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Die Funktionsweise eines Monitors beruht auf dem Grundprinzip einer Kathodenstrahlröhre , an dem sich seit ihrer Erfindung durch Karl Ferdinand Braun im Jahre 1897 nichts verändert hat.
Die Kathodenstrahlröhre (auch Braunsche Röhre) ist eine Elektronenstrahlröhre. Beispielsweise enthält eine Braunsche Röhre im vorderen Teil zwei Kathoden. Eine Kathode dient zur Emission von Elektronen und die andere Kathode (auch Wehnelt-Zylinder) zur Zentrierung der Elektronen. Die nachfolgende Anode dient als Beschleunigungseinrichtung, mit der sich die Intensität regeln läßt. Die Elektronenlinse bündelt, vergleichbar einer optischen Linse (Licht), den Elektronenstrahl. Danach folgt die Ablenkvorrichtung mit den Y-Ablenkplatten (links; rechts) und den X-Ablenkplatten (oben; unten) sowie der Leuchtschirm. Bei einigen Modellen befindet sich zwischen der Ablenkvorrichtung und dem Leuchtschirm noch eine dritte Anode, die zur Nachbeschleunigung dient. Dort, wo die Elektronen auf dem Leuchtschirm auftreffen, erscheint ein heller Punkt.
Die Elektronen werden von einer meist indirekt erhitzten Bariumkathode ausgestrahlt. Der Wehnelt-Zylinder zur Zentrierung erhält eine negative Spannung und steuert die Menge der von der Anode durch die Zylinderöffnung angezogenen Elektronen. Die Zylinderöffnung ist in Richtung Leuchtschirm klein, wodurch der Elektronenstrahl zusätzlich vorfokussiert wird. Anschließend wird der Elektronenstrahl durch die Elektronenlinse gebündelt, so daß er beim Auftreffen auf den Leuchtschirm letztendlich nur einen einzelnen Punkt bewirkt.
Ein waagerecht eingebautes Paar von Ablenkplatten steuert die Auf- und Abwärtsbewegungen und ein senkrechtes Paar die Rechts- und Linksbewegungen des Elektronenstrahles. In jedem Plattenpaar besitzt jeweils eine Platte eine negative elektrische Ladung und die andere eine positive Ladung. Wenn die Ladungen gleich stark sind, trifft der Elektronenstrahl auf die Mitte des Leuchtschirmes. Wenn es sich um Ladungen ungleicher Stärke handelt, wird der Elektronenstrahl abgelenkt. Das Maß der Ablenkung hängt von der an den Platten angelegten Spannung ab. Gemäß dem an den waagerechten Platten angelegten Signal bewegt sich der Lichtpunkt auf der Vorderseite der Röhre entsprechend den Spannungsänderungen auf und ab. Wenn die Spannung der senkrechten Platten variiert wird, bewegt sich der Elektronenstrahl waagerecht über die Röhrenvorderseite. Die Farbe und Leuchtdichte werden über das Beschichtungsmaterial auf dem Leuchtschirm und durch die Aufprallgeschwindigkeit bestimmt, mit der die Elektronen auf den Schirm auftreffen.
Bei einem Monitor wird der Elektronenstrahl durch die Magnetfelder so gelenkt, daß er Zeile für Zeile jeden Punkt der Bildoberfläche trifft. Erreicht wird dieses technisch, indem man mit einer Sägezahnspannung arbeitet. Eine intelligente Steuerung sorgt dafür, daß der Elektronenstrahl die einzelnen Punkte mit unterschiedlicher Intensität erreicht. Unser Auge nimmt dann die so entstehenden Muster als ein Bild war (Ab einer Frequenz von 15 Hz.).
Da aber das Leuchten der Phosphorschicht nur sehr kurz anhält, müssen die Zeilen in rascher Folge ständig neu geschrieben werden. Diesen Vorgang bezeichnet man als Refresh. Wie oft ein Refresh pro Sekunde erfolgt, legt die Refreshrate (oder Bildwiederholrate) fest. Arbeitet der Monitor z. B. mit einer Bildwiederholrate von 72 Herz, so bedeutet das, daß sämtliche Zeilen der Oberfläche 72 mal in der Sekunde geschrieben werden. (Ab dieser Frequenz nehmen nur noch sehr wenige Anwender ein leichtes Flimmern war.)
Wenn bei diesem Vorgang keine Zeile ausgelassen wird, spricht man von einem Non- Interlaced- Verfahren . Bei billigeren Monitoren wird oft auf das Interlaced- Verfahren (auch: Halbbilddarstellung oder Zeilensprungmethode) zurückgegriffen, um mit hohen Refreshraten zu werben. Pro Bilddarstellung zeichnet der Elektronenstrahl alternierend nur die geraden oder ungeraden Zeilen neu. Die Konsequenz ist deutlich zu sehen: Das Bild flimmert erheblich.
Nicht bei jeder eingestellten Auflösung schafft der Monitor eine gleichhohe Bildwiederholrate. Was bei der gewünschten Auflösung noch möglich ist, bestimmt im wesentlichen die Horizontalfrequenz . Hinter diesem Wert verbirgt sich die Anzahl der Zeilen, die der Elektronenstrahl in einer Sekunde schreiben kann. Somit ist es entscheidend, wie viele dieser Zeilen für einen Bildaufbau benötigt werden. Soll bei einer vertikalen Auflösung von 600 Zeilen (800 x 600 = SVGA) die Refreshrate immer noch 72 Herz betragen, so müssen pro Sekunde 72 x 600 = 43.200 Zeilen (=43,2 kHz Horizontalfrequenz) erzeugt werden. Realistischerweise sollte man zu den 600 noch ein paar Zeilen (ca.10%) hinzuaddieren, da der Elektronenstrahl Rücklaufzeiten hat (von rechts nach links und von unten nach oben).
Die Flimmerfreiheit allein schafft aber noch keine angenehme Bilddarstellung. Gerade unter ungünstigen Lichtverhältnissen spielt die Entspiegelung der Oberfläche eine entscheidene Rolle. Bei billigeren Geräten erreicht man das durch Ätz- und Schleifvorgänge. Die teureren Modelle bieten hier mehr. Durch das sogenannte Coating wird eine lichtreflexabsorbierende Kunststoffschicht aufgedampft, wodurch weniger Streulicht entsteht und das Bild insgesamt schärfer und kontrastreicher erscheint. Außerdem sind in das Kunststoff kleine Metallpartikel eingelassen, die zugleich elektrische Felder abschirmen und eine statische Aufladung verhindern, wenn die Monitorinnenseite zusätzlich geerdet ist.
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