Fernsehgerät 3.Dezember Marco Leuenberger

Transkript

1 Von Marco Leuenberger

2 Inhaltsverzeichnis 1. Geschichte und Entwicklung Bildschirmtechnologien Kathodenstrahlröhrenbildschirm Flüssigkristallbildschirm Plasmabildschirm OLED Rückprojektionsbildschirm Fernbedienung Geschichte Infrarotfernbedienungen Fernsehsignal Satellitenfernsehen Kabelfernsehen... 9

3 1. Geschichte und Entwicklung Karl Ferdinand Braun (Erfinder der Braunschen Röhre) In der Umgangssprache wird ein Fernsehgerät auch Fernseher, Mattscheibe oder Flimmerkiste genannt. Die erste Idee eines mechanischen Fernsehers hatte Paul Nipkow bereits Im Jahre 1897 wurde am physikalischen Institut der Universität Strassburg die Braunsche Röhre entwickelt. Mit dieser Technologie konnte man kurzzeitige Vorgänge aufzuzeichnen und auf einem Bildschirm wiedergeben. Am 8. Juni 1906 bewies Max Dieckmann, dass sich die Braunsche Röhre auch zur Wiedergabe gezeichneter Bilder eignete. Das erste verkaufte Fernsehgerät war ein Kathodenstrahlröhrenfernseher, der auf dem Funktionsprinzip der Braunsche Röhre basierte. Bis vor einigen Jahren verstand man unter dem Begriff Fernsehgerät ausschliesslich einen sogenanntes Röhrenfernsehgerät. Nach der Einführung von Flachbildschirmfernsehgeräte, wurden immer wie weniger Kathodenstrahlfernsehgeräte verkauft. Im Jahr 2007 wurden erstmals Weltweit mehr Flachbildschirmfernsehgeräte als Röhrenfernseher verkauft. Zu den Flachbildschirmen gehören die LCD-Fernseher, die Plasma-Fernseher und die OLED-Fernseher. 2. Bildschirmtechnologien 2.1 Kathodenstrahlröhrenbildschirm Der Kathodenstrahlröhrenbildschirm wird auch CRT-Bildschirm genannt. CRT kommt aus dem englischen und steht für Cathode Ray Tube. Die Kathodenstrahlröhre besteht aus einem geschlossenen, evakuierten Glaskolben mit einer Glühkathode, einem Wehneltzylinder, mehreren Fokussierelektroden, zwei Elektromagneten, einer Anode und einer Mattscheibe mit einem Raster, welches mehrere Bildpunkte aufweist. Die Mattscheibe ist mit einer fluoreszierenden Schicht beschichtet, damit die einzelnen Bildpunkte kurz aufleuchten, wenn der Elektronenstrahl auf sie trifft. Zwischen die Kathode und die Anode wird Hochspannung gelegt. Die Kathode wird durch einen Weissdraht so stark erhitzt, dass die Elektronen genug Energie haben, um aus ihr auszutreten. Diese freigewordenen Elektronen werden von der Anode angezogen und so auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt. Der Wehneltzylinder beeinflusst dabei die Menge der Elektronen. Durch ihn wird die Spannung zwischen der Anode und der Kathode vergrössert oder verkleinert. Dadurch treten mehr

4 oder weniger Elektronen aus der Glühkathode aus. Je mehr Elektronen auf einen einzelnen Bildpunkt treffen, desto heller leuchtet er. Da die Elektronen in eine zufällige Richtung beschleunigt werden müssen diese mit mehreren Fokussierelektroden zu einem Strahl gebündelt werden. Um zu verhindern, dass immer nur derselbe Lichtpunkt angestrahlt wird, muss der Strahl mithilfe zweier Elektromagneten abgelenkt werden. Eine Kathodenstrahlröhre besitzt zwei senkrecht auf einander stehende Elektromagnete, so kann der Elektronenstrahl Vertikal und Horizontal abgelenkt werden. Der Elektronenstrahl wandert mit hoher Geschwindigkeit auf dem Raster von links nach rechts. Am Ende einer Zeile springt er zum Anfang der nächsten Zeile. Ist der Strahl am unteren Rand des Bildschirmes angekommen, springt er zurück zum Anfang. So werden alle Bildpunkt nach einander zum Leuchten gebracht. Wird diese Abfolge mit genug hoher Geschwindigkeit durchgespielt, sieht unser Auge alle Punkte gleichzeitig leuchten und wir sehen Bewegung darin. Um Farben anzuzeigen wird kurz vor der leuchtenden Schicht auf dem Bildschirm eine Lochmaske angebracht, welche den Elektronenstrahl in drei Strahlen teilt. Je einer der drei strahlen trifft auf einen sogenannten Sub-Pixel. Drei Sub-Pixel, welche aus den drei Grundfarben rot, grün und blau bestehen, bilden einen Pixel. Durch Mischen der Grundfarben kann jede beliebige Farbe dargestellt werden. Gelb wird z.b. durch mischen von grünem und rotem Licht dargestellt. Vorteile des Kathodenstrahlröhrenbildschirmes sind der gute Schwarzwert und die relativ lange Lebensdauer. Ausserdem sind sie günstig in der Anschaffung. Ein grosser Nachteil ist die grosse Einbautiefe. Weitere Nachteile sind unter anderem das Nachleuchten des Schirmes und die Störanfälligkeit gegenüber Magnetfeldern. 2.2 Flüssigkristallbildschirm Ein Flüssigkristallbildschirm auch genannt LCD (englisch: Liquid Crystal Display) ist ein Bildschirm, bei dem Flüssigkristalle die Polaritätsrichtung von Licht beeinflussen, wenn elektrische Spannung darauf wirkt. Ein Flüssigkristallbildschirm oder anzeige besteht aus verschiedenen Segmenten, welche unabhängig voneinander die Helligkeit anpassen können. Soll der Bildschirm Bilder anzeigen, werden die verschiedenen Segmente auf einem Raster angeordnet (Pixel), sollen jedoch nur ein oder mehrere bestimmte Zeichen angezeigt

5 werden, kann das Segment die Entsprechende Form des Zeichens haben z.b. bei einer Siebendsegmentanzeige einer Digitaluhr. Ein einzelnes Segment eines Displays besteht grundsätzlich aus zwei Polarisationsfolien, zwei Glasplatten und einer Flüssigkeit (Flüssigkristalle). Der Polarisationsfilter lässt nur Licht aus einer bestimmten Richtung oder aus einem bestimmten Winkel durch, das restliche Licht wird absorbiert. Ein Einzelnes Segment ist folgendermassen aufgebaut: Zwischen den beiden Glasplatten mit den Polarisationsfolien, welche um 90Grad zueinander verdreht sind, befinden sich die Flüssigkristallen. Um die Helligkeit anpassen zu können muss die Flüssigkeit (Flüssigkristalle) mit Hilfe von Spannung die Richtung ändern, um Mehr oder weniger polarisiertes Licht durchzulassen. Ähnlich wie bei dem Kathodenstrahlröhrenbildschirm können die Farben mit dem Mischen der drei Sub-Pixel dargestellt werden. Ein LCD-Fernseher benötigt eine Hintergrundbeleuchtung, welche normalerweise aus etwa vier Leuchtstoffröhren bestehen. Dadurch wird die Helligkeit schlecht auf dem ganzen Bildschirm verteil. Bei dieser Variante der Hintergrundbeleuchtung werden alle Pixel mit nur vier Lichtquellen beleuchtet. Eine weitere neuere Variante ist die Beleuchtung mit LED s. Bei dieser Variante werden die vier Leuchtstoffröhren durch ca. 200 LED s ersetzt. Aber auch mit dieser Variante bleibt der Kontrast des Bildschirmes im Vergleich zu anderen Bildschirmtechnologien schlecht, da die Hintergrundbeleuchtung während dem ganzen Betrieb des Fernsehers läuft. Die Vorteile eines LCDisplay sind, geringer Stromverbrauch, eine geringe Einbautiefe und geringes Gewicht, ein flimmerfreies scharfes Bild. Ausserdem sind LCDisplays strahlungsfrei. Ein grosser Nachteil von LCDisplays ist, wie schon erwähnt, der schwache Kontrast. Ausserdem muss bei der Herstellung die Bildauflösung festgelegt werden. Die Verwendung einer anderen Auflösung kann zu Qualitätsverlusten führen. 2.3 Plasmabildschirm Ein Plasmabildschirm ist ein Bildschirm, der Licht mithilfe von Phosphore erzeugt, die durch eine Plasma-Entladung angeregt werden. Plasmabildschirme bieten ein grosses Farbspektrum. Ausserdem können Plasmabildschirme sehr gross dargestellt werden. Im Jahr 2008 präsentierte Panasonic in Las Vegas den Weltgrössten Plasmafernseher mit einer sensationellen Bildschirmdiagonale von 150 Zoll. Zwischen zwei Glasplatten befinden sich

6 sehr viele kleine Kammern. Jeweils drei Kammern ergeben einen Pixel. Jede der drei Kammern leuchtet in einer der drei Grundfarben Rot, Grün oder Blau. Die Farben entstehen durch kombinieren der drei verschiedenen Grundfarben. Jede Kammer ist mit einem Edelgasgemisch aus Neon und Xenon gefüllt. 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 Phosphorleuchtstoffe erzeugt, sobald die vom Plasma erzeugte Ultraviolettstrahlung auf die Leuchtstoffe trifft. Das Ultraviolett selbst ist nicht sichtbar. Die Leuchtstoffe wandeln die UV- Strahlung in sichtbares Licht mit der je nach Leuchtstoff unterschiedlichen Farbe um. Damit man auch verschiedene Kontraste darstellen kann, werden die Kammern in verschiedenen Intervallen gezündet. Je länger UV-Strahlen auf die Phosphorleuchtstoffe strahlt, desto heller leuchten sie. Der grösste Vorteil des Plasmabildschirms ist seine machbare Grösse im Vergleich zur geringen tiefe. Weitere Vorteile sind die Unempfindlichkeit gegenüber Störstralungen. Ausserdem sind sie flimmerfrei, da das Bild nicht Zeilenweise aufgebaut wird, sondern kontinuierlich verändert wird. Ausserdem sind die Farben bei einem Plasmafernseher viel intensiver als bei einem LCD Fernsehgerät. Plasmabildschirme haben eine eingeschränkte Lebensdauer, da nach und nach die Farben nicht mehr korrekt dargestellt werden können.

7 2.4 OLED OLED ist eine Abkürzung für Organic Light Emitting Diode. Sie besteht aus Einer Kathode, welche einem metallischen Leiter wie zum Beispiel Aluminium besteht, einer organischen Schicht, welche aus Polymeren besteht, einer Lochleitungsschicht, einer Anode und einer transparenten Schicht, welche aus Glas oder einer Folie besteht. Wird zwischen der Anode und der Kathode eine Spannung von 5-10V angelegt, driften die Elektronen von der Kathode Richtung Anode und die Löcher, auch Defektelektronen genannt, Richtung Kathode. Treffen sich Elektron und Loch in der organischen Schicht wird ein Photon (Lichtteil) ausgestrahlt. Durch verändern der Spannung kann jede beliebige Farbe dargestellt werden, da ein OLED in den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau leuchten kann. Ein grosser Vorteil ist das gestochen scharfe Bild und die Flexibilität des hauch dünnen Displays. Die Produktion der OLED ist im Vergleich zu der Anorganischen LED günstig. Weil jeder Sub-Pixel seine Helligkeit einzeln anpassen kann, sind die Farben des OLED Displays sehr intensiv. OLED Displays haben eine sehr schnelle Reaktionszeit von weniger als 10 Mikrosekunden. Ein grosser Nachteil ist die geringe Lebendsauer der OLED. Ausserdem sind die OLED Displays in der Anschaffung sehr teuer. 2.5 Rückprojektionsbildschirm Die Technik wurde zeitweise in Fernsehgeräten eingesetzt, um preisgünstig größere Bildschirmdiagonalen zu erreichen. Sie ist vergleichbar mit klassischen Videoprojektoren, allerdings steht der Projektor in diesem Fall nicht vor einer Leinwand, sondern ist im Gerät eingebaut. Zur Bilderzeugung wird entweder ein Röhren-, DLP- oder ein LC-Projektor verwendet, der das Bild seitenverkehrt nach oben abstrahlt. Darüber befindet sich ein Spiegel, der den Lichtstrahl auf die lichtdurchlässige Mattscheibe wirft. Eine hinter der Mattscheibe angeordnete Linse sorgt für gleichmäßige Helligkeit im Randbereich der Anzeige.

8 Rückprojektionsbildschirme kosteten zunächst deutlich weniger als Plasma-Fernseher derselben Größe und haben auch eine geringere Stromaufnahme. Entscheidende Nachteile der Geräte sind ihre Größe, die Empfindlichkeit der Optik sowie die begrenzte Lebensdauer des Projektors. Diese sind teilweise so teuer in der Anschaffung, dass sich der Austausch vielfach nicht lohnt. Zudem trug der Preisverfall bei Flüssigkristallbildschirmen und Plasma- Fernsehern dazu bei, dass sich die Technik am Markt nicht entscheidend durchsetzen konnte. 3. Fernbedienung 3.1 Geschichte Die erste Fernbedienung für einen Fernseher wurde 1948 in den USA hergestellt. Sie war durch ein Kabel mit dem Fernseher verbunden. Mit ihr konnte man lediglich das Bild Ultraschallfernbedienung ohne Batterien vergrössern oder verkleinern wurde die erste drahtlose Fernbedienung für das Fernsehgerät hergestellt. Durch einen sichtbaren Lichtstrahl, konnte man die Sender verstellen, dazu musste der Lichtstrahl genau auf den Empfänger am Fernseher gerichtet sein. Da sich der Fernseher durch das normale Tageslicht selbst anschalten konnte, setzte sich diese Technik nicht durch. Ein Jahr später wurde in Österreich eine Ultraschallfernbedienung erfunden, welche ohne Batterien funktionierte. Ähnlich wie bei einem Klavier wurde durch Drücken der Taste ein Ultraschallton erzeugt, welcher die Sender verstellen konnte. 3.2 Infrarotfernbedienungen Die meisten Fernbedienungen der heutigen Fernsehgeräte funktionieren mit Infrarot. Ultraschallfernbedienungen sind heute eher selten bis gar nicht in Fernsehgeräten anzutreffen, da sie sehr eine hohe Störanfälligkeit haben und manche Tiere die Ultraschallwellen wahrnehmen können. Infrarot-Fernbedienungen senden Infrarotsignale mit einer Frequenz von 20 70kHz aus. Signalquelle ist meistens eine InfrarotLED. Die Information wird durch das Signal Pausenverhältniss codiert. So entspricht ein Signal gefolgt von einer gleich langen Pause dem Bit 1 und ein Signal gefolgt von von einer doppelt so langen Pause dem Bit 0. Der Empfänger besteht aus einer Fotodiode, welche das Licht mithilfe eines P-n-Übergangs in elektrischen Strom umwandelt. Direkter Sicht Kontakt zum Fernseher ist nicht zwingend nötig, da die Infrarotstrahlen von vielen Oberflächen reflektiert werden.

9 4. Fernsehsignal 4.1 Satellitenfernsehen Das Satellitenfernsehen ist eine Art des Fernsehens, bei dem Bild- und Tondaten mit Hilfe von Satelliten im Weltall über Elektromagnetische Wellen auf Satellitenfrequenzen übertragen werden. Man unterscheidet prinzipiell in passive und aktive Fernsehsatelliten. Passive Fernsehsatelliten reflektieren das auf sie gerichtete Fernsehsignal. Der erste derartige Satellit war Echo 1 und wurde 1960 gestartet. Er hatte einen Durchmesser von 40 Metern. Die Qualität der schwach zurückgestrahlten Signale ließ allerdings sehr zu wünschen übrig. Dieses Verfahren wird heute nicht mehr für Fernsehen verwendet. Bei aktiven Fernsehsatelliten werden die zu übertragende Fernsehsignale auf einen Mikrowellenstrahl hinzugefügt und dieser wie ein Scheinwerfer gebündelt und zum entsprechenden Fernsehsatelliten gerichtet (Up-Link). Dieser empfängt die Signale, verstärkt sie und schickt sie mit einer anderen Sendeantenne auf einer anderen Frequenz (um sich nicht gegenseitig zu stören) wieder zur Erde zurück (Down-Link). Dort können gewünschte Fernsehsignale von Satellitenantennen und Satellitenschüsseln aufgefangen werden. Von der Satellitenschüssel gelangen die Satellitensignale auf den Fernseher. 4.2 Kabelfernsehen Um ein Kabelfernsehsignal zu empfangen benötigt man in der Regel eine Antennensteckdose am Fernseher und eine Kabelanschlussdose in der Wohnung, welche mit einem Antennenkabel verbunden werden. In der Schweiz zahlt man Empfangsgebühren. Neben dem Fernsehsignal kann auch das UKW-Radio Signal mit dem Antennenkabel empfangen werden. In der Schweiz wurde am 27. Mai 2008 das analoge Fernsehsignal durch das DVB-T Signal ersetzt. Dazu muss das herkömmliche analoge Fernsehsignal mit einem A/D-Wandler umgewandelt werden.