Die Wahl des Bildschirmtyps und die geeignete Einstellung verschiedener Parameter

Wie das Diagramm am Beispiel von Flachbildfernsehern zeigt (Abb. 1), bestimmen LC-Displays (LC = Liquid Crystal) heutzutage hauptsächlich den Markt der Bildschirme. Deswegen wird im Folgenden auch nur auf LCD-Bildschirme eingegangen.

Bei LC-Displays ändern sich in Abhängigkeit vom Sehwinkel Leuchtdichte, Kontrast und Farbe unterschiedlich stark, je nach dem, was für ein LCD-Typ genutzt wird.

LCD-Typen

Momentan gibt es drei wesentliche LCD-Typen, die sich durch die Art der Ausrichtung der Flüssig-kristalle zwischen den Glasplatten unterscheiden. Diese Unterschiede prägen die Darstellungs-eigenschaften eines Monitors und damit auch seine Verwendungsfähigkeit (Tab. 1).

Je nach Anforderungen des Anwendungsbereichs ist oft ein LCD-Typ, auch hinsichtlich des Preis-Leistungsverhältnisses, besonders geeignet.

Folgend werden unterschiedliche Kontrastwerte der LCD-Typen in Form unterschiedlicher Farben in ISO-Kontrast-Diagramm dargestellt. Dabei steht die Farbe Pink für einen hohen und die Farbe Grün für einen niedrigen Kontrast.

Tab. 1: LCD-Typen im Vergleich

	TN	IPS/SIPS	MVA/PVA
Kontrast	mittel bis hoch	mittel bis hoch	mittel bis sehr hoch
Winkelabhängigkeit	mittel bis groß	niedrig	niedrig
Schaltzeichen	kurz	mittel	kurz
Leistungsaufnahme	gering	hoch	hoch

TN = Twisted Nematic IPS = In-Plane-Switching SIPS = Super In-Plane-Switching
MVA = Multi Domain Vertical Alignment PVA = Pattern Vertical Alignment

Quelle: VBG. Hg. 2012. BGI 650: Bildschirm- und Büroarbeitsplätze Leitfaden für die Gestaltung.

TN (TwistedNematic)

Der TN-Anzeigetyp ist weit verbreitetund gut für Büro- und der Heimanwendungen geeignet. Er verfügt über eine schnelle Schaltzeit und ist relativ kostengünstig. Nachteilig ist die geringe Blickwinkelstabilität, dies bedeutet, dass beim geraden Blick auf das Displayein hoher Kontrast und großer Farbraum vorliegt, beim schiefen Blick verkleinert sich der Kontrast und die Farben sind weniger gesättigt (Abb. 2).

IPS (In-Plane-Switching)

Eine hohe horizontale und vertikale Blickwinkelstabilität, sowie eine stabile Farbdarstellung (vor allem bei SIPS) bietet der IPS-Anzeigetyp (Abb. 3). Die vergleichsweisehohen Fertigungskosten und ein dunkleres Display als beim TN-Typ sind hierbei hingegen nachteilig. Ein Ausgleich der geringeren Helligkeit des Displays kann über eine stärkere Hintergrundbeleuchtung erfolgen, dies führt jedoch ebenso zu einem höheren Stromverbrauch.

VA (VerticalAlignment)

Die VA-Technik bietet neben einem sehr hohen Betrachtungswinkel ebenso eine hohe Farbtreue (S-PVA) (Abb. 4), ist aber, ähnlich wie der IPS-Typ, relativ kostenintensiv.

Hintergrundbeleuchtung von LC-Displays

LCDs sind keine Selbstleuchter. Um Licht emittieren zu können ist eine Hintergrundbeleuchtung nötig. Die Hintergrundbeleuchtung wird mittels Kaltkathodenröhren (Cold Cathode Fluorescent Lamp, kurz CCFL) oder LEDs umgesetzt.Die Ausleuchtung, Bautiefe und der Farbraum eines Monitors hängen vor allem von der Art der Hintergrundbeleuchtung ab.

Der Farbraum eines LC-Displays wird als Dreieck in der CIE Normfarbtafel angegeben.Je größer das Dreieck ist, desto näher liegen die Farben des emittierten Lichts am monochromatischen Licht der Grundfarben der additiven Farbmischung. Zum Farbraumvergleich verschiedener Displays wird oft der Farbraum des „National Television Standard Committee“ (kurz NTSC) benutzt.Die Überlagerung aus dem Spektrum der Hintergrundbeleuchtung mit den Transmissionsspektren der verwendeten Farbfilter des Displays ergibt das resultierende Spektrum der Farben der Subpixel.Der Farbraum des Displays wird umso größer, je besser die zwei sich überlagernden Spektren übereinstimmen. (Abb. 5)

Backlight durch Leuchtstoffröhren (CCFL)- zwei mögliche Ausführungen

Bei dem sogenannten „Edge-Backlight“ werden die CCFLs seitlich von dem Display angebracht. Das Licht wird durch Reflektoren über eine lichtleitende Folie einheitlich über das gesamte Display verteilt. Diese Ausführung der Hintergrundbeleuchtung ermöglicht eine, im Vergleich zu den Direct-Backlight CCFLs, geringe Displaybautiefe und wird hauptsächlich bei Notebookdisplays verwendet.

Eine andere Ausführung ist das „Direct-Backlight“ (Abb. 6). Bei dieser werden parallel gruppierte CCFLs oder u-förmige CCFLs hinter der LC-Schicht angebracht. Das Licht passiert einen Diffuser, um eine gleichmäßige Ausleuchtung zu gewährleisten. Diese Ausführung der Hintergrundbeleuchtung findet eher bei Fernsehgeräten oder lichtstarken PC-Monitoren Anwendung.

Das Emissionsspektrum von CCFLs hat drei Hauptmaxima und zwei Nebenmaxima, welche den Farbraum eines CCFL-Displays etwas einschränken. Die sogenannten „Wide Color Gamut“-CCFL-Displays (WCG-CCFL-Display) erreichen jedoch durch eine genaue Abstimmung der Spektren von Hintergrundbeleuchtung und Farbfiltern eine ziemlich gute Abdeckung des NTSC Farbraums. (Abb. 7)

Backlight durch LEDs – zwei mögliche Ausführungen

Die Vorteile der Hintergrundbeleuchtung mittels LEDs gegenüber der mit CCFLs sind, dass Monitore und Fernsehgeräte flacher gebaut, der Farbraum deutlich erhöht und der Energieverbrauch verringert werden kann. Außerdem benötigen LEDs kein giftiges Quecksilber zur Lichtentstehung.

Bei der Hintergrundbeleuchtung mit LEDs kann ebenfalls zwischen „Edge-Backlight“ und „Direct-Backlight“ unterschieden werden. Während das „Edge-Backlight“ (Abb. 8) sehr schmale Bauweisen ermöglicht, können durch das „Direct-Backlight“ (Abb. 9) sehr hohe Kontraste erzielt werden, da partiell abgedunkelt werden kann.

Bezüglich der verwendeten LED-Art wird die Hintergrundbeleuchtung mittels LED nochmals in drei Technologien unterschieden.

Zwei der drei Technologien verwenden sogenannte „Pseudo-white LEDs“. Das sind LEDs, die weißes Licht erzeugen, in dem sie blaues Licht durch eine gelbe Phosphorschicht emittieren oder Dioden die mit grün und rot leuchtendem Phosphor beschichtet werden.

Die größte Farbraumabdeckung erzielt jedoch die sogenannte RGB-LED Geräte. Diese verwenden für jede Grundfarbe des Lichtes eine eigene LED (rot, grün, blau). Leider ist diese Technologie noch sehr kostenintensiv.

Leuchtdichte und Kontrast

Anforderungen an Bildschirme bezüglich der Leuchtdichte und des Kontrastes:

• Die Anzeigeleuchtdichte sollte ≥ 100 cd/m² sein.(Anzeigeleuchtdichte = die Leuchtdichte des Untergrundes bei Positivdarstellung und die Leuchtdichte der Zeichen bei Negativdarstellung.
• Der Kontrast zwischen Zeichen und Zeichenuntergrund sollte mindestens 4:1 sein.(Kontrast = Verhältnis der höheren Leuchtdichte (LH) zur niedrigeren Leuchtdichte (LL))
• Für die Textverarbeitung wird eine einfarbige Zeichendarstellung empfohlen.

Positiv- und Negativdarstellung (Abb. 10)

Die Darstellung dunkler Zeichen auf hellem Hintergrund wird als Positivdarstellung und die Darstellung heller Zeichen auf dunklem Hintergrund wird als Negativdarstellung bezeichnet.

Eine Positivdarstellung hat sich als besser anpassungsfähig herausgestellt, was die physiologischen Eigenschaften des Menschen und seine Arbeitsumgebung betrifft.

Vorteile einer Positivdarstellung sind die bessere Erkennbarkeit der Zeichen bei gleichem Kontrast vor einem hellen Hintergrund als vor einem dunklen. Die Positivdarstellung liefert somit einebessere Lesbarkeit. Auftretende Reflexionen werden als weniger störend wahrgenommen, was die Möglichkeit einer flexiblen Anordnung der Arbeitsplätze bietet. Da Bildschirme mit Positivdarstellungeine hohe Leuchtdichte aufweisen,kommt es außerdem zu einemAngleich der Leuchtdichten von Bildschirm, Umgebung und Vorlagen (z.B. Papier) und somit zu einer Minimierung des Wechsels von Hell- und Dunkeladaptation (Siehe auch: Leuchtdichteverteilung).

Ein Wechsel von Positiv- zur Negativdarstellung ist besonders dann hilfreich, wenn die Anpassung des visuellen Systems an geänderte Leuchtdichten gestört ist. Häufig ist eine solche Störung zusätzlich mit verstärkter Blendung gekoppelt.

Farbdarstellung

Die Farben von Zeichen und Bildern sollten auf die des Bildschirmuntergrundes abgestimmt sein, damit eine scharfe und deutliche Darstellung entsteht. Dafür sollten folgende Anforderungen erfüllt sein:

• Es sollten maximal 6 Farben bei einer mehrfarbigen Kodierung verwendet werden.
• Die verwendeten Farben sollten gut unterscheidbar sein (z.B. gelb – blau) (Tab. 2).
• Es sollten gesättigte blaue oder rote Farben vermieden werden, da diese hohe Anforderungen an das Auge stellen.
• Für die Textverarbeitung sollte zugunsten des Kontrastes ganz auf eine farbige Darstellung verzichtet werden.
• Für Zeichen und Flächen, für die die gleichen Farben angedacht sind, sollten möglichst keine großen Farbunterschiede auftreten.

Tab. 2: Empfohlene Farbkombinationen für Zeichen und Untergrund

Untergrundfarbe	Zeichenfarbe
	Schwarz	Weiß	Purpur	Blau	Cyan	Grün	Gelb	Rot
Schwarz		+	+	-	+	+	+	-
Weiß	++		+	+	-	-	-	+
Purpur	+	+		-	-	-	-	-
Blau	-	+	-		+	-	+	-
Cyan	+	-	-	+		-	-	-
Grün	+	-	-	+	-		-	-
Gelb	+	-	+	+	-	-		+
Rot	-	+	-	-	-	-	+

+ Farbkombination gut geeignet; helle Untergrundfarben (Positivdarstellung) sind vorzuziehen; nur für Bildschirme, bei denen dabei ein Flimmern auftritt, sollte eine dunkle Untergrundfarbe (Negativdarstellung) gewählt werden
- Farbkombination nicht geeignet, da entweder Farborte zu nahe beieinander liegen, dünnlinige Zeichen nicht erkennbar sind oder zu hohe Anforderungen an den Scharfeinstellungsmechanismus der Augen gestellt werden

Quelle: VBG. Hg. 2012. BGI 650: Bildschirm- und Büroarbeitsplätze Leitfaden für die Gestaltung.

Mit steigender Beleuchtungsstärke auf dem Bildschirm verschlechtert sich die Unterscheidbarkeit von Farben.

Für die Eignung eines Bildschirms für verschiedene Beleuchtungsstärken gibt es Herstellerangaben. Die maximal zulässige Beleuchtungsstärke auf dem jeweiligen Bildschirm wird in den technischen Datenblättern etc. angegeben.

Die am BAP vorliegende Beleuchtungsstärke kann vor dem Kauf eines neuen Bildschirms mit einem Beleuchtungsstärkemesser ermittelt werden. Es ist darauf zu achten, dass der Messkopf des Beleuchtungsstärkemessers vom Bildschirm weg zeigt (Abb. 11).

Für BAPs, welche nah an Fenstern liegen, werden Bildschirme empfohlen, die für Beleuchtungsstärken von mindestens 1500-2000 Lux ausgelegt sind.

Für eine naturgetreue Farbwiedergabe sollte außerdem auf die Einstellung der Farbtemperatur am Bildschirm geachtet werden. Die Farbtemperatur des NormlichtsD65 (Tageslicht) beträgt 6500 K. Je nach Lichtfarbe der Raumbeleuchtung beziehungsweise Tageszeit (bei dynamischer Raumbeleuchtung), kann die Farbtemperatur des Displaylichtes angepasst werden. Dies ist heutzutage meist leicht über ein Benutzermenü am Bildschirm zu realisieren. Bildschirmnutzer, die auf eine unverfälschte Farbdarstellung angewiesen sind (z.B. Grafiker), sollten die einmal kalibrierten RGB-Einstellungen jedoch nicht verändern.

Reflexionsklassen

Für die Abbildungsqualität und die Vermeidung von physiologischer und psychologischer Blendung (Abb. 12) (Siehe auch: Begrenzungen) ist es essentiell, dass beim Kauf eines LCD-Bildschirms auf Antireflexionsmaßnahmen (z.B. Entspiegelung) geachtet wird.

In der aktuellen Norm (DIN EN ISO 9241-307) gibt es im Gegensatz zur Vorhergehenden keine Reflexionsklassen, sondern nur noch Prüfbedingungen, unter denen die Reflexionen des Bildschirms messtechnisch ermittelt werden.

So steht dann zum Beispiel im GS-Zertifikat („Geprüfte Sicherheit“):

Lichtquelle mit großflächiger Öffnung = 200 cd/m² und Lichtquelle mit kleinflächiger Öffnung = 2000 cd/m² (früher = Reflexionsklasse 1). Ein Bildschirm dieses Typs kann bedenkenlos in jeder Büroumgebung eingesetzt werden.

Mit sinkender Leuchtdichte der Lichtquelle steigt die Reflexionsanfälligkeit der Bildschirme. Früher wurden stark reflektierende Bildschirme der Reflexionsklasse 3 zugeordnet.

Tabelle 3 stellt die neuen Reflexionsklassen der DIN EN ISO 9241-307 dar.

Tab. 3: Neue Reflexionsklassen nach DIN EN ISO 9241-307

Leuchtdichte von gerichtet reflektierten Lichtquellen [cd/m2]	Passende Umgebung	Alte Reflexionsklasse nach DIN EN ISO 13406-2
Lgrossfl = 200 und Lkleinfl = 2000	Geeignet für allgemeinen Bürogebrauch [10]	I
Lgrossfl = 200 oder Lkleinfl= 2000	Geeignet für die meisten, aber nicht alle Büroumgebungen [11]	II
Lgrossfl = 125 oder Lkleinfl= 200	Erfordert eine spezielle, kontrollierte Umgebungsbeleuchtung [12]	III

großfl = großflächige Lichtquelle · kleinfl = kleinflächige Lichtquelle
[10] Bildschirme dieses Typs können in jeder Büroumgebung eingesetzt werden.
[11] Bei diesen Bildschirmen ist bei nicht idealen Beleuchtungsbedingungen oder fensternaher Aufstellung der Geräte eventuell mit störenden Reflexionen auf dem Bildschirm zu rechnen.
[12] Bei diesen Bildschirmen sind Störungen durch Reflexionen in der Regel so stark, dass diese Geräte für Büroarbeit in normalen Büroumgebungen nicht infrage kommen. Diese Störungen lassen sich nur durch eine vollständig diffuse Beleuchtung, die technisch kaum realisierbar ist, vermeiden, wenn man gleichzeitig verhindert, dass sich helle Flächen (Wände, Fenster) im Bildschirm spiegeln können.

Quelle: VBG. Hg. 2012. BGI 650: Bildschirm- und Büroarbeitsplätze Leitfaden für die Gestaltung.

Fazit

Zur problemlosen Umsetzung der Anforderungen an die Farbdarstellung, die Leuchtdichte den Kontrast und die Blendungsfreiheit am Bildschirm, müssen diese Parameter leicht verstellbar und an die Umgebungsverhältnisse anpassbar sein.

Dafür sollten die Stellteile im Blickfeld des Benutzers liegen und leicht zu bedienen sein.

Bei den verschiedenen LCD-Typen gibt es starke Unterschiede, wenn es um die von der Sehrichtung bedingte Abhängigkeit der Farben, Leuchtdichten und Kontraste geht. Auch die Art der Hintergrundbeleuchtung hat Einfluss auf Größen wie u.a. den Kontrast und die Farbqualität. Deswegen sollte bei der Auswahl des richtigen LCD-Bildschirms auf ein gutes Verhältnis zwischen den für die Arbeitsanforderungen nötigen Eigenschaften und den Kosten des LCD-Bildschirmes geachtet werden.

Literatur

VBG. Hg. 2012. BGI 650: Bildschirm- und Büroarbeitsplätze Leitfaden für die Gestaltung

Boer, W.:“Active matrix liquid crystal displays“. Amsterdam, Boston: Elsevier. 2005

DIN EN ISO 9241 „Ergonomie der Mensch-System-Interaktion“ (Teil 303 und Teil 307)

Gärtner, A.: „LCD-Monitore-Teil 1. Grundlagen und Technologie“. mt-Medizintechnik128 (2). 2008. S. 54–67.

Kuhlmann, U.: „Lampenwechsel. Fluoreszenzlampen contra LED – Energiesparer auf dem Vormarsch“. c’t Magazin für Computer Technik (10). 2010. S. 146-150.

Porteck, S.: „Artenvielfalt. Der Weg zum richtigen Display“. c’t Magazin für Computer Technik (26). 2006. S. 132–137.

Porteck, S.: „Doppelleben. Fünf Monitore mit eingebautem TV-Tuner“. c’t Magazin für Computer Technik (10). 2010. S. 114–119.

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