Plasma- und LCD-Technik
Wie Flatscreens funktionieren

Die Konzepte

Plasma- und LCD-Technik

Die beiden Arten von Flachbildschirmen funktionieren vollkommen unterschiedlich. Gemeinsam haben sie eigentlich nur den erfreulich geringen Tiefgang. Hauptsächlich in den USA gibt es als dritte Alternative noch Rückwandprojektoren, die konzeptbedingt tief aufbauen, aber hierzulande eine eher untergeordnete Rolle spielen. Bei uns heißt die Entscheidung heute: Plasma oder LCD. Plasma besticht durch knackigere Bilder, LCD durch höhere Auflösung. Letzteres ist besonders wichtig für Mediacenter-PCs und das kommende HDTV.
Die flache Bauweise ist nicht der einzige Grund dafür, dass sich die Geräte anschicken, den gewohnten Fernsehklotz abzulösen. Egal, ob Plasma-Panel oder LCD beide unterscheiden sich radikal von Röhrengeräten. Dort beschießt eine Elektronenkanone die Mattscheibe. Dabei führt eine magnetische Ablenkungsvorrichtung den Elektronenstrahl zeilenweise über das Bild. Eine andere Elektronik regelt die Intensität des Strahls, aktiviert ihn also je nach der gewünschten Helligkeit an der jeweiligen Position in der Zeile mehr oder weniger stark. Tatsächlich sind es sogar drei Elektronenkanonen, für jede der Grundfarben Rot, Grün und Blau eine. Sie treffen auf der Mattscheibe jeweils an unterschiedlichen Stellen auf, die dicht nebeneinander liegen und mit unterschiedlichem Leuchtmittel präpariert sind, um eine bestimmte Farbe zu erzeugen. Aus den drei Farbanteilen entsteht dann der Eindruck eines Punktes in der jeweiligen Farbe, die durch Addition der drei Grundfarben entsteht. Sind alle drei voll angesteuert, sieht der Betrachter einen weißen Punkt.

Technologien im Vergleich
LCD:
+ Unempfindlich gegen externe
+ magnetische Störungen
+ Geringe Einbautiefe
+ Lautlos
+ Geringe Leistungsaufnahme

– Farbtreue und Kontrast abhängig vom
– Betrachtungswinkel
– schlechtere Wiedergabe schneller
– Bewegungen
– Ausfall der Hintergrundbeleuchtung
– macht das ganze Display unbrauchbar

Plasma:
+ Großer Betrachtungswinkel
+ Hohe Leuchtkraft
+ Starker Kontrast
+ Geringe Einbautiefe
+ Gleichmäßige Ausleuchtung
+ über die ganze Fläche
+ Unempfindlich gegen
+ magnetische Störungen

– Hoher Stromverbrauch und
– Wärmeentwicklung
– Langfristige Abnahme der Leuchtkraft
– Einbrenneffekt schränkt Einsatzgebiet ein
– Mit Lüfter wahrnehmbare
– Geräuschentwicklung
– Hohes Gewicht

Vollbilder und Halbbilder

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Das typische Flimmern ist ausschließlich der zeilenweisen Art des Bildaufbaus beim Röhren-TV geschuldet: Bis das Elektronenstrahltrio den unteren Bildrand erreicht, lässt im oberen Teil die Leuchtwirkung schon wieder nach. Um diesen Effekt abzumildern, haben die Erfinder dem Fernsehen den so genannten Interlaced-Modus verpasst. Er teilt jedes Bild in zwei Halbbilder auf. Die eine Hälfte enthält alle geraden Bildzeilen, die andere die ungeraden. Der Zeilensprung beträgt also immer zwei Zeilen. Da jede Sekunde 50 Halbbilder darstellt, beträgt die effektive Bildwiederholfrequenz 25 Hz.
Selbst nagelneue Bildschirme müssen sich auf diese alten Vorgaben einstellen, auch wenn die technische Notwendigkeit bei ihnen gar nicht mehr gegeben ist. Denn die bestehenden Standards beim terrestrischen Fernsehen oder den Schnittstellen von Digitalreceivern zum Fernseher bauen immer noch auf der Halbbildtechnik auf. Eine Abkehr davon bringt beispielsweise der Einsatz von Vollbildern mit Progressive Scan, den einige Geräte beherrschen. Dazu ist allerdings, etwa beim Betrachten einer DVD, eine funktionierende Unterstützung nötig, vom Datenträger bis hin zum Anzeigegerät: Die DVD muss im Vollbildmodus aufgezeichnet sein, der Player muss ihn beherrschen und an seinem Ausgang das Vollbild an das Display weiterleiten. Dazu braucht es entweder einen analogen YUV- oder RGB-Ausgang beziehungsweise eine digitale DVI-Verbindung.

Info: Fernseher mit DVI-, YUV- oder RGB-Eingang beherrschen Progressive Scan. Damit gehört das bisherige Halbbildverfahren mit seinem Flimmern der Vergangenheit an.

Bilderzeugung

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Ein Plasmadisplay besteht dagegen aus Millionen nebeneinander angeordneter Kammern, die zum Betrachter hin transparent sind. Diese Kammern sind mit einem Gasgemisch gefüllt, das ein eingebauter Zündmechanismus in den Plasmazustand bringen kann. Bei dieser Reaktion wird die hineingesteckte Energie in Form von UV-Licht abgestrahlt. Die Auskleidung der Kammer mit einer Phosporschicht wandelt es in sichtbares Licht um. Je nach der Zusammensetzung des Leuchtstoffes strahlt es rot, grün oder blau. Filter schwächen das restliche UV-Licht ab, weil seine Strahlung für den Menschen schädlich wäre.
Wie hell ein Punkt tatsächlich ist, lässt sich bei diesem System gar nicht steuern ~dafür aber gut, wie hell er erscheint. Die Entladung ist in ihrer Intensität nicht beeinflussbar. Da sie aber in unvorstellbar kurzer Zeit stattfindet, ist die Ansteuerelektronik in der Lage, die Helligkeit durch das Verhältnis von Aktivierung und Nichtaktivierung zu regeln. Das geschieht innerhalb eines Zeitraums von nur einer Millionstelsekunde. Eine 50 %ige Helligkeit irgendeines Punktes erreicht die Elektronik beispielsweise, indem sie dieses Pixel 500 000-mal abwechselnd an und ausschaltet.

Leuchtmittel
Obwohl sich das Prinzip der Lichterzeugung bei Kathodenstrahlröhren und Plasmabildschirmen ähnelt, weil es in beiden Fällen ein Leuchtmittel nutzt, ergeben sich durch die neue Technik einige gewichtige Vorteile. Weil kein magnetisch abgelenkter Elektronenstrahl die Bildpunkte erzeugt, sind Plasmadisplays zum Beispiel immun gegen magnetische Einflüsse. Dagegen können in der Nähe von Bahnstrecken deutliche Störungen von Röhrenmonitoren und Fernsehern auftreten. Ebenso empfindlich sind diese Geräte gegenüber Permanentmagneten, wie sie sich in Lautsprechern finden. Hinzu kommt, dass die Plasmas sichtbar schärfer sind, weil sie anders als der Elektronenstrahl den Energieblitz direkt am Leuchtpunkt erzeugen.

Super Bildqualität

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Das Funktionsprinzip der Plasmatechnologie gewährleistet außerdem eine hervorragende Bildqualität. Der Farbraum ist beispielsweise größer als bei LCD-Schirmen, der Kontrastwert mit rund 9001100 cd/m2 um einiges größer als bei LCDs (circa 600 cd/m2) und die reine Leuchtkraft immens. Sie nimmt allerdings im Laufe der Benutzung ab. Die Lebensdauer eines Panels geben die Hersteller mit 30 000 bis 60 000 Stunden an; danach ist die Leuchtkraft auf die Hälfte ihres ursprünglichen Wertes gesunken. LC-Displays wiederum haben von Haus aus nur eine etwa halb so hohe Leuchtkraft wie Plasmaschirme, so dass beide nach dieser Betriebszeit immerhin noch etwa gleichauf liegen. Bei LCDs stellt normalerweise die Hintergrundbeleuchtung zuerst die Arbeit ein. Die Hersteller geben hier typische Betriebszeiten von 60 000 Stunden an. Anders betrachtet: Wer täglich vier Stunden fernsieht, braucht rund zwanzig Jahre, bis er den Minimalwert von 30 000 Betriebsstunden erreicht hat. Dann ist wohl sowieso ein neues Gerät fällig.
Ein klarer Vorteil von Plasma- gegenüber der LC-Technik ist, dass der Betrachtungswinkel keine Rolle spielt. Bei LCDs ändern sich dagegen alle optischen Werte, sobald der Betrachter nicht genau senkrecht auf das Display blickt, sondern seitlich, von unten oder von oben. Der Kontrast sinkt, die Farbverteilung variiert und verfälscht das Bild immer weiter. Das liegt am Funktionsprinzip der Flüssigkristalltechnik, bei der die Ausrichtung des Lichtes Teil des Konzepts ist. Zwar g
ibt es immer bessere Methoden, diesen systemimmanenten Nachteil auszubügeln, aber an ein Plasmadisplay reicht auch die neueste Flüssigkristallgeneration noch lange nicht heran.

Die richtige Verbindung
Nur LCDs eignen sich derzeit uneingeschränkt als Ersatz für den Computermonitor. Gegen Plasmabildschirme spricht vor allem die Auflösung, die noch zu gering ist. Sie beträgt bei den üblichen Geräten maximal 852 x 480 Pixel. Erst die nächste Gerätegeneration wird mit den heutigen LCD-Panels gleichziehen und dabei bezahlbar bleiben.
Je mehr Anschlüsse das Display aufweisen kann, desto besser ist das natürlich für den Käufer. Zukunftssicher ist auf jeden Fall ein DVI-Konnektor. Er erlaubt sowohl PCs als auch der nächsten Generation von DVD-Playern und Harddiskrekordern einen adäquaten Anschluss.
Wer jetzt schon ein Schnäppchen machen möchte, kann bei einem entsprechend niedrigen Preis auch mit einem VGA-Anschluss schon glücklich werden. Diese Analoganbindung kann zwar keine verlustfreie Signalübertragung, bietet aber immerhin den qualitativ besseren Vollbildmodus (Progressive Scan) und den Anschluss aller üblichen Computer.

Leistungsaufnahme

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Dafür ist die Stromaufnahme eines Plasmaschirmes deutlich höher als die eines LCD-Panels. Die Werte beziehen sich allerdings immer auf eine vollweiße Anzeige und sind daher nicht direkt vergleichbar. Denn bei LCD-Technik stellt die Hintergrundbeleuchtung den größten Stromfresser. Und da diese Lichtquelle konstant ist, bleibt auch der Stromverbrauch gleich, egal ob das Bild vollkommen schwarz oder weiß ist.

Bei Plasmaschirmen hingegen hängt die Leistungsaufnahme von der abgerufenen Anzahl an Gasentladungen ab und verläuft damit einigermaßen linear zur Helligkeit. Eine Faustregel errechnet als Schnitt 70 %. Um also ein Plasmadisplay mit einem LCD zu vergleichen, muss man 30 % der Stromaufnahme abziehen. Die Angaben, die die Hersteller von TV-Geräten machen, sind allerdings schon korrigiert, schließlich sollen sie ja einen typischen Praxiswert darstellen. Generell hat sich gezeigt, dass ein Plasmagerät rund die doppelte Stromaufnahme hat wie ein vergleichbar großes Gerät mit LCD.

Aufgrund des höheren Stromverbrauchs benötigen fast alle Plasmadisplays einen eingebauten Lüfter ~oder eine ganze Batterie davon. Wie bei Computern äußern sich diese, je nach Ausführung und Last, in einem kaum wahrnehmbaren Säuseln oder gar in einem störenden Grundrauschen. Es ist daher sehr sinnvoll, vor dem Kauf diesen Punkt unter echten Bedingungen abzuklären, also mit einem Gerät, das bereits Betriebstemperatur erreicht hat, und mit möglichst wenig Umgebungsgeräuschen. Vorsicht ist auf jeden Fall bei Geräten angebracht, die eigentlich für den Einsatz in der Industrie oder etwa auf Messen konzipiert sind. Die sind auf Dauerbetrieb auch unter extremen Wärmebedingungen ausgelegt und haben daher immer kräftige und laute Lüfter.

LCD-Technik

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LCD-Geräte funktionieren im Prinzip so: Sie senden Licht durch eine Schicht, die aus einer Scheibe mit eingebetteten Flüssigkristallen besteht. Für jeden Bildpunkt gibt es drei Segmente. Eingebaute Farbfilter sorgen für die drei Grundfarben.
Die gebräuchlichste Version von Flüssigkristallbildschirmen verwendet Dünnfilmtransistoren, um das LC-Segment eines jeden Bildpunktes anzusteuern. Wegen der englischen Bezeichnung »Thin Film Transistor« firmieren diese Anzeigegeräte auch unter dem Kürzel TFT. Alle Varianten von LCDs,
egal welcher Ausprägung des Kernkonzepts, haben eines gemeinsam: Sie erzeugen selbst kein Licht, sondern können lediglich vorhandenes Licht steuern. Die notwendige Quelle dafür ist eine in das Panel integrierte Hintergrundbeleuchtung. Das ist im Prinzip eine Leuchtstoffröhre in Scheibenform. Bei größeren Anzeigeformaten besteht sie meist aus mehreren Segmenten, was den Nachteil inhomogener Ausleuchtung und leichter Schatteneffekte an den Kanten haben kann. Fällt die Hintergrundbeleuchtung aus, ist meist das ganze Panel auszuwechseln. Der separate Tausch des Leuchtkörpers wäre zu aufwendig.
Das Konzept der Beleuchtung von hinten hat weitere Nachteile. Zum einen ist ein LCD recht anfällig gegen Umgebungslicht, das sich mit dem Lichtausfall des Displays vermischt und die Bilder flau bis kaum mehr wahrnehmbar macht. Ein anderer Punkt betrifft den Kontrast. Plasmadisplays stellen einen schwarzen Bildpunkt wirklich schwarz dar: Es findet keine Gasentladung statt und kein Licht kommt aus der Kammer. Das Dunkelschalten eines LCDs dagegen lässt immer einen gewissen Prozentsatz Restlicht durch. Ein so tiefes Schwarz wie bei Plasmabildschirmen erreichen Flüssigkristallanzeigen einfach nicht. Dunkler als beim Röhrenfernseher wirds aber allemal.

High Definition Television (HDTV)

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Die großformatigen LCD- und Plasma-TV-Geräte lassen schnell erkennen, dass das normale Fernsehbild grobkörnig und flimmernd ist. Hinter dem Kürzel HDTV stehen daher Bemühungen, die Qualität zu verbessern. Obwohl angestrebt, ist dabei noch kein Weltstandard herausgekommen. Japan, die USA und Europa verfolgen verschiedene Wege. Gemeinsam ist ihnen nur die Verwendung digitaler Übertragungstechnik und eine deutliche Steigerung der übertragenen Bildpunkte.
Immerhin ist das Ganze schon so weit gediehen, dass Premiere im Spätherbst 2005 mehrere Kanäle im neuen Superformat anbietet und ProSieben ausgewählte Filme parallel zum alten Verfahren auch in HDTV ausstrahlt. Derzeit gibt es lediglich einen Demokanal von Astra im Testbetrieb. HDTV wird sich bei uns wohl aufs Satellitenfernsehen beschränken. Bei DVB-T ist die momentane Bandbreite zu gering.

HDTV-Auflösung
Zwei Auflösungen haben sich als gängig herauskristallisiert: 1080i bezeichnet eine Technik, die mit 50 Halbbildern pro Sekunde arbeitet und eine Auflösung von 1920 x 1080 Punkten bringt. Parallel dazu gibt es 720p, das 50 Vollbilder pro Sekunde mit einer Auflösung von 1280 x 720 überträgt. Obwohl 720p nominell eine geringere Auflösung hat, erreicht es durch die Vollbildtechnik in etwa dieselbe Darstellungsqualität. Welche Variante sich auf Dauer durchsetzt, steht noch in den Sternen.
Ein eigenes Logo namens »HD ready« soll der Verunsicherung der Käufer gegensteuern. Geräte, die es tragen, müssen beide Auflösungen beherrschen, eine vertikale Mindestauflösung von 720 Zeilen aufweisen und sowohl die europäische Wiederholrate von 50 Hz als auch die in Japan und den USA üblichen 60 Hz verarbeiten können. Als Eingänge fordert das Gütesiegel neben einem YUV-Eingang auch eine digitale Schnittstelle. Zusätzlich müssen die Geräte den Kopierschutzmechanismus HDCP (High-bandwidth Digital Content Protection) korrekt behandeln. Er muss fest per Chip in der Hardware des Receivers und des Fernsehers verankert sein. Ansonsten erscheint eine geschützte Sendung nur als Schneegestöber.
Damit möchten sich die Anbieter von Filmen die Möglichkeit vorbehalten, bestimmte Filme zwar darzustellen, aber die Aufzeichnung zu verhindern.