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Plasma-TV

Ein Plasma-TV erzeugt die verschiedenen Grundfarben mit Hilfe von Leuchtstoffen, die durch von Gasentladungen erzeugtes Plasma angeregt werden.

Beschreibung

Der Plasma-TV bietet ein kontrastreicheres Bild und ein größeres Farbspektrum als der LCD-TV, außerdem können diese in Größen von bis zu 150 Zoll (3,81m) in der Diagonale hergestellt werden.

Verwendung findet der Plasma-TV hauptsächlich als Fernseh-Anzeigegerät. Der Plasma-TV konkurriert mit der Kathodenstrahlröhre, dem Flüssigkristallbildschirm, dem OLED-Bildschirm sowie zukünftig mit dem SED-, dem ZEUS- oder dem FED-Display.

Funktionsweise:
Plasma ist ein ionisiertes Gas, das neben neutralen Teilchen auch freie Ionen, angeregte Atome und Elektronen enthält. Plasmen senden aufgrund von spontaner Emission angeregter Atome sichtbares Licht und Ultraviolettstrahlung aus.

Beim Plasma-TV macht man sich die Emission von UV-Strahlen durch ein Niederdruckplasma zunutze. Die Funktionsweise ähnelt der einer Leuchtstoffröhre. Leuchtstoffe werden hier durch Ultraviolettstrahlung des Quecksilberdampf-Plasmas zur Emission von sichtbarem Licht angeregt. Bei einem Plasma-TV verwendet man dagegen Edelgase.

Aufbau des Bildschirms:
Der Aufbau eines Plasma-TV 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 Grundfarben rot, grün und blau. Die Farben werden durch additive Farbmischung erzeugt, das heißt durch Mischung der drei Grundfarben (z.B. gelb durch Mischung aus grünem und rotem Licht, was beim Plasmabildschirm durch das Leuchten der entsprechenden Kammern bewerkstelligt wird). Jede Kammer ist mit einem Edelgas-Gemisch aus Neon und Xenon gefüllt, wobei der Druck wesentlich niedriger ist als der normale Luftdruck, es ist also ein "Beinahe-Vakuum". Manche Hersteller verändern dieses Gemisch, indem sie Helium beimengen. Der Anteil von Xenon beträgt ca. 3% - 5%.

Zur Erzeugung eines Bildes beim Plasma-TV wird jede Kammer individuell mit einem zugehörigen Transistor gezündet, d. h. das Gas wird kurzzeitig ionisiert, es wird zum Plasma. Die Grundfarben in den Kammern werden durch verschiedene Leuchtstoffe (Phosphore) erzeugt, sobald auf die Leuchtstoffe die vom Plasma emittierte Ultraviolettstrahlung (Vakuum-Ultravioletter Bereich, 140 bis 190 nm) trifft. Das Ultraviolett selbst ist nicht sichtbar. Die Leuchtstoffe wandeln die VUV-Strahlung in sichtbares Licht mit der je nach 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). Um nicht nur die diskreten Zustände an (gezündet) und aus, sondern auch dazwischen liegende Helligkeitsstufen zu erzeugen, bedient man sich eines Tricks: man zündet die Kammern in kurzen Abständen (Intervallen) und variiert die Dauer einer Zündung, um die Helligkeit zu variieren. Je länger eine Kammer gezündet ist, umso heller leuchtet sie.

Das Gas zwischen den beiden Glasplatten ist stark verdünnt. Dadurch sind niedrige Plasmatemperaturen möglich. Zur Zündung sind Spannungen von einigen hundert Volt erforderlich.
Auf der unteren dielektrischen Schicht (Glasplatte, also eine Isolationsschicht) sitzt ein Adress-Elektrodenstreifen, der zusammen mit den oberen Elektroden die Ansteuerung jeder Kammer ermöglicht (jede Kammer sitzt am Kreuzungspunkt einer Adress- und einer oberen Elektrode). In der Kammer selbst befindet sich der Leuchtstoff (aufgetragen auf die dielektrische Schicht und die Barrieren) und das Gasgemisch bzw. das Plasma. Eine Schutzschicht hat die Aufgabe, die obere dielektrische Schicht und die dort befindlichen transparenten Elektroden zu schützen. Die beiden Elektroden können durch die dielektrische Schicht hindurch das elektrische Feld in der Kammer beeinflussen und steuern somit die Helligkeit bzw. die abgestrahlte Farbe.

Der Plasma-TV wird mittels Sandwichbauweise gefertigt.

Die Adress-Elektroden sind vertikal und die Line-Elektroden horizontal angeordnet. Durch das so entstehende Gitter ist eine Steuerung der einzelnen Kammern mit dem Multiplexverfahren 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.

Vorteile:
Der größte Vorteil des Plasma-TV ist der sehr hohe Kontrast (max. 15.000:1 Spitzenkontrast) und die im Vergleich zum LCD-TV organischere, röhrenähnlichere Bilddarstellung. Durch die wesentlich schnellere Ansteuerung der Bildpunkte treten beim Plasma-TV keine Nachzieheffekte bei schnellen Bewegungen (z.B. bei Fußballspielen) auf. Weiterhin sackt die Bildqualität (Kontrast, Farbtreue) auch bei schrägen Betrachtungswinkeln nicht ab. Durch die fehlende Hintergrundbeleuchtung zeigen aktuelle Plasma-TV Geräte auch ein sattes Schwarz.

Der Plasma-TV ist im Gegensatz zu Röhrengeräten unempfindlich gegenüber Magnetfeldern. Dadurch lassen sich auch größere Lautsprechersysteme direkt neben dem Bildschirm aufbauen, ohne mit Bildstörungen rechnen zu müssen.

Der Plasma-TV lässt sich theoretisch in jeder beliebigen Größe herstellen, was bei LCD-TV Geräten und Röhrengeräten nicht der Fall ist.

Nachteile:
Die Tageslichttauglichkeit ist niedriger als beim LCD-TV, was zum einen am höheren Aufhellungsgrad bei Auflicht liegt, zum anderen an der niedrigeren Helligkeit bei großflächig hellen Bildern. Ein typischer LCD-TV erreicht eine Leuchtdichte von 200 - 400 cd/m². Aktuelle Plasma-TV Geräte erreichen nur 50 - 130 cd/m² und sind damit in etwa so leuchtstark wie ein Röhrenfernseher.

Bei einem Dauerbetrieb mit Standbildern mit zu hohen Kontrast- und Helligkeitseinstellungen (z.B. Displays für Werbezwecke) können sich Einbrenneffekte zeigen. Manche Geräte erweisen sich besonders während der ersten 100 Betriebsstunden stärker gefährdet, so dass während dieser Zeit möglichst auf eine vollständige Nutzung der Bildschirmfläche geachtet werden sollte. Einige Hersteller verwenden zur Minimierung dieses Einbrenneffektes ein Verfahren, in dem das Bild in regelmäßigen Abständen um einige Pixel verschoben wird (engl. pixel shift). Bei einer herkömmlichen Nutzung als Fernseher im 4:3- und 16:9-Format sind solche Effekte heutzutage nicht mehr zu erwarten.

Der blaue Leuchtstoff hat eine geringere Stabilität unter VUV-Bestrahlung. Die grüne Farbwiedergabe leidet hingegen unter der vom Plasma ebenfalls erzeugten Strahlung im orangeroten Spektralbereich. Um eine ausreichende Farbsättigung zu erreichen, muss der Leuchtstoff deutlich höher im Farbdiagramm liegen, als z.B. der bei Röhrenbildschirmen (CRTs) eingesetzte Leuchtstoff. Dies erkauft man sich allerdings mit einer längeren Abklingzeit, sichtbar an einem Farbschliereneffekt an schnellen Laufschriften. In der Praxis hat dieser Nachteil wenig Bedeutung, weil das Auge im blauen Farbbereich eine im Vergleich zu Rot, vor allem aber Grün, niedrigere Schärfewahrnehmung hat. Im Vergleich zu Röhrenfernsehern wirkt pures Blau auf einem Plasma-TV weniger satt und tief, nicht aber in Relation zum LCD.

Der Plasma-TV darf nicht liegend transportiert werden, da sich mechanische Schwingungen der elektronischen Baugruppen im Inneren des Gerätes auf das Panel übertragen und dadurch Plasmakammern reißen und funktionsuntüchtig werden können. Außerdem reißen die empfindlichen Glasplatten beim ungleichmäßigen Aufrichten des Bildschirms.

Ein weiterer Nachteil war die kürzere Lebensdauer von ca. 30.000 h (LCD: 60.000 h, Röhrengeräte 15.000 h). Dies entspricht einer Dauer von 21 Jahren, bei einer Betriebsdauer von 4 h pro Tag oder 3,5 Jahren bei einer Betriebsdauer von 24 h pro Tag. Stand 2007 ist jedoch ebenfalls eine Lebensdauer iHv. 60.000 h.

Außerdem hat der Plasma-TV einen hohen Wärmeabgabe, weshalb bei manchen Modellen Lüfter benötigt werden. Auch der Verbrauch an elektrischer Energie ist größer als bei LCD.

Der Preissprung für einen hochauflösenden Plasma-TV (z. B. 50 Zoll), von 1366×768 auf 1920×1080 Pixel, ist noch beachtlich (Stand 2007). Dieses ist vor allem darauf zurückzuführen, dass die Herstellung eines Full-HD-Screen technisch wesentlich aufwendiger ist.

Alternativen zum Plasma-TV:
Bevor man eine Alternative für einen Plasma-TV vorschlagen kann, muss man den Verwendungszweck kennen. Bei Großbildschirmen z. B. ist es nur schwer möglich, den Plasma-TV durch einen anderen Bildschirm zu ersetzen. Hier böte sich lediglich die Projektion (Laser oder Normallicht) an, wobei man mit geringerem Kontrast rechnen muss.

Weitere Alternativen sind LCD-TV Geräte oder die herkömmlichen CRT-Bildschirme. CRT-Bildschirme können jedoch nicht für große Formate hergestellt werden, da nicht nur Konvergenzfehler (Farbverschiebungen) und Linearitätsfehler (Verzerrungen) zunehmend schwerer zu beherrschen sind, sondern die zum Erreichen der mechanischen Stabilität erforderliche Bildschirmmasse (Glasdicke) stark zunimmt.

Bei sehr großen Bildformaten werden auch LED-Bildschirme eingesetzt.

Bei PALC (plasma-adressed liquid crystal) werden Plasmaschalter statt wie beim TFT-Bildschirm Transistoren zur Ansteuerung eines LCD verwendet, es ist daher kein Plasma-TV im eigentlichen Sinne.

Geschichte und Zukunft:
Die Plasma-TV Technologie kann auf eine noch recht junge Geschichte zurückblicken.

Der erste funktionsfähige Plasma-TV wurde im Jahre 1964 von Donald L. Bitzer und H. Gene Slottow für das Großrechnersystem PLATO IV der University of Illinois entwickelt. Gegenüber Röhrenbildschirmen wies der Plasma-TV den Vorteil auf, dass dieser direkt digital angesteuert werden konnten; zudem war dieser recht langlebig und Platz sparend. Für einige Jahre wurden Plasma-TV Geräte daher auf dem Großrechner-Sektor relativ häufig eingesetzt.

Der technische Fortschritt und verringerte Herstellungskosten verhalfen in den 1970er Jahren jedoch dem Röhrenmonitor als Computer-Anzeigeeinheit zum Durchbruch. Der Einsatz vom Plasma-TV beschränkte sich in der Folgezeit auf wenige Spezialzwecke.

Als zu Beginn der 1980er Jahre die ersten Laptops entwickelt wurden, griffen einige frühe Hersteller, darunter GRiD, Toshiba und Chicony, zur Ausstattung ihrer tragbaren Rechner auf die Plasma-TV-Technologie zurück, da sie sehr flache und kompakte Gehäuseformen bei angemessenen großer Bilddiagonale ermöglichte und unter ergonomischen Gesichtspunkten (Blickwinkel, Kontrast) den ersten LCD-Bildschirmen weit überlegen war. Der hohe Stromverbrauch des Plasma-TV machte allerdings einen netzunabhängigen Betrieb weitgehend unmöglich; zudem blieb sein Einsatz aus Kostengründen auf Geräte der höchsten Preiskategorie beschränkt. Da der hochauflösende Farb-Plasma-TV technisch nicht zu realisieren waren und bei der Entwicklung besserer LCD-Geräte 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-Plasma-TV Geräten zum Einsatz in Fernsehgeräten. Der erste Farb-Plasma-TV 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 einem Plasma-TV 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 galt der Plasma-TV aufgrund der leuchtkräftigen, kontrastreichen Anzeige und der Möglichkeit großer Bilddiagonalen als leistungsfähigste Flachbild-Fernseher, obwohl dieser infolge hoher Gerätepreise, beträchtlichen Stromverbrauchs und begrenzter Lebensdauer stets nur für eine begrenzte Käuferschicht interessant waren. In jüngster Zeit wächst die Konkurrenz durch alternative Bildschirm-Technologien. Trotzdem wird angenommen, dass Plasmaforschung und aus ihr resultierende Produkte einen Zukunftsmarkt darstellen.