Kathodenstrahlröhrenbildschirm
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Ein Kathodenstrahlröhren-Bildschirm ist ein Bildschirm, der auf der Kathodenstrahlröhre von Ferdinand Braun basiert. Häufig wird er auch als Kathodenstrahl-, Röhren- oder CRT- (Abk. für engl. Cathode Ray Tube) Bildschirm bezeichnet. Er wird in so unterschiedlichen Geräten wie Oszilloskopen, Fernsehern und PC-Bildschirmen eingesetzt, neuerdings aber immer mehr durch Flachbildschirme (Plasmabildschirm, Flüssigkristallbildschirm) verdrängt.
Inhaltsverzeichnis |
Funktionsweise
3. Bündelungsspulen, 4. Ablenkungsspulen,
5. Anodenanschluss, 6. Lochblende,
7. Phosphorschicht mit roten, grünen und blauen Subpixeln,
8. Nahansicht der phosphorbeschichteten Innenseite des Bildschirms
Das auf dem Bildschirm abzubildende Zeichen wird durch das gerade aktive Computerprogramm bestimmt. Der Grafikkartenprozessor errechnet dann das Bild und legt es digital im Speicher der Grafikkarte ab. Da CRT-Bildschirme seit Einführung des VGA-Standards (1987) mit analogen Eingangssignalen arbeiten, wird das im Speicher liegende digitale Bild durch einen Digital-Analog-Wandler (RAMDAC) der Grafikkarte in analoge Signale umgewandelt. Diese analogen Signale (Helligkeit der 3 Farben sowie Zeilen- und Bildsynchronimpulse) werden dann über das VGA-Kabel zum Monitor geschickt.
In Farbmonitoren befindet sich ein Glaskolben, dessen sichtbare Frontseite im Inneren mit einer Leuchtschicht versehen ist, sowie drei negativ geladene Kathoden, eine positiv geladene Anode, eine Ablenkvorrichtung und eine Lochmaske. Jedes Pixel der Leuchtschicht ist in drei Leuchtpunkte aufgeteilt, die so genannten Tripel. Je ein Leuchtpunkt ist für die Farben Rot, Grün und Blau zuständig. Die Leuchtstoffe selbst werden oft Phosphore genannt. Es handelt sich heute jedoch nicht mehr um das chemische Element Phosphor sondern um Verbindungen, die Fluoreszenz zeigen und durch Elektronenbeschuss zum Leuchten angeregt werden.
An die Kathoden und die Anode wird Hochspannung gelegt (bis zu 25.000 Volt). Von der Kathode werden Elektronen mit hoher Geschwindigkeit in Richtung Anode abgegeben - umso mehr, je heller der Bildpunkt werden soll. Auf dem Weg von der Bildröhre zur Mattscheibe werden diese Elektronen durch ein Magnetfeld so abgelenkt, dass sie jeweils genau den gewünschten Punkt am Bildschirm treffen. Der Elektronenstrahl wandert hierbei von links nach rechts und aktiviert dabei die gewünschten Bildpunkte. Am Ende einer Zeile springt der Elektronenstrahl an den Anfang der folgenden Zeile zurück. Diese Bewegung (auch Rasterscannen genannt) wird, je nach eingestellter Bildwiederholfrequenz, immer wieder durchgeführt.
Lochmaske
Damit die drei getrennten Elektronenstrahlen die Farben Rot, Grün und Blau unabhängig voneinander ausleuchten können, befindet sich hinter der Leuchtschicht die Lochmaske. Da die Strahlen aus leicht unterschiedlicher Richtung auf die Maske auftreffen, ist es möglich, nur jeweils die gewünschte Farbe der Leuchtschicht anzuregen.
Streifenmaske
Eine Alternative zur Lochmaske ist die Streifenmaske, besser bekannt unter den geschützten Bezeichnungen Trinitron (Sony) und Diamondtron (Hitachi). Hierbei treffen die Elektronenstrahlen nicht auf „Löcher“, sondern auf vertikal gespannte Drähte. Ihr Vorteil ist, dass sie kontrastreicher ist und eine bessere Farbqualität bietet. Eine Kombination aus Loch- und Streifenmaske ist die Schlitzmaske (z. B. LG, Philips). Sie hat schlitzförmige Löcher.
Horizontale und vertikale Frequenz
Die Frequenz, mit der einzelne Zeilen geschrieben werden, also die Anzahl der Strahldurchgänge von Seite zu Seite in einer Sekunde, ist die horizontale Frequenz des Bildschirms. Die Anzahl der Seiten, die pro Sekunde geschrieben werden, ergibt die Bild(wiederhol)- oder vertikale Frequenz. Fernseher haben eine Bildfrequenz von 50 oder 100 (PAL, SECAM) oder 60 Hertz (NTSC). Bei Computermonitoren hängt die Bildfrequenz von der Qualität ab und liegt meist zwischen 70 und 120 Hz. Ab einer Bildwiederholfrequenz von ca. 80 Hz wird ein CRT-Bild als flimmerfrei wahrgenommen.
Bildaufbau
Man unterscheidet zwei Techniken des Bildaufbaus:
- Beim Zeilensprungverfahren (engl. Interlace) wird zunächst nur jede zweite Zeile des Bildes, also nur die ungerade nummerierten Zeilen, dargestellt. Erst im folgenden vertikalen Durchlauf werden die gerade nummerierten Zeilen ergänzt. So wird die Bildwiederholfrequenz quasi verdoppelt, was ein weniger flimmerndes Bild erzeugt. Eine ähnliche Methode wird bei Kino-Projektoren eingesetzt, wo jedes Bild (24 Bilder pro Sekunde) durch eine Blende dreimal auf die Leinwand projiziert wird. Das Zeilensprungverfahren wird z. B. im analogen TV angewendet.
- Die Alternative ist das Vollbildverfahren (engl. Progressive Scan, schrittweise Abtastung). Hierbei wird das Bild einfach in voller Auflösung zeilenweise erzeugt. Progressive-Scan liefert bessere Bilder dank der doppelten Zeilenzahl, erfordert allerdings auch teurere Technik, da die Horizontalablenkeinheit die doppelte Frequenz liefern muss. Wird z. B. bei Computermonitoren angewendet. Allerdings teilweise auch bei HDTV.
Vor- und Nachteile
Vorteile
- schnelle Reaktionszeit
- lange Haltbarkeit
- günstig
- guter Schwarzwert
- 16.777.216 und mehr Farben
- keine vorgegebene Ideal-Auflösung
Nachteile
- groß und unförmig, schwer
- mögliche Beeinflussung durch externe Magnetfelder, wie etwa durch Motoren, Einsatzort in nähe von Oberleitungen wie z.B der DB, (Farbverfälschung, Flackern, eventuell auch Zusammenbruch des Bildes, etc.)
- "Flimmern" und "fiepen" gerade bei älteren Geräten
- Nachleuchten des Leuchtschirms, was jedoch normalerweise nur bei direkten Wechseln auf Schwarz und in abgedunkelten Räumen auffällt, unter diesen Umständen aber dazu führen kann, dass man das letzte Bild noch ca. 1-2 Sekunden auf dem Bildschirm erkennen kann.
- schwache Röntgenstrahlung, die auch aus dem Gerät heraus den Benutzer "bestrahlen" kann. Allerdings sind moderne Geräte gut gegen Strahlungsaustritt abgeschirmt.
- evtl. Verzerrungen
