Funktionsweise von Plasma

VON MUSTAFA BAGIS
1
VORWORT
Die folgende Hausarbeit entstand im Rahmen des Fachseminars bei
Professor Dr. K.-O. Linn.
Es hat mir Spaß gemacht, über dieses Thema zu schreiben und zu
recherchieren.
Ich war mehrere Jahre bei der SCHOTT AG Mainz tätig und habe dort
unter anderem in der Abteilung zur Erforschung und Entwicklung von
TFT-Bildschirmen gearbeitet. Seitdem hat mich das Thema
Bildschirmtechnik immer mehr interessiert.
Deshalb freute es mich besonders, mich im Fachseminar mit PlasmaDisplays zu beschäftigen und den Teilnehmern der Gruppe darüber
zu berichten.
Nun bleibt mir nur noch, Ihnen viel Spaß bei der Lektüre zu
wünschen.
2
Inhaltsverzeichnis
1. Geschichte von Plasma-Displays……………………………………4
2. Aufbau von Plasma-Displays………………………………………….6
3. Funktionsweise von Plasma-Displays…………………………….8
4. Vor und Nachteile von Plasma-Displays……………………...10
5. Plasma versus LCD………………………………………………………12
6. Fazit…………………………………………………………………………….13
7. Quellen……………………………………………………………………….14
3
1. Geschichte von Plasma-Displays
Zur Geschichte von Plasma – Displays kommt meist die Frage auf „Was ist
ein Plasma“ bzw. „Was ist ein Plasma – Display“.
Plasma ist von den Aggregatzuständen der vierte. Der Begriff Plasma
kommt aus dem griechischen und bedeutet „Gebilde“. In der Physik
bezeichnet man es als ionisiertes Gas, das zu einem nennenswerten Anteil
freie Ladungsträger wie Ionen oder Elektronen enthält.
Nun, ein Plasmabildschirm ist ein Bildschirm, der Licht mit Hilfe von
Phosphoren erzeugt, die durch eine Plasmaentladung angeregt wird.
Plasmabildschirme bieten ein helles und großes Farbspektrum, außerdem
können sie in Größen von bis zu 1,5 Metern in der Diagonale hergestellt
werden.
Doch nun zur Geschichte: Der erste funktionsfähige Plasmabildschirm
wurde im Jahre 1964 von den zwei Professoren Donald Bitzer und Gene
Slottow für das Großrechnersystem PLATO 4 in der Universität von Illinois
entwickelt. Es war zwar nicht der uns heute bekannte
Farbplasmabildschirm, sondern ein schwarz/weiß Bildschirm. Gegenüber
Röhrenbildschirmen wiesen Plasmaschirme den Vorteil auf, dass sie direkt
digital angesteuert werden konnten; zudem waren sie recht langlebig und
platzsparend. Für einige Jahre wurden Plasmadisplays daher auf dem
Großrechner-Sektor relativ häufig eingesetzt.
Der technische Fortschritt und verringerte Herstellungskosten verhalfen in
den 70er Jahren jedoch dem Röhrenmonitor als Computeranzeigeeinheit
zum Durchbruch. Der Einsatz von Plasmabildschirmen beschränkte sich in
4
der Folgezeit auf wenige Spezialzwecke. Als zu Beginn der 80er Jahre die
ersten Laptops entwickelt wurden, griffen einige frühe Hersteller, wie
Toshiba und IBM, zur Ausstattung ihrer tragbaren Rechner auf die
Plasmabildschirmtechnik zurück, da sie sehr flache und kompakte
Gehäuseformen bei angemessen großer Bilddiagonale ermöglichte und
unter ergonomischen Gesichtspunkten (wie Blickwinkel und Kontrast) den
ersten Flüssigkristallbildschirmen weit überlegen war. Der hohe
Stromverbrauch der Plasmadisplays machte allerdings einen
netzunabhängigen Betrieb weitgehend unmöglich.
Weltrekord: Panasonics 150 Zoll Plasma-TV mit 3,75m Bild diagonale
Im Jahre 2008 wurde der bisher größte Plasmabildschirm aller Zeiten auf
der CES (Consumer Electronics Assosiaction) in Las Vegas vorgestellt.
Panasonic hat mit diesem Plasma-TV ihren eigenen Rekord von der max.
Größe von 2.62 Meter in der Bilddiagonale übertrumpft. Dieser PlasmaRiese hat eine Bildschirmdiagonale von 150 Zoll (3.75m).
5
2. Aufbau von Plasma-Displays
Der Aufbau von Plasmabildschirmen ist relativ simpel. Zwischen zwei
Glasplatten befinden sich sehr viele kleine Kammern. Man nennt diese
Kammern auch Pixel. Ein Pixel besteht aus drei Kammern, eine Kammer,
das so genannte SUBPIXEL, beinhaltet ein Gasgemisch.
Das wichtigste Element sind die drei Grundfarben.
Jede der drei Kammern leuchtet in einer der drei RGB-Farben (rot, grün
und blau). Die Farben werden im additiven Verfahren (siehe Bild) 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).
6
Um nun ein Bild zu erzeugen, 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 kommt. Der VUVBereich 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:Eu (blau), Zn2SiO4:Mn (grün) und (Y,Gd)BO3:Eu (rot; kann
theoretisch auch von Y(V,P)O4:Eu 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. Umso länger also eine Kammer
gezündet ist, umso heller erscheint die Farbe.
7
3. Funktionsweise von Plasma-Displays
Die Funktionsweise von Plasma-Displays und der Aufbau von PlasmaDisplays sind sehr von einander abhängig.
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 (mehrere
hundert Volt). Auf der unteren dielektrischen Schicht (ein Nichtleiter, also
eine Isolationsschicht) sitzt eine Adresselektrode, die die präzise
Ansteuerung der Kammer ermöglicht (jede Kammer besitzt eine
Adresselektrode).
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 SandwichVerfahren 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.
Die Helligkeit des einzelnen Pixels wird durch die Entladungshäufigkeit
gesteuert, die Farbmischung durch das Zusammenspiel der 3
Grundfarben.
8
Hier nochmal zur Verdeutlichung von der Seitenansicht
9
4. Vor und Nachteile von Plasma-Displays
Die Vorteile:
Verzögerungsfreier Bildschirmaufbau und großer Kontrastumfang sind
eine der vielen Vorteile von Plasmadisplays. Der Große
Betrachtungswinkel von bis zu 160°, macht den Plasmabildschirm zu
einem einzigartigem Kino und TV Erlebnis. Leichtes Gewicht und geringe
Einbautiefe sorgen auch für den kleinsten Wohnzimmer Platz für einen
PLASMA-FERNSEHER
Die Nachteile:
Doch leider hat alles Schöne auch einen Nachteil. Hoher Stromverbrauch
und geringe Lebensdauer sind einige davon. Und da viel Strom verbraucht
wird entsteht ja auch natürliche eine große Wärme. Dies hat dann zufolge
das meist ein Lüfter erforderlich ist. Nicht zu vergessen ist haben auch
Plasmabildschirme ein hohes Einbrennrisiko (Beispiel Senderlogo)
10
Nachteil: Einbrennen
Wenn eine Gruppe von Pixeln für längere Zeit sehr hell ist, baut sich in der
Pixelstruktur eine elektrische Ladung auf, die zu einem Geisterbild führt.
Aber im Gegensatz zum Einbrenne bei z.B. einem Röhrenmonitor, ist
dieser Ladungsaufbau vorübergehend und korrigiert sich von selbst, wenn
der Bildschirm lange genug ausgeschaltet wird.
11
5. Plasma versus LCD
Kaum waren die ersten Flach-TV-Geräte am Markt, standen auch schon
zwei Technologien in Konkurrenz zueinander:
Plasma und LCD
Durchschnittliche
Lebensdauer
Wärmeabgabe
Stromverbrauch
Anzahl der
darstellbaren Farben
Einbrenn-Verhalten
Nachzieheffekte
Plasma
LCD
Nach ca. 30000
60000 Stunden
Stunden: 50 %
Lebensdauer
Leuchtkraftverlust
Hohe Wärmeabgabe = Geringe Wärmeabgabe
Lüfter erforderlich
= kein Lüfter
erforderlich
ca. 250 – 400 Watt
ca. 50 – 80 Watt
Sehr gut
gut
systembedingt möglich
8 ms, geringe
Nachzieheffekte
ausgeschlossen
25 ms, mehr
Nachzieheffekte
Wie man anhand der Tabelle sieht, hat der LCD – Display ungefähr die
doppelte Lebensdauer wie ein Plasma – Display und verbraucht
wesentlich weniger Strom als der Plasma – Display, doch in der
Bildqualität läuft der LCD – Display dem Plasma – Display weit hinterher.
12
6.Fazit
In Anbetracht des Preis / Leistungsverhältnisses, könnte man sich ohne
Bedenken ein Plasma-Display anschaffen. Es lohnt sich aber leider nur ab
100 cm Bildschirmdiagonalen. Leider muss ich auch noch hinzufügen, das
viele Hersteller ihre Bildschirmproduktionen von Plasma-Displays
zurückgestuft haben. Da die Lebensdauer nicht so lang wie ein LCDBildschirm ist. Nichts desto trotz würde ich mich persönlich für ein Plasma
– Display entscheiden, weil für mich ein gutes Bild das A und O ist...
13
7.QUELLEN:
• http://www.answers.com/topic/plasma-displays „Technologie Plasma-Displays“
• http://de.wikipedia.org/wiki/Plasmabildschirm „Plasmabildschirme“
• http://www.hifi-online.net/heimkino-wissen_plasma.html
• http://www.telering.de/was-ratgeber/feld-1/nr-59
• http://www.wolfgangweigand.de/Dateien/Klasse%209a%20Ph/Plasmabildschirm.pdf
• http://www.tvfacts.de/news/69-groesster-plasma-tv-misst-150-zollbilddiagonale-375cm.html
• http://www.hifi-regler.de/plasma/plasma-tv-geraete.php
14