Plasmabildschirm

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Ein Plasmabildschirm ist ein Bildschirm, der Licht mit Hilfe von Leuchtstoffen erzeugt, die durch Plasma-Entladungen angeregt werden. Plasmabildschirme bieten ein helles Bild und ein großes Farbspektrum, außerdem können sie in Größen von bis zu 304 cm (ca. 120 Zoll) in der Diagonale hergestellt werden.

Verwendung findet der Plasmabildschirm hauptsächlich als Fernseh-Anzeigegerät. Er konkurriert mit der Kathodenstrahlröhre, dem Flüssigkristallbildschirm, dem OLED-Bildschirm sowie zukünftig mit dem SED (Surface-Conduction Electron-Emitter Display, etwa Oberflächenleitendes Elektronen-Emitter Display) oder dem FED (Feldemissionsbildschirm).

Inhaltsverzeichnis 1 Funktionsweise 2 Aufbau des Bildschirms 2.1 Vorteile 2.2 Nachteile 3 Alternativen zu Plasmabildschirmen 4 Geschichte und Zukunft 5 Literatur 6 Weblinks

[Bearbeiten] Funktionsweise

Plasma (von griechisch „Gebilde“) ist die Bezeichnung des vierten Aggregatzustandes. Es gibt nur drei klassische Zustände, das Plasma ist ein Nicht-Klassischer Aggregatzustand . Dabei handelt es sich um ein ionisiertes Gas, das neben neutralen Teilchen auch freie Ionen und Elektronen enthält. Ein typisches Plasma wird als „quasi-neutral“ bezeichnet, d. h. es hat im Mittel gleich viele positive wie negative Teilchen. Merkliche Abweichungen treten nur selten auf. Man nennt ein Plasma vollständig ionisiert, wenn es praktisch keine neutralen Teilchen mehr enthält. Jedes Plasma ist diamagnetisch, d. h. es passt sich dem umgebenden Magnetfeld an (polt sich grundsätzlich entgegengesetzt).

Beim Plasmabildschirm macht man sich die Lichterzeugung und Emission von UV-Strahlen zu Nutze. Die Funktionsweise ähnelt der einer Leuchtstoffröhre: Zwei erwärmte Kathoden geben Elektronen ab, die dann auf Quecksilberdampf treffen. Dieser wird dadurch zur Emission von ultraviolettem Licht angeregt. Dieses Licht bringt nun eine Leuchtstoffschicht zum Leuchten.

[Bearbeiten] Aufbau des Bildschirms

Der Aufbau von Plasmabildschirmen ist relativ einfach. Zwischen zwei Glasplatten befinden sich sehr viele kleine Kammern. Jeweils drei Kammern ergeben einen Bildpunkt, ein so genanntes Pixel.

Jede der drei Kammern leuchtet in einer der drei RGB-Farben (rot, grün und blau). Die Farben werden im additiven Verfahren erzeugt, das heißt durch Mischung aus den drei Farben (z.B. gelb durch Mischung aus rotem und grünem Licht, was beim Plasmabildschirm durch das Leuchten der roten und grünen Kammer bewerkstelligt wird). Jede Kammer ist mit einem Edelgas-Gemisch aus Neon und Xenon gefüllt (manche Hersteller verändern dieses Gemisch, indem sie Helium beimengen). Der Anteil von Xenon beträgt ca. 3 % – 5 %.

Zur Erzeugung eines Bildes wird jede Kammer individuell mit dem zugehörigen Transistor "gezündet", d. h. der Aggregatzustand wird kurzzeitig geändert. Die Grundfarben in den Kammern werden durch verschiedene Leuchtstoffe (Phosphore) erzeugt, sobald die Phosphore mit der Strahlung aus dem VUV-Bereich (Vakuum-Ultravioletter Bereich, 140 bis 190 nm), die vom Plasma emittiert wird, in Kontakt kommen. Der VUV-Bereich liegt außerhalb des für den Menschen sichtbaren Spektralbereichs. Die Leuchtstoffe wandeln die VUV-Strahlung in sichtbares Licht mit der je nach angeregtem Leuchtstoff unterschiedlichen Farbe um.

Jede Farbe wird von einem anderen Leuchtstoff erzeugt: BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺ (blau), Zn₂SiO₄:Mn²⁺ (grün) und (Y,Gd)BO₃:Eu³⁺ (rot; kann auch von Y(V,P)O₄:Eu³⁺ oder Y₂O₂S:Eu³⁺ erzeugt werden). Da man aber nicht nur die diskreten Zustände "an" (gezündet) und "aus" erreichen will, sondern auch die dazwischen liegenden Helligkeitsstufen, bedient man sich eines Tricks: wenn man die Kammern in kurzen Abständen (Intervallen) zündet (die Dauer einer Zündung hängt von der gewünschten Helligkeit ab), erscheint die Farbe für das Auge dunkler. Je länger also eine Kammer gezündet ist, umso heller erscheint die Farbe.

Zwischen den beiden Glasplatten herrscht ein Vakuum. Dadurch sind niedrigere Temperaturen für die Erzeugung des Plasmas möglich und folglich muss man auch nur eine kleinere Spannung anlegen (immer noch mehrere hundert Volt). Auf der unteren dielektrischen Schicht (ein Nichtleiter, also eine Isolationsschicht) sitzt eine Adress-Elektrode, die die präzise Ansteuerung der Kammer ermöglicht (jede Kammer besitzt eine Adress-Elektrode). In der Kammer selbst befindet sich der Leuchtstoff (aufgetragen auf die dielektrische Schicht und die Barrieren) und das Gasgemisch bzw. das Plasma. Die Schutzschicht hat die Aufgabe, die obere dielektrische Schicht und die dort befindlichen Elektroden zu schützen. Die beiden Elektroden können die dielektrische Schicht beeinflussen und somit die Helligkeit bzw. die abgestrahlte Farbe verändern. Sie sind wichtig bei der präzisen Steuerung der Intervalle.

Plasmabildschirme werden im Sandwich-Verfahren gefertigt.

Die Adresselektroden sind horizontal und die oberen Elektroden vertikal angeordnet. Durch das so entstehende Gitter ist eine präzisere Steuerung der einzelnen Kammern möglich. Während man bei nur einer Elektrodenschicht jeweils nur eine Reihe ansteuern könnte, ist es mit einem Gitter (jeder Kreuzungspunkt entspricht einer Kammer) möglich, jede Kammer separat zu steuern.

[Bearbeiten] Vorteile

Der größte Vorteil des Plasmabildschirms ist seine realisierbare Größe im Vergleich zur geringen Tiefe. Weitere Vorteile sind die Unempfindlichkeit gegen Störstrahlung und die Helligkeit (dadurch lässt sich ein Plasmabildschirm auch in sehr hellen Umgebungen problemlos einsetzen).

[Bearbeiten] Nachteile

Plasmabildschirme haben eine eingeschränkte Lebensdauer, da nach und nach die Farben nicht mehr korrekt dargestellt werden können. Allerdings entspricht die heute übliche Lebensdauer von 60.000 Stunden bei einem täglichen Fernsehkonsum von 8 Stunden Dauer einer Lebensdauer von 20 Jahren. Das blaue Leuchtmittel hat eine geringere Stabilität unter VUV-Bestrahlung. Der grüne Phosphor leidet hingegen unter der ebenfalls erzeugten Strahlung aus dem orangeroten Spektralbereich. Um eine ausreichende Farbsättigung zu erreichen, muss der Leuchtstoff deutlich höher im Farbdiagramm liegen als der bei Röhrenbildschirmen (CRTs) eingesetzte Leuchtstoff. Dies erkauft man sich allerdings mit einer längeren Abklingzeit. Manche Hersteller begegnen diesem Problem auch damit, dass sich ein Bildpunkt aus vier Kammern (zweimal grün, einmal rot und einmal blau) zusammensetzt. Auch der extrem hohe Stromverbrauch (300 - 580 W) ist negativ zu bewerten, wobei dieser Wert meistens der maximale Stromverbrauch ist. Die tatsächliche Leistung hängt von der momentanen Helligkeit des dargestellenten Bildes ab. Des Weiteren kann man aus Plasmadisplays keine kleinen, hochauflösenden Bildschirme herstellen. Selbst bei den großen Bildschirmen von 50 Zoll (127cm) wird eine typische Auflösung von nur 1366x768 erreicht. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass man je Bildpunkt mindestens drei Kammern benötigt. Da die Kammern zum Erreichen unterschiedlicher Helligkeiten in Intervallen gezündet werden, sieht der Betrachter außerdem Schattenumrisse in bewegten Bildern (False Contour). Hinzu kommen höchst unvergleichbare Herstellerangaben zu Kontrastverhältnis und Reaktionszeiten der jeweiligen Bildschirme. Als Beispiel: Hersteller A misst sein Kontrastverhältnis mit einem möglichst hellen Bild (Weißwert) und einem möglichst dunklen Bild (Schwarzwert). Hersteller B misst wie folgt: Ein möglichst helles Bild, und schaltet das Gerät dann aus. So erreicht das Gerät einen Schwarzwert der fern jeder Realität liegt, und somit nicht vergleichbar ist.

Gravierendster Nachteil ist jedoch die Einbrenngefahr. Da die Mehrheit der TV-Produktionen im althergebrachten 4:3 Format gesendet werden, der Plasmaschirm jedoch ein 16:9 Seitenverhältnis aufweist, müssen sie auf dem Bildschirm mit zwei vertikalen schwarzen Balken links und rechts wiedergegeben werden. Das führt schon nach relativ kurzer Zeit dazu, dass breitformatige Kinofilme zwar den ganzen Schirm ausfüllen, jedoch links und rechts balkenförmig aufgehellt sind. Die Ursache liegt auf der Hand: da für die Wiedergabe der schwarzen Balken kein Leuchtstoff verbraucht wird, altert der Bildschirm hier weniger schnell als in den übrigen Zonen und erzeugt bei selbem Ansteuerungspotential mehr Licht als die stärker gealterten Zellen. Abhilfe: das Bild elektronisch dehnen; so erscheint zwar alles horizontal verzerrt, aber die Abnutzung des Plasmaschirms verläuft gleichmäßig. Einige Geräte erzeugen für ein gleichmäßiges altern des Plasmaschirms graue vertikale Streifen. Ähnliche Probleme ergeben sich durch horizontale Balken oben und unten beim Betrachten von Kino-Breitwandfilmen.

Tatsächliche Einbrände zeigen sich allerdings erst nach einem Dauerbetrieb mit kontrastreichen Standbildern (v.a. bei wenig gelaufenen Panels). Meistens ist ein Nachleuchten (After-image) zu beobachten, das entsteht, wenn einzelne Kammern Restspannung behalten. Derartige Effekte lassen sich mindern, wenn man Rauschen (Antennensignal ohne Senderempfang) auf das Display gibt.

Plasmadisplays dürfen nicht liegend transportiert werden, da sich die entstehende mechanische Schwingung der elektronischen Baugruppen im Inneren des Gerätes auf das Panel überträgt und dadurch Plasmakammern reißen und funktionsuntüchtig werden.

[Bearbeiten] Alternativen zu Plasmabildschirmen

Bevor man eine Alternative für ein Plasmadisplay vorschlagen kann, muss man den Verwendungszweck kennen. Bei Großbildschirmen z. B. ist es nur schwer möglich, den Plasmabildschirm durch einen anderen Bildschirm zu ersetzen. Hier böte sich lediglich die Projektion (Laser oder Normallicht) an, wobei man dort mit einer geringeren Helligkeit zu kämpfen hat.

Bei Bildschirmen am PC wird es wohl noch eine Weile dauern, bis Plasmadisplays eine Alternative darstellen. Momentan sollte man auf jeden Fall die LCD-Bildschirme (engl. Liquid Crystal Display - Flüssigkristallbildschirme) oder die schon etwas betagten CRT-Bildschirme (engl. Cathode Ray Tube - Kathodenstrahlröhre) vorziehen. Der CRT-Bildschirm eignet sich nicht als Großbildleinwand, da er in den Ecken Konvergenzfehler (Farbverschiebungen) und Linearitätsfehler (Verzerrungen) aufweist, die mit der Größe des Bildschirms zunehmen. Es gibt auch noch einige exotischere Bildschirmvarianten, die hauptsächlich in Spezialanwendungen eingesetzt werden.

[Bearbeiten] Geschichte und Zukunft

Die Plasmaschirm-Technologie kann auf eine noch recht junge Geschichte zurückblicken.

Der erste funktionsfähige Plasmabildschirm wurde im Jahre 1964 von Donald L. Bitzer und H. Gene Slottow für das Großrechnersystem PLATO IV der University of Illinois entwickelt. Gegenüber Röhrenbildschirmen wiesen Plasmaschirme den Vorteil auf, dass sie zur Aufrechterhaltung einer stabilen Anzeige keinen Bildwiederholspeicher benötigten; zudem waren sie recht langlebig und platzsparend zu verbauen. Für einige Jahre wurden Plasmadisplays daher auf dem Großrechner-Sektor relativ häufig eingesetzt. Der technische Fortschritt und erheblich geringere Herstellungskosten verhalfen in den 70er Jahren jedoch dem Röhrenmonitor als Computer-Anzeigeeinheit zum Durchbruch. Der Einsatz von Plasmabildschirmen beschränkte sich in der Folgezeit auf wenige Spezialzwecke.

Als zu Beginn der 80er Jahre die ersten Laptops entwickelt wurden, griffen einige frühe Hersteller, darunter GRiD, Toshiba und Chicony, zur Ausstattung ihrer tragbaren Rechner auf die Plasmaschirm-Technologie zurück, da sie sehr flache und kompakte Gehäuseformen bei angemessen großer Bilddiagonale ermöglichte und unter ergonomischen Gesichtspunkten den ersten LCD-Bildschirmen weit überlegen war. Der hohe Stromverbrauch der Plasmadisplays machte allerdings einen netzunabhängigen Betrieb weitgehend unmöglich; zudem blieb ihr Einsatz aus Kostengründen auf Geräte der höchsten Preiskategorie beschränkt. Da hochauflösende Farb-Plasmaschirme technisch nicht zu realisieren waren und bei der Entwicklung ergonomischerer LCD-Displays große Fortschritte gelangen, verschwanden die Plasma-Laptops um 1990 wieder vom Markt.

Etwa zur gleichen Zeit begannen mehrere Unterhaltungselektronik-Konzerne mit der Entwicklung von Farb-Plasmabildschirmen zum Einsatz in Fernsehgeräten. Das erste Farb-Plasmadisplay mit einer Bilddiagonale von 21 Zoll wurde 1992 von Fujitsu vorgestellt; bis zur Entwicklung marktreifer Displays vergingen allerdings noch mehrere Jahre. Das erste Fernsehgerät mit Plasmabildschirm brachte Pioneer im Jahre 1997 auf den Markt. Zum kommerziellen Durchbruch für die Technologie trugen die Olympischen Winterspiele von 1998 bei: ein japanischer TV-Sender benötigte damals große Flachbildschirme für das hauseigene HDTV-Angebot.

Einige Jahre lang galten Plasmaschirm-Systeme aufgrund der leuchtkräftigen, kontrastreichen Anzeige und der Möglichkeit großer Bilddiagonalen als leistungsfähigste Flachbild-Fernseher, obwohl sie infolge hoher Gerätepreise, beträchtlichen Stromverbrauchs und begrenzter Lebensdauer stets nur für eine begrenzte Käuferschicht interessant waren. In jüngster Zeit wächst daher die Konkurrenz durch alternative Displaytechnologien. Trotzdem wird angenommen, dass Plasmaforschung und aus ihr resultierende Produkte einen Zukunftsmarkt darstellen. So ging das Bundesministerium für Bildung und Forschung von einem Marktvolumen von 50 Mrd. Euro im Jahr 2005 aus.

[Bearbeiten] Literatur

• Polak, L. S.: Plasma chemistry, Cambridge International Science Publications, 1998, ISBN 1-89832-622-3
• Glück, Joachim: Mit a-Si:H-Dünnschichttransistoren angesteuerte flache Flüssigkristall-Bildschirme für Direktsicht und Projektion, 1995, Stuttgart, Univ., Diss.
• Kaufmann, Michael: Plasmaphysik und Fusionsforschung, Stuttgart, Leipzig, Wiesbaden, Teubner 2003, ISBN 3-519-00349-X
• Macaulay, David & Ardley, Neil: Macaulay's Mammut-Buch der Technik, 1988, Tessloff Verlag, Nürnberg,

[Bearbeiten] Weblinks

• "Alles über Plasma TV - Technik, unabhängige Kaufberatung, Fachwortlexikon, Diskussionsforum"
• "Plasmadisplays – Das Fernsehen der Zukunft hat begonnen"
• "Kaufberatung für Plasmafernseher: Technologie, Kaufstrategie, Fachbegriffe"
• "Was ist Plasma-Technologie?"
• "Schäden Vermeiden beim Betrieb eines Plasma-Bildschirmes"
• Röhrenfernseher versus Flachbildschirme
• "Vorteile / Nachteile von Plasma, LCD und Bildröhre"
• "Leuchtstoffe für aktive Displays" (PDF-Datei, 423 KB)