Röhrenbildschirm

Das auf dem Bildschirm abzubildende Zeichen wird durch das gerade aktive Programm bestimmt. Der Grafikkartenprozessor errechnet dann das Bild, und legt es digital im RAM der Grafikkarte ab. Da moderne PC-Monitore analog arbeiten, wird das im Speicher liegende digitale Bild durch den DAC der Grafikkarte in analoge Signale umgewandelt. Diese analogen Signale werden dann über das VGA-Kabel zum Monitor geschickt. In einem Farbmonitor 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.

Durch die luftleere Bildröhre werden drei Elektronenstrahlen geschickt, die zeilenweise jeden Punkt auf der Innenseite des Bildschirms abtasten. Für jede Farbe wird ein Elektronenstrahl benötigt. Deshalb auch die Bezeichnung RGB-Monitor (RGB=red, green, blue). Jeder Pixel der Leuchtschicht ist in drei Leuchtpunkte aufgeteilt, die so genannten Tripel. Je ein Leuchtpunkt für die Farben Rot, Grün und Blau. Die Leuchtstoffe selbst werden oft Phosphore genannt, obwohl sie nichts von dem Element Phosphor enthalten. Vielmehr sind es 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 den Kathoden schießen mit hoher Geschwindigkeit Elektronen in Richtung Anode. Diese Elektronen werden zu Strahlen gebündelt, und durch den Umlenkmechanismus an die gewünschte Stelle des Bildschirms geleitet. Damit die Elektronenstrahlen den richtigen Leuchtpunkt treffen, befindet sich hinter der Schicht die Lochmaske. In dieser Lochmaske befindet sich für jedes Pixel ein Loch, durch das der Elektronenstrahl hindurchtreten kann. Die Lochmaske ist nötig, um zu verhindern, das bei Beschuss eines Leuchtpunktes auch benachbarte Leuchtpunkte Mitleuchten.

Der Elektronenstrahl wandert zeilenweise von der linken oberen Ecke des Bildschirms zur rechten unteren Ecke, und aktiviert dabei die gewünschten Bildpunkte. Am Ende jeder Zeile springt er an den Anfang der Nächsten. Die genaue Position des Strahls wird durch magnetische Felder erzeugt, die die Elektronen ablenken. Auf der Mattscheibe befinden sich eben diese phosphorizierende Stoffe in den Farben Rot, Grün und Blau. Aus diesen drei Farben wird das Bild gemischt: Der Elektronenstrahl wird an und ausgeschaltet und je nach seinem Zustand regt er die Stoffe auf der Mattscheibe unterschiedlich stark zum Leuchten an.

Diese Bewegung wird, je nach eingestellter Bildwiederholfrequenz, immer wieder durchgeführt. 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 (PAL) oder 60 Hertz (NTSC). Bei Computer-Monitoren hängt die Bildfrequenz von der Qualität ab und liegt meist zwischen 70 und 120 Hz. Ab ca. 80 Hz Bildwiederholfrequenz wird ein CRT-Bild als "flimmerfrei" wahrgenommen.

Man unterscheidet zwei Techniken des Bildaufbaus: Bei der Interlace-Technik wird zunächst nur jede zweite Zeile des Bildes, also nur die ungerade numerierten Zeilen dargestellt. Erst im folgenden vertikalen Durchlauf werden die gerade numerierten Zeilen ergänzt. Man erhält so eine Verdoppelung der Auflösung bei gleicher Wiederholrate. Die Alternative ist die Progressive-Scan-Technik, hierbei wird das Bild einfach in voller Auflösung zeilenweise erzeugt. Progressive-Scan liefert bessere Bilder, erfordert allerdings auch teurere Technik

Blendmasken

Natürlich werden die Elektronen nicht einfach auf die Mattscheibe geschossen. Zum ersten wird bei Farbmonitoren das Bild nicht von einem, sondern von drei Elektronenstrahlen aufgebaut. Da die einzelnen Elektronenstrahlen nicht jedes Mal ausgeschaltet werden können, wenn sie auf einen "andersfarbigen" Teil des Farbtripels treffen wurde eine Art Blendensystem entwickelt, das dafür sorgt, dass jeder Elektronenstrahl nur "seine" Farbpunkte trifft.
Nun gibt es mehrere verschiedene Möglichkeiten, diese Blendmaske zu realisieren.

Die älteste Form ist die der Lochmaske. Die Lochmasken von Lochmasken-Monitoren lassen sich als dünne Metallplatten verstehen, welche in regelmäßigen, sehr engen Abständen mit Löchern versehen sind. Der Abstand der Löcher in der Lochmaske lässt sich oftmals als Indikator für die Qualität des Monitores heranziehen, da er eine wesentliche Determinante der Bildschirmauflösung darstellt. Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass die Bildqualität umso höher ist, je enger die Löcher der Lochmaske beieinander liegen.

Bei der Streifenmaske (Trinitron) besteht die "Blende" aus feinen, senkrecht gespannten Drähten, die von ein bis zwei waagerechten Stützdrähten stabilisiert werden. Der Vorteil dieser Technik ist, dass der Kontrast höher ist, da eine größere Leuchtfläche zur Verfügung steht (es wird weniger Licht von der Maske verschluckt). Probleme gibt es aber oft gerade bei der Darstellung senkrechter Linien. Während Streifenmasken-Monitoren im Vergleich zu Lochmasken-Monitoren früher oftmals eine deutlich sichtbare bessere Qualität in der Bildschirmdarstellung bescheinigt wurde, ist diese Pauschalisierung heutzutage aufgrund des technischen Fortschritts nicht mehr per se aufrecht zu erhalten. Ebenso wie bei den Lochmasken-Monitoren ist grundsätzlich davon auszugehen, dass die Bildqualität umso höher ist, je enger die Bildpunkte beieinander liegen.

Der Versuch, die Vorteile von Loch- und Streifenmaske zu vereinen brachte die Schlitzmaske hervor. Hier werden die Streifen einfach verkürzt in ein Stahlblech gestanzt. Dies vermeidet die oft störenden Stützdrähte der Streifenmaske, bietet aber gleichzeitig genügend Raum für die Elektronen.