ブラウン管

ブラウン管の断面図（縮尺どおりではない）と、集束および偏向された電子ビーム（緑色）
オシロスコープブラウン管
カラー CRT の断面図:
  1. 3つの電子エミッター（赤、緑、青の蛍光体ドット用）
  2. 電子ビームと電子銃
  3. 集束コイル
  4. 偏向コイル
  5. 最終陽極の接続部（一部の受電管のマニュアルでは「アルター」[ 1 ]と呼ばれる）
  6. 表示された画像の赤、緑、青の部分のビームを分離するためのシャドウマスク
  7. 赤、緑、青のゾーンを持つ蛍光体層（スクリーン）
  8. スクリーンの蛍光体コーティングされた内側のクローズアップ
モノクロ CRT の断面図:
  1. 偏向コイル
  2. 電子ビームと電子銃
  3. 集束コイル
  4. スクリーンの内側にある蛍光体層。電子ビームが当たると発光する。
  5. 陰極を加熱するためのフィラメント
  6. チューブの内側のグラファイト層
  7. 陽極電圧線がチューブに入るところのゴムまたはシリコンのガスケット（陽極カップ）
  8. 陰極
  9. チューブの気密ガラス本体
  10. 画面
  11. ヨーク内のコイル
  12. 電子ビームの強度と蛍光体から放出される光を制御する制御電極
  13. カソード、フィラメント、制御電極用のコンタクトピン
  14. 陽極高電圧用ワイヤー
目に見える違いは、単一の電子銃、均一な白色蛍光体コーティング、およびシャドウマスクがないことです。

ブラウン管（CRT）は真空管で、 1つまたは複数の電子銃が内蔵されています。電子銃から放出される電子ビームを操作することで、リン光スクリーン上に画像が表示されます。[ 2 ]画像は、オシロスコープ上の電気波形、アナログテレビ（TV）上のビデオの1フレーム、コンピュータモニタ上のデジタルラスターグラフィックス、レーダーターゲットなどの他の現象を表します。テレビのCRTは、一般的にブラウン管と呼ばれます。CRTはメモリデバイスとしても使用されており、その場合、画面は観察者に見えるようには設計されていません。陰極線という用語は、電子ビームが最初に発見されたときに、陰極から放出されるものが電子ビームであると理解される前に使用されました。

CRTテレビやコンピュータモニターでは、ブラウン管の前面全体がラスターと呼ばれる固定パターンで繰り返し規則的に走査されます。カラー機器では、ビデオ信号を基準として、加法混色の3原色（赤、緑、青）ごとに1本ずつ、計3本の電子ビームの強度を制御することで画像が生成されます。 [ 3 ]現代のCRTモニターやテレビでは、ビームは偏向ヨークを用いた磁気偏向によって曲げられます。静電偏向はオシロスコープでよく用いられています。[ 3 ]

LG.Philips Displayの14インチカラーブラウン管の背面。偏向コイルと電子銃が見える。
ブラウンのオリジナル冷陰極CRT、1897年
1950年代の典型的なアメリカのモノクロCRTテレビ
CRT テレビのスナップショット。ラスターパターンで左から右に光の線が描かれている様子を示しています。
インターレース法を用いた画像構築のアニメーション
カラーコンピュータモニター電子銃

ブラウン管は重くて壊れやすく、前面から背面まで長いガラス製の容器です。放出された電子がブラウン管の表面に当たる前に空気分子と衝突して散乱するのを防ぐため、内部は真空に近い状態に保たれています。そのため、内部は大気圧の100万分の1以下にまで減圧されています。[ 4 ]そのため、ブラウン管を扱う際には、ガラスが猛スピードで飛び散る激しい爆縮の危険があります。ブラウン管の表面は通常、割れにくく、X線放射をほとんど遮断するために、厚い鉛ガラスまたは特殊なバリウムストロンチウムガラスで作られています。このブラウン管は、ブラウン管テレビやコンピューターモニターの重量の大部分を占めています。[ 5 ] [ 6 ]

2000年代後半以降、CRTは液晶ディスプレイ（LCD）、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイといったフラットパネルディスプレイ技術に取って代わられました。これらのディスプレイは製造・運用コストが安く、軽量・薄型化も大幅に進んでいます。フラットパネルディスプレイは非常に大型化も可能で、CRTの最大サイズは40～45インチ（100～110cm） [ 7 ]程度でした。 [ 8 ]

CRTはタングステンコイル[ 9 ]を電気的に加熱することで動作します。タングステンコイルはCRT背面の陰極を加熱し、陰極から放出された電子を電極で変調・集束させます。電子は偏向コイルまたは偏向板によって誘導され、陽極によって加速されて蛍光体でコーティングされたスクリーンに照射されます。スクリーンは電子に当たると光を発します。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

歴史

発見

陰極線はユリウス・プリュッカーとヨハン・ヴィルヘルム・ヒットルフによって発見された。[ 13 ]ヒットルフは、陰極（負極）から放射される未知の放射線が、赤熱する管の壁に影を落とすことから、放射線が直線で進んでいることを観察した。1890年、アーサー・シュスターは陰極線が電場によって偏向できることを実証し、ウィリアム・クルックスは陰極線が磁場によって偏向できることを示した。1897年、JJトムソンは陰極線の質量電荷比の測定に成功し、陰極線が原子よりも小さい負に帯電した粒子、つまり最初の「素粒子」で構成されていることを示しました。この素粒子は、1891年にアイルランドの物理学者ジョージ・ジョンストン・ストーニーによって既に電子と名付けられていました。

CRTの最も初期のバージョンは、ドイツの物理学者フェルディナント・ブラウンによって1897年に発明されたブラウン管として知られています。 [ 14 ]これは冷陰極ダイオードであり、蛍光体でコーティングされたスクリーンを備えたクルックス管の改良版でした。ブラウンは、CRTを表示装置として使用することを初めて考案しました。[ 15 ]ブラウン管は20世紀のテレビの基礎となりました。[ 16 ]

1908年、英国王立協会会員のアラン・アーチボルド・キャンベル＝スウィントンは科学誌『ネイチャー』に論文を発表し、ブラウン管（ブラウン管）を送信機と受信機の両方に使うことで「遠距離の電気視覚」を実現できると説明した。[ 17 ]彼は1911年にロンドンで行った講演でこの構想を詳しく説明し、タイムズ紙[ 18 ]とレントゲン協会誌[ 19 ]に報告した。[ 20 ]

熱陰極を使用した最初のブラウン管は、ジョン・バートランド・ジョンソン（ジョンソンノイズという用語の由来となった人物）とウェスタンエレクトリックのハリー・ウェイナー・ワインハートによって開発され、1922年に商品化されました。[ 21 ]熱陰極の導入により、加速陽極電圧を低く抑え、電子ビーム電流を大きくすることが可能になりました。これは、陽極は熱陰極から放出された電子を加速するだけであり、冷陰極からの電子放出を誘発するために非常に高い電圧をかける必要がなくなったためです。[ 22 ]

発達

ブラウン管の技術は、 1897年にカール・フェルディナント・ブラウンが発表した、ブラウン線オシロスコープの開発に関する論文に由来する。ブラウンの論文は、JJトムソンの研究によって陰極線が現在では電子と呼ばれる粒子の流れであることが発見される数か月前に発表された。[ 23 ] : 66

1926年、高柳健次郎は40ラインの解像度で画像を受信する機械式ビデオカメラを搭載したCRTテレビ受信機を実演しました。[ 24 ] 1927年までに彼は解像度を100ラインにまで向上させ、これは1931年まで比類のないものでした。[ 25 ] 1928年までに彼は初めてCRTディスプレイ上でハーフトーンで人間の顔を送信しました。[ 26 ]

1927年、フィロ・ファーンズワースはテレビの試作品を製作した。[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]

CRTは1929年に発明家のウラジミール・K・ズヴォルキンによって命名されました。[ 26 ] : 84 その後彼はRCAに雇われ、1932年にRCAはCRTを指す用語である「キネスコープ」の商標を取得しました。そして1950年にRCAは自主的にこの用語をパブリックドメインに解放しました。[ 32 ]

1930年代、アレン・B・デュモントは1000時間の使用に耐える最初のCRTを製造し 、これがテレビの普及につながった要因の1つとなりました。[ 33 ]

ブラウン管を使った最初の商業用電子テレビは、1934年にドイツのテレフンケン社によって製造されました。 [ 34 ] [ 35 ]

1947年に、ブラウン管ゲーム機が開発されました。これは、最も初期のインタラクティブな電子ゲームであり、ブラウン管スクリーンを初めて組み込んだものでした。[ 36 ]

1949年から1960年代初頭にかけて、円形のCRTから長方形のCRTへの移行がありましたが、最初の長方形のCRTは1938年にテレフンケンによって作られました。[ 37 ] [ 22 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]円形のCRTが標準であった一方で、ヨーロッパのテレビは画面の一部をブロックして長方形に見えるようにすることが多く、アメリカのテレビはCRTの前面全体を露出させたり、CRTの上部と下部のみをブロックしたりすることが多かったです。[ 42 ] [ 43 ]

1954年、RCAは最初のカラーCRTのいくつか、CT-100に使用された15GP22 CRTを製造しました。 [ 44 ]これは初めて量産されたカラーテレビでした。[ 45 ]最初の長方形のカラーCRTも1954年に作られました。[ 46 ] [ 47 ]しかし、一般に提供された最初の長方形のカラーCRTは1963年に作られました。長方形のカラーCRTを製造するために解決しなければならなかった課題の1つは、CRTの角での収束でした。[ 40 ] [ 39 ] 1965年には、より明るい希土類蛍光体が、より暗いカドミウムを含む赤と緑の蛍光体に取って代わり始めました。最終的には、青の蛍光体も置き換えられました。[ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]

CRTのサイズは、1938年の20インチ[ 54 ] [ a ]から1955年の21インチ[ 56 ] [ 57 ] 、 1974年には25インチ、1980年には30インチ、1985年には35インチ[ 58 ] 、1989年には43インチ[ 59 ]へと、時間の経過とともに大きくなっていった。世界最大のものは45インチのソニーKX-45ED1だったが、実際に稼働しているモデルは1つしか知られていない。[ 60 ] [ 61 ]

1960年、エイケン管が発明されました。これは、単一の電子銃を備えたフラットパネルディスプレイ形式のブラウン管でした。[ 62 ] [ 63 ]偏向は静電的および磁気的でしたが、特許の問題により生産には至りませんでした。航空機のヘッドアップディスプレイとしても構想されていました。[ 64 ] 特許問題が解決される頃には、RCAはすでに従来型のブラウン管に多額の投資を行っていました。[ 65 ]

1968年、ソニーは アパーチャーグリル技術を採用したKV-1310というモデルでトリニトロンブランドを発売しました。出力輝度の向上が高く評価されました。 [ 66 ]トリニトロンスクリーンは、独自のトリプルカソードシングルガン構造により、直立した円筒形の形状を維持していました。

1987年、ゼニス社はコンピューターモニター用にフラットスクリーンCRTを開発し、反射を減らし、画像のコントラストと明るさを向上させました。[ 67 ] [ 68 ]このようなCRTは高価であったため、コンピューターモニターへの使用に限られていました。[ 69 ]安価で広く入手可能なフロートガラスを使用してフラットスクリーンCRTを製造しようとする試みがなされました。[ 70 ]

1990年、ソニー初のHD解像度CRTであるソニーKW-3600HDが発売されました。これは日本の国立博物館によって「歴史的資料」に指定されています。[ 71 ] [ 72 ] ソニーKWP-5500HDは、HD解像度CRTプロジェクションテレビで、1992年に発売されました。[ 73 ]

1990年代半ばには、年間約1億6000万台のCRTが製造されました。[ 74 ]

2000年代半ば、キヤノンとソニーはそれぞれ表面伝導型電子放出ディスプレイ（SED）と電界放出ディスプレイ（FED）を発表した。これらはいずれもフラットパネルディスプレイで、電子銃の代わりにサブピクセルあたり1個（SED）または複数個（FED）の電子放出素子を備えていた。電子放出素子はガラス板上に配置され、陽極電圧によって電子は近くの蛍光体を含むガラス板へと加速された。電子は集束されず、各サブピクセルは実質的にフラッドビームCRTのようであった。LCD技術が大幅に安価になったため、これらのディスプレイは量産されることはなく、市場は消滅した。[ 75 ]

最後の大規模ブラウン管製造業者（この場合はリサイクル） [ 76 ]であるビデオコンは2015年に廃業した。[ 77 ] [ 78 ]ブラウン管テレビもほぼ同時期に製造が中止された。[ 79 ]

2012年、サムスンSDIと他の大手企業数社は、テレビ用ブラウン管の価格カルテルを理由に欧州委員会から罰金を科された。 [ 80 ] 同様のことが2015年に米国で、2018年にカナダで発生した。[ 81 ] [ 82 ]

CRTコンピュータモニターの世界販売台数は2000年に9000万台でピークに達し、CRTテレビの世界販売台数は2005年に1億3000万台でピークに達した。[ 83 ]

衰退

1990年代後半から2000年代初頭にかけて、CRTはLCDに置き換えられ始めました。最初は15インチ未満のコンピューターモニターから始まりました。[ 84 ]これは主にかさばらないという理由によるものです。[ 85 ] CRTの生産を中止した最初のメーカーは2001年の日立でした。 [ 86 ] [ 87 ]続いて2004年に日本のソニーが生産を中止しました。[ 88 ]フラットパネルディスプレイは価格が下がり、2000年代にブラウン管を大幅に置き換え始めました。2003年から2004年にはLCDモニターの販売がCRTの販売を上回り始め[ 89 ] [ 90 ] [ 91 ]、2005年には一部の市場でLCDテレビの販売がCRTの販売を上回り始めました。[ 92 ]サムスンSDIは2012年にCRTの生産を中止しました。[ 93 ]

CRTベースのコンピュータモニタとテレビは、何十年にもわたってディスプレイ技術の主流であったが、現在では時代遅れとなっている。CRTスクリーンの需要は2000年代後半に減少した。[ 94 ]サムスンとLGは、CRTをLCDやプラズマと競合できるように、同様のサイズでより高価なLCDに対抗するために、より薄型で安価なモデルを提供しようと努力したが、[ 95 ] [ 96 ] [ 97 ] [ 98 ] [ 99 ] LCDの価格が下がり、かさばらず、重くなく、壁に取り付けられるという利点が出てくると、 CRTは結局時代遅れとなり、発展途上市場やビンテージ愛好家向けのものになった。

一部の業界では、交換に多大な労力、ダウンタイム、コストがかかる、あるいは代替品がないため、依然としてCRTを使用しています。その顕著な例として航空業界が挙げられます。ボーイング747-400やエアバスA320などの航空機は、グラスコックピットに機械式計器の代わりにCRT計器を搭載していました。[ 100 ]ルフトハンザ航空などの航空会社は、ナビゲーションの更新にフロッピーディスクを使用するCRT技術を現在も使用しています。同様の理由から、一部の軍事機器にもCRTが使用されています。2022年現在、少なくとも1社がこれらの市場向けに新しいCRTを製造しています。[ 101 ]

CRTの一般的な消費者向け用途はレトロゲームです。一部のゲームはCRTディスプレイハードウェアなしではプレイできません。光線銃はCRTのプログレッシブタイミング特性に依存しているため、CRTでのみ動作します。CRTが使用されるもう1つの理由は、ディスプレイ上の画像の自然なブレンドです。CRTディスプレイ用に設計された一部のゲームはこれを利用し、ディテールと色のブレンドを使用して生のピクセルをより柔らかい画像に変換し、美的魅力と多様性を実現しています。[ 102 ]さらに、LCDと比較して、CRTはコントローラーに触れてから画面にアクションが反映されるまでの入力遅延が短いため、消費者はより正確な操作を行うことができます。[ 103 ]

建設

体

1947 年の製造中の小型円形 CRT（画面に蛍光体が塗布されている）
ポータブルモノクロCRTテレビ
トリニトロンCRT コンピューターモニター
テレビ内部のモノクロCRT。CRTはCRTテレビの中で最も大きな部品です。
Macintosh Plusコンピュータ内部のモノクロCRT

CRTの本体は通常、スクリーン/フェースプレート/パネル、コーン/ファンネル、ネックの3つの部分で構成されています。[ 104 ] [ 105 ] [ 106 ] [ 107 ] [ 108 ]結合されたスクリーン、ファンネル、ネックはバルブまたはエンベロープとして知られています。[ 39 ]

ネック部分はガラス管で作られ[ 109 ]、ファンネルとスクリーン部分はガラスを鋳型に流し込んでプレスすることで作られる。[ 110 ] [ 111 ] [ 112 ] [ 113 ] [ 114 ] CRTガラス[ 115 ] [ 116 ]もしくはTVガラス[ 117 ]と呼ばれるガラスには、スクリーンで適切な光透過率を保ちつつ、またファンネルとネック部分で高い電気絶縁性を保ちつつ、X線を遮蔽する特別な特性が必要である。ガラスにその特性を与える配合は溶融物とも呼ばれる。ガラスは非常に高品質で、汚染物質や欠陥がほとんどない。ガラス製造にかかるコストの大部分は、原材料をガラスに溶かすために使われるエネルギーから生じる。CRTガラス製造用のガラス炉には複数の湯口があり、炉を停止せずに鋳型を交換できるため、さまざまなサイズのCRTを製造できる。スクリーンに使用されるガラスのみが精密な光学特性を持つ必要がある。

スクリーンに使われるガラスの光学特性は、カラーCRTの色再現と純度に影響する。透過率、つまりガラスの透明度は、特定の色（波長）の光をより透明にするように調整できる。透過率は、波長546 nmの光と10.16mmの厚さのスクリーンを使って、スクリーン中央で測定される。透過率は厚さが増すほど低下する。カラーCRTスクリーンの標準的な透過率は、86%、73%、57%、46%、42%、30%である。透過率を低くすると画像のコントラストが向上するが、電子銃に負担がかかり、低下した透過率を補うために蛍光体をより明るく照らすために、より高い電子ビーム出力のために電子銃にさらに多くの電力が必要になる。[ 69 ] [ 118 ]色の純度を確保するには、透過率がスクリーン全体で均一でなければならない。スクリーンの曲率半径は、30インチから68インチへと徐々に大きくなり（曲率も小さくなり）、最終的には完全にフラットなスクリーンへと進化し、反射が低減しました。曲面スクリーン[ 119 ]とフラットスクリーンの両方において、厚さは中心から外側に向かって徐々に増加し、それに伴い透過率も徐々に低下します。つまり、フラットスクリーンCRTは内側が完全にフラットではない可能性があるということです。[ 119 ] [ 120 ]

CRTに使用されるガラスは、カラーCRT用にはスクリーンとファンネルが別々に炎溶融ネックとして、またはスクリーン、ファンネル、ネックが炎溶融されたバルブとしてガラス工場からCRT工場に届けられます。CRTの種類に応じて複数のガラス配合があり、各ガラスメーカー固有のコードで分類されていました。溶融物の組成も各メーカーに固有でした。[ 121 ]高い色純度とコントラストに最適化されたガラスにはネオジムが添加され、モノクロCRT用のガラスは配合に応じて異なるレベルで着色され、透過率は42%または30%でした。[ 122 ]純度とは、正しい色が表示されること（例えば、赤が画面全体に均一に表示されること）を保証することであり、コンバージェンスとは画像が歪まないことを保証することです。コンバージェンスはクロスハッチパターンを使用して変更することができます。[ 123 ] [ 124 ] [ 125 ]

CRTガラスはかつてはAGC株式会社、[ 126 ]、[ 127 ] [ 128 ] [ 129 ] OIガラス、 [ 130 ]サムスンコーニングプレシジョンマテリアルズ、[ 131 ]コーニング株式会社、[ 132 ] [ 133 ]日本電気硝子[ 134 ]などの専用企業によって製造されていた。その他、ビデオコン、米国市場向けのソニー、トムソンなどは独自のガラスを製造していた。[ 135 ] [ 136 ] [ 137 ] [ 138 ] [ 139 ]

ファンネルとネック部分は鉛入りカリソーダガラスまたは鉛ケイ酸塩ガラス[ 6 ]で作られており、カラーCRTの蛍光体スクリーンやシャドウマスクなどのターゲットに衝突して減速する高圧電子によって発生するX線を遮蔽する。電子の速度はCRTの陽極電圧に依存し、電圧が高いほど速度は速くなる。[ 140 ] CRTから放出されるX線の量は、画像の明るさを下げることによっても低下させることができる。[ 141 ] [ 142 ] [ 143 ] [ 107 ]鉛ガラスが使用されるのは、安価であると同時に[ 144 ] X線を強力に遮蔽するためであるが、ファンネルによってはバリウムが含まれていることもある。[ 145 ] [ 146 ] [ 147 ] [ 122 ]スクリーンは通常、鉛を含まない特殊なケイ酸塩ガラス[ 6 ]で作られており、バリウムとストロンチウムを配合してX線を遮蔽します。鉛を含むガラスとは異なり、変色しません。 [ 144 ] [ 148 ]別のガラス配合では、スクリーンに2～3%の鉛が使用されています。 [ 107 ]あるいは、鉛の代わりにバリウムと組み合わせてジルコニウムをスクリーンに使用することもできます。[ 149 ]

1960年代のソビエト製テレビを裏側から撮影

モノクロCRTでは、スクリーンとファンネルの両方に着色バリウム鉛ガラスが使用され、ネック部分にはカリソーダ鉛ガラスが使用されています。カリソーダガラスとバリウム鉛ガラスは熱膨張係数が異なります。ネック部分に使用されるガラスは、集束レンズなどの電子銃の電子光学系で使用される電圧を封じ込めるため、優れた電気絶縁体でなければなりません。ガラスに含まれる鉛は、使用するとX線の影響で茶色（黒ずみ）になりますが、通常は褐色化が顕著になる前に、CRTのカソードがカソード中毒によって摩耗します。ガラスの配合によって、最大陽極電圧が決まり、したがってCRTの最大画面サイズが決まります。カラーの場合、最大電圧は24～32 kVであることが多いですが、モノクロでは通常21 kVまたは24.5 kVであり、[ 150 ]モノクロCRTのサイズは21インチ、つまり1インチあたり約1 kVに制限されます。必要な電圧は、CRTのサイズと種類によって異なります。[ 151 ]配合が異なるため、互いに適合性があり、同様の熱膨張係数を持つ必要があります。[ 122 ]スクリーンには、反射防止コーティングや反射防止コーティングが施されている場合もあります。[ 152 ] [ 118 ] [ 153 ]反射を防ぐために研磨されている場合もあります。[ 154 ] CRTには帯電防止コーティングが施されている場合もあります。[ 118 ] [ 155 ] [ 69 ]

CRTのファンネルに使用されている鉛ガラスには、21～25％の酸化鉛（PbO）が含まれている場合があります。 [ 156 ] [ 157 ] [ 121 ]ネック部分には30～40％の酸化鉛が含まれている場合があります。 [ 158 ] [ 159 ]また、スクリーンには12％の酸化バリウムと12％の酸化ストロンチウムが含まれています。[ 6 ]一般的なCRTには、ガラス内に酸化鉛として数キログラムの鉛が含まれています。 [ 108 ]これはサイズによって異なります。12インチCRTには合計0.5 kgの鉛が含まれており、32インチCRTには最大3 kgの鉛が含まれています。[ 6 ]酸化ストロンチウムは、1970年代にCRTで使用され始め、主な用途となりました。[ 160 ] [ 161 ]それ以前は、CRTのフェースプレートに鉛が使用されていました。[ 162 ]

初期のCRTには、導電性材料を使用したガラスの代わりに、ポリエチレンで絶縁された金属ファンネルが使用されていた。[ 56 ]他には、プレスガラスファンネルの代わりに、セラミック製または吹き付けパイレックス製のものがあった。[ 163 ] [ 164 ] [ 41 ] [ 165 ] [ 166 ]初期のCRTには専用の陽極キャップ接続がなく、ファンネルが陽極接続であったため、動作中は通電していた。[ 167 ]

ファンネルは内側と外側に導電性コーティングが施されており[ 168 ] [ 169 ] 、ファンネルをコンデンサーとして機能させることで、CRTの陽極電圧を安定化およびフィルタリングし、CRTの電源投入に必要な時間を大幅に短縮します。コーティングによってもたらされる安定性は、真空管を使用していた初期の電源設計に固有の問題を解決しました。ファンネルはコンデンサーとして使用されるため、ファンネルに使用されるガラスは優れた電気絶縁体（誘電体）でなければなりません。内側のコーティングには正の電圧（数kVになることもある陽極電圧）がかかり、外側のコーティングは接地されています。最新の電源で駆動されるCRTは、より堅牢な設計の最新電源のため、接地に接続する必要がありません。ファンネルによって形成されるコンデンサーの値は5～10nFですが 、これは通常陽極に供給される電圧です。ファンネルによって形成されるコンデンサーも、他の種類のコンデンサーと同様に誘電吸収の影響を受ける可能性があります。[ 170 ] [ 150 ] [ 171 ] [ 172 ] [ 168 ] [ 122 ]このため、CRTは怪我を防ぐために取り扱う前に放電する必要がある[ 173 ]。

CRTの奥行きは画面サイズに関係している。[ 174 ]通常の偏向角は、コンピュータモニター用CRTや小型CRTでは90°、大型テレビ用CRTでは110°が標準であったが、2001～2005年以降に製造された薄型CRTでは、液晶テレビに対抗するため120°または125°が使用されている。[ 175 ] [ 118 ] [ 98 ] [ 106 ] [ 176 ]時が経つにつれ、偏向角は実用化されるにつれて大きくなり、1938年には50°だったのが、1959年には110°、[ 22 ] 2000年代には125°になった。140°偏向CRTも研究されたが、コンバージェンス（赤、緑、青の電子銃の配置）問題が解決されなかったため、商品化されることはなかった。[ 177 ]

  • 110°偏向のモノクロCRT
    110°偏向のモノクロCRT
  • 90°偏向のモノクロCRT
    90°偏向のモノクロCRT

サイズと重量

CRTのサイズは、画面全体の面積（または対角線）で測定することも、蛍光体でコーティングされ黒い縁で囲まれた表示領域（または対角線）のみで測定することもできます。 [ 169 ] [ 178 ]

表示領域は長方形であるが、CRTの縁は曲面を持つ場合がある（例えば、1972年に東芝が初めて製造したブラックストライプCRT）[ 139 ]。あるいは、縁が黒くて完全に平らな場合もある（例えば、フラットロンCRT）[ 119 ] [ 139 ] [ 179 ]。あるいは、表示領域がCRTの縁の曲率に沿う場合もある（黒い縁や曲面の縁の有無は問わない）。[ 180 ] [ 181 ] [ 182 ]

3インチ未満の小型CRTは、 MTV-1などの携帯型テレビやビデオカメラのビューファインダー用に作られました。これらのCRTには黒い縁がない場合もありますが、実際には非常に平坦です。[ 183 ]​​ [ 171 ] [ 184 ] [ 185 ] [ 186 ]

CRTの重量の大部分は厚いガラススクリーンによるもので、CRTの総重量の65%を占め、実用サイズを制限しています（§ サイズ参照）。ファンネルガラスとネックガラスはそれぞれ残りの30%と5%を占めています。ファンネルガラスは、薄いネックと厚いスクリーンを接合するため、厚さが変化することがあります。[ 187 ] [ 188 ] [ 6 ] [ 5 ] CRTガラスの軽量化のために、化学的または熱的に強化されたガラスが使用されることもあります。 [ 189 ] [ 190 ] [ 191 ] [ 192 ]

アノード

外側の導電性コーティングはアースに接続され、内側の導電性コーティングは陽極ボタン/キャップを使用して一連のコンデンサとダイオード（コッククロフト・ウォルトン発電機）を介して高電圧フライバックトランスに接続されます。内側のコーティングはCRTの陽極であり、[ 193 ]電子銃の電極とともに最終陽極とも呼ばれます。[ 194 ] [ 195 ]内側のコーティングはスプリングを使用して電極に接続されます。電極はバイポテンシャルレンズの一部を形成します。[ 195 ] [ 196 ]コンデンサとダイオードはフライバックによって供給される電流の 電圧乗算器として機能します。

ファンネルの内側のコーティングには、モノクロCRTではアルミニウムが使用され、カラーCRTではアクアダグが使用される。[ 122 ]一部のCRTでは、内側に酸化鉄が使用されることもある。 [ 6 ]外側には、ほとんどのCRTでアクアダグが使用される。[ 197 ]アクアダグは導電性のグラファイトベースの塗料である。カラーCRTでは、アクアダグはファンネルの内側にスプレーされる。 [ 198 ] [ 122 ]一方、歴史的にはモノクロCRTの内側にアクアダグが塗布されていた。[ 22 ]

陽極は電子をスクリーンに向かって加速するために使用され、またCRTの真空中の蛍光体粒子から放出される二次電子を収集する。[ 199 ] [ 200 ] [ 201 ] [ 202 ] [ 22 ]

現代のCRTの陽極キャップ接続部は、CRTのサイズと輝度に応じて最大55～60kVまで耐えられる必要があります。電圧が高いほど、CRTの大型化や画像の輝度向上が可能になり、あるいは両者のトレードオフとなります。[ 203 ] [ 151 ]これは、CRTのファンネルガラスに埋め込まれた陽極ボタンの内側で拡張する金属クリップで構成されています。[ 204 ] [ 205 ]接続部はシリコン吸盤で絶縁されており、コロナ放電を防ぐためにシリコングリースも使用されている可能性があります。[ 206 ] [ 207 ]

アノードボタンは、ボタンとファンネルの間を気密にするために特別な形状にする必要がある。アノードボタンからX線が漏れることがあるが、1970年代後半から1980年代前半にかけての新しいボタンとクリップの設計により、そうなっていないかもしれない。[ 151 ] [ 208 ]ボタンは3つのカップが入れ子になっていて、一番外側のカップはボタンをファンネルガラスに簡単に溶着できるようにニッケル-クロム-鉄合金（ニッケル含有量40～49%、クロム含有量3～6%）で作られ、最初の内側のカップはX線を遮蔽するために安価な厚い鉄で作られ、2番目に内側のカップはクリップに接続するために鉄などの導電性金属で作られている。カップはファンネルガラスに溶着されるのに耐えられるように十分な耐熱性があり、ファンネルガラスと同等の熱膨張係数を持つ必要がある。ボタンの内側はCRTの内部導電性コーティングに接続されている。[ 200 ]陽極ボタンは、金型で成形される際に漏斗に取り付けられる場合がある。[ 209 ] [ 210 ] [ 151 ]あるいは、X線遮蔽部をクリップに組み込むこともできる。[ 211 ]

フライバックトランスは、電圧倍増器を備えている場合、IHVT（Integrated High Voltage Transformer）とも呼ばれます。フライバックトランスは、高周波での効率的な動作を可能にするために、セラミックまたは粉末鉄心を使用しています。フライバックには、1つの一次巻線と、複数の異なる電圧を供給する多数の二次巻線が含まれています。主二次巻線は、電圧倍増器に電圧パルスを供給し、最終的にCRTに必要な高陽極電圧を供給します。残りの巻線は、CRTのフィラメント電圧、キーイングパルス、フォーカス電圧、およびスキャンラスターから得られる電圧を供給します。トランスの電源がオフになると、フライバックの磁界は急速に崩壊し、巻線に高電圧が誘導されます。磁界の崩壊速度によって誘導される電圧が決まるため、電圧は崩壊速度に応じて増加します。磁界の崩壊を遅らせるために、コンデンサ（リトレースタイミングコンデンサ）または一連のコンデンサ（冗長性を提供するため）が使用されます。[ 212 ] [ 213 ]

CRT製品における高電圧電源の設計は、CRTから放出されるX線量に影響を与える。放出されるX線量は、電圧と電流の両方が高いほど増加する。テレビなどの製品が非安定化高電圧電源を使用している場合、つまり明るい画像を表示する際に電子電流が増加すると陽極電圧と焦点電圧が低下する場合、放出されるX線量はCRTが中程度の明るさの画像を表示しているときに最も高くなる。これは、暗い画像や明るい画像を表示しているときには、陽極電圧が高いほど電子ビーム電流の減少が相殺され、その逆もまた同様だからである。一部の古いCRTテレビに使用されている高電圧調整器および整流器真空管もX線を放出することがある。[ 162 ]

電子銃

電子銃は電子を放出し、最終的にCRTスクリーン上の蛍光体に衝突します。電子銃にはヒーターが内蔵されており、カソードを加熱します。カソードは電子を発生させ、グリッドを用いて集束させ、最終的にCRTスクリーンに加速します。加速はCRT内部のアルミニウムコーティングまたはアクアダグコーティングと連動して行われます。電子銃はスクリーンの中央を狙うように配置されます。[ 195 ]電子銃はCRTのネック部内にあり、ガラスビーズまたはガラス支持棒（電子銃のガラスストリップ）によってネック部に保持・固定されています。[ 22 ] [ 195 ] [ 214 ]電子銃は別途製造され、「巻き取り」またはシーリングと呼ばれる工程を経てネック部内に設置されます。[ 70 ] [ 215 ] [ 216 ] [ 217 ] [ 218 ] [ 219 ]電子銃はガラスウエハーで覆われており、CRTのネック部分に溶着されている。電子銃への接続部はガラスウエハーを貫通している。[ 216 ] [ 220 ]電子銃がネック部分に入ると、スポットノッキングと呼ばれる工程で、金属部品（グリッド）間に高電圧が印加され、グリッドの粗いエッジが滑らかに加工される。これにより、グリッドの粗いエッジ部分から二次電子が発生するのを防ぐ。[ 221 ] [ 222 ] [ 223 ]

構造と操作方法

電子銃には、タングステンフィラメントの加熱素子によって加熱される間接加熱式の熱陰極があり、ヒーターは CRT に応じて 0.5～2 A の電流を消費します。ヒーターに印加される電圧は、CRT の寿命に影響を及ぼす可能性があります。[ 224 ] [ 225 ]陰極を加熱すると、陰極内の電子が励起され、電子放出が促進されます。 [ 226 ]同時に陰極には電流が供給されます。通常、1.5 V で 140 mA、6.3 V で 600 mA の範囲です。[ 227 ]陰極から放出される低エネルギーの電子は加速され、電子ビームに収束されます。[ 22 ]カラー CRT には、赤、緑、青用の 3 つの陰極があります。ヒーターは陰極内部にありますが、陰極には接触していません。陰極には独自の独立した電気接続があります。陰極はニッケル片にコーティングされた材料で、電気接続と構造的サポートを提供します。ヒーターはこの部品に触れることなく内部に収まっている。[ 193 ] [ 228 ] [ 229 ] [ 230 ]

CRT電子銃にはいくつかの短絡が発生する可能性がある。その一つは、ヒーターとカソード間の短絡である。この短絡によりカソードは電子を永久的に放出し、影響を受けるカソードによっては、明るい赤、緑、または青みがかった色調と帰線を伴う画像が表示されることがある。あるいは、カソードが制御グリッドに短絡し、同様の症状を引き起こす可能性がある。あるいは、制御グリッドとスクリーングリッド（G2）[ 231 ]が短絡し、非常に暗い画像、あるいは全く画像が表示されなくなる場合もある。カソードは、スパッタリングを防ぐためにシールドで囲まれている場合がある。[ 232 ] [ 233 ]

陰極は、電気的および機械的支持のためにニッケル片にコーティングされた酸化バリウムの層である。[ 234 ] [ 150 ]酸化バリウムは、電子を放出できるようにするために加熱して活性化する必要がある。酸化バリウムは空気中では安定していないため、電子を放出できない炭酸バリウムとして陰極に塗布されるため、活性化が必要である。活性化により炭酸バリウムは加熱され、酸化バリウムと二酸化炭素に分解され、陰極上に金属バリウムの薄い層が形成される。[ 235 ] [ 234 ]活性化は真空を形成するときに行われる（§ 真空引きで説明）。活性化後、酸化物は、水蒸気、二酸化炭素、酸素などのいくつかの一般的なガスによって損傷を受ける可能性がある。[ 236 ]あるいは、炭酸バリウムの代わりに炭酸バリウムストロンチウムカルシウムを使用することもでき、活性化後にはバリウム、ストロンチウム、カルシウムの酸化物が得られる。[ 237 ] [ 22 ]動作中、酸化バリウムは800～1000℃に加熱され、その時点で電子を放出し始めます。[ 238 ] [ 150 ] [ 226 ]

熱陰極であるため、陰極中毒になりやすい。陰極中毒とは、陽イオン層が形成されて陰極からの電子放出が妨げられ、画像の明るさが著しくまたは完全に低下し、フォーカスと輝度がビデオ信号の周波数によって影響を受けて、CRTで詳細な画像が表示されなくなることである。陽イオンは、CRT内に残留した空気分子または陰極自体から発生し[ 22 ]、時間の経過とともに熱陰極の表面と反応する。[ 239 ] [ 233 ]マンガン、ジルコニウム、マグネシウム、アルミニウム、チタンなどの還元性金属をニッケル片に添加すると、陰極の寿命が延びることがある。活性化中に還元性金属が酸化バリウムに拡散し、特に高電子ビーム電流時に寿命が延びるからである。[ 240 ]赤、緑、青の陰極を備えたカラーCRTでは、1つまたは複数の陰極が他の陰極とは独立して影響を受け、1つまたは複数の色が完全にまたは部分的に失われることがある。[ 233 ] CRTはカソード被毒により摩耗したり焼損したりすることがあります。カソード被毒は、カソード電流の増加（オーバードライブ）によって加速されます。[ 241 ]カラーCRTには、赤、緑、青の3つのカソードがあるため、1つまたは複数のカソード被毒により、1つまたは複数の色が部分的または完全に失われ、画像が色づきます。[ 233 ]また、この層はカソードと直列のコンデンサーとして機能し、熱遅延を引き起こす可能性があります。カソードを酸化スカンジウムで作ったり、ドーパントとして組み込んだりすることで、カソード被毒を遅らせ、カソードの寿命を最大15%延ばすことができます。[ 242 ] [ 150 ] [ 243 ]

陰極からの電子放出率は、陰極の表面積に比例する。表面積の大きい陰極は、より大きな電子雲を形成する電子をより多く生成するため、電子雲を電子ビームに集束させることがより困難になる。[ 241 ]通常、CRTが画像の一部が最大輝度で表示されていない限り、陰極の一部のみが電子を放出する。つまり、最大輝度で表示している部分のみが陰極全体から電子を放出する。輝度が増加するにつれて、電子を放出する陰極の面積は中心から外側に向かって大きくなるため、陰極の摩耗は不均一になる可能性がある。陰極の中央のみが摩耗すると、CRTは最大輝度で表示している部分は明るく点灯するが、暗い部分は表示されず、ガンマ特性が悪くなる可能性がある。[ 233 ]

陰極に対して負の電圧[ 244 ]が第 1 の（制御）グリッド (G1) に印加され、電子銃の残りの部分への電子の放出が制御されます。G1 は実際にはウェーネルト シリンダーです。[ 227 ] [ 245 ]スクリーン上の画像の明るさは、陽極電圧と電子ビーム電流の両方に依存し、実際には後者は一定ですが、前者は陰極と G1 制御グリッド間の電圧差を変化させることで制御されます。銃の第 2 の（スクリーン）グリッド (G2) は、数百の DC ボルトを使用してスクリーンに向かって電子を加速します。次に、第 3 のグリッド (G3) が電子ビームを静電的に集束させ、その後、電子ビームは偏向され、その後、陽極電圧によってスクリーン上に加速されます。[ 246 ]電子ビームの静電集束は、最大 600 ボルトで通電されるアインツェル レンズを使用して実現できます。 [ 247 ] [ 235 ]静電集束技術が発明される前は、電子ビームを集束させるためには、電子銃の外側に設置された大きくて重く複雑な機械的な集束システムが必要だった。[ 167 ]

しかし、CRT の最終陽極の近くでは数十キロボルトの高電圧のために静電フォーカスを行うことができないため、代わりに高電圧 (≈600–8000 V) [ 248 ]電極を CRT の最終陽極電圧の電極と組み合わせてフォーカスを行うことができる。このような配置はバイポテンシャル レンズと呼ばれ、これもアインツェル レンズよりも高性能である。あるいは、磁気フォーカス コイルと数十キロボルトの高陽極電圧を組み合わせてフォーカスを行うこともできる。しかし、磁気フォーカスは実装コストが高いため、実際に使用されることはほとんどありません。[ 193 ] [ 235 ] [ 249 ] [ 250 ] CRT の中には、電子ビームをフォーカスするために 2 つのグリッドとレンズを使用するものもあります。[ 242焦点電極はCRTのネック部分にある他の接続部と一緒に接続されています。[ 251 ]

カットオフ電圧と呼ばれる電圧があり、これは画面上に電子ビームによって生成された画像を消すため、画面に黒を表示する電圧で、この電圧はG1に印加されます。3つの電子銃を備えたカラーCRTでは、電子銃のカットオフ電圧はそれぞれ異なります。多くのCRTでは、3つの電子銃すべてでグリッドG1とG2を共有しており、画像の明るさが向上し、調整が簡単になります。なぜなら、このようなCRTでは3つの電子銃すべてに単一のカットオフ電圧があるからです（G1はすべての電子銃で共有されているため）。[ 195 ]しかし、カットオフ電圧が高くなるため、電子銃のカソードにビデオ信号を供給するビデオアンプに余分な負担がかかります。モノクロCRTではこの問題は発生しません。モノクロCRTでは、最初の制御グリッドの電圧を変化させることで電子銃にビデオ信号が供給されます。[ 252 ] [ 167 ]

電子ビームの帰線中、ビデオ増幅器に電力を供給する前置増幅器は無効にされ、帰線が表示されないようにビデオ増幅器はカットオフ電圧よりも高い電圧にバイアスされるか、または電子が陰極から出ないようにするために G1 に大きな負の電圧を印加することができる。[ 22 ]これはブランキングと呼ばれる。（垂直帰線消去期間および水平帰線消去期間を参照）。バイアスが不適切だと、1 色以上の帰線が見える可能性があり、帰線が白っぽくなるか薄くなる（たとえば、赤色が影響を受ける場合は赤っぽく、赤と青色が影響を受ける場合はマゼンタっぽく、すべての色が影響を受ける場合は白くなる）可能性がある。[ 253 ] [ 254 ] [ 255 ]あるいは、高速ブランキング信号を使用して、増幅器に供給されるビデオ ストリームに OSD（オン スクリーン ディスプレイ）も導入するビデオ プロセッサによって増幅器を駆動することができる。[ 256 ] CRTを組み込んだテレビやコンピュータモニターには、CRTにDC成分を含むビデオ信号を提供し、画像のさまざまな部分の元の明るさを復元するためのDC復元回路が必要です。[ 257 ]

電子ビームは地球の磁場の影響を受け、通常は集束レンズの中心からずれて入射するが、これは非点収差補正装置によって補正できる。非点収差補正装置は磁気式と電子式（動的）の両方があり、磁気式が大部分の作業を行い、電子式は微調整に用いられる。[ 258 ]電子銃の一方の端にはガラスディスクが付いており、その端はおそらくフリットを用いてCRTのネックの端と融合されている。[ 259 ]電子銃と外部を接続する金属リード線はディスクを貫通している。[ 260 ]

一部の電子銃には、電子ビームの形状を変えて焦点を調整するためのダイナミックフォーカス付き四重極レンズが搭載されており、電子ビームの位置に応じてフォーカス電圧を変化させることで、画面全体、特に画面の隅で画像の鮮明さを維持します。[ 118 ] [ 261 ] [ 262 ] [ 263 ] [ 264 ]また、最終的な陽極電圧からグリッドの電圧を導き出すためのブリーダー抵抗が搭載されている場合もあります。[ 265 ] [ 266 ] [ 267 ]

CRTは製造後、陰極からの放出を安定させるために経年劣化が行われた。[ 268 ] [ 269 ]

カラー CRT の電子銃はビデオ増幅器によって駆動され、ビデオ増幅器は色チャンネルごとに信号を受け取り、それをチャンネルあたり 40～170 V に増幅して電子銃のカソードに供給します。[ 255 ]各電子銃には独自のチャンネル (色ごとに 1 つ) があり、すべてのチャンネルを同じ増幅器で駆動することができます。この増幅器は内部に 3 つの独立したチャンネルを持っています。[ 270 ]増幅器の能力によって CRT の解像度、リフレッシュ レート、コントラスト比が制限されます。これは増幅器が同時に広い帯域幅と電圧変化を提供する必要があるためです。解像度とリフレッシュ レートが高いほど、広い帯域幅 (電圧を変化させて白黒を切り替える速度) が必要になり、コントラスト比が高いほど、黒を低くして白のレベルを高くするための電圧変化または振幅が大きくなります。通常、30 MHz の帯域幅で 720p または 1080i の解像度が提供できますが、20 MHz では通常、約 600 行 (水平、上から下へ) の解像度が提供されます。[ 271 ] [ 255 ]カソードと制御グリッド間の電圧差が電子ビームを変調し、電流を変調して色の濃淡を作り出し、ラインごとに画像を作成します。これは画像の明るさにも影響を与えます。[ 233 ]カラーCRTに使用されている蛍光体は、与えられたエネルギー量に対して異なる量の光を生成するため、カラーCRTで白を生成するには、3つの銃すべてが異なる量のエネルギーを出力する必要があります。赤色蛍光体は最も少ない量の光を放射するため、最も多くのエネルギーを出力する銃は赤色銃です。[ 255 ]

ガンマ

CRTは顕著な三極管特性を持ち、その結果、顕著なガンマ（電子銃における印加ビデオ電圧とビーム強度の間の非線形関係）が生じる。[ 272 ]

偏向

偏向には磁気偏向と静電偏向の2種類がある。磁気偏向はテレビやモニターでよく用いられる。これは、磁気偏向の方が大きな偏向角（したがってCRTの奥行きが浅くなる）と大きな偏向電力（これにより電子ビーム電流が増加し、より明るい画像が得られる）が得られるためである[ 273 ]。また、偏向に最大2kVの高電圧をかける必要がないためである[ 176 ]。一方、オシロスコープでは静電偏向がよく用いられる。これは、オシロスコープで捕捉した生の波形を増幅後、CRT内の垂直静電偏向板に直接印加できるためである[ 274 ] 。

磁気偏向

磁気偏向を使用するものは、2対の偏向コイルを持つヨークを使用する可能性があり、1対は垂直偏向用、もう1対は水平偏向用です。[ 275 ]ヨークは接着（一体型）または取り外し可能です。接着されている場合は、接着剤[ 276 ]またはプラスチック[ 277 ]を使用してヨークをCRTのネックとファンネルの間の領域に接着し、取り外し可能なヨークのものはクランプで固定します。[ 278 ] [ 124 ]ヨークは熱を発生しますが、ガラスの伝導率は温度上昇とともに上昇するため、この熱を除去することは不可欠です。CRTをコンデンサとして使用し続けるには、ガラスが絶縁性である必要があります。そのため、新しいヨークの設計時には、ヨークの下のガラスの温度がチェックされます。[ 150 ]ヨークには、磁力の損失を減らすためのフェライトコア付きの偏向コイルと収束コイル[ 279 ] [ 275 ]のほか、カラーCRT（例えば、色純度リングや収束リング）やモノクロCRTの電子ビームを整列または調整するために使用される磁化リング[ 280 ]が含まれています。[ 281 ] [ 282 ]ヨークはコネクタを使用して接続することができ、ヨークの偏向コイルが接続される順序によって、CRTに表示される画像の方向が決まります。[ 173 ]偏向コイルはポリウレタン接着剤を使用して固定することができます。[ 276 ]

偏向コイルは鋸歯状信号[ 283 ] [ 284 ] [ 255 ]によって駆動され、これは水平および垂直同期信号として VGA を通じて送出される場合があります[ 285 ] 。CRTには、水平回路と垂直回路の 2 つの偏向回路が必要です。これらの回路は、水平回路が CRT のリフレッシュ レートと描画される水平ラインの数 ( CRT の垂直解像度) に応じて 15～240 kHz という非常に高い周波数 (水平走査周波数) で動作する点を除けば似ています。周波数が高くなると干渉を受けやすくなるため、自動周波数制御 (AFC) 回路を使用して水平偏向信号の位相を同期信号の位相にロックし、画像が斜めに歪むのを防ぐことができます。垂直周波数は CRT のリフレッシュ レートに応じて変化します。そのため、リフレッシュ レートが 60 Hz の CRT は、60 Hz で動作する垂直偏向回路を備えています。水平偏向信号と垂直偏向信号は、それぞれ異なる動作をする2つの回路を用いて生成される。水平偏向信号は電圧制御発振器（VCO）を用いて生成され、垂直偏向信号はトリガード・リラクゼーション・オシレータを用いて生成される。多くのテレビでは、偏向コイルが動作する周波数は、コイルのインダクタンス値によって部分的に決定される。[ 286 ] [ 255 ] CRTには異なる偏向角があり、偏向角が大きいほど、一定の画面サイズに対してCRTの奥行きは浅くなるが[ 287 ]、偏向電力は大きくなり、光学性能は低下する。[ 150 ] [ 288 ]

偏向電力が高くなると、電子ビームをより高い角度で曲げるために偏向コイルに送られる電流[ 289 ]が多くなります。 [ 118 ]その結果、より多くの熱が発生したり、増加した電力を処理できる電子機器が必要になります。[ 288 ]熱は抵抗損失とコア損失によって発生します。[ 290 ]偏向電力は mA/インチで測定されます。[ 255 ]垂直偏向コイルの動作には約 24 ボルト、水平偏向コイルの動作には約 120 ボルトが必要です。

偏向コイルは偏向増幅器によって駆動される。[ 291 ]水平偏向コイルは、テレビの水平出力段によって部分的に駆動されることもある。この段には、水平偏向コイルと直列に接続されたコンデンサが含まれており、いくつかの機能を果たす。その中には、CRTの曲率に合わせて鋸歯状の偏向信号を整形することや、コイルにDCバイアスが発生するのを防ぐことで画像を中央に配置することなどがある。リトレースの開始時にコイルの磁場が崩壊し、電子ビームが画面の中央に戻ると同時に、コイルはエネルギーをコンデンサに戻し、そのエネルギーは電子ビームを画面の左側に送るために使われる。[ 212 ]

水平偏向コイルは高周波で動作するため、偏向コイルのエネルギーを再利用して放熱を抑える必要がある。この再利用は、偏向コイルの磁場のエネルギーをコンデンサに転送することで行われる。[ 212 ]水平偏向コイルの電圧は、電子ビームが画面の左側にあるときは負、右側にあるときは正である。偏向に必要なエネルギーは電子のエネルギーに依存する。[ 292 ]エネルギー（電圧および／または電流）の高い電子ビームは、偏向に必要なエネルギーも大きく、[ 140 ]より高い画像輝度を実現するために使用される。[ 293 ] [ 294 ] [ 203 ]

静電偏向

主にオシロスコープに用いられる。偏向は、水平偏向用と垂直偏向用の2組のプレートに電圧を印加することで行われる。電子ビームは、一対のプレート間の電圧差を変化させることで制御される。例えば、垂直偏向プレートの上側のプレートに電圧を印加し、下側のプレートの電圧を0ボルトに維持すると、電子ビームは画面の上部に向かって偏向される。下側のプレートの電圧を0ボルトに維持したまま上側のプレートの電圧を上昇させると、電子ビームは画面内のより高い位置（より大きな偏向角）に偏向される。水平偏向プレートについても同様である。一対のプレートの長さとプレート間の距離を長くすることでも、偏向角を大きくすることができる。[ 295 ]

バーンイン

焼き付きとは、CRTの画面に画像が物理的に「焼き付く」現象です。これは、蛍光体への長時間の電子衝撃による劣化によって発生し、固定画像やロゴを画面に長時間表示したままにしておくと「ゴースト」画像のように現れます。深刻な場合には、CRTの電源がオフになっている状態でも焼き付きが起こります。この問題に対処するため、コンピューターではスクリーンセーバーが使用され、焼き付きを最小限に抑えています。[ 296 ]焼き付きはCRTに限った現象ではなく、プラズマディスプレイや有機ELディスプレイでも発生します。

避難

CRT の部分真空は 0.01 パスカル (1 × 10 −7  atm) [ 297 ]～ 0.1 マイクロパスカル (1 × 10 −12  atm) 以下[ 298 ]に保たれており、ベーキングまたはベイクアウトと呼ばれるプロセスで、約 375～475 °C のオーブンで排気または排出されます。[ 299 ]また、排気プロセスでは、CRT 内部の材料からガスが放出され、蛍光体を塗布するために使用されるポリビニルアルコールなどの他の材料が分解されます。[ 300 ]加熱と冷却は、応力の発生、ガラスの硬化、ひび割れを防ぐために徐々に行われます。オーブンによって CRT 内部のガスが加熱され、ガス分子の速度が上昇して、真空ポンプによって引き出される可能性が高くなります。 CRTの温度はオーブンの温度より低く保たれ、CRTが400℃に達した直後からオーブンは冷却を開始するか、またはCRTは400℃を超える温度に15～55分間保たれる。CRTは真空引き中または真空引き後に加熱され、その熱は同時にCRT内のフリットを溶かし、スクリーンとファンネルを接合するのに使用された可能性がある。[ 301 ] [ 302 ] [ 303 ]使用されるポンプはターボ分子ポンプまたは拡散ポンプである。[ 304 ] [ 305 ] [ 306 ] [ 307 ]以前は水銀真空ポンプも使用されていた。[ 308 ] [ 309 ]ベーキング後、CRTは真空ポンプから切り離される（「密閉またはチップオフ」される）。[ 310 ] [ 311 ] [ 312 ]ゲッターはRF（誘導）コイルを用いて点火されます。ゲッターは通常、CRTのファンネルまたはネック部分にあります。[ 313 ] [ 314 ]ゲッター材料はバリウム系であることが多く、RFコイルによる加熱（材料内部の発熱と組み合わされる場合もあります）によって蒸発する残留ガス粒子を捕捉します。蒸気はCRTを満たし、遭遇したガス分子を捕捉してCRTの内側に凝縮し、捕捉されたガス分子を含む層を形成します。水素バリウム蒸気を拡散させるために、材料中に含まれるバリウムが含まれる場合があります。材料は1000℃以上に加熱され、蒸発します。[ 315 ] [ 316 ] [ 236 ] CRT内の真空が部分的に失われると、画像がぼやけたり、CRTのネック部分が青く光ったり、フラッシュオーバーが発生したり、陰極からの放射が失われたり、フォーカスに問題が生じたりすることがあります。[ 167 ]

再建

CRTはかつて再生、つまり修理または改修されていました。再生工程には、CRTの分解、電子銃の分解と修理または交換、蛍光体とアクアダグの除去と再付着などが含まれていました。CRTは高価で消耗が早く、修理する価値があったため、再生は1960年代まで一般的でした。[ 313 ]米国で最後のCRT再生業者は2010年に閉鎖され、[ 317 ]ヨーロッパで最後の再生業者であったフランスに拠点を置いていたRACSは2013年に閉鎖されました。[ 318 ]

再活性化

再生とも呼ばれるこの方法は、摩耗したCRTの明るさを一時的に回復させることを目的としている。これは、カソードヒーターの電圧と電子銃の制御グリッドの電流と電圧を手動で慎重に増加させることで行われることが多い。[ 319 ]一部の再生装置では、ヒーターとカソード間の短絡を、短絡部に容量性放電を流すことで修復することもできる。[ 233 ]

リン光体

CRT内の蛍光体は真空中にあるため二次電子を放出します。二次電子はCRTの陽極によって収集されます。[ 202 ]蛍光体によって生成された二次電子は、画面内に電荷が発生するのを防ぐために収集する必要があります。電荷は電子ビームを反発するため、画像 の輝度が低下します[ 22 ] 。

CRTに使用される蛍光体には希土類金属が含まれることが多く、[ 320 ] [ 321 ] [ 296 ]、初期の調光蛍光体に取って代わりました。初期の赤色および緑色の蛍光体にはカドミウムが含まれていました[ 322 ]また、一部の白黒CRT蛍光体には亜鉛ベリリウムケイ酸塩の形でベリリウムも含まれていました[ 51 ]が、カドミウム、亜鉛、マグネシウムに加え、銀、銅、またはマンガンをドーパントとして含む白色蛍光体も使用されていました[ 22 ] 。CRTに使用される希土類蛍光体は、初期の蛍光体よりも効率的（より多くの光を生成する）です[ 323 ] 。蛍光体はファンデルワールス力と静電気力によってスクリーンに付着します。より小さな粒子で構成される蛍光体は、スクリーンに強く付着します。蛍光体と、光にじみを防ぐために使用される炭素（カラーCRTの場合）は、引っ掻くことで簡単に除去できます[ 145 ] [ 324 ]

CRT用には数十種類の蛍光体がありました。[ 325 ]蛍光体は、色、持続性、輝度の上昇と下降曲線、陽極電圧による色（透過型CRT用蛍光体の場合）、用途、化学組成、安全性、焼き付きに対する感受性、二次放出特性によって分類されました。[ 326 ]希土類蛍光体の例としては、赤色用の酸化イットリウム[ 327 ]とビームインデックス管の青色用のイットリウムシリサイド[ 328 ]があり、初期の蛍光体の例としては、赤色用の硫化銅カドミウム、

SMPTE-C蛍光体は、同名の色空間を定義するSMPTE-C規格で定義された特性を持つ。この規格は正確な色再現を優先しているが、NTSCとPALカラーシステムで使用される蛍光体と色空間が異なるため、正確な色再現は困難であった。PAL方式のテレビは、飽和した緑色蛍光体を使用しているため、主観的に優れた色再現性を実現している。PAL方式では、フレームレートが低いため蛍光体の減衰時間が長いため、比較的長い減衰時間も許容される。SMPTE-C蛍光体は、業務用ビデオモニターに使用されていた。[ 329 ] [ 330 ]

モノクロおよびカラーCRTの蛍光体コーティングの裏側には、光を前方に反射するアルミニウムコーティングが施されている場合があります。これは、蛍光体上のマイナスイオンによるイオン焼けを防ぐイオン保護機能、蛍光体への電子の衝突によって発生する熱の管理、[ 331 ]スクリーンから電子をはじく静電気の蓄積を防ぐ機能、アノードの一部を形成して、電子ビームが当たった後にスクリーン内の蛍光体によって発生した二次電子を収集し、電子に戻る経路を提供する機能があります。[ 332 ] [ 150 ] [ 333 ] [ 331 ] [ 22 ]電子ビームは、スクリーン上の蛍光体に当たる前にアルミニウムコーティングを通過します。アルミニウムは、電子ビーム電圧を約1 kV減衰させます。[ 334 ] [ 22 ] [ 326 ]蛍光体の表面粗さを減らすために、蛍光体にフィルムやラッカーを塗布することがあります。これにより、アルミニウムコーティングの表面が均一になり、スクリーンのガラスとの接触を防ぐことができます。[ 335 ] [ 336 ]これはフィルミングとして知られています。[ 182 ]ラッカーには後で蒸発する溶剤が含まれています。ラッカーを化学的に粗くして、溶剤を逃がすための穴のあるアルミニウムコーティングを作成することもできます。[ 336 ]

リン光体の持続性

測定や表示用途のニーズに応じて、様々な蛍光体が利用可能です。照明の明るさ、色、および残光は、CRT画面に使用される蛍光体の種類によって異なります。蛍光体の残光時間は、1マイクロ秒未満から数秒までの範囲で利用可能です。[ 337 ]短時間の過渡現象を視覚的に観察するには、長時間残光性の蛍光体が望ましい場合があります。高速で反復的な現象、または高頻度の現象には、一般的に短時間残光性の蛍光体が適しています。[ 338 ]蛍光体の残光時間は、高リフレッシュレートでのスミアリングやゴーストアーティファクトを回避するために十分に低くなければなりません。[ 118 ]

制限と回避策

開花

陽極電圧の変動は、ブルーミング、収縮、画像の拡大・縮小に加えて、画像の一部または全体の明るさの変動につながる可能性があります。電圧が低いとブルーミングと拡大が起こり、電圧が高いと逆の現象が起こります。[ 339 ] [ 340 ]ブルーミングはある程度は避けられず、画像の明るい部分が拡大、歪曲、または周囲の暗い部分を押しのけるように現れます。ブルーミングは、明るい部分では電子銃からの電子ビーム電流が高くなり、ビームが広くなり焦点を合わせるのが難しいために発生します。電圧調整が不十分だと、電子ビーム電流の増加に伴って焦点と陽極電圧が低下します。[ 162 ]

ドーム

ドーミングは、一部のCRTテレビで見られる現象で、シャドウマスクの一部が加熱されます。この現象が発生するテレビでは、主に高コントラストのシーンで、主に暗いシーンの中に局所的に明るい点が1つ以上ある場合に発生します。電子ビームがこれらの領域に当たると、シャドウマスクは不均一に加熱されます。この熱差によってシャドウマスクが歪み、電子銃が誤った色の蛍光体に当たることで、影響を受けた領域に誤った色が表示されます。[ 341 ]熱膨張により、シャドウマスクは約100ミクロン膨張します。[ 342 ] [ 343 ] [ 344 ] [ 345 ]

通常の動作中、シャドウマスクは約 80～90 °C に加熱されます。[ 346 ]画像の明るい領域は暗い領域よりもシャドウマスクを加熱するため、シャドウマスクの加熱が不均一になり、電子ビーム電流の増加による加熱で熱膨張が生じて反り（ブルーミング）が生じます。[ 347 ] [ 348 ]シャドウマスクは通常スチール製ですが、インバー[ 123 ]（低熱膨張のニッケル鉄合金）で作ることもできます。インバーは従来のマスクの 2～3 倍の電流に耐え、目立った反りがなく[ 118 ] [ 349 ] [ 68 ]、高解像度の CRT を実現しやすくなります。[ 350 ]ブルーミングを抑制するために、シャドウマスクに熱を放散させるコーティングを施すことがあります[ 351 ] [ 352 ]この処理は黒化と呼ばれます。[ 353 ] [ 354 ]

バイメタルスプリングは、テレビに使われるブラウン管で、電子ビームがシャドウマスクを加熱して熱膨張を引き起こし、反りを補正するために使用されることがある。[ 67 ]シャドウマスクは、ファンネルまたはスクリーンガラスにそれぞれ融合された金属片[ 355 ]またはレールまたはフレーム[ 356 ] [ 357 ] [ 358 ]を使用してスクリーンに取り付けられ、[ 262 ]シャドウマスクを張った状態で保持して反りを最小限に抑え（マスクが平らで、フラットスクリーンのCRTコンピューターモニターに使用されている場合）、画像の明るさとコントラストを高めることができる。

アパーチャーグリルスクリーンは、より多くの電子を通過させるため明るくなりますが、支持ワイヤーが必要になります。また、反りにも強いです。[ 118 ]カラーCRTは、シャドウマスクが電子ビームの大部分を遮るため、同じ明るさを得るためにモノクロCRTよりも高い陽極電圧が必要です。スロットマスク[ 52 ]、特にアパーチャーグリルは、それほど多くの電子を遮らないため、同じ陽極電圧でより明るい画像が得られますが、アパーチャーグリルCRTは重くなります。[ 123 ]シャドウマスクは電子ビームの[ 359 ] 80～85% [ 347 ] [ 346 ]を遮りますが、アパーチャーグリルはより多くの電子を通過させます。[ 360 ]

高電圧

画像の明るさは陽極電圧とCRTのサイズに関係するため、画面サイズが大きいほど[ 361 ]、画像輝度が高いほど高い電圧が必要になります。画像の明るさは電子ビームの電流によっても制御されます。[ 241 ]陽極電圧と電子ビームの電流値が高いほど、電子の速度とエネルギーが高くなるため、X線量と発熱量も増加します。[ 162 ]鉛ガラスと特殊なバリウムストロンチウムガラスは、ほとんどのX線放射を遮断するために使用されます。

サイズ

ソニー PVM-4300 を上から見た図。スケールとして三毛猫を添えて。
ソニー PVM-4300を上から見た図。スケールとして三毛猫を添えて。

CRTのサイズの実際的な制限は、真空を安全に維持するために必要な厚いガラスの重量です。[ 362 ] CRTの外部は大気圧に晒されており、例えば27インチ（400 平方インチ）の画面では合計5,800ポンド力（26,000 ニュートン）になります。[ 363 ]例えば、大型の43インチソニーPVM-4300の重量は440 ポンドまたは200  kgで、[ 364 ] 32インチCRT（最大163ポンドまたは74 kg）や19インチCRT（最大60ポンドまたは27 kg）よりもはるかに重いです。はるかに軽いフラットパネルテレビは、32インチで約18ポンド（8.2 kg）、19インチで6.5ポンド（2.9 kg）しかありません。[ 365 ]

サイズは陽極電圧によっても制限されます。画像の明るさを犠牲にせずにアーク放電とそれによる電気損失やオゾン発生を 防ぐには、より高い誘電強度が必要になるためです。

シャドウマスクは解像度とサイズが大きくなるにつれて作成が難しくなります。[ 350 ]

たわみによる制限

偏向角、解像度、リフレッシュ レートが高い場合 (高解像度とリフレッシュ レートが高いほど、水平偏向コイルにかなり高い周波数を適用する必要があるため)、電子ビームをより高い角度で動かす必要があるため偏向ヨークが大量の熱を発生し始め、その結果、指数関数的に大きな電力が必要になります。 たとえば、偏向角を 90° から 120° に増やすには、ヨークの消費電力も 40 ワットから 80 ワットに増加する必要があり、さらに偏向角を 120° から 150° に増やすには、偏向電力を再び 80 ワットから 160 ワットに増やす必要があります。このため、通常、特定の偏向角、解像度、リフレッシュ レートを超える CRT は実用的ではありません。これは、表皮効果、表面損失、渦電流損失による抵抗によってコイルが過剰な熱を発生するため、および/またはコイルの下のガラスが導電性になる可能性があるため (ガラスの電気伝導性は温度の上昇とともに増加するため)、CRT が非実用的になるからです。一部の偏向ヨークは、動作によって発生する熱を放散するように設計されている。[ 122 ] [ 366 ] [ 290 ] [ 367 ] [ 368 ] [ 369 ]カラーCRTの偏向角が大きいと、画面の隅のコンバージェンスに直接影響するため、電子ビームの電力と形状を調整するための追加の補正回路が必要になり、コストと消費電力が増加する。[ 370 ] [ 371 ]偏向角が大きいほど、一定サイズのCRTは薄型化できるが、CRTエンベロープ、特にパネル、パネルとファンネル間のシール、ファンネルに、より大きなストレスがかかる。ファンネルは、ストレスを最小限に抑えるのに十分な長さである必要がある。ファンネルが長いほど、ストレスの少ない形状にできるからである。[ 106 ] [ 372 ]

他の技術との比較

比較の決定的なポイントの1つ

  • LCDのCRTに対する利点：かさばらず、消費電力と発熱が少ない、リフレッシュレートが高い（最大360Hz）[ 373 ]
  • CRTのLCDに対する利点：色再現性の向上、モーションブラーの低減、多くのモニターでマルチシンク機能の利用、入力遅延の低減[ 103 ]
  • OLEDのCRTに対する利点：小型、色再現性は同等、[ 103 ]、コントラスト比は高い、リフレッシュレートは同等（60Hz以上、最大120Hz）[ 374 ] [ 375 ] [ 376 ]（コンピューターモニターを除く）。[ 377 ]

CRTでは、リフレッシュレートは解像度に依存しますが、どちらも最終的にはCRTの最大水平走査周波数によって制限されます。モーションブラーは蛍光体の減衰時間にも依存します。特定のリフレッシュレートに対して蛍光体の減衰が遅すぎると、画像にスミアやモーションブラーが発生する可能性があります。実際には、CRTのリフレッシュレートは160 Hzに制限されています。[ 378 ] OLED（デュアルレイヤー、ミニLED LCD）と競合できるLCDは高リフレッシュレートでは利用できませんが、量子ドットLCD（QLED）は高リフレッシュレート（最大144 Hz）で利用でき、 [ 379 ]色再現性においてOLEDと競合できます。[ 380 ]

CRTモニターは、CRTとモニターのディスプレイコネクタの間で信号処理が行われないため、入力遅延の点ではLCDモニターやOLEDモニターよりも優れています。CRTモニターは、CRTに直接供給できるアナログ信号を提供するVGAを使用することが多いためです。CRT用に設計されたビデオカードには、CRTに必要なアナログ信号を生成するためのRAMDACが搭載されている場合があります。 [ 381 ] [ 10 ]また、CRTモニターは、多くの場合、複数の解像度で鮮明な画像を表示することができ、この機能はマルチシンクとして知られています。[ 382 ]これらの理由から、CRTは、その大きさ、重さ、発熱にもかかわらず、2000年代初頭以前に作られたビデオゲームのプレイに好まれることが多く、一部の技術は、現代のディスプレイの機能性を考慮して構築されていないため、動作するためにCRTを必要とします。[ 383 ] [ 103 ]

CRTはフラットパネルディスプレイよりも耐久性が高い傾向がありますが[ 10 ] 、同様の耐久性を持つ特殊なLCDも存在します。

種類

CRTは、ブラウン管と表示管の2つの主要なカテゴリで製造されました。[ 74 ]ブラウン管はテレビで使用され、表示管はコンピュータモニターで使用されました。表示管は解像度が高く、コンピュータモニターに使用される場合は調整可能なオーバースキャン、[ 384 ] [ 385 ]またはアンダースキャンがあることもありました。[ 386 ] [ 387 ] ブラウン管CRTにはオーバースキャンがあり、画像の実際の端は表示されません。これは、CRTテレビ間の調整のばらつきを許容し、ブルーミングによる画像のギザギザの端が画面に表示されるのを防ぐために意図的に設けられています。シャドウマスクには、オーバースキャンのために画面に当たらない電子を反射する溝がある場合があります。[ 388 ] [ 118 ]テレビで使用されていたカラーブラウン管はCPTとも呼ばれていました。[ 389 ] CRTはブラウン管と呼ばれることもあります。[ 390 ] [ 391 ]

モノクロCRT

アルミニウムコーティングを施したモノクロCRT。黒のマットコーティングはアクアダグです。
モノクロCRTのネック部分にある偏向ヨーク。2組の偏向コイルを備えている。

CRT が白黒 (B&W またはモノクローム) の場合、ネック部分に電子銃が 1 つあり、ファンネルの内側には蒸着されたアルミニウムがコーティングされています。アルミニウムは真空状態で蒸発させ、CRT の内側で凝結させます。これは多くの場合、CRT を特殊な機械に入れて CRT 内を真空にし、アルミニウム片を囲むヒーターを使用して CRT 内のアルミニウムを蒸発させ、真空を解放することで実行されました。[ 182 ]アルミニウムを使用すると、リン光体上でのイオンの焼けを防ぐために必要なイオン トラップが不要になるだけでなく、リン光体によって生成された光をスクリーンに向かって反射し、熱を管理し、電子を吸収して電子の戻り経路を提供します。以前は、ファンネルの内側はアクアダグでコーティングされていました。これはペイントのように塗布できるため使用されていました。[ 172 ]リン光体はコーティングされていませんでした。[ 22 ] 1950年代には、CRTにアルミニウムが使用されるようになり、蛍光体を含むCRTの内側をコーティングしました。これにより、CRT内部で失われるはずの光をアルミニウムがCRTの外側に反射するため、画像の明るさも向上しました。[ 22 ] [ 392 ] [ 393 ] [ 394 ]アルミニウムコーティングされたモノクロCRTでは、外側にアクアダグが使用されています。ファンネルとスクリーンを覆う単一のアルミニウムコーティングが施されています。[ 182 ]

スクリーン、ファンネル、ネック部分は、おそらく鉛エナメルシールを使用して、1つのエンベロープに融合され、ファンネルに穴が開けられ、その上に陽極キャップが取り付けられ、その後、蛍光体、アクアダグ、アルミニウムが塗布される。[ 70 ]以前のモノクロCRTでは、磁石を必要とするイオントラップが使用されていた。磁石は、偏向しにくいイオンから電子を偏向させるために使用され、電子は通過させながら、イオンは電子銃内の金属板に衝突した。[ 395 ] [ 167 ] [ 331 ]イオンバーンは、蛍光体の早期摩耗を引き起こす。イオンは電子よりも偏向しにくいため、イオンバーンは画面の中央に黒い点を残す。[ 167 ] [ 331 ]

内側のアクアダグコーティングまたはアルミニウムコーティングは陽極として機能し、電子をスクリーンに向かって加速し、スクリーンに衝突した後に電子を収集するとともに、外側のアクアダグコーティングと相まってコンデンサーとして機能します。スクリーンには均一な単一の蛍光体コーティングが施されており、シャドウマスクはないため、技術的には解像度の制限はありません。[ 396 ] [ 174 ] [ 397 ]

モノクロCRTでは、電子ビームの中心を調整するためにリング磁石が使用され、画像の形状を調整するために偏向ヨークの周りの磁石が使用されることがある。[ 282 ] [ 398 ]

モノクロCRTの電源を切ると、画面自体が中央の小さな白い点に収縮し、同時に電子銃によって発光する蛍光体も消えます。この点が消えるまでにはしばらく時間がかかることがあります。[ 399 ]

  • アルミニウムなし、アクアダグのみの古いモノクロCRT[400]
    旧式のモノクロCRT [ 400 ]アルミニウムなし、アクアダグのみ
  • モノクロCRTの電子銃
    モノクロCRTの電子銃

カラーCRT

デルタガンシャドウマスクカラーCRTの拡大図
左：インライン型蛍光体トライアド（スロットマスク）CRTの拡大図。右：デルタガン型蛍光体トライアドの拡大図。
トリニトロン（アパーチャーグリル）カラーCRTの拡大図。細い水平支持ワイヤーが見える。
CRTトライアドとマスクの種類
一般的なCRTを構成する青、緑、赤の蛍光体のスペクトル
カラーブラウン管テレビのインライン電子銃

カラーCRTは、それぞれ赤、緑、青の光を発する3種類の蛍光体を使用しています。これらの蛍光体は、アパーチャーグリルのようにストライプ状に、またはシャドウマスクCRTのように「トライアド」と呼ばれるクラスター状に配置されています。 [ 401 ] [ 402 ]

カラーCRTには、赤、緑、青の各原色に対応する3つの電子銃があり、これらは直線（インライン）または正三角形（通常、銃は1つのユニットとして構築される）に配置されています。[ 195 ] [ 275 ] [ 403 ] [ 404 ] [ 405 ]三角形の構成は、ギリシャ文字のデルタ（Δ）の形状との関係に基づいて、デルタ銃と呼ばれることがよくあります。蛍光体の配置は、電子銃の配置と同じです。[ 195 ] [ 406 ]グリルまたはマスクは、間違った蛍光体に当たるはずだった電子を吸収します。[ 407 ]

シャドウマスク管は、小さな穴が開いた金属板を使用します。この穴は通常デルタ配置で、電子ビームが管の表面にある正しい蛍光体のみを照射するように配置されています。 [ 401 ]他のすべての電子は遮断されます。[ 107 ]穴の代わりにスロットを使用するシャドウマスクは、スロットマスクとして知られています。[ 10 ]穴またはスロットはテーパー状になっています[ 408 ] [ 409 ]ので、穴の内側に当たった電子は、吸収されない場合（たとえば、局所的な電荷蓄積により）は反射され、穴を通過してスクリーン上のランダムな（間違った）場所に当たることはありません。別のタイプのカラーCRT（トリニトロン）は、張力のある垂直ワイヤでできたアパーチャグリルを使用して同じ結果を得ています。[ 407 ]シャドウマスクには、トライアドごとに1つの穴があります。[ 195 ]シャドウマスクは通常、 スクリーンの1 ⁄ 2インチ後ろにあります。 [ 123 ]

トリニトロンCRTは、3つのカソードを持つ単一の電子銃、より多くの電子を通過させるアパーチャグリル（アパーチャグリルは電子をあまり遮らないため画像の明るさが増す）、そして曲面スクリーンではなく垂直円筒形のスクリーンを備えている点で、他のカラーCRTとは異なっていた。[ 410 ]

3つの電子銃はネック部分（トリニトロンを除く）に配置されており、画面上の赤、緑、青の蛍光体は黒いグリッドまたはマトリックス（東芝ではブラックストライプと呼んでいる）によって分離されている場合がある。[ 69 ]

ファンネルの両面にはアクアダグがコーティングされており、スクリーンには真空中で別途アルミニウムコーティングが施されている。[ 195 ] [ 122 ]このコーティングは、蛍光体コーティングを塗布した後に、電子銃に面して蒸着される。[ 411 ] [ 412 ]アルミニウムコーティングは、蛍光体をイオンから保護し、二次電子を吸収して戻り経路を提供し、電子がスクリーンを静電気で帯電して電子を反発し画像の輝度を低下させるのを防ぎ、蛍光体からの光を前方に反射して熱を管理する。また、内側のアクアダグコーティングとともにCRTの陽極としても機能する。内側コーティングはスプリングを使用して電子銃の電極に電気的に接続され、最終的に陽極を形成する。[ 196 ] [ 195 ]外側のアクアダグコーティングは、一連のスプリングまたはアクアダグと接触するハーネスを使用して接地される場合がある。 [ 413 ] [ 414 ]

シャドウマスク

シャドウマスクは、本来であれば間違った蛍光体ドットに当たるはずの電子を吸収または反射し、[ 397 ]色純度の問題（画像の変色）を引き起こします。言い換えれば、シャドウマスクは正しく設置されていれば、色純度の確保に役立ちます。[ 195 ]電子がシャドウマスクに当たると、そのエネルギーは熱とX線として放出されます。例えば、陽極電圧が高すぎるなどして電子のエネルギーが過剰になると、シャドウマスクが熱によって歪む可能性があります。これは、CRTのフェースプレートとファンネル間のフリットシールを約435℃で焼成するレーア焼成時にも発生する可能性があります。[ 359 ] [ 415 ]

1970年代には、テレビのシャドウマスクはスロットマスクに置き換えられました。スロットマスクはより多くの電子を通過させ、画像の明るさを向上させるためです。シャドウマスクはCRTの陽極に電気的に接続される場合があります。[ 416 ] [ 52 ] [ 417 ] [ 418 ]トリニトロンは、3つの電子銃の代わりに3つの陰極を持つ単一の電子銃を使用していました。ソニーのトリニトロン、三菱のダイヤモンドトロン、NECのクロマクリアを除き、CRT PCモニターは通常シャドウマスクを使用します。トリニトロンとダイヤモンドトロンはアパーチャグリルを使用し、クロマクリアはスロットマスクを使用します。一部のシャドウマスクCRTには、発光に使用する電子ビームよりも直径が小さいカラー蛍光体が搭載されており、[ 419 ]蛍光体全体を覆い、画像の明るさを向上させることを目的としています。[ 420 ]シャドウマスクは、湾曲した形状にプレスされることもあります。[ 421 ] [ 422 ] [ 423 ]

スクリーン製造

初期のカラーCRTにはブラックマトリクスがなかったが、これは1969年にゼニス、1970年にパナソニックによって導入された。[ 420 ] [ 424 ] [ 139 ]ブラックマトリクスは蛍光体ドットを互いに分離するため、電子ビームの一部がブラックマトリクスに接触し、蛍光体から他の蛍光体への光漏れを防ぐ。これはシャドウマスクの歪みによっても必要となる。[ 69 ] [ 419 ]光漏れは、迷走電子が誤った蛍光体ドットに衝突することで発生する可能性がある。高解像度およびリフレッシュレートでは、蛍光体はごくわずかなエネルギーしか受け取らないため、画像の明るさが制限される。[ 350 ]

ブラックマトリックスの形成にはいくつかの方法が用いられた。一つの方法は、二クロム酸エステル増感ポリビニルアルコールフォトレジストなどのフォトレジストをスクリーンに塗布し、乾燥させて露光する。未露光部分を除去し、スクリーン全体にコロイド状グラファイトを塗布して炭素膜を形成する。次に、過酸化水素を用いて残りのフォトレジストとその上の炭素を除去し、ブラックマトリックスを形成する穴を開ける。フォトレジストはスクリーンへの十分な密着性を確保するために適切な厚さにする必要があり、また、穴が小さすぎたり大きすぎたりして光の回折によって縁がギザギザになったりしないように露光工程を制御する必要があった。これは最終的に大型カラーCRTの最大解像度を制限するものであった。[ 419 ]次に、上記の方法を用いて穴に蛍光体を充填した。別の方法は、光に当たるとスクリーンに付着する芳香族ジアゾニウム塩に分散した蛍光体を使用する。蛍光体を塗布し、露光してスクリーンに付着させるという工程を、各色ごとに1回ずつ繰り返した。次に、画面全体に光を当てながら残りの部分にカーボンを塗布してブラックマトリックスを形成し、水性ポリマー溶液を用いた固定処理を画面に適用して、蛍光体とブラックマトリックスを耐水性にした。[ 424 ]ブラックマトリックスには、カーボンの代わりに黒クロムが使用されることもある。[ 419 ]他の方法も使用された。[ 425 ] [ 426 ] [ 427 ] [ 428 ]

蛍光体はフォトリソグラフィーを用いて塗布される。スクリーンの内側には、PVAフォトレジストスラリーに分散された蛍光体粒子が塗布され、[ 429 ] [ 430 ]赤外線で乾燥され、[ 431 ]露光・現像される。露光は、CRTの色純度を達成するために、補正レンズ付きの紫外線光源を用いた「ライトハウス」を用いて行われる。バネ式クリップ付きの取り外し可能なシャドウマスクがフォトマスクとして使用される。このプロセスはすべての色で繰り返される。通常、緑の蛍光体が最初に塗布される。[ 195 ] [ 432 ] [ 433 ] [ 434 ]蛍光体の塗布後、スクリーン上に残留している可能性のある有機化学物質（蛍光体を堆積するために使用されたPVAなど）を除去するために、スクリーンは焼成される。[ 424 ] [ 435 ]あるいは、蛍光体を真空チャンバー内で蒸発させて画面上に凝縮させ、非常に均一なコーティングを形成することによって塗布することもできる。[ 242 ]初期のカラーCRTでは、蛍光体はシルクスクリーン印刷で蒸着されていた。[ 44 ]蛍光体の上には（視聴者に面して）カラーフィルターが取り付けられていたり、蛍光体から放出される色の顔料が含まれていたり、[ 436 ] [ 321 ]あるいは、色の純度と再現性を向上させながらグレアを低減するためにカラーフィルターに封入されていたりする。[ 433 ] [ 418 ]このような技術は、東芝がマイクロフィルターというブランド名で販売していた。[ 437 ]光量が不足して露出不足になると、画面への蛍光体の密着性が悪くなり、高解像度に必要な小さな蛍光体ドットがサイズが小さいため十分な光を受け取ることができず、CRTの最大解像度が制限される。[ 438 ]

スクリーンに蛍光体とアルミニウムを塗布し、その上にシャドウマスクを取り付けた後、重量比で 65～88% の酸化鉛を含むガラスフリットを使用してスクリーンをファンネルに接着します。酸化鉛は、ガラスフリットの融点を低くするために必要です。フリットを安定化させるために酸化ホウ素 (III) も存在し、フリットの熱膨張を制御するためにアルミナ粉末がフィラー粉末として使用されます。[ 439 ] [ 156 ] [ 6 ]フリットは、酢酸アミルまたはアルキルメタクリレートモノマーを含むポリマーに、ポリマーとモノマーを溶解する有機溶媒とともにフリット粒子を懸濁させたペーストとして塗布できます。 [ 440 ] [ 441 ]次に、CRT をオーブンで焼き、フリットを硬化させてファンネルとスクリーンを密閉します。フリットには大量の鉛が含まれるため、カラー CRT にはモノクロ CRT よりも多くの鉛が含まれます。一方、モノクロCRTではフリットは不要です。ファンネルとスクリーンの縁をガス炎で溶かして接合することで、ファンネルをガラスに直接溶着することができます[ 107 ]。カラーCRTでは、フリットは溶着工程でシャドウマスクとスクリーンが変形するのを防ぐために使用されます。スクリーンの縁と、スクリーンと接合するCRTのファンネルの縁は決して溶けません[ 195 ] 。フリットペーストを塗布する前に、ファンネルとスクリーンの縁にプライマーを塗布して接着性を高めることもあります。[ 442 ]レーアベークは、CRTを徐々に加熱し、435～475℃の温度に達するまで冷却するいくつかの連続したステップで構成されています[ 440 ]（他の情報源では440℃などの異なる温度が記載されている場合があります）[ 443 ]レーアベークの後、CRTは空気または窒素でフラッシュされて汚染物質が除去され、電子銃がCRTのネック部分に挿入されて密封され、CRT上に真空が形成されます[ 444 ] [ 217 ]

カラーCRTのコンバージェンスと純度

CRT を経済的に製造できる寸法精度の制限により、電子銃軸と銃開口部の位置、シャドウマスク開口部などの幾何学的構成だけに基づいて、3 本の電子ビームを各色の蛍光体に適切に調整して当てることができるカラー CRT を製造することは、実際には不可能でした。シャドウマスクは、1 本のビームが特定の色の蛍光体のスポットにのみ当たることを保証しますが、個々の CRT 間で内部部品の物理的な配置がわずかに異なると、シャドウマスクを通過するビームの正確な配置にばらつきが生じ、個々のチューブ間のばらつきを個別に補正しない限り、たとえば赤色のビームからの電子の一部が青色の蛍光体に当たる可能性があります。

色収束と色純度は、この問題の2つの側面である。第1に、正しい色再現のためには、ビームがスクリーン上のどこで偏向されるかに関係なく、3本すべてのビームがシャドウマスク上の同じ場所に当たる（そして名目上同じ穴またはスロットを通過する）ことが必要である。これを収束と呼ぶ。[ 445 ]より正確には、スクリーン中央（ヨークによって偏向フィールドが適用されない）での収束は静的収束と呼ばれ、スクリーンの残りの領域（特に端と角）での収束は動的収束と呼ばれる。[ 124 ]ビームはスクリーン中央で収束しても、端に向かって偏向されるにつれて互いに逸れることがある。このようなCRTは、静的収束は良好だが動的収束が悪いと言われる。第2に、各ビームは、照射しようとする色の蛍光体だけに照射され、他の色には照射されてはならない。これを純度と呼ぶ。コンバージェンスと同様に、静的純度と動的純度があり、「静的」と「動的」の意味はコンバージェンスと同じです。コンバージェンスと純度は異なるパラメータです。CRTは純度は良好でもコンバージェンスが低い場合があり、その逆もあります。コンバージェンスが低いと、画面上の画像が位置ずれの生じた凹版印刷で印刷されたかのように、画面のエッジや輪郭に沿って色の「影」や「ゴースト」が発生します。純度が低いと、画面上の物体はエッジが鮮明なまま、色落ちして表示されます。純度とコンバージェンスの問題は、画面の同じ領域または異なる領域、あるいは画面全体で同時に発生する可能性があり、また、画面の異なる部分で均一に発生する場合もあれば、程度が異なる場合があります。

ブラウン管テレビに使用されている磁石。画像の歪みにご注意ください。

静的コンバージェンスと純度の問題に対する解決策は、CRT のネックの周囲に取り付けられた一連のカラー アライメント リング磁石です。[ 446 ]これらの可動式の弱い永久磁石は、通常、偏向ヨーク アセンブリの後端に取り付けられ、未調整の管に固有の静的純度とコンバージェンスの誤差を補正するように工場で設定されています。通常、磁性材料を含浸させたプラスチック製のリング状の磁石が 2 組または 3 組あり、その磁場は電子銃の軸に垂直な磁石の平面と平行になります。多くの場合、1 組のリングは 2 極、もう 1 組は 4 極、残りの 1 組は 6 極です。[ 447 ]各磁気リングのペアは単一の有効磁石を形成し、その磁場ベクトルは完全に自由に調整できます (方向と大きさの両方)。1 組の磁石を互いに回転させることにより、相対的な磁場アライメントを変化させ、ペアの有効磁場強度を調整できます。 (磁石が互いに対して回転すると、各磁石の磁場は直角に 2 つの反対の成分を持つとみなされ、これら 4 つの成分 [磁石 2 つにつき 2 つ] が 2 組を形成し、1 つの組は互いを強め合い、もう 1 つの組は互いに反対で打ち消し合います。一直線から遠ざかると、磁石の相互に強め合う磁場成分は減少し、反対で互いに打ち消し合う成分が増加します。) 一対の磁石を一緒に回転させて、それらの相対角度を維持すると、それらの集合的な磁場の方向を変えることができます。全体として、すべての収束/純度磁石を調整することにより、微調整されたわずかな電子ビーム偏向または横方向のオフセットを適用することができ、これにより、較正されていない管に固有のわずかな静的収束および純度エラーが補正されます。一度設置されると、これらの磁石は通常は接着されて固定されますが、通常は必要に応じて現場で取り外して再調整できます (例: テレビ修理店など)。

一部のCRTでは、画面上の特定のポイント（通常は角や端付近）におけるダイナミックコンバージェンスまたはダイナミックピュリティ（純度）の調整のために、固定式の調整可能な磁石が追加されています。ダイナミックコンバージェンスとピュリティのさらなる調整は、通常、受動的な方法では行えず、水平方向のコンバージェンス補正と垂直方向のコンバージェンス補正を行う能動的な補正回路が必要です。この場合、偏向ヨークには、色ごとに2個ずつのコンバージェンスコイルが内蔵されており、これらは同一のコアに巻かれ、コンバージェンス信号が印加されます。つまり、3個ずつ6個のコンバージェンスコイルがグループ分けされ、各グループに2個のコイルが配置され、1つのコイルは水平コンバージェンス補正用、もう1つのコイルは垂直コンバージェンス補正用で、各グループは同じコアを共有します。各グループは互いに120°離れています。ダイナミックコンバージェンスは、CRTの前面とシャドウマスクが球面ではないため、電子ビームの焦点ずれと非点収差を補正するために必要です。CRT画面が球面ではないという事実[ 448 ]は、回路を用いて補正できる幾何学的問題を引き起こします。[ 449 ]コンバージェンスに使用される信号は、垂直出力回路から供給される3つの信号から生成される放物線波形です。放物線信号はコンバージェンスコイルに送られ、他の2つの信号はのこぎり波信号で、放物線信号と混合されることでコンバージェンスに必要な信号が生成されます。抵抗器とダイオードは、コンバージェンス信号が静的コンバージェンスの影響を受けないように、スクリーンの中央に固定するために使用されます。水平コンバージェンス回路と垂直コンバージェンス回路は同様です。各回路には2つの共振器があり、通常1つは15,625 Hz、もう1つは31,250 Hzに調整され、コンバージェンスコイルに送られる信号の周波数を設定します。[ 450 ]動的コンバージェンスは、電子銃内の静電四重極場を使用して実現できます。[ 451 ]動的コンバージェンスとは、電子ビームが偏向コイルとスクリーンの間を完全に直線で移動しないことを意味します。これは、コンバージェンスコイルが電子ビームをスクリーンに合わせて曲げるためです。

コンバージェンス信号は、わずかに正弦波のような外観を持つ鋸歯状信号である場合もあり、正弦波部分は各偏向コイルに直列に接続されたコンデンサによって生成される。この場合、コンバージェンス信号は偏向コイルを駆動するために使用される。信号の正弦波部分により、電子ビームは画面の端付近でよりゆっくりと移動する。コンバージェンス信号を生成するために使用されるコンデンサは、S字コンデンサとして知られている。このタイプのコンバージェンスは、多くのCRTコンピュータモニターの大きな偏向角とフラットスクリーンのために必要となる。S字コンデンサの値はCRTの走査速度に基づいて選択する必要があり、そのためマルチ同期モニターでは、各リフレッシュレートごとに1つずつ、異なるS字コンデンサのセットが必要となる。[ 118 ]

一部のCRTでは、リング磁石（CRTに接着された磁石）のみを使用し、偏向ヨークの位置を変化させることでダイナミックコンバージェンスを実現できる。偏向ヨークの位置は、止めネジ、クランプ、ゴム製のくさびで固定できる。[ 124 ] [ 452 ] 90°偏向角CRTでは、ダイナミックコンバージェンスを使用せずに「セルフコンバージェンス」を採用している場合もある。これは、インライントライアド配置と組み合わせることで、別個のコンバージェンスコイルや関連回路が不要になり、コストと複雑さが軽減される。また、CRTの奥行きも10ミリメートルほど薄くなる。セルフコンバージェンスは「不均一」な磁場によって機能する。110°偏向角CRTではダイナミックコンバージェンスが必須であり、特定の周波数で偏向ヨークに4極巻線を巻くことでダイナミックコンバージェンスを実現することもできる。[ 453 ]

ダイナミックカラーコンバージェンスと純度は、CRTが後期までロングネック（奥行き）で二軸曲面を呈していた主な理由の一つである。これらの幾何学的設計特性は、本質的なパッシブダイナミックカラーコンバージェンスと純度に不可欠である。1990年代に入ってようやく、洗練されたアクティブダイナミックコンバージェンス補正回路が登場し、ショートネックでフラットなCRTも動作するようになった。これらのアクティブ補正回路は、偏向ヨークを用いてビームの偏向を微調整し、ビームターゲットの位置に応じて制御する。同じ技術（および主要な回路部品）により、ディスプレイ画像の回転、スキュー、その他の複雑なラスタージオメトリパラメータを、ユーザーが操作する電子機器を介して調整することも可能になった。[ 118 ]

あるいは、ガンごとに 1 つのリングを配置して、ネックのすぐ外側に配置されたコンバージェンス リングを使用して、ガンを互いに位置合わせ (コンバージェンス) することもできます。リングには N 極と S 極があります。リングは 4 セットあり、1 つは RGB コンバージェンス調整用、2 つ目は赤と青のコンバージェンス調整用、3 つ目は垂直ラスター シフト調整用、4 つ目は純度調整用です。垂直ラスター シフトは、走査線の直線性を調整します。CRT には、CRT の端で正しいコンバージェンスを保証するダイナミック コンバージェンス回路が採用されている場合もあります。パーマロイ磁石を使用して、端でのコンバージェンスを修正することもできます。コンバージェンスは、クロスハッチ (グリッド) パターンを利用して実行されます。[ 454 ] [ 455 ]他の CRT では、リングの代わりに、押し込んだり引き抜いたりする磁石が使用される場合もあります。[ 414 ]初期のカラー CRT では、コンバージェンスを容易にするために、シャドウ マスクの穴は画面の中心から外側に広がるにつれて徐々に小さくなっていきました。[ 420 ]

磁気シールドと消磁

消磁作業中
オシロスコープCRT用ミューメタル磁気シールド

シャドウマスクまたはアパーチャグリルが磁化されると、その磁場によって電子ビームの進路が変わります。その結果、電子ビームが本来の進路をたどらなくなり、意図しない色の蛍光体に当たるため、「色純度」に誤差が生じます。例えば、赤色ビームからの電子ビームの一部が青色または緑色の蛍光体に当たると、本来純粋な赤色であるはずの部分がマゼンタ色または黄色に染まってしまいます。（磁化が局所的である場合、この影響は画面の特定の領域に限定されます。）したがって、シャドウマスクまたはアパーチャグリルが磁化されていないことが重要です。地球の磁場はCRTの色純度に影響を与える可能性があります。[ 454 ]このため、一部のCRTでは、ファンネルの上に外部磁気シールドが取り付けられています。磁気シールドは軟鉄または軟鋼で作られ、消磁コイルが内蔵されている場合があります。[ 456 ]磁気シールドとシャドウマスクは地球の磁場によって永久的に磁化され、CRTを動かすと色純度に悪影響を与える可能性があります。この問題は、多くのテレビやコンピューターモニターに内蔵されている消磁コイルによって解決されています。消磁は自動的に行われ、CRTの電源がオンになるたびに実行されます。[ 457 ] [ 195 ]磁気シールドは内部に内蔵され、CRTのファンネルの内側に取​​り付けられている場合もあります。[ 458 ] [ 459 ] [ 118 ] [ 460 ] [ 461 ] [ 462 ]

テレビやコンピュータモニタのカラーCRTディスプレイには、 CRT画面の周囲に消磁（消磁）コイルが内蔵されていることが多い。CRTディスプレイの電源を入れると、消磁回路がコイルに短時間の交流電流を流し、数秒かけて電流がゼロになるまで減衰し、コイルから減衰する交流磁場を発生させる。この消磁磁場は、ほとんどの場合、シャドウマスクの磁化を除去するのに十分な強さがあり、色の純度を維持している。[ 463 ] [ 464 ]内部の消磁磁場が不十分な異常な強力な磁化の場合は、より強力な携帯型消磁装置または消磁器を使用してシャドウマスクを外部から消磁できる。しかし、交流であれ定常であれ、過度に強い磁場はシャドウマスクを機械的に変形（曲げ）させ、磁化効果によく似たディスプレイ上の永久的な色の歪みを引き起こす可能性がある。

解決

ドットピッチは、デルタガンCRTを想定して、ディスプレイの最大解像度を定義します。これらの場合、スキャン解像度がドットピッチ解像度に近づくと、表示される詳細がシャドウマスクがレンダリングできるものよりも細かいため、モアレが発生します。[ 465 ]アパーチャグリルモニターでは、蛍光体ストライプに垂直方向のディテールがないため、垂直モアレは発生しません。小型のCRTでは、これらのストリップは自動的に位置を維持しますが、大型のアパーチャグリルCRTでは、1つまたは2つの横方向（水平方向）のサポートストリップが必要で、小型のCRTの場合は1つ、大型のCRTの場合は2つ必要です。サポートワイヤが電子をブロックするため、ワイヤが見えるようになります。[ 466 ]アパーチャグリルCRTでは、ドットピッチがストライプピッチに置き換えられています。日立は、円形ではなく楕円形の穴と、それに対応する楕円形の蛍光体ドットを使用する、拡張ドットピッチ（EDP）シャドウマスクを開発しました。[ 418 ]シャドウマスクCRTでは、シャドウマスクの穴をハニカム状のパターンに配置することでモアレを軽減しています。[ 118 ]

投影型CRT

投射型CRTは、CRTプロジェクターやCRTリアプロジェクションテレビに使用され、通常は小型（7～9インチ）です。[ 271 ]赤、緑、または青の光を生成する蛍光体を備えているため、モノクロCRTとなります。[ 467 ]構造は他のモノクロCRTと似ています。大型の投射型CRTは一般的に寿命が長く、より高い輝度と解像度を提供できましたが、価格も高くなりました。[ 468 ] [ 469 ]投射型ブラウン管は大きさの割に陽極電圧が非常に高く（5インチでは27 kV、7インチでは25 kV）、[ 470 ] [ 471 ]、特別に作られたタングステン/バリウム陰極（通常使用される純粋な酸化バリウムではなく）を備えている。この陰極は、20%の多孔質タングステンまたはバリウムとカルシウムのアルミネートに埋め込まれたバリウム原子、または多孔質タングステンにコーティングされたバリウム、カルシウム、アルミニウムの酸化物で構成されており、バリウムはタングステンを介して拡散して電子を放出する。[ 472 ]この特別な陰極は、通常の陰極の0.3 mAではなく2 mAの電流を流すことができ、[ 473 ] [ 472 ] [ 235 ] [ 174 ]投影用の光源として使用できるほど明るくなる。高い陽極電圧と特殊に作られた陰極は、電子ビームの電圧と電流をそれぞれ増加させ、蛍光体からの発光量と動作中の発熱量を増加させます。そのため、プロジェクターCRTは冷却が必要です。スクリーンは通常、グリコールが入った容器（スクリーン自体も容器の一部）を用いて冷却されます。グリコール自体が着色されている場合[ 474 ]、または無色のグリコールを着色可能な容器（c要素と呼ばれるレンズを形成する）内で使用する場合もあります。着色レンズまたはグリコールは、明るさを犠牲にして色再現性を向上させるために使用され、赤色CRTと緑色CRTにのみ使用されます[ 475 ] [ 476 ] 。各CRTには専用のグリコールが搭載されており、グリコールは気泡と接触することで、冷却・加熱時に収縮・膨張します。プロジェクターCRTには、カラーCRTと同様に、非点収差（[ 477 ]、電子ビームのフレア（影に似た迷光））を調整するための調整リングが付いている場合があります[ 478 ] 。調整リングは3つあり、2極、4極、6極の3つである。正しく調整すれば、プロジェクターはフレアのない完全な円形のドットを表示できる。[ 479 ]投射型ブラウン管に使用されていたスクリーンは、透過率が90%と、通常よりも透明度が高かった。[ 122 ]最初の投射型ブラウン管は1933年に製造された。[ 480 ]

プロジェクター用ブラウン管には、静電フォーカス方式と電磁フォーカス方式の2種類があり、後者はより高価であった。静電フォーカス方式では、電子ビームを集束させるために電子回路を使用し、微調整のためにブラウン管の周囲に集束磁石を配置した。この方式は経年劣化が顕著であった。1990年代初頭には電磁フォーカス方式が導入され、既存の集束磁石に加えて電磁フォーカスコイルが追加された。電磁フォーカス方式はブラウン管の寿命全体にわたってはるかに安定しており、ブラウン管の寿命末期まで95%の鮮明度を維持した。[ 481 ]

ビームインデックスチューブ

ビームインデックス管（別名ユニレイ、アップルCRT、インデックストロン）[ 482 ]は、1950年代にフィルコ社がシャドウマスクのないカラーCRTを開発しようとした試みである。これにより、収束性と純度の問題が解消され、より浅いCRTとより高い偏向角が可能になった。[ 483 ]また、シャドウマスクを使用しないため、最終陽極に必要な電源電圧も低くなった。シャドウマスクは通常、電子銃によって生成された電子の約80%を遮断するが、この方式ではシャドウマスクが不要である。シャドウマスクがないことで、地球の磁場の影響を受けなくなり、消磁が不要になり、画像の明るさが増した。[ 484 ]モノクロ CRT と同様に構築され、アクアダグの外側コーティング、アルミニウムの内側コーティング、単一の電子銃を備えていますが、スクリーンには赤、緑、青、紫外線 (インデックス) の蛍光体ストライプが交互に表示され (トリニトロンと同様)、側面に光電子増倍管[ 485 ] [ 484 ]またはフォトダイオードがスクリーンの後ろに向けて CRT のファンネルに取り付けられており、電子ビームを追跡して、同じ電子ビームを使用して蛍光体を個別にアクティブにします。追跡にはインデックス蛍光体ストライプのみが使用され、アルミニウム層で覆われていない唯一の蛍光体でした。[ 334 ]製造に必要な精度が高かったため、お蔵入りになりました。[ 486 ] [ 487 ] 1980 年代にソニーによってインデックストロンとして復活しましたが、LCD ディスプレイの開発により、その採用は限定的でした。ビームインデックス型CRTは、蛍光体からの発光をフォトダイオードが電子ビームを追跡するために常に必要とするため、コントラスト比が約50:1と低いという問題もあった。この方式ではシャドウマスクが不要であるため、単色CRTプロジェクターでの使用が可能であった。通常、CRTプロジェクターは各色に1枚ずつ、計3枚のCRTを使用するが[ 488 ]、高い陽極電圧とビーム電流によって大量の熱が発生するため、シャドウマスクは熱によって歪んでしまうため実用的ではなく非効率的である（シャドウマスクは電子ビームの大部分、ひいては相対論的電子が運ぶエネルギーの大部分を吸収する）。3枚のCRTを使用するには、複雑な校正と調整手順が必要であった[ 489 ]。プロジェクターの設置時にキャリブレーションを行う必要があり、プロジェクターを移動する際には再キャリブレーションが必要であった。CRTが1台であればキャリブレーションの必要はなくなるが、各色ごとにCRTスクリーンを用意するのではなく、1台のCRTスクリーンを3色に使用しなければならないため、輝度は低下する。[ 482 ]ストライプパターンは水平解像度の制限も課す。対照的に、3スクリーンCRTプロジェクターは単一の均一な蛍光体コーティングを使用しているため、理論的な解像度の制限はない。

フラットCRT

ソニーのウォッチマンモノクロCRTの前面
1984年製シンクレアTV80ポータブルテレビ内部のフラットモノクロCRTアセンブリ

フラットCRTは、フラットスクリーンを備えたものです。フラットスクリーンを備えていますが、特に内部は完全に平らではなく、曲率が大幅に増加しています。注目すべき例外はLGフラットトロン（LGフィリップスディスプレイ、後にLPディスプレイによって製造）で、外側と内側が完全に平らですが、スクリーン上に爆縮防止のために張力のあるリムバンドを備えた接着ガラスパネルがあります。このような完全にフラットなCRTは、1986年にゼニスによって初めて導入され、フラットテンションシャドウマスクを使用していました。このシャドウマスクでは、張力がかかった状態で保持されるため、ブルーミングに対する耐性が向上しています。[ 490 ] [ 491 ] [ 492 ] [ 262 ] [356] [493] LGのフラットトロン技術は、現在LGの子会社であるゼニスによって開発されたこの技術に基づいています。[ 494 ] [ 495 ]フラットCRTには、たわみなど、いくつかの課題があります。垂直偏向ブースターは、減少した曲率を補うために垂直偏向コイルに送られる電流量を増やす必要がある。[ 289 ]シンクレアTV80や多くのソニー・ウォッチマンに使用されていたCRTは、奥行きが浅く前面スクリーンも平らであったが、電子銃がスクリーンの横に配置されていたという点で平らであった。[ 496 ] [ 497 ] TV80は静電偏向を採用していたが[ 498 ]、ウォッチマンは内側に湾曲した蛍光面を用いた磁気偏向を採用していた。同様のCRTはビデオドアベルにも使用されていた。[ 499 ]

  • ソニー・ウォッチマンのモノクロCRTの側面。偏向コイルのペアのうち1つがはっきりと見えます。
    ソニー・ウォッチマンのモノクロCRTの側面。偏向コイルのペアのうち1つがはっきりと見えます。

レーダーCRT

7JP4のようなレーダーCRTは円形のスクリーンを持ち、ビームを中心から外側に向かって走査した。偏向ヨークが回転し、ビームも円形に回転した。[ 500 ]スクリーンには多くの場合2色表示が見られ、ビームが画面を走査している間だけ明るく短時間持続する色と、長時間持続する蛍光体残光が見られる。ビームが蛍光体に当たると蛍光体は明るく点灯し、ビームが離れると、ビームが蛍光体に当たった場所、つまりビームによって「書き込まれた」レーダー目標の横に、より暗い長時間持続残光が点灯したままとなり、ビームが再び蛍光体に当たるまで点灯し続けた。[ 501 ] [ 502 ]

オシロスコープCRT

リサージュ曲線を示すオシロスコープ
オシロスコープの電子銃。左側に一対の偏向板が見える。

オシロスコープのCRTでは、テレビなどの大型CRTで一般的に用いられる磁気偏向ではなく、静電偏向が採用されています。ビームは、左右の一対のプレート間に電界を印加することで水平方向に偏向され、上下のプレート間に電界を印加することで垂直方向に偏向されます。テレビでは、サイズに対して比較的短い管に必要な大きな偏向角では偏向プレートがビームを遮ってしまうため、静電偏向ではなく磁気偏向が採用されています。一部のオシロスコープCRTには、CRT全体のアノード電位を均一にするために螺旋状の偏向後アノード（PDA）が組み込まれており、最大15 kVで動作します。PDA CRTでは、電子ビームは加速される前に偏向されるため、特にデューティサイクルの短い電圧パルスを解析する際に、感度と判読性が向上します。[ 503 ] [ 166 ] [ 504 ]

マイクロチャネルプレート

高速のワンショットイベントを表示する場合、電子ビームは非常に速く偏向する必要があり、スクリーンに衝突する電子数が少なくなるため、ディスプレイ上の画像は薄暗くなったり見えなくなったりします。超高速信号用に設計されたオシロスコープ用CRTは、電子ビームがスクリーンに到達する直前にマイクロチャネルプレートを通過させることで、より明るい表示を実現しています。このプレートは二次放出現象を通じて蛍光面に到達する電子数を増加させ、書き込み速度（明るさ）を大幅に向上させ、感度とスポットサイズも改善します。[ 505 ] [ 506 ]

格子線

ほとんどのオシロスコープには、測定を容易にするために、視覚ディスプレイの一部として目盛りが付いています。目盛りはCRTの前面に恒久的に刻まれている場合もあれば、ガラスやアクリル樹脂製の透明な外部プレートになっている場合もあります。内部目盛りは視差を排除しますが、測定の種類に合わせて目盛りを変更することはできません。[ 507 ]オシロスコープには通常、目盛りを側面から照らす機能があり、視認性が向上します。[ 508 ]

画像保存管

テクトロニクス タイプ564：最初の量産アナログ フォスファ ストレージ オシロスコープ

これらはアナログリン光体ストレージオシロスコープに搭載されています。これは、画像を保存するためにソリッドステートデジタルメモリを使用する デジタルストレージオシロスコープとは異なります。

オシロスコープで単一の短時間のイベントをモニタリングする場合、従来のブラウン管では、イベントは実際に発生した間のみ表示されます。長残光蛍光体を使用すれば、イベント発生後に画像を観察することは可能ですが、せいぜい数秒しか持続しません。この制限は、直視型蓄積ブラウン管（蓄積管）を使用することで克服できます。蓄積管は、イベント発生後、消去されるまでそのイベントを表示し続けます。蓄積管は、蛍光面のすぐ後ろに誘電体層でコーティングされた金属グリッドを備えている点を除けば、従来のブラウン管と似ています。メッシュに外部から電圧を印加することで、メッシュ全体の電位が一定に保たれます。このメッシュは、メインの電子銃とは独立して動作する「フラッドガン」からの低速電子ビームに常にさらされます。このフラッドガンはメインの電子銃のように偏向せず、蓄積メッシュ全体を常に「照射」します。蓄積メッシュの初期電荷は、フラッドガンからの電子を反発する程度に高く設定されており、蛍光面への衝突を防ぎます。

主電子銃がスクリーンに画像を書き込む際、主ビームのエネルギーは蓄積メッシュ上に「電位レリーフ」を形成するのに十分な大きさです。このレリーフが形成された領域は、フラッドガンからの電子を反発しなくなり、電子はメッシュを通過して蛍光面を照射します。その結果、主電子銃によって一時的に描画された画像は、その後も表示され続けます。画像は、メッシュに外部電圧を再供給して一定の電位に戻すことで「消去」できます。画像を表示できる時間は限られていました。これは、実際にはフラッドガンが蓄積メッシュ上の電荷をゆっくりと中和するためです。画像をより長く保持する方法の一つは、フラッドガンを一時的にオフにすることです。こうすることで、画像を数日間保持することが可能になります。ほとんどの蓄積管は、蓄積メッシュに低い電圧を印加することで、初期の電荷状態をゆっくりと回復させることができます。この電圧を変化させることで、可変の残光性が得られます。フラッドガンとストレージメッシュへの電圧供給をオフにすると、このような管は従来のオシロスコープ管として動作することができます。[ 509 ]

ベクトルモニター

ベクターモニターは初期のコンピュータ支援設計システム[ 510 ]で使用され、1970年代後半から1980年代半ばにかけてのアステロイドなどのアーケードゲームにも搭載されています[ 511 ]。 ベクターモニターはラスターをスキャンするのではなく、点対点方式でグラフィックを描画します。ベクターディスプレイにはモノクロCRTとカラーCRTのどちらも使用でき、CRTの設計と動作の基本原理はどちらのディスプレイでも同じです。主な違いはビーム偏向パターンと回路にあります。

データ保存チューブ

ウィリアムズ管、またはウィリアムズ・キルバーン管は、バイナリデータを電子的に保存するために使用されたブラウン管です。1940年代のコンピューターでは、ランダムアクセス可能なデジタル記憶装置として使用されていました。この記事で紹介する他のCRTとは異なり、ウィリアムズ管は表示装置ではなく、画面が金属板で覆われていたため、実際には見ることができませんでした。

キャッツアイ

一部の真空管ラジオには、「マジックアイ」または「チューニングアイ」と呼ばれる管が備えられており、受信機のチューニングを補助していました。チューニングは、放射状の影の幅が最小になるまで調整されました。これは、トランジスタラジオでは装置を駆動するために必要な高電圧が得られなかったため、後に高級チューナーで使用されるようになった、より高価な電気機械式メーターの代わりに使用されました。[ 512 ]同じタイプの装置は、テープレコーダーの録音レベルメーターとして、また電気試験装置など、様々な用途に使用されました。

キャラクター

初期のコンピュータ用ディスプレイ（ベクター表示では実用的ではない量のテキストを表示する必要があったものや、写真出力に高速性が求められたもの）の一部には、キャラクトロンCRTが使用されていました。キャラクトロンCRTには、穴の開いた金属製の文字マスク（ステンシル）が組み込まれており、これが幅の広い電子ビームを成形して画面上に文字を形成します。このシステムは、1組の偏向回路を用いてマスク上の文字を選択しますが、これにより押し出されたビームが軸から外れてしまうため、2組目の偏向板でビームの向きを調整し、画面の中央に向ける必要があります。3組目の偏向板で、必要な場所に文字を配置します。ビームは、その位置に文字を描画するために、短時間だけ消灯（オン）状態になります。グラフィックスは、中央に小さな丸い穴があるスペースのコードに対応するマスク上の位置を選択することで描画できました（実際には、単に描画されませんでした）。これにより、文字マスクは事実上無効になり、システムは通常のベクター表示に戻ります。キャラクトロンは、3つの偏向システムを必要としたため、非常に長いネックを持っていました。[ 513 ] [ 514 ]

ニモ

ニモチューブ BA0000-P31

ニモは、インダストリアル・エレクトロニック・エンジニアズ社が製造した小型特殊CRTシリーズの商標である。これらには10個の電子銃があり、キャラクタクトロンと同様の方法で数字の形で電子ビームを発生させた。この管は単純な1桁表示か、適切な磁気偏向システムによって生成される複雑な4桁または6桁表示のいずれかであった。標準的なCRTほど複雑ではないため、この管で必要な駆動回路は比較的単純であり、画像はガラス面に投影されるため、競合タイプ（ニキシー管など）よりもはるかに広い視野角を提供した。[ 515 ]しかし、複数の電圧を必要とし、電圧が高いため、あまり普及しなかった。

フラッドビームCRT

フラッドビームCRTは、ジャンボトロンのような大型ビデオウォール用のピクセルとして配列された小さなチューブである。この技術を使用した最初のスクリーン（三菱電機ではダイヤモンドビジョンと呼ばれる）は、 1980年のメジャーリーグベースボールオールスターゲームで三菱電機によって導入された。[ 516 ] [ 517 ]これは、内部の電子銃が焦点を絞った制御可能なビームを生成しない点で通常のCRTと異なる。その代わりに、電子は蛍光体スクリーンの前面全体に広い円錐状に散布され、基本的に各ユニットが1つの電球として動作する。[ 518 ]それぞれに赤、緑、青の蛍光体が塗布され、カラーサブピクセルを構成している。この技術は、発光ダイオードディスプレイに大部分置き換えられた。焦点も偏向もないCRTは、 1958年からグリッド制御のストロボスコープランプとして使用されていました。 [ 519 ]同じ動作原理を使用する電子刺激発光（ESL）ランプは、2011年に発売されました。[ 520 ]

1960年代には、蛍光体を含まない前面ガラスに細いワイヤーが埋め込まれたCRTが静電プリントヘッドとして使用されていました。ワイヤーは電子ビーム電流をガラスを通して紙に送り、所望の内容が電荷パターンとして紙に記録されます。次に、紙は反対の電荷を持つ液体インクのプールの近くを通過します。紙の帯電部分がインクを引き寄せ、画像を形成します。[ 521 ] [ 522 ]

Zeus – 薄型CRTディスプレイ

1990年代後半から2000年代初頭にかけて、フィリップス研究所は、フラットパネルディスプレイにCRTのような機能を備えたゼウスディスプレイと呼ばれる薄型CRTの実験を行いました。このディスプレイの陰極はディスプレイ前面の下部に取り付けられ、陰極からの電子はディスプレイ背面に送られ、ディスプレイ前面近くの電極によって抽出されるまでそこに留まり、蛍光体ドットのあるディスプレイ前面に送られます。[ 523 ] [ 524 ] [ 525 ] [ 526 ] [ 527 ]このデバイスのデモは行われましたが、市販されることはありませんでした。

よりスリムなCRT

21インチスーパースリムとウルトラスリムCRTの比較

CRT製造業者の中には、LGフィリップスディスプレイ（後のLPディスプレイ）とサムスンSDIの両社があり、より薄型のブラウン管を作ることでCRT技術に革新をもたらした。薄型CRTの商標名は、スーパースリム[ 528 ]、ウルトラスリム[ 529 ] 、ヴィックスリム（サムスン製）[ 530 ]、サイバーチューブ、サイバーチューブ+（いずれもLGフィリップスディスプレイ製）であった。[ 531 ] [ 532 ] 21インチ（53cm）のフラットCRTの奥行きは447.2ミリメートル（17.61インチ）である。スーパースリムの奥行きは352ミリメートル（13.86インチ）[ 533 ]、ウルトラスリムは295.7ミリメートル（11.64インチ）であった。[ 534 ]

健康上の懸念

電離放射線

CRT は微量のX 線を放出することがあります。これは電子ビームがシャドウマスク/アパーチャ グリルおよび蛍光体に衝突することで発生し、高エネルギー電子が減速される際に制動放射線(ブレーキ放射線) が発生します。モニターの前面から放出される放射線の量は、一般的に無害であると考えられています。米国食品医薬品局(FDA) の規制21 CFR 1020.10は、たとえばテレビ受信機の放射線量を外部表面から 5 cm (2 インチ) の距離で0.5ミリレントゲン/時に厳しく制限するために使用されています。2007 年以降、ほとんどの CRT の放射線放出量はこの制限をはるかに下回っています。 [ 535 ]レントゲンは古い単位であり、線量吸収が考慮されていないことに注意してください。換算率は約 0.877 レントゲン/レムです。[ 536 ]視聴者が全量を吸収したと仮定すると（可能性は低いが）、視聴者が1日2時間テレビを視聴した場合、1時間あたり0.5ミリレントゲンの放射線を被曝すると、視聴者の年間被曝量は320ミリレム増加する。比較のために、米国における平均的な背景放射線量は年間310ミリレムである。慢性放射線の悪影響は、通常、20,000ミリレムを超える被曝量になるまで顕著には現れない。[ 537 ]

典型的なCRTはラスタースキャンによって電子ビームのエネルギーを画面全体に分散させるため、CRTから発生するX線密度は低くなります。15,000ボルトを超える電圧は、「軟」X線を発生させるのに十分です。しかし、CRTは数時間連続して点灯することがあるため、発生するX線量は相当に大きくなる可能性があります。そのため、CRTに使用されている厚い鉛ガラスやバリウムストロンチウムガラスなどのX線遮蔽材料を使用することが重要です。[ 143 ]

CRTから放出されるX線に関する懸念は、1967年にゼネラル・エレクトリック社製のテレビが「望ましいレベルを超えるX線」を放出していることが判明したことから始まりました。その後、すべてのメーカーのテレビも放射線を放出していることが判明しました。このため、テレビ業界の代表者は米国議会委員会に召喚され、後に連邦放射線規制法案が提出されました。これが1968年の放射線管理健康安全法となりました。テレビの所有者は、常にテレビ画面から少なくとも6フィート（約1.8メートル）離れ、テレビの側面、背面、または下側での「長時間の被曝」を避けることが推奨されました。放射線の大部分は下向きに放出されていることが判明しました。また、所有者は放射線被曝を避けるため、テレビ内部の改造を行わないよう指示されました。「放射性」テレビに関するニュースは1960年代末まで続きました。かつて、ニューヨークの2人の下院議員が、テレビメーカーに対し「国内の1500万台のカラーテレビを家庭に持ち込んで検査し、放射線測定装置を設置する」ことを義務付ける提案を提出した。FDAは最終的に、米国のすべての電子製品からの放射線放出を規制し始めた。[ 538 ]

毒性

古いカラーおよびモノクロ CRT は、蛍光体にカドミウムなどの有毒物質を使用して製造された可能性があります。 [ 51 ] [ 539 ] [ 540 ] [ 541 ]現代の CRT の背面ガラス管は鉛ガラスで作られている場合があり、不適切に廃棄されると環境に有害となります。[ 542 ] 1970 年以降、前面パネル (CRT の表示部分) のガラスには鉛ではなく酸化ストロンチウムが使用されていますが、CRT の背面はまだ鉛ガラスで製造されていました。モノクロ CRT には通常、EPA TCLP テストに合格しないほどの鉛ガラスは含まれていません。TCLP プロセスでは、浸出液を検査するためにガラスを細かい粒子に粉砕して弱酸にさらしますが、無傷の CRT ガラスは浸出しません (鉛はガラス化され、鉛ガラスのクリスタル製品と同様にガラス自体の中に含まれています)。

ちらつき

低いリフレッシュ レート(60  Hz以下) では、ディスプレイの周期的なスキャンによってちらつきが生じることがあります。ちらつきは、特に周辺視野で見ると、人によって感じ方が異なります。ほとんどのテレビは 50 Hz ( PAL ) または 60 Hz ( NTSC )で動作するため、ちらつきは一般に CRT に関連付けられますが、ちらつきのない100 Hz PAL テレビもあります。通常、このような低周波数で動作するのはローエンドのモニターのみで、ほとんどのコンピューター モニターは少なくとも 75 Hz をサポートし、ハイエンド モニターはちらつきを感じないように 100 Hz 以上に対応しています。[ 543 ] 100 Hz PAL は、多くの場合、回路とスキャンを 50 Hz の 2 つのビームに分割するインターリーブ スキャンを使用して実現されています。コンピューター以外の CRT やソナーまたはレーダー用の CRT は、長残光蛍光体を使用しているためちらつきがありません。ビデオディスプレイでの持続時間が長すぎると、動画がぼやけてしまいます。

高周波可聴ノイズ

テレビに使われる50Hz/60Hzブラウン管は、水平走査周波数が15,750Hzと15,734.27Hz（NTSC方式）、または15,625Hz（PAL方式）で動作します。[ 544 ]これらの周波数は人間の可聴範囲の上限にあり、多くの人には聞こえません。しかし、一部の人（特に子供）は、動作中のブラウン管テレビの近くで高音として聞こえます。[ 545 ]この音は、磁気コアの磁気ひずみとフライバックトランスの巻線の周期的な動きによるものですが、 [ 546 ]偏向コイル、ヨーク、フェライトビーズの動きによっても発生することがあります。[ 547 ]

この問題は、100/120 Hz のテレビや CGA (カラー グラフィックス アダプタ) 以外のコンピュータ ディスプレイでは発生しません。これらのディスプレイでは、人間には聞こえない音 (22 kHz ～ 100 kHz 以上) を生成する非常に高い水平走査周波数が使用されるためです。

爆縮

爆縮中のCRT

ガラス壁が破損すると、大気圧によって真空管が破裂し、破片が内側に加速してあらゆる方向に高速で飛び散る可能性があります。テレビやコンピューターのディスプレイに使用されている現代のブラウン管には、エポキシ樹脂で接着されたフェースプレートなどの破損防止対策が施されていますが、怪我をしないようCRTは慎重に取り扱う必要があります。[ 548 ]

爆縮防護

シャーシが露出したデータポイント1500端末。CRTはPVAの老朽化により「白内障」を呈している。

初期のCRTは、画面上にガラス板が接着剤で接着されており[ 150 ] 、積層ガラス画面を形成していました。当初の接着剤はポリ酢酸ビニル（PVA）でしたが[ 549 ] 、 LGフラットロンなどの後期型では樹脂、おそらく紫外線硬化樹脂が使用されました。[ 550 ] [ 356 ] PVAは経年劣化し、CRTの縁の周りに「カタラクト」と呼ばれる劣化した接着剤の輪が形成され、画面からの光が透過しなくなります。[ 549 ]後期のCRTでは、代わりに周囲に張力のある金属リムバンドが取り付けられ、CRTを筐体に取り付けるための取り付けポイントも備えています。[ 390 ] 19インチCRTでは、リムバンドの引張応力は70 kg/cm 2です。[ 551 ]

旧式のCRTはフレームを用いてテレビに取り付けられていました。バンドは加熱することで張力をかけられ、その後CRTに取り付けられます。その後、バンドは冷却されて収縮し、ガラスを圧縮します。[ 552 ] [ 150 ] [ 553 ]これによりガラスが強化され、必要な厚さ（ひいては重量）が減少します。そのため、バンドは真空状態が保たれているCRTから取り外すべきではない重要な部品です。取り外そうとすると、CRTが破裂する可能性があります。[ 331 ]

リムバンドは、画面が破損した際にCRTが破裂するのを防ぎます。リムバンドはエポキシ樹脂でCRTの周囲に接着され、ひび割れが画面を越えて漏斗部に広がるのを防ぎます。[ 554 ] [ 553 ]

あるいは、リムバンドによる圧縮を利用して、スクリーンの亀裂を高速で横方向に伝播させ、漏斗部に到達して完全に貫通させてから、スクリーンを完全に貫通させるという方法もあります。これは、漏斗部の壁がスクリーンよりも薄いため可能です。漏斗部を完全に貫通させることで、スクリーンのすぐ後ろから空気がCRT内に入り込み、亀裂がスクリーンを完全に貫通し、CRT内に空気が入った後にのみ破裂することで、破裂を防ぎます。[ 150 ]

感電

十分な画像輝度を得るためには、電子をカソードからスクリーンまで十分なエネルギーで加速させる必要があり[ 555 ] 、非常に高い電圧（EHTまたは超高圧）が必要である[ 556 ]。これは、小型のオシロスコープ用CRTでは数千ボルト、大型カラーテレビでは数万ボルトに達する。これは家庭用電源の電圧の何倍も高い。電源を切った後でも、関連するコンデンサやCRT自体にしばらく電荷が残っている場合があり、その電荷が、例えば不注意な人間がコンデンサの放電リード線を接地してしまうなどして、突然放電してしまうことがある。平均的なモノクロCRTでは、1インチあたり1～1.5 kVの陽極電圧が使用される。[ 557 ] [ 282 ]

セキュリティ上の懸念

状況によっては、 CRTの電子銃、走査回路、および関連配線から放射される信号を遠隔的に捕捉し、 Van Eck freakingと呼ばれる手法を用いてCRTの表示内容を再構成することができます。[ 558 ]特殊なTEMPESTシールドは、この影響を軽減することができます。しかしながら、このような潜在的に悪用可能な信号の放射は、他のディスプレイ技術[ 559 ]や一般的な電子機器においても発生します。

リサイクル

CRTモニターに含まれる毒素のため、米国環境保護庁（EPA）は2001年10月に、CRTを専用の電子廃棄物リサイクル施設に持ち込むことを義務付ける規則を制定しました。2002年11月、EPAはCRTを埋め立て処分または焼却処分する企業に罰金を科し始めました。地方および州の規制機関は、CRTやその他のコンピュータ機器の廃棄を監視しています。[ 560 ]

電子廃棄物として、CRTはリサイクルが最も難しいものの一つと考えられています。[ 561 ] CRTには、ディスプレイに必要な鉛と蛍光体の濃度が比較的高いです。米国には、CRTを少額の料金で回収し、回収した銅、電線、プリント基板を販売することで労働力を補助している企業がいくつかあります。米国環境保護庁（EPA）は、廃棄されたCRTモニターを「有害家庭廃棄物」のカテゴリーに含めていますが[ 562 ]、試験のために保管されているCRTは、廃棄されず、投機的に蓄積されず、天候やその他の損傷から保護されていない限り、商品とみなしています。[ 563 ]

CRTのリサイクルには様々な州が参加しており、各州で収集業者とリサイクル施設に対する報告義務が定められています。例えばカリフォルニア州では、 CRTのリサイクルはカリフォルニア州資源リサイクル回収局（CALRecycle）の決済システムを通じて管理されています。[ 564 ]企業や家庭からCRT機器を受け入れるリサイクル施設は、CRTリサイクル決済システムに参加するために、CRTがカリフォルニア州内の供給源から来たものであることを確認するために、住所や電話番号などの連絡先情報を入手する必要があります。

欧州では、ブラウン管テレビやモニターの廃棄は、廃電気電子機器指令（WEEE指令）の対象となっている。[ 565 ]

CRTガラスのリサイクルには、熱、機械、化学プロセスを含む複数の方法が提案されている。[ 566 ] [ 567 ] [ 568 ] [ 569 ]提案された方法はすべて、ガラスから酸化鉛を除去するものである。一部の企業は、ガラスから鉛を分離するための炉を稼働させていた。[ 570 ]かつて、ヨーロッパの複数の企業がCRTのリサイクル方法を考案するために、Recytubeプロジェクトと呼ばれる連合を結成した。[ 5 ] CRTに使用される蛍光体には、しばしば希土類金属が含まれている。[ 571 ] [ 572 ] [ 573 ] [ 320 ] CRTには約7 グラムの蛍光体が含まれている。[ 574 ]

ファンネルは、レーザー切断、ダイヤモンドソー、ワイヤー、または抵抗加熱されたニクロム線を使用してCRTのスクリーンから分離することができます。[ 575 ] [ 576 ] [ 577 ] [ 578 ] [ 579 ]

鉛入りブラウン管ガラスは、他のブラウン管に再溶解するために販売されたり、[ 83 ]、分解されて道路建設やタイル、[ 580 ] [ 581 ]コンクリート、コンクリートおよびセメントレンガ、[ 582 ]グラスファイバー断熱材、または金属精錬のフラックスとして使用されたりしました。[ 583 ] [ 584 ]

CRTガラスのかなりの部分は埋め立てられ、周囲の環境を汚染する可能性があります。[ 5 ] CRTガラスはリサイクルされるよりも廃棄される方が多いです。[ 585 ]

参照

さまざまな表示目的での CRT の適用:

歴史的側面:

安全と注意事項:

注記

  1. ^実験的な31インチCRTは1938年にすでに作られていた。 [ 55 ]

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