Plasmabildschirm

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Ein 103-Zoll-Plasmabildschirm von Panasonic
Ein 152-Zoll-Plasmabildschirm von Panasonic (2010)

Ein Plasmabildschirm (englisch PDP für Plasma Display Panel) ist ein Farb-Flachbildschirm, der das verschiedenfarbige Licht mit Hilfe von Leuchtstoffen erzeugt, die durch das von Gasentladungen erzeugte Plasma angeregt werden.

Plasmabildschirme werden hauptsächlich als große (ab 42 Zoll Bildschirmdiagonale) Fernseh-Anzeigegeräte eingesetzt. Hier konkurrieren sie mit Flüssigkristallbildschirmen („LCD“); Kathodenstrahlröhren wurden nie in solchen Größen gebaut.

Funktionsweise[Bearbeiten]

Plasma (von griechisch „Gebilde“) ist ionisiertes Gas, das neben neutralen Teilchen auch freie Ionen, angeregte Atome und Elektronen enthält. Plasmen senden aufgrund spontaner Emission angeregter Atome sichtbares Licht und Ultraviolettstrahlung aus.

Beim Plasmabildschirm macht man sich die Emission von UV-Strahlen durch ein Niederdruckplasma zunutze. Die Funktionsweise ähnelt der einer Leuchtstofflampe. In solchen Lampen werden Leuchtstoffe durch Ultraviolettstrahlung des Quecksilberdampf-Plasmas zur Emission von sichtbarem Licht angeregt. Bei Plasmadisplays verwendet man dagegen Edelgase.

Aufbau des Farbbildschirms[Bearbeiten]

Schematische Darstellung des Aufbaus eines Plasmabildschirmes

Zwischen zwei Glasplatten befinden sich sehr viele kleine Kammern. Jeweils drei Kammern ergeben bei dem Farbbildschirm einen Bildpunkt, ein sogenanntes Pixel.

Jede der drei Kammern leuchtet in einer der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau. Die Farben entstehen durch additive Farbmischung, 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 Edelgasgemisch aus Neon und Xenon gefüllt, wobei der Druck wesentlich niedriger ist als der normale Luftdruck, es ist also ein „Beinahe-Vakuum“. Manche Hersteller mischen zudem Helium bei. Der Anteil von Xenon beträgt ca. 3 % bis 5 %.

Zur Erzeugung eines Bildes 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 die vom Plasma emittierte Ultraviolettstrahlung (Vakuum-Ultravioletter Bereich, 140 bis 190 nm) auf die Leuchtstoffe 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, werden die Kammern in kurzen Abständen (Intervallen) gezündet. Dabei wird die Dauer einer Zündung variiert, um die Helligkeit zu variieren. Je länger eine Kammer gezündet ist, desto 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 Reihen-/Adress-Elektrodenstreifen, der zusammen mit den oberen Zeilenelektroden die Ansteuerung jeder Kammer ermöglicht (jede Kammer sitzt am Kreuzungspunkt einer Adress- und einer oberen Elektrode). In der Kammer selbst befinden 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 aufgrund der sie schützenden dielektrischen Schichten nur mit einem an ihnen anliegenden Impuls eine Gasentladung in der Kammer erzeugen – die Impulsparameter bestimmen die Helligkeit der jeweils abgestrahlten Farbe.

Plasmabildschirme werden mittels Sandwichbauweise gefertigt.

Die Adress-Elektroden sind vertikal und die Line-Elektroden horizontal angeordnet. Durch das so entstehende Gitter (auch Matrix genannt) kann man die einzelnen Kammern mit dem Multiplexverfahren steuern. 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.

Der blaue Leuchtstoff hat unter VUV-Bestrahlung eine geringere Stabilität.

Geschichte und Zukunft[Bearbeiten]

Plasmabildschirm des PLATO V (1981)

Der erste funktionsfähige Plasmabildschirm wurde im Jahre 1964 von Donald L. Bitzer und H. Gene Slottow für das Großrechnersystem Plato IV der University of Illinois entwickelt. Plasmaschirme hatten gegenüber Röhrenbildschirmen den Vorteil, dass sie direkt digital angesteuert werden konnten; zudem waren sie recht langlebig und platzsparend. Für einige Jahre wurden Plasmadisplays daher im Großrechner-Sektor häufig eingesetzt. Monochrome Plasmabildschirme bzw. Displays, wie der abgebildete Plasmamonitor des PLATO V, verwenden im Gegensatz zu farbfähigen Plasmabildschirmen keine verschiedenfarbigen Leuchtstoffe. Es wird pro Pixel nur eine Kammer verwendet, welche mit dem Edelgas Neon gefüllt ist. Dadurch ergibt sich der orange-rote Farbton. Die Funktionsweise beruht auf der Glimmentladung und ist identisch wie bei einer Glimmlampe.

Der technische Fortschritt und verringerte Herstellungskosten verhalfen in den 1970er Jahren jedoch dem Röhrenmonitor als Computer-Anzeigeeinheit zum Durchbruch. Plasmabildschirme wurden seitdem nur noch für wenige Spezialzwecke eingesetzt.

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 Plasmaschirm-Technik zurück, da sie sehr flache und kompakte Gehäuseformen bei angemessen großer Bilddiagonale ermöglichte und unter ergonomischen Gesichtspunkten (Blickwinkel, Kontrast) den ersten Flüssigkristallbildschirmen weit überlegen war. Der hohe Stromverbrauch der Plasmadisplays machte allerdings einen netzunabhängigen Betrieb weitgehend unmöglich; zudem blieb ihr Einsatz aus Kostengründen auf teure Geräte beschränkt. Da hochauflösende Farb-Plasmaschirme technisch nicht zu realisieren waren und bei der Entwicklung besserer LCDs große Fortschritte gelangen, verschwanden die Plasma-Laptops um 1990 vom Markt.

Etwa zur gleichen Zeit begannen mehrere Unterhaltungselektronik-Konzerne mit der Entwicklung von Farb-Plasmabildschirmen für Fernsehgeräte. Das erste Farb-Plasmadisplay mit einer Bilddiagonale von 21 Zoll wurde 1992 von Fujitsu vorgestellt; bis zur Entwicklung marktreifer Displays vergingen danach einige Jahre.

Das erste Fernsehgerät mit Plasmabildschirm brachte Pioneer 1997 auf den Markt. Zum kommerziellen Durchbruch für die Technik trugen die Olympischen Winterspiele von 1998 bei: Ein japanischer Fernsehsender benötigte damals große Flachbildschirme für das hauseigene HDTV-Angebot.

Nach Berichten von Funkamateuren senden Plasmabildschirme breitbandige elektromagnetische Strahlungen aus, die im näheren Umkreis den Empfang im Mittel- und Kurzwellen-Bereich stören.[1][2] Sie selbst sind - anders als Röhrengeräte - unempfindlich gegenüber Magnetfeldern. Deshalb kann man auch Lautsprechersysteme mit nicht-abgeschirmten Magneten unmittelbar neben dem Bildschirm platzieren, ohne Bildstörungen zu verursachen.

Der Stromverbrauch eines Plasmabildschirms hängt – anders als bei LCD-Fernsehern – stark vom dargestellten Bild ab und verhält sich dynamisch: Ein dunkles Motiv verbraucht wesentlich weniger Strom als ein helles.

Früher wurde angegeben, dass Plasmadisplays nach durchschnittlich 30.000 Stunden sichtbar an Leuchtkraft verlieren (was einige Kaufinteressenten zu einem LCD tendieren ließ); heute (2011) wird ein Wert von 60.000 Stunden genannt. [3]

Marktsituation[Bearbeiten]

Heute spielen Plasmabildschirme gegenüber LCD-TVs am Markt eine geringe Rolle. 2007 waren von den 4,4 Millionen verkauften Flachbildschirmen 3,9 Millionen LCDs.[4]

Im Jahr 2012 lag der Marktanteil von Plasmabildschirmen nur noch bei 5,7 %. Das entspricht einem Rückgang zu 2011 von 23 %. [5]

Der geringe Marktanteil ist auch dadurch bedingt, dass Plasmabildschirme erst ab einer Größe von 42" (etwa 106 cm) angeboten werden.

Anfang 2008 gab der TV-Hersteller Pioneer bekannt, künftig auch LCD-TVs anzubieten sowie seine Plasma-Panels nicht mehr selbst herzustellen[6] und diese zukünftig von Panasonic (Matsushita) zu beziehen.[7] Im September 2008 kündigte auch Hitachi an die Panel-Fertigung einzustellen.[8] Nachdem Pioneer im Februar 2009 bekannt gab die Produktion von Plasma- und LCD-Fernsehgeräten komplett einzustellen, verblieb mit Panasonic der letzte japanische Hersteller von Plasma-TVs.[9] Panasonic wird bis Ende März 2014 seine Produktion von Plasma-Fernsehgeräten ebenfalls einstellen.[10]

War Panasonic im Jahr 2009 noch weltweit größter Hersteller vom Plasmadisplays (39 % Marktanteil; es folgten Samsung mit 31 % und LG mit 22 %)[11], so betrug der Marktanteil im Jahr 2012 nur noch 16,5 % und somit weit abgeschlagen hinter dem Hauptkonkurrenten Samsung (51,9 %).[10]

Die Elektronikmärkte nennen vor allem vier Eigenschaften von Flachbildschirmen: die Größe, den Preis, die maximale Auflösung (HD ready oder Full HD) und den Kontrast. Prinzipbedingte Vorteile der Plasma-Technologie sind der vertikal und horizontal nahezu unbegrenzt große Blickwinkel ohne Farb- und Kontrastbeeinträchtigungen und die extrem kurze Reaktionszeit der einzelnen Bildzellen, welche im Nanosekunden-Bereich liegt. Der höhere Kontrast galt lange Zeit als Hauptvorteil von Plasmabildschirmen. Dies ist heute allerdings nicht mehr allgemein gültig. Der statische (In-Bild) Kontrast bei aktuellen Plasma Fernsehern schwankt je nach Gerät zwischen 500:1 und 18.000:1, der statische Kontrast bei LCD Fernsehen variiert ebenfalls von Gerät zu Gerät stark und kann heute zwischen 500:1 und 6.000:1 liegen. Durch die höhere Bildhelligkeit können LCD Geräte vor allem bei Tage auch subjektiv als kontraststärker empfunden werden.

Alternativen zu Plasmabildschirmen[Bearbeiten]

Mögliche Alternativen zum Plasmabildschirm hängen stark vom Verwendungszweck ab.

Als „normaler“ Fernseher sind LCD-Fernseher mit CCFL- oder LED-Hintergrundbeleuchtung eine häufig gewählte Alternative. Herkömmliche CRT-Bildschirme (engl.: Cathode Ray Tube) können nicht in derart großen Formaten hergestellt werden, da die zum Erreichen der mechanischen Stabilität erforderliche Bildschirmmasse (Glasdicke) stark zunimmt. Bei gegebener Bautiefe sind auch Konvergenzfehler (Farbverschiebungen) und Linearitätsfehler (Verzerrungen) zunehmend schwerer zu beherrschen.

Bei Großbildschirmen ist eine Alternative die Projektion (Beamer) auf eine weiße Wand oder eine spezielle Leinwand. Die so erzeugten Bilder haben einen geringeren Kontrast als die Bilder eines LCD- oder erst recht als die eines Plasmafernsehers.

2011 wurde die Bildschirmtechnik OLED durch einige Smartphones bekannt.[12] Fernsehhersteller wollen Ende 2012 erste TVs auf den Markt bringen.[13]

Plasma Adressed Liquid Crystal (Abkürzung PALC) ist eine Technik für Flachbildschirme, die Elemente der Plasmabildschirme, der LCDs (Liquid Crystal Displays) und TFT-Displays enthält bzw. in sich vereint. Sie verwendet Plasmaschalter (statt wie beim TFT-Bildschirm Transistoren) zur Ansteuerung eines LCD-Bildschirms.

Literatur[Bearbeiten]

  • L. S. Polak: Plasma Chemistry, Cambridge International Science Publications, 1998, ISBN 1-898326-22-3.
  • Michael Kaufmann: Plasmaphysik und Fusionsforschung, Teubner, Stuttgart/Leipzig/Wiesbaden, 2003, ISBN 3-519-00349-X.
  • David Macaulay, Neil Ardley: Macaulay’s Mammut-Buch der Technik, Tessloff Verlag, Nürnberg 1988.

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Plasmabildschirm – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Paul D. Sergi: Plasma TV -- Mother of All RFI Producers. eHam.net, 27. November 2002, Abgerufen am 12. September 2009 (Nachrichtenmeldung).
  2. TVI verkehrt - FUNKAMATEUR www.funkamateur.de, 6. Juni 2011, Abgerufen am 15. Dezember 2011
  3. Plasma-TV-Markt
  4. Volker Briegleb: Unterhaltungselektronik-Branche weiter auf Wachstumskurs. In: Heise Online. 21. Februar 2008, Abgerufen am 12. September 2009 (Nachrichtenmeldung).
  5. Keine Lust auf neue Fernseher In: elektroniknet.de. 22. März 2013, Abgerufen am 25. Dezember 2013
  6. Nico Jurran, Jan-Keno Janssen: Bericht: Pioneer stellt keine Plasmadisplays mehr her. In: Heise Online. 7. März 2008, Abgerufen am 12. September 2009 (Nachrichtenmeldung).
  7. Matsushita übernimmt Plasmafertigung von Pioneer. In: Heise Online. 25. April 2008, Abgerufen am 25. Dezember 2013.
  8. Ulrike Kuhlmann: Hitachi gibt Plasmapanel-Fertigung auf. In: Heise Online. 18. September 2008, Abgerufen am 12. September 2009 (Nachrichtenmeldung)
  9. Pioneer stellt Fernsehgeräte-Produktion ein. In: Heise Online. 7. Februar 2009, Abgerufen am 25. Dezember 2013.
  10. a b Fünf Jahre rote Zahlen: Panasonic trennt sich von Plasma-Fernsehern. 9. Oktober 2013, abgerufen am 19. Dezember 2013.
  11. Quelle: Pressemeldung 28. April 2009 von displaysearch.com
  12. OLEDs für Smartphones weiterhin begehrt und teuer In: Heise Online. 12. April 2012, Abgerufen am 25. Dezember 2013
  13. OLED-TV zeigt sensationellen Kontrast In: Focus Online. 8. August 2012, Abgerufen am 25. Dezember 2013