CRT-Monitor

Auch Röhrenbildschirm genannt

CRT-Monitor

CRT-Monitore sind Computer Bildschirme oder Fernseher deren Technik auf der Kathodenstrahlröhre von Ferdinand Braun basiert. CRT steht für Cathode Ray Tube (Kathodenstrahlröhre). Andere Bezeichnungen sind Kathodenstrahl- Röhren- oder Kathodenstrahlröhren- Bildschirm. 

Die Technik ist mittlerweile veraltet und die CRT-Monitore wurden größtenteils von Flachbildschirmen abgelöst. Gebrauchte CRT-Monitore werden mittlerweile verschenkt oder für wenige Euro angeboten. Die Computer-Monitore sind in verschiedenen Größen erhältlich. Zur Größeneinteilung wird die Diagonale des Bildschirms gemessen. Computer CRT-Monitore haben zwischen 23 und 56 Zentimeter und CRT-Fernsehgeräte bis zu 82 cm. Allerdings wird die Angabe bei den Bildschirmen in Zoll gemacht. Größere Bildschirme können mehr Pixel darstellen.


Geschichte der CRT-Monitore

1987 wurde die Kathodenstrahlenröhre von Karl Ferdinand Braun erfunden. Sie wird auch Braun'sche Röhre genannt. 1906 machte Max Dieckmann den Vorschlag die Kathodenstrahlenröhre für Fernseher einzusetzen. Für Braun war das Unsinn. Dieckmann machte trotzdem einen Versuch und stellte mit einer Nipkow Scheibe mit mechanisch abgetasteten Metallvorlagen Schattenbilder auf der Bildröhre dar. 1926 entwickelte Kenjiro Takayanagi den ersten Schwarzweiß-Fernseher. Die ersten Fernseher waren im 4:3 Format. Mitte der 1970er Jahre waren Größen mit bis zu 63 Zentimeter in Farbe erhältlich. Jeder Kathodenstrahlbildschirm weißt eine Einbautiefe auf. Diese verringerte sich mit steigendem Ablenkwinkel immer weiter, doch erreichte nie die geringe Einbautiefe eines Flachbildschirms.


Die Lochmaske

Lochmasken sind dünne Metallgitter, die ca. 20 Millimeter hinter dem Bildschirm befestigt sind. Die Anzahl der Löcher auf der Lochmaske entspricht der Anzahl der Farbtripel, die bei dem Bildschirm vorhanden sind. Pro Loch gibt es drei farbig fluoreszierende Leuchtstoffpunkte. Die Elektronenstrahlen treffen aus leicht unterschiedlichen Richtungen auf die Lochmaske ein. Das liegt daran, dass die Elektronenkanonen im Dreieck oder bei Schlitzmasken nebeneinander angeordnet sind. Die Lochmasken schatten aus der jeweiligen Richtung die Phosphore mit nicht gebrauchten Farben ab. Sie verhindern dass der Elektronenstrahl trifft. Die Lichterzeugung funktioniert durch das Auftreffen der Elektronen auf den verschiedenen Leuchtstoffschichten auf der Rückseite des Bildschirms. Um den Korrekturaufwand so gering wie möglich zu halten haben die meisten Lochmasken keine runden Löcher, sondern schmale senkrechte Schlitze. Sie werden auch Schlitzmaske genannt. Die Elektronenkanonen sind dabei nebeneinander, der Konvergenzaufwand verringert sich. Mehr Elektronen erreichen den Leuchtbildschirm. Die Auflösung der Bildröhre ist abhängig vom Lochabstand (dot pitch) der Lochmitten. Er beträgt bei Monitoren 0,21 bis 0,28 Millimeter. Je geringer der Lochabstand ist, desto höher ist die möglich Auflösung der Bildröhre und desto besser ist die Bilddarstellung.


Die Streifenmaske

Streifenmaskenröhren sind Varianten von Lochmaskenröhren. Sie werden bei Kathodenstrahlröhren für Farbdarstellung wie Fernsehern und Monitoren eingesetzt. 1968 wurde sie von Sony unter dem Namen "Trinitron" erfunden produziert. Von Mitsubishi folgte später der " Diamondtron". Ursprünglich war die Technik nur für Fernsehgeräte gedacht. In den 80ern wurde sie auch bei Monitoren verwendet. Eine Streifenmaske besteht aus einem dünnen Netz vertikaler Drähte oder Blechstreifen. Auch die Phosphorschicht besteht aus streifenförmig angeordneten Phosphoren. Streifenmasken befinden sich bei Farbbildröhren hinter dem Bildschirm. Im Gegensatz zur Loch- und Schlitzmaske besteht es nur aus vertikal gespannten Drähten ohne horizontale Verbindung. Streifenmasken werden oft bei hochwertigen Monitoren eingesetzt. Sie haben eine hohe Lichtstärke eine sehr gute Bildqualität.

Durch die Zwischenräume zwischen den Drähten gelangen die Elektronenstrahlen auf die Leuchtschicht und es entsteht die entsprechende Farbe als sichtbares Licht. Genau wie bei Loch- und Schlitzmasken schattet es die nicht gebrauchten Elektronenstrahlen ab. Die Leuchtschicht besteht ebenfalls aus den drei Grundfarben Blau, Rot Grün, die wie bei der Schlitzmaske als vertikale Streifen nebeneinander angeordnet sind. Durch die Farbmischung lassen sich beliebige Farben darstellen.

Durch die Bauweise der Streifemaske ist sie sehr empfindlich gegen Erschütterung. Manche Monitore haben deshalb zwei horizontale Haltedrähte. Für die erforderliche mechanische Spannung der vielen Drähte ist ein massiver Stahlrahmen im inneren des Bildschirms notwendig.


Monitor-Kennwerte

Bei den Angaben der Bildschirmgrößen bei CRT-Monitoren ist zu beachten, dass der angegeben Wert der Diagonalen der Bildschirmröhre entspricht, nicht jedoch dem des sichtbaren Bereiches. Da nicht der gesamte Bereich einer Bildröhre zur Darstellung benutzt wird, fällt dieser stets kleiner aus. Die häufigsten Werte sind hierbei 17 Zoll (17‘) und 19 Zoll (19‘). CRT-Monitore können ohne Qualitätsverlust mit verschiedenen logischen Auflösungen arbeiten.

Einen Monitor, der in der Lage ist, sich ohne Qualitätsverlust verschiedene Bildschirmauflösungen anzupassen, bezeichnet man als Multiscan-Monitor (Multiscan Monitor)

Bei einem CRT-Monitor wird das Bild zeilenweise und nicht pixelweise aufgebaut, trotzdem wird der Dot Pitch angegeben, der von den nebeneinander liegenden Öffnungen der Loch- bzw. der Streifenmaske bestimmt wird. Bei CRT-Monitoren spricht man allerdings von Lichtmaskenabstand bzw. Streifenabstand und nicht vom Pixelabstand, dessen typischer Wert zwischen 0,31 mm und 0,25 mm liegt.
Zu den speziellen Kennwerten von CRT-Monitoren gehören außerdem die Bildwiederholfrequenz (Refresh Rate), Zeilenfrequenz und die Videobandbreite.


Spezielle Kennwerte

Bildwiederholfrequenz (Refresh Rate)

Die Bildwiederholfrequenz wird in Hertz (Hz) angegeben, sie gibt die Anzahl der Bilder an, die pro Sekunde dargestellt werden. Sie wird auch vertikale Bandbreite genannt. Je höher diese Frequenz liegt, desto ruhiger und flimmerfreier erscheint das Bild. Als ergonomisch notwendig gelten derzeit mindestens 85 Hz.


Zeilenfrequenz

Die Zeilenfrequenz (Horizontalfrequenz) gibt an, wie viele Zeilen der Elektronenstrahl des Monitors pro Sekunde schreiben kann. Sie wird in Kilohertz (kHz) angegeben und liegt- abhängig von der Bildwiederholfrequenz und der Auflösung – zwischen 30 kHz und 120 kHz.


Videobandbreite

Die Videobandbreite wird in Kilohertz angegeben, die Videobandbreite bezeichnet die Grenzfrequenz des Videoverstärkers im Monitor. Sie kann als Maß für die Datenübertragungskapazität dieses Verstärkers angesehen werden.
Je größer die Bildschirmauflösung und die Bildwiederholfrequenz gewählt wurden, desto mehr Informationen muss der Videoverstärker verarbeiten und desto höher muss diese Grenzfrequenz liegen.
Bei Monitoren gilt für die Videobandbreite theoretisch folgender Zusammenhang:

Videobandbreite = Auflösung x Bildwiederholfrequenz


Darstellungsmodus

Bei Monitoren unterscheidet man zwischen dem Interlaced-Modus und dem Non-Interlaced-Modus. Der Non-Interlaced-Modus wird auch als Progressiv-Modus bezeichnet und wird mit dem Buchstaben „p“ gekennzeichnet, während der Interlaced-Modus mit einem „i“ gekennzeichnet wird.

Der Non-Interlaced-Modus (auch Progressiv-Modus genannt) schreibt alle Zeilen nacheinander, beim Interlaced-Modus wird bei einem Bildaufbau lediglich jede zweite Zeile geschrieben. Die Angabe „1080p“ bedeutet zum Beispiel, dass bei einer Auflösung von 1200 x 1080 (HDTV) der Elektronenstrahl sämtliche 1080 Zeilen nacheinander in einem einzigen Bilddurchlauf darstellt.
Bei Monitoren unterscheid man zwischen dem Interlaced-Modus, der mit dem Buchstaben „i“ gekennzeichnet wird, und dem Non-Interlaced-Modus, der auch als Progressiv-Modus bezeichnet und mit dem Buchstaben „p“ gekennzeichnet wird. Beim Progressiv-Modus bezeichnet werden alle Zeilen nacheinander geschrieben, beim Interlaced-Modus wird bei einem Bildaufbau lediglich jede zweite Zeile geschrieben. Die Angabe „1080p“ bedeutet beispielsweise, dass bei einer Auflösung von 1200 x 1080 (HDTV) der Elektronenstrahl sämtliche 1080 Zeilen nacheinander in einem einzigen Bilddurchlauf darstellt.

Bei hohen Auflösungen erfordert der Progressiv-Modus eine höhere Horizontalfrequenz, auch ein Qualitätsmerkmal eines Monitors.

Sollte ein Monitor diese nicht erbringen, so schaltet er automatisch in den Interlaced-Modus. Im Interlaced-Modus werden hintereinander zwei Halbbilder aufgebaut, indem jeweils nur jede zweite Zeile dargestellt wird (1080i).

Mit dem menschlichen Auge ist der Wechsel nicht zu erkennen, kann jedoch bei größeren hellen Flächen zu einem Flackern kommen. Dies führt langfristig zu einer Ermüdung der Augen.

Damit alle CRT-Monitore auf dem Markt zugelassen werden können, müssen die CRT-Monitore bestimmten Qualitäts- und Sicherheitsstandards genügen. Die Erfüllung dieser Standards wird durch entsprechende Prüfsiegel auf dem Monitor dokumentiert. Ein moderner Qualitätsmonitor verfügt heutzutage über eine eigene Prozessorsteuerung mit menügeführter Programmierung. Er ist in der Lage, in einem weiten Bereich von horizontalen und vertikalen Frequenzen zu arbeiten, und kann sich selbständig auf die Synchronisationsraten des Videosignals einstellen.


Farbdarstellungsverfahren

Im Zusammenhang mit der Bilderzeugung werden CRT-Monitore vielfach auch durch die Bezeichnung RGB-Monitor näher spezifiziert. Die Bilderzeugung bei einem RGB-Monitor erfolgt nach dem so gennannten additiven Farbmischverfahren aus den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau.
Mischt man diese Farben mit unterschiedlichen Intensitäten, so lassen sich sämtliche Farben realisieren. Die Farbe Weiß entsteht zum Beispiel durch die Mischung aus intensivem Rot, intensiven Grün und intensiven Blau.

Bei diesem additiven Verfahren handelt es sich um ein Farbmodell zur Beschreibung von Farben, die durch farbiges Licht erzeugt werden. Die Farbe „Schwarz“ würde sich bei diesem Modell durch Mischen der drei Grundfarben mit der Intensität Null ergeben.
In der Praxis werden die lichterzeugenden Elektronenstrahlen abgeschaltet, so dass der Bildschirm dunkel bleibt. Das additive Farbmodell lässt sich nicht bei lichtabsorbierenden Körperfarben, wie dies etwa bei Druckfarben der Fall ist, anwenden. Zu beachten ist, dass die Bezeichnung RGB-Monitor nicht nur im Zusammenhang mit der Bilderzeugung, sondern mit der Signalübertragung verwendet wird.

In Verbindung mit der Signalübertragung bezeichnet man einen Monitor, bei dem die drei Farb- und die Synchronisationssignale über separate Leitungen übertragen werden, als RGB-Monitor, während ein Monitor, bei dem alle codierten Video- Information (einschließlich der Farbei und der horizontalen sowieso vertikalen Synchronisation) über eine einzige Leitung transportiert werden, Composite-Monitor genannt wird (z.B. Videokabel, Antennenkabel). Für den Betrieb von Fernsehgeräten und Videorekordern ist beispielsweise ein Composite-Videosignal nach dem PAL-Standard (Phase Alternation Linie; zurzeit verwendete deutsche Fernsehnorm) erforderlich.7


Anschlüsse

VGA

VGA (Video Graphics Array) ist der Grafikkartenstandard für den Anschluss von Bildschirmen. Trotz Grafikkarten keine VGA Karten mehr sind hat sich der VGA Anschluss bis heute gehalten. AMD, Intel und weitere Bildschirmhersteller haben angekündigt, dass spätestens 2015 keine VGA Anschlüsse mehr produziert werden. Als Standard soll dann Display Port oder HDMI folgen.

Die Grafikkarte sendet an den Bildschirm analoge Signale auf 5 Leitungen. Je eine pro Grundfarbe (RGB), zwei für die vertikale und horizontale Synchronisation. Die Intensität und Anzahl der Farben wird durch die stufenlose regelbare analoge Spannung in den Signalleitungen bestimmt. Die Leitungslänge begrenzt die maximale Auflösung. Lange oder schlechte Kabel können sich negativ auf die Bildqualität ausüben.


DVI

Wird nur von Flachbildschirmen verwendet.


HDMI

Wird ebenfalls nur von Flachbildschirmen verwendet.


Display Port

Display Port (DP) ist eine Schnittstelle zur Übertragung von Audio- und Videosignalen vom Computer zum Bildschirm. Der Display Port-Standard wird von der VESA (Video Electronics Standard Association) festgelegt. Dahinter stehen ca. 100 Firmen der Computer-Industrie. Entwickelt wurde der Display Port von AMD (ATI), Dell, Genesis, HP, Intel, Lenova, Nvidea und Samsung. Display-Port hat eine Richtlinie für Adapter zu HDMI und DVI. Display Port soll VGA und DVI ablösen. Bei DVI wird eine maximal eine Auflösung von 1920x1200 (Single Link) bzw. 2560x1600 (Dual Link) erreicht. Display Port schafft 3840x2160 Pixel. Die Bildwiederholrate beträgt 30 Vollbilder pro Sekunde. Im Gegensatz zu VGA würde ein fünfzehn Meter langes Kabel kein Problem darstellen.

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