Röhrenbildschirm

Kontrastverhältnis:
Ein deutliches Qualitätsmerkmal für einen guten Bildschirm ist sein Kontrastverhältnis. Die Darstellung von hellen und dunklen Bildelementen mit sauberen Konturen und deutlichen Abgrenzungen ist ausschlaggebend für eine hohe Darstellungsqualität und somit für ermüdungsfreies Arbeiten notwendig. Ein CRT-Monitor weist in der Regel ein Kontrastverhältnis von 500:1 auf. Bei TFT-Displays liegen die Werte bei 350:1. Diese Angabe beschreibt das Verhältnis zwischen dem hellsten Punkt der Darstellung zum dunkelsten Punkt. Bei einem Verhältnis von 500:1 ist der hellste Punkt fünfhundertmal heller als der dunkelste Punkt.

Helligkeit:
Ebenso wichtig wie ein gutes Kontrastverhältnis ist die gleichmässige Ausleuchtung der Bildfläche. Besonders bei CRT-Modellen kann die Helligkeit in den Ecken und an den Rändern sichtbar abnehmen Professionelle Monitore können mit Hilfe der Farbreinheitskorrektur die Helligkeit in den Randbereichen und Ecken justieren. Testbilder in den Grundfarben oder ein weisser Hintergrund helfen bei der Einstellung. Die Messwerte bei CRT-Monitoren liegen durchschnittlich bei 100 Candela pro Quadratmeter, TFT-Displays erreichen Werte um 220.

Reaktionszeit:
Bezüglich der Reaktionszeit (Wechsel von Schwarz nach Weiss und zurück) liegen CRT's noch immer mit Abstand vor den Flachbildschirmen. Während Flachbildschirme zur Zeit noch zwischen 8 bis 15 Millisekunden benötigen, schaffen CRT's den Wechsel spielend innerhalb von 3 Millisekunden (ms). Das bedeutet, dass selbst bei sehr schnellen Bildwechseln bei Röhrenmonitoren keine Bewegungsunschärfen auftreten.

Auflösung:
Ein CRT-Monitor ist bei der Wahl der Auflösung flexibler als ein TFT-Display. Der Grund liegt in der unterschiedlichen Technologie. Beim CRT wird das Bild wie bei einem Projektor auf eine Bildfläche projiziert. Die Phosphorfläche auf der Bildröhre wirkt wie eine Leinwand, auf der jede Grösse des Bildes abgebildet werden kann. Lediglich die Grösse der Bildröhre / Bildfläche und die technischen Daten des Modells schränken die Auswahl der Auflösungen nach oben hin ein.
Ein TFT-Display hat entsprechend seiner Panel-Eigenschaften eine bestimmte Auflösung, bei der das Bild brillant und scharf abgebildet wird. So kann ein typisches 15 Zoll-TFT-Display nur bei einer Auflösung von 0,8 MegaPixel (1024 x 768) das Bild optimal anzeigen. Diese Auflösung entspricht exakt der Anzahl der physikalisch vorhandenen Pixel.

Schärfe/Konvergenz:
In dieser Kategorie steht das TFT-Display eindeutig als Sieger fest. Die pixelgenaue Darstellung des Grafikkartensignals bewirkt eine messerscharfe Abbildung. Kein CRT-Monitor kann so ebenmässig scharf darstellen wie ein TFT-Display. Um eine optimale Schärfe zu erzielen, muss die Konvergenz (die Abstimmung der Grundfarben RGB) sehr fein abgestimmt sein. Der CRT-Monitor arbeitet bei der Darstellung des Bildes mit drei Elektronenstrahlen, die durch magnetische Ablenkung auf die Phosphorschicht der Bildröhre geschossen werden. Es gibt zwei Ursachen für eine schlechte Bildschärfe: Die Elektronenstrahlen sind nicht optimal gebündelt (fokussiert) und/oder sie treffen nicht auf die richtigen (farblichen) Phosphorpunkte. Auf dem langen Weg zu seinem Ziel kann der Elektronenstrahl durch magnetische Störfelder abgelenkt werden. Hierdurch entsteht eine Ungenauigkeit bei der Landung auf der Phosphorschicht, bei der die Konvergenz sich verschlechtert.

Geometrie-/Linearitätsfehler:
Beim CRT-Monitor bedeutet es einen hohen Aufwand die Geometrie optimal anzupassen. Magnetische Störfelder und Schwankungen der Geräte- und Raumtemperatur tragen zur Verschlimmerung des Problems bei.

Blickwinkel:
Der Blickwinkel bezeichnet den Bereich (Masseinheit Grad), in dem der Betrachter den Inhalt des Bildschirms ohne Verzerrung oder Abschwächung sehen kann.
Mit der Entwicklung der flachen Bildröhre wurde bei den CRT-Modellen eine zusätzliche Verbesserung des Blickwinkels erzielt. Das von der Bildfläche ausgestrahlte Licht kann bei einer planen Fläche aus einem grossen Winkel (bis 170 Grad) wahrgenommen werden .

Dotpitch:
Der Dotpitch-Wert gibt an, wie groß die diagonal gemessene Entfernung zweier Farbpunkte auf der Lochmaske ist, bzw. wie weit zwei Streifen einer Farbe auf der Streifenmaske auseinander liegen. Gute Monitore haben einen Dotpitch-Wert von 0,26 mm, Billigmodelle bringen es auf 0,28 mm. Einige Spitzenmodelle haben eine Lochmaske von 0,22 mm, alle darunter liegenden Werte sind durch Rechentricks der Hersteller zustande gekommen und somit in Wirklichkeit viel höher.

Bildschirmgröße:
Gängige Größen bei Kathodenstrahlröhren sind 15 bis 19 Zoll, um die sichtbare Größe zu ermitteln muss man aber immer ein Zoll abziehen. (Aus technischen Gründen wird der äußere Rand der Bildröhre nicht zur Anzeige von Daten genutzt - ein 17-Zöller ist schon 17 Zoll groß, man sieht aber nur 16.)
Generell kann man sagen: Je größer desto besser - allerdings nur solange man das passende Kleingeld hat. 15 Zoll kann man eigentlich nur für "Schreibmaschinen" benutzen. Wer mit seinem Rechner intensive Grafikbearbeitung betreiben möchte, sollte zu einem 19-Zöller oder größerem greifen.

Horizontale Bildwiederholfrequnz:
Die horizontale Bildwiederholfrequenz gibt an, wie viele Zeilen der Monitor in einer Sekunde darstellen kann, d.h. wie oft der Elektronenstrahl von links nach rechts wandern kann. 70 kHz sind hier das absolute Minimum, 85 kHz sollten es sein und 95 kHz und alles darüber liegende sind spitze.

Vertikale Bildwiederholfrequenz:
Dieser Wert zeigt, wie viele Bilder pro Sekunde dargestellt werden können. Das hängt von der Horizontalen Bildwiederholfrequenz und der eingestellten Auflösung ab. Ein Monitor mit 70 kHz Horizontalfrequenz bringt pro Sekunde etwa 85 Bilder mit 768 Zeilen auf den Bildschirm, mit 85 kHz Horizontalfrequenz schafft er hingegen eine Vertikalfrequenz von 100 Hz. Um auf einem Monitor mit 70 kHz Horizontalfrequenz mit 100 Hz arbeiten zu können, muss man die Auflösung auf 800 (Spalten) x 600 (Zeilen) Bildpunkte reduzieren.

Videobandbreite:
Der Wert der Video-Bandbreite gibt an, wie weit das Bildsignal richtig verstärkt werden kann. Ist die Videobandbreite zu gering, wird das Bild in höheren Auflösungen bei hoher Bildwiederholfrequenz "matschig". Mit Videobandbreiten ab 120 MHz ist man auf der sicheren Seite, es soll aber auch darunter gehen, das hängt ganz von deinen Ansprüchen ab.

Bandbreite:
Die Taktgeschwindigkeit in Megahertz (MHz), mit der ein Röhrenmonitor Informationen verarbeiten kann, ergibt sich aus der Geschwindigkeit der Elektronenstrahlen. Wird die Bandbreitengrenze erreicht, erscheinen dünne schwarze oder weiße Linien grau. Je höher die Bandbreite eines Röhrenmonitors ist, desto höher ist in der Regel die Bildwiederholfrequenz bei einer beliebigen Auflösung und desto höher ist somit die Bildqualität

Vorteile:

• keine Blickwinkeleinschränkung
• störungsfreie Darstellung sehr schneller Bewegungen im Vollbild
• Unempfindlich gegen Störfelder
• exakte Farbwiedergabe
• große Auflösungen möglich
• CRT-Monitore haben Glasscheiben und sind somit leichter zu reinigen
• Direkte Darstellung analoger Signale
• Günstigerer Anschaffungspreis

Nachteile:

• Großer Raumbedarf durch die Monitortiefe
• Konvergenzfehler (geometrische Verzerrungen) können durch externe Störeinflüsse auftreten
• Hoher Stromverbrauch
• Große Wärmeentwicklung
• Höhere Strahlungswerte

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.