflösung 

Auflösung erklärt - von Friedrich Graf (CC)

Die Auflösung eines Displays ist das Produkt der Anzahl von darstellbaren Bildpunkten in der horizontalen (a) und vertikalen (b) Richtung (Bildpunkte horizontal x Bildpunkte vertikal = Auflösung). Beträgt die Anzahl der Bildpunkte in der Horizontale 1200 Pixel und der Vertikalen 700 Pixel, so spricht man von einer Auflösung von 1200 x 700 Pixel, oder 840.000 Pixel. Dies entspricht 0,8 Megapixel. Bei Displays gibt man in der Regel die beiden Werte für die horizontale und vertikale Anzahl der Pixel an, ohne das Produkt zu benennen. Bei FullHD ist dieses Verhältnis zum Beispiel 1920 x 1080. Weitere Beispiele haben wir Ihnen unten in einer Tabelle aufgeführt.

Ein A in unterschiedlichen Auflösungen

Vereinfacht gilt, je höher die Auflösung eines Displays ist, desto detaillierter kann ein Bild dargestellt werden. Ein Beispiel für die Unterschiede einer guten und einer schlechten Auflösung sehen Sie in den links dargestellten Grafiken des Buchstaben A. Man sieht, dass bei höherer Auflösung der Buchstabe detailierter dargestellt wird und bei einer geringen Auflösung wirkt das Bild stark verpixelt. Die Auflösung ist nicht der einzige Faktor, der die Qualität eines dargestellten Bildes beeinflusst. Weitere Faktoren finden Sie in den folgenden Abschnitten.

 

 

Format Breite x Höhe Verhältnis Pixel
PAL (VCD) 352 x 288 4:3 92.160 (0,09 MP)
VGA 640 x 480   300.000 (0,3 MP)
PAL (DVD) 720 x 576 beide 414.720 (0,41 MP)
SVGA 800 x 600   480.000 (0,48 MP)
XGA 1024 x 768   790.000 (0,79 MP)
HDTV 720p 1280 x 720 16:9 921.600 (0,92 MP)
WXGA 1280 x 800   1.020.000 (1,02 MP)
SXGA 1280 x 1024   1.310.000 (1,31 MP)
HD ready 1366 x 768    
Full HD 1920 x 1080 16:9 2.073.600 (2,07 MP)
4K 4096 x 3072 4:3 12.582.912 (12,58 MP)

DPI

Die Abkürzung DPI steht für “Dots per Inch”, also “Punkte pro Zoll”. Das heißt, dass diese Einheit beschreibt, wie viele Bildpunkte pro 2,54 cm dargestellt werden. Es ist ein Maß für die so genannte Punktdichte. Bei Displays wird die Punktdichte in ppi für “pixel per inch” angegeben. Umgangssprachlich wird hier meist aber auch die Abkürzung DPI verwendet.
Reduziert man die Punktdichte, so wirkt das Bild zunehmend pixelig. Wir haben dies im Folgenden anhand des flexyPage-Logos (von hoher zu niedriger Punktdichte) dargestellt. 

Vergleich aktueller Consumer-Geräte

iPhone 6

Samsung Galaxy Note 4

Samsung Gear S

2208x1242
5,5 Zoll
500 ppi
 

2560x1440
5,7 Zoll
515 ppi
AMOLED
360x480
2 Zoll
70 ppi
OLED

Blickwinkel

Der Blickwinkel beschreibt aus welcher Perspektive man das Display betrachtet. Im Büro betrachtet man den Bildschirm immer direkt aus einem Winkel von 90°. Dort sitzt, beispielsweise bei der Bildbearbeitung, nur eine Person in einem direkten Winkel vor dem Bildschirm. 

Display Blickwinkel

In einem Aufzug oder im Bereich Digital Signage betrachtet man den Bildschirm auch häufig von der Seite oder von unten. Menschen sind weder alle gleich groß, noch können sie sich den Standpunkt im Lift immer frei aussuchen, so kann es erforderlich sein, dass das der Displayinhalt von links, rechts, oben oder von unten betrachtet immer noch gut erkennbar sein muss. Da die Displays in Aufzügen meist über den Türen oder im Fahrkorb in einer Ecke angebracht sind, sind hier möglichst hohe Blickwinkel nötig. Auch muss der Displayinhalt eines Aufzugs von Kindern, von sitzenden Rollstuhlfahrern und von Nutzern die sich seitlich neben dem Display befinden gut erkennbar sein. Hierzu bedarf es Displays, die von der Seite und von unten betrachtet, einen hohen Blickwinkel bieten, das heißt keine Helligkeits- oder Kontrastverluste aufweisen. Der Blickwinkel eines Displays ist stark abhängig von der eingesetzten Technologie. Einige neue Generationen von Displays bieten einen sehr hohen Bickwinkel, siehe Abschnitt 'Technologie'.

Bei einem Twisted Nematic - Display (vgl. Technologie) nimmt der Kontrast stärker ab, wenn man das Display von unten betrachtet. Die Achsen geben den Winkel der Betrachtung an; Pink steht hier für den idealen Kontrast, während der Kontrast von Rot über Gelb zu Grün hin abnimmt. Für den Einbau in einem Aufzug wäre dies ein Problem, da sich hier für Rollstuhlfahrer und Kinder ein Problem ergibt - sie betrachten das Display immer von unten und können bei niedrigem Kontrast möglicherweise nicht mehr alles fehlerfrei erkennen.


Helligkeit 

Bei Flüssigkristallanzeigen (LCD) und Aktiv-Matrix-Displays (TFT) wird die Helligkeit durch eine Lichtquelle bestimmt, die sich hinter der Flüssigkristallanzeige befindet. Dies ist meist eine LED-Beleuchtung oder CFL-Röhren. Je heller diese Leuchten, um so heller ist das Display. Die Helligkeit wird bei Displays in Candela pro m2 (Cd/m2) angegeben. Typische Werte die hierbei erreicht werden, liegen bei einem Bildschirm im Büro bei 350-400 Cd/m2. Im Außenbereich, bei Digital Signage-Anwendungen, oder auch bei Aufzügen mit direkter Sonneneinstrahlung sind auch Helligkeiten von 1000-1300 Cd/m2 nötig, damit man auf dem Display alles erkennen kann. Es ist dabei wichtig, dass Displays ihre Helligkeit den Umgebungsverhältnissen anpassen können. Schließlich sind die 1300 Cd/m² nach Sonnenuntergang oder an dunklen Wintertagen deutlich zu hell.

CFL-Röhren als Lichtquelle werden zunehmend durch LEDs abgelöst. Dies liegt auch daran, dass CFL-Röhren einen höheren Energiebedarf haben und sie schneller 'altern'. Ihre Helligkeit nimmt im Laufe der Nutzung ab (bis zu 50% in 18 Monaten). 


Farben

Farbtiefe 1 bit bis 8 bit

Neben der Punktdichte hat auch die Farbtiefe einen bedeutenden Einfluss auf die Qualität der Darstellung. Die Zahl der Abstufungen innerhalb eines Farbkanals werden in Bit angegeben. 1 Bit entspricht zwei möglichen Abstufungen. Je mehr Abstufungen vorhanden sind, umso mehr Stufen einer Farbe kann durch das Display dargestellt werden. Bei einer Farbtiefe von 24 Bit können über 16 Millionen Farben dargestellt werden, so viele, wie vom menschlichen Auge unterschieden werden können. Daher bezeichnet man diese Farbtiefe als True Color.

 

flexyPage coreflexyPage core in 4 bit FarbtiefeflexyPage core in 2 bit FarbtiefeflexyPage core in 1 bit Farbtiefe


Technologien

LCD heißt “Liquid Crystal Display” also Flüssigkristall-Display. Hinter den Flüssigkristallen befindet sich eine Lichtquelle. Die Kristalle drehen sich wenn eine Spannung angebracht wird und steuern so, welche Lichtwellen hindurch dringen können. Durch geziehlte Ansteuerung der einzelen Pixel kann so auf dem Display ein Bild entstehen.

LCDs werden nach Anordnung der Pixel (Twisted Nematic, Vertical Alignment und In-Plane Switching), der Hintergrundbeleuchtung, Ansteuerung der Pixel (Passiv-Matrix oder Aktiv-Matrix) und dem Pixelmaterial unterschieden.  

Twisted Nematic (TN)

Wenn keine Spannung an ein Twisted Nematic Display angelegt ist, so passiert polarisiertes Licht die 90° gedrehte Flüssigkristallschicht und der Bildschirm erscheint weiß. Proportional zur Höhe der Spannung die angelegt wird, drehen sich die Flüssigkristalle und ändern die Polarisierung des Lichts. Twisted Nematic ist die verbreitetste Technologie und auch die älteste. TN-Displays sind außerdem preiswert in der Herstellung. Ein TN-Display hat einen deutlich kleineren Blickwinkel und eine schlechtere Schwarzdarstellung als z. B. ein VA-Display. 

Vertical Alignment (VA)

Bei Vertical Alignment Displays sind die Flüssigkristalle vertikal ausgerichtet und der Bildschirm erscheint ohne angelegte Steuerspannung schwarz. Wird eine Spannung angelegt, so ändern die Kristalle ihre Anordnung und lassen das Licht der Hintergrundbeleuchtung durch. Bildschirme mit Vertical Alignment Technologie besitzen einen dunkleren schwarzen Hintergrund, eine höhere Kontrastrate, einen besseren Blickwinkel und größere Temperaturverträglichkeit als Twisted Nematic Displays.

In-Plane Switching (IPS)

IPS-Displays besitzen einen großen Blickwinkel, eine schnelle Reaktionszeit und eine gute Farbdarstellung. Allerdings haben IPS-Displays einen höheren Energieverbrauch und sind teurer in der Herstellung.

Organic Light Emitting Diodes (OLED)

OLED, Organische Leuchtdioden, bestehen aus ultradünnen organischen Schichten, die bei angeleger Spannung aktiv Licht aussenden. Bei OLEDs handelt es sich nicht um LCDs. Sie kommen ohne Hintergrundbeleuchtung aus und bieten deshalb auch einen außergewöhnlich guten Kontrastwert. Zzt. ist die Lebensdauer von OLEDs noch relativ gering im Vergleich zu klassischen LCDs.


Kantenglättung

Eine Schräge ohne Kantenglättung

Die gleiche Schräge mit Kantenglättung

Bei einem Display sind Pixel gefärbte Quadrate. Wird eine Linie, die nicht komplett an den Pixeln ausgerichtet ist (horizontal oder vertikal) dargestellt, so erscheint diese gezackt, wie in dem Bilde unten zu sehen ist. So sieht diese Linie beinahe aus wie eine Treppe. Mit Hilfe der Kantenglättung soll dieses Phänomen reduziert werden. Bei der Kantenglättung werden zwischen den "Stufen" dieser "Treppe" zusätzliche, farblich ähnliche Pixel dargestellt.

Links ein Buchstabe mit Kantenglättung, rechts ohne KantenglättungSo ergibt sich, aus einiger Distanz bertrachtet, ein besseres, geschmeidigeres Bild dieser Linie für das menschliche Auge. Die Technik der Kantenglättung wird auch für Schriften verwendet. Im Nachfolgenden haben wir den Buchstaben A auf einem weißen Displayhintergrund abgebildet, links mit Kantenglättung und rechts ohne Kantenglättung.

 


Vektorschriftarten

Bitmapschrift vs Vektorschrift - von Fbj und Wgabrie (CC)

Bitmap-Schriftarten werden als Pixel auf einen Raster gespeichert. Eine Vektorschrift unterscheidet sich von einer Bitmap-Schrift dadurch, dass nicht die Anordnung der Pixel gespeichert wird, sondern Zeichen, die durch Anfangs- und Endkoordinaten einer Linie beschrieben werden. Damit sind Vektorschriftarten beliebig skalierbar, ohne an Qualität einzubüßen.
Bei den Vektorschriftarten gibt es Outline-Schriftarten und Stroke-Schriftarten. Bei den Outline-Schriftarten sind die Umrisse der jeweiligen Buchstaben definiert und bei den Stroke-Schriftarten die Größe der Striche. Die Outline-Fonts sind die am meisten verbreitete Variante der Vektorschriften. 

Zu den Vektorschriftarten gehören u. a. auch TrueType-Schriftarten (*.ttf), OpenType (*.otf) und Google Fonts.