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Bildwiedergabesysteme
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CRT-Bildschirme
Unter CRT-Bildschirm (engl. Cathode Ray Tubes, Kathodenstrahlröhre) versteht man den klassischen Grafik-, Monitor- und Fernsehbildschirm. Die Kathodenstrahlröhre ist eine selbstleuchtende Lichtquelle, mit der elektrische Videosignale in ein sichtbares Farbbild umgesetzt werden. Das erzeugte Bild wird durch die additive Mischung dreier Primärvalenzen erzeugt, wobei das RGB-Farbmodell als Grundlage der Farberzeugung dient. Ein farbiger Bildpunkt, der so genannte Farbtripel, setzt sich aus drei einzelnen Primärvalenz-Bildpunkten (Rot, Grün und Blau) zusammen. Die Abstände der einzelnen Primärvalenz-Bildpunkte sind gegenüber dem Betrachtungsabstand sehr klein, so dass die einzelnen Primärvalenzen vom Auge nicht aufgelöst werden können. Das Mischungsverhältnis der einzelnen Primärvalenzen bestimmt die Mischfarbe eines Farbtripels. Die zur Erzeugung der drei Primärvalenz-Bildpunkte eingesetzten Leuchtstoffe sind Phosphore, deren Emissionsspektrum etwa dem Empfindlichkeitsspektrum der Netzhautrezeptoren entsprechen. Die Phosphore werden mit einem Elektronenstrahl in periodischen Abständen zum Leuchten angeregt, wobei die Intensität des Elektronenstrahls von der Größe des elektrischen Videosignals abhängt. Farbige CRT-Bildschirme arbeiten in der Regel mit drei Elektronenstrahlen, wobei jeder Strahl für eine Farbe zuständig ist. Nur wenn die drei Elektronenstrahlen deckungsgleich ein Farbtripel treffen, kann eine optimale Farbwiedergabe und Bildschärfe erreicht werden (Konvergenz).
Um bei jedem CRT-Bildschirm den gleichen Farbeindruck zu erzielen, müssen die als Leuchtstoffe eingesetzten Phosphore genormt werden. In Europa erfolgte die Normung der Primärvalenz-Phosphore für Farbfernsehsysteme durch die EBU (European Broadcasting Union), in den USA durch die FCC (Federal Communications Commission). Die Normung der Phosphore gilt nur für Farbfernsehbildschirme bzw. für die entsprechenden Farbfernsehsystemen wie PAL oder NTSC. Hersteller von Grafikbildschirmen verwenden eine Vielzahl weiterer Phosphore, die durch andere Normen definiert sind. Prinzipiell unterscheiden sie sich nur gering von den EBU-Phosphoren. Die von der FCC festgelegten Phosphore für das NTSC-Farbfernsehsystem gelten als veraltet und werden bei neueren CRT-Systemen nicht mehr verwendet.
Die von der EBU genormten Phosphore können im Vergleich mit den FCC-Phosphoren weniger Farben darstellen, liefern jedoch bei gleichem Strahlstrom eine höhere Leuchtdichte. Insbesondere die Farben im Grünbereich des Spektrums weisen mit den EBU-Phosphoren eine geringere Sättigung auf. Die Qualität der Farbreproduktion wird dadurch aber kaum eingeschränkt, da die in der Natur am häufigsten vorkommenden Körperfarben überwiegend innerhalb des von den EBU-Phosphoren darstellbaren Farbenraums liegen. Die darstellbaren Farben der EBU- und FCC-Phosphore lassen sich mittels Transformation als Farbwertanteile in der CIE-Normfarbtafel darstellen. Der dabei entstehende Farbenraum in Form eines Dreiecks (Color Gamut) kennzeichnet die Farbpalette der eingesetzten Phosphore. Der Unbuntpunkt (Weißpunkt) der EBU-Phosphore entspricht der Normlichtart D65 mit einer Farbtemperatur von 6500 K.
dergabesystemen ist nicht linear, d. h., das Verhältnis zwischen angelegtem Videosignal und der damit erzeugten Bildhelligkeit (Leuchtdichteänderung) nimmt nicht linear zu, sondern hat einen gekrümmten Kennlinienverlauf. Diese Krümmung der Steuerkennlinie heißt Gradation und wird auch als Gamma-Verzerrung bezeichnet, wobei Gamma die Maßzahl der Gradation ist. Bei CRT-Bildschirmen hat die Gradation üblicherweise ein Gamma (γ) von 2,2. Die Gamma-Verzerrung wird bei Farbfernsehsystemen durch eine Gamma-Korrektur auf der Aufnahmeseite wieder ausgeglichen, wobei hier mit dem Kehrwert der Gamma-Verzerrung gearbeitet wird (γ = 1/2,2 = 0,45). Die Gamma-Korrektur wird bereits bei der Erzeugung der Videosignale in der Kamera vorgenommen. Eine Abweichung von den festgelegten Gamma-Werten ändert die Grauwertabstufung im Bild und kann zu bildgestalterischen Zwecken eingesetzt werden.
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Flüssigkristall-Anzeigen (LCD)
Flüssigkristall-Anzeigen (LCD, Liquid Crystal Display) sind passive Anzeigeelemente. Sie strahlen kein Licht ab, sondern fungieren als Lichtventile. Dabei dunkeln sie eine Hintergrundbeleuchtung mehr oder weniger ab oder bewirken eine veränderte Auflichtreflexion. Das Funktionsprinzip beruht auf flüssigen Kristallen, die bei Anlegen einer elektrischen Spannung die Polarisationsebene von durchscheinendem Licht ändern können. Die Kristalle liegen zwischen zwei Polarisationsgittern, so dass bei Änderung der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts das Licht vom Polarisationsgitter durchgelassen oder geblockt wird.
Dieses LCD-Funktionsprinzip gilt für jeden Bildpunkt, der einzeln angesteuert wird. Bei TFT-Displays (Thin Film Transistor) werden die einzelnen Bildpunkte über eine aktive Matrix angesprochen. Jeder Matrix-Kreuzungspunkt besteht aus einem Feldeffekttransistor, der den Bildpunkt gezielt ein- und ausschaltet. Die Transistoren sind durchsichtig und werden direkt auf den einzelnen Bildpunkten aufgebracht. LCD-Anzeigen mit einer TFT-Matrix sind heute weit verbreitet. Die Ansteuerung der einzelnen Bildpunkte geschieht meistens im Normally White Mode, d. h., dass die Bildpunkte das Licht passieren lassen, wenn keine Steuerspannung angelegt wird.
Die Farbdarstellung von LCD-Anzeigen wird mit Hilfe von Farbfiltern erreicht. Ein farbiger Bildpunkt wird aus drei Einzelbildpunkten gebildet, wobei jeder der drei Bildpunkte mit einem Farbfilter der entsprechenden RGB-Grundfarbe ausgerüstet ist.
LCD-Anzeigen bieten einige Vorteile, haben jedoch auch gravierende Nachteile. Sie zeichnen sich besonders durch geringe Betriebsspannungen und Leistungen (0,1 mW pro cm2) aus. Die Bilder sind über die gesamte Bildschirmfläche gleichmäßig scharf und es treten keine Konvergenzprobleme wie bei CRT-Anzeigen auf. Insgesamt wird nur 3 - 5 % des Hintergrundlichts durch die Polarisationsgitter geleitet, aufgrund von leistungsstarken flächigen Hintergrundlampen können aber trotzdem Leuchtdichten bis 250 cd/m2 erreicht werden. Die Pixeldichte kann sehr groß sein, so dass kleine und hoch auflösende Anzeigen hergestellt werden können. Die Herstellung von TFT-Farbanzeigen ist jedoch sehr aufwendig. Es ist schwierig, große TFT-Flächen herzustellen. Die Produktion ist mit einer hohen Ausschussrate verbunden, so dass TFT-Anzeigen recht teuer sind. Weitere Nachteile sind die relativ langsamen Ansprechzeiten der einzelnen Bildpunkte und die geringere Farbqualität der Farbfilter, die nicht genügend frequenzselektiv sind und damit einen relativ großen Wellenlängenbereich transmittieren. Ein wesentlicher Nachteil ist auch der geringe Betrachtungswinkel. Schon bei einer Abweichung von 15° zur Normalen verändern sich die Kontraste und Farben.
LCD-Anzeigen eignen sich sehr gut für Anwendungen mit hohen Pixeldichten wie bei einem Computermonitor oder einem Camcorder-Videomonitor. Die realisierbare Bilddiagonale bleibt jedoch auf ca. 50 cm begrenzt. Diese Einschränkung und die weiteren Nachteile führen dazu, dass LCD-Anzeigen ungeeignet für eine Fernsehbildwiedergabe sind.
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Plasma-Anzeigen
Plasma-Anzeigen sind im Gegensatz zu LCD-Anzeigen aktive Anzeigen. Bei Plasma-Anzeigen strahlt ein elektrisch leitendes Gas (Plasma) in einem elektrischen Feld Licht ab. Das Funktionsprinzip ist ähnlich einer Leuchtstofflampe. Elektronen werden energetisch angeregt, die die aufgenommene Energie bei der Rückkehr in den Ausgangszustand in Form einer elektromagnetischen Welle abstrahlen. Jeder Bildpunkt besteht aus drei Subpixeln, die sich wiederum aus einzelnen Gaszellen zusammensetzen, deren Innenwände mit rot, grün oder blau leuchtenden Phosphoren beschichtet sind. Für SW-Anzeigen wird ein Neongas als Plasma verwendet, für Farb-Anzeigen Xenongas, das im UV-Bereich strahlt und damit die Leuchtstoffschicht anregt. Plasma-Anzeigen sind besonders für großflächige Darstellungen geeignet, da sich die notwendigen Plasma-Zellen sehr schlecht verkleinern lassen. Es sind Bilddiagonalen von mehr als 1 m mit Spitzenleuchtdichten von 200 cd/m2 und einem Kontrastumfang von 70:1 realisierbar. Der Blickwinkel liegt horizontal wie vertikal bei ca. 160°. Ein Nachteil von Plasma-Anzeigen ist der hohe Leistungsbedarf zum Zünden der einzelnen Plasma-Zellen und die mechanische Empfindlichkeit der Geräte.