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陰極線管（CRT）は、電子ビームを放出する1つ以上の電子銃を含む真空管であり、そのビームは方向付けられ、制御されて蛍光スクリーン上に画像を表示します。[ 1 ]画像は、オシロスコープ上の電気波形、アナログテレビ（TV）のビデオフレーム、コンピュータモニター上のデジタルラスタグラフィックス、またはレーダーターゲットなどの他の現象を表す場合があります。テレビ内のCRTは、一般的にピクチャーチューブと呼ばれます。CRTはメモリデバイスとしても使用されており、その場合、スクリーンは観察者に見えることを意図していません。陰極線という用語は、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、電子ビームが最初に発見されたときに電子ビームを説明するために使用されました。
CRTは、タングステンコイル[ 2 ]を電気的に加熱することで動作します。この加熱によってCRT背面の陰極が加熱され、電子が放出されます。放出された電子は電極によって変調され、集束されます。電子は偏向コイルまたは偏向板によって方向付けられ、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当たります。スクリーンは電子が当たると光を発生させます。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]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系統的に走査されます。カラーデバイスでは、3つの電子ビーム（赤、緑、青の各原色に対応）の強度を制御することで画像が生成されます。 [ 6 ]最新のCRTモニターやテレビでは、偏向ヨークを使用して磁気偏向によってビームが曲げられます。静電偏向はオシロスコープでよく使用されます。[ 6 ]
ブラウン管は、前面の画面から後端まで重く、壊れやすく、長いガラス製の外殻です。放出された電子が空気分子と衝突して散乱し、ブラウン管の画面に到達する前に消えてしまうのを防ぐため、内部は部分真空でなければなりません。そのため、内部は大気圧の100万分の1以下まで真空にされています。[ 7 ]そのため、CRTを扱うと、ガラスが高速で飛び散る激しい内破の危険があります。画面は通常、割れにくく、ほとんどのX線を遮断するために、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。CRTは、CRT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。[ 8 ] [ 9 ]
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、OLEDなどのフラットパネルディスプレイ技術に取って代わられ、製造と運用コストが安く、大幅に軽量かつ薄型化されています。フラットパネルディスプレイは非常に大きなサイズで製造できますが、 CRTの最大サイズは40～45インチ（100～110cm）[ 10 ]程度でした。[ 11 ]
陰極線は、ユリウス・プリュッカーとヨハン・ヴィルヘルム・ヒトルフによって発見されました。[ 12 ]ヒトルフは、陰極（負極）から未知の光線が放出され、管の発光壁に影を落とすことから、光線が直進していることが分かると観測しました。1890年、アーサー・シュスターは陰極線が電場によって偏向されることを実証し、ウィリアム・クルックスは磁場によって偏向されることを示しました。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電荷粒子、つまり最初の「亜原子粒子」で構成されていることを示しました。この亜原子粒子は、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すでに電子と名付けられていました。
CRTの初期バージョンは、ドイツの物理学者フェルディナント・ブラウンが1897年に発明したブラウン管として知られていました。 [ 13 ]これは冷陰極ダイオードで、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、ディスプレイ装置としてCRTを使用することを最初に考え出した人物です。[ 14 ]ブラウン管は20世紀のテレビの基礎となりました。[ 15 ]
1908年、英国王立協会の会員であるアラン・アーチボルド・キャンベル＝スウィントンは、科学雑誌『ネイチャー』に手紙を発表し、その中で陰極線管（またはブラウン管）を送信装置と受信装置の両方として使用することで「遠距離電気視覚」が実現できると説明した。[ 16 ]彼は1911年にロンドンで行った講演でその構想をさらに展開し、『タイムズ』[ 17 ]と『レントゲン協会誌』[ 18 ] [ 19 ]で報じられた。
熱陰極を使用した最初の陰極線管は、ウェスタン・エレクトリック社のジョン・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）とハリー・ワイナー・ワインハートによって開発され、1922年に市販された。[ 20 ]熱陰極の導入により、陽極は熱陰極から放出された電子のみを加速するようになり、冷陰極から電子を放出させるために非常に高い電圧が必要なくなったため、加速陽極電圧を低くし、電子ビーム電流を高くすることが可能になった。[ 21 ]
陰極線管の技術は、 1897年にカール・フェルディナント・ブラウンが発表した陰極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、陰極線が現在電子と呼ばれる微粒子の流れであることを発見したJJトムソンの研究のわずか数ヶ月前に発表された。[ 22 ]： 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備えたCRTテレビ受信機を実演した。[ 23 ] 1927年までに、彼は解像度を100ラインに向上させ、これは1931年まで他に類を見ないものでした。[ 24 ] 1928年までに、彼はCRTディスプレイ上でハーフトーンで人間の顔を送信することに初めて成功しました。[ 25 ]
1927年、フィロ・ファーンズワースはテレビのプロトタイプを製作した。[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]
CRTは1929年に発明家のウラジミール・K・ズヴォリキンによって命名された。[ 25 ]： 84彼はその後RCAに雇われ、 RCAは1932年にCRTの名称である「キネスコープ」の商標権を取得し、1950年に自主的にこの名称をパブリックドメインに公開した。 [ 31 ]
1930年代、アレン・B・デュモンは1,000時間使用できる最初のCRTを製造し、これがテレビの普及につながった要因の一つとなった。[ 32 ]
陰極線管を使用した最初の市販の電子テレビは、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。 [ 33 ] [ 34 ]
1947年には、陰極線管アミューズメント装置が開発されました。これは、知られている中で最も初期のインタラクティブな電子ゲームであり、陰極線管スクリーンを組み込んだ最初の装置でもあります。[ 35 ]
1949年から1960年代初頭にかけて、円形CRTから長方形CRTへの移行が見られましたが、最初の長方形CRTは1938年にテレフンケンによって製造されました。[ 36 ] [ 21 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]円形CRTが標準でしたが、ヨーロッパのテレビでは画面の一部を遮って長方形に見せることが多く、アメリカのテレビではCRTの前面全体を露出させるか、CRTの上部と下部のみを遮ることが多かったのです。[ 41 ] [ 42 ]
1954年、RCAは最初のカラーCRT、CT-100で使用された15GP22 CRTを製造しました。 [ 43 ]これは量産された最初のカラーテレビです。[ 44 ]最初の長方形カラーCRTも1954年に製造されました。[45][46] しかし、一般向けに提供された最初の長方形カラーCRTは1963年に製造されました。長方形カラー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。[ 39 ] [ 38 ] 1965年、より明るい希土類蛍光体が、暗くて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。[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]
CRTのサイズは、1938年の20インチから[ 53 ] [ a ]、1955年には21インチ[ 55 ] [ 56 ]、1974年には25インチ、1980年には30インチ、1985年には35インチ[ 57 ] 、 1989年には43インチ[58]へと、時間とともに大きくなっていった。世界最大のものはソニーのKX-45ED1で45インチだったが、動作することが知られているモデルは1つしか存在しない[ 59 ] [ 60 ] 。
1960年にエイケン管が発明された。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CRTであった。[ 61 ] [ 62 ]偏向は静電および磁気によるものであったが、特許の問題により、生産されることはなかった。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た。[ 63 ] 特許の問題が解決する頃には、RCAはすでに従来のCRTに多額の投資を行っていた。[ 64 ]
1968年、ソニー・トリニトロンブランドは、アパーチャグリル技術をベースにしたモデルKV-1310を発売した。出力輝度が向上したと評価された。 [ 65 ]トリニトロンのスクリーンは、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していた。
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、反射を低減し、画像のコントラストと明るさを向上させた。[ 66 ] [ 67 ]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での使用に限られていた。[ 68 ]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を製造する試みが行われた。[ 69 ]
1990年には、HD解像度の最初のCRTであるソニーKW-3600HDが市場に発売された。[ 70 ] [ 71 ] 1992年には、HD CRTプロジェクションTVであるソニーKWP-5500HDが発売された。[ 72 ]
1990年代半ばには、年間約1億6000万個のCRTが製造されていた。[ 73 ]
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と電界放出型ディスプレイを発表した。どちら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ごとに1つ（SED）または複数（FED）の電子放出部を備えていた。電子放出部はガラス板上に配置され、陽極電圧を用いて電子を近くの蛍光体付きガラス板まで加速した。電子は集束されないため、各サブピクセルは実質的にフラッドビームCRTとなる。LCD技術がはるかに安価であったため、これらのディスプレイの市場は消滅し、量産化されることはなかった。[ 74 ]
（この場合はリサイクルされた） [ 75 ] CRTの最後の大規模メーカーであるVideoconは2015年に事業を停止した。[ 76 ] [ 77 ] CRTテレビの製造もほぼ同時期に終了した。[ 78 ]
2012年、サムスンSDIと他のいくつかの大手企業は、テレビのブラウン管の価格カルテルで欧州委員会から罰金を科せられた。 [ 79 ] 同様のことが2015年に米国で、2018年にカナダで起こった。[ 80 ] [ 81 ]
CRTコンピューター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テレビの販売台数は2005年に1億3000万台でピークに達した。[ 82 ]
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、まずは15インチ以下のコンピューターモニターから始まりました。[ 83 ]これは主にLCDの方が小型であるためです。[ 84 ] CRTの生産を最初に中止したメーカーの1つは2001年の日立で、[ 85 ] [ 86 ]続いて2004年に日本のソニーが中止しました。 [ 87 ]フラットパネルディスプレイは価格が下がり、2000年代にはブラウン管を大幅に置き換え始めました。LCDモニターの販売台数は2003年から2004年にかけてCRTを上回り始め[ 88 ] [ 89 ] [ 90 ]、LCDテレビの販売台数は2005年に一部の市場でCRTを上回り始めました。[ 91 ]サムスンSDIは2012年にCRTの生産を中止しました。[ 92 ]
数十年にわたりディスプレイ技術の主力であったにもかかわらず、CRT ベースのコンピューター モニターやテレビは現在では時代遅れとなっています。CRT スクリーンの需要は 2000 年代後半に減少しました。[ 93 ] Samsung と LG は、LCD やプラズマの競合製品と競合するために、より薄型で安価なモデルを提供し、同サイズでより高価な LCD と競合する CRT を競争力のあるものにしようと努力しましたが、[ 94 ] [ 95 ] [ 96 ] [ 97 ] [ 98 ] LCD の価格が下がると、 CRT は最終的に時代遅れとなり、小型軽量で壁掛けできるという利点から、発展途上国市場やビンテージ愛好家に追いやられました。
一部の業界では、交換に多大な労力、ダウンタイム、またはコストがかかるため、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。その顕著な例が航空業界です。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計器を使用しています。[ 99 ]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技術を今も使用しています。 同様の理由で、一部の軍事機器にも使用されています。2022年現在少なくとも1社はこれらの市場向けに新しいCRTを製造している。[ 100 ]
CRTの一般的な消費者向け用途の一つ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。ライトガンは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。人々がCRTを使用するもう一つの理由は、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て美的魅力と多様性を実現しています。[ 101 ]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少なく、消費者はより正確な制御を行うことができます。[ 102 ]
CRTの本体は通常、スクリーン/フェイスプレート/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。[ 103 ] [ 104 ] [ 105 ] [ 106 ] [ 107 ]スクリーン、ファンネル、ネックが結合したものは、バルブまたはエンベロープと呼ばれます。[ 38 ]
ネックはガラス管[ 108 ]で作られ、ファンネルとスクリーンはガラスを型に流し込んでからプレスして作られます。[ 109 ] [ 110 ] [ 111 ] [ 112 ] [ 113 ] CRTガラス[ 114 ] [ 115 ]またはTVガラス[ 116 ]として知られるこのガラスは、スクリーンで十分な光透過率を提供しながらX線を遮蔽したり、ファンネルとネックで非常に高い電気絶縁性を持つなど、特別な特性が必要です。ガラスにその特性を与える配合は、溶融物とも呼ばれます。このガラスは非常に高品質で、ほとんど汚染物質や欠陥がありません。ガラス製造に関連するコストのほとんどは、原材料をガラスに溶かすために使用されるエネルギーから発生します。CRTガラス製造用のガラス炉には、炉を停止せずに型を交換できるように複数のタップがあり、さまざまなサイズのCRTを製造できます。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ります。
カラーCRTでは、画面に使用されるガラスの光学特性が色の再現性と純度に影響します。透過率、つまりガラスの透明度は、特定の色（波長）の光に対してより透明になるように調整できます。透過率は、546 nmの波長の光と10.16 mm厚の画面で画面の中央で測定されます。透過率は厚さが増すにつれて低下します。カラーCRT画面の標準透過率は、86%、73%、57%、46%、42%、30%です。透過率を低くすると画像のコントラストが向上しますが、電子銃に負荷がかかり、透過率の低下を補うために蛍光体をより明るく照らすために電子ビーム出力を高くする必要があり、電子銃の出力が高くなります。[ 68 ] [ 117 ]色の純度を確保するには、画面全体で透過率が均一である必要があります。画面の半径（曲率）は時間の経過とともに30インチから68インチまで増加（曲率が小さくなり）し、最終的には反射を減らすために完全にフラットな画面へと進化しました。湾曲した画面[ 118 ]とフラットな画面の両方の厚さは中心から外側に向かって徐々に増加し、それに伴って透過率が徐々に減少します。これは、フラットスクリーンCRTの内部が完全にフラットではない可能性があることを意味します。[ 118 ] [ 119 ]
CRTに使用されるガラスは、カラーCRTの場合は炎で溶着されたネックが付いた別々のスクリーンとファンネルとして、または炎で溶着されたスクリーン、ファンネル、ネックで構成されたバルブとして、ガラス工場からCRT工場に届きます。異なるタイプのCRT用にいくつかのガラス配合があり、各ガラスメーカー固有のコードを使用して分類されていました。溶融物の組成も各メーカー固有のものでした。[ 120 ]高い色純度とコントラストに最適化されたものはネオジムが添加されていましたが、モノクロCRT用のものは、使用される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。[ 121 ]純度とは、正しい色が活性化されることを保証すること（たとえば、赤色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、収束とは、画像が歪まないことを保証することです。収束は、クロスハッチパターンを使用して変更できます。[ 122 ] [ 123 ] [ 124 ]
CRTガラスはかつてAGC Inc. [ 125 ] [ 126 ] [ 127 ] [ 128 ] OI Glass [ 129 ] Samsung Corning Precision Materials [ 130 ] Corning Inc. [ 131 ] [ 132 ]や日本電気硝子[ 133 ]などの専門企業によって製造されていました。Videocon、米国市場向けのSony、Thomsonなどの他の企業は独自のガラスを製造していました。[ 134 ] [ 135 ] [ 136 ] [ 137 ] [ 138 ]
漏斗とネックは、高電圧電子がカラー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た後減速する際に発生するX線を遮蔽するために、鉛入り炭酸カリウムガラスまたはケイ酸鉛ガラス[9]配合で作られています。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が速くなります。[ 139 ] 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下げることができます。[ 140 ] [ 141 ] [ 142 ] [ 106 ]鉛入りガラスは安価であるため使用され[ 143 ]、X線を強力に遮蔽しますが、漏斗の中にはバリウムを含むものもあります。[ 144 ] [ 145 ] [ 146 ] [ 121 ]スクリーンは通常、鉛を含まない特殊なケイ酸塩[ 9 ]ガラス配合で作られ、バリウムとストロンチウムがX線を遮蔽する。鉛を含むガラスとは異なり、褐変しない。[ 143 ] [ 147 ]別のガラス配合では、スクリーンに2～3%の鉛を使用する。 [ 106 ]あるいは、鉛の代わりにジルコニウムをバリウムと組み合わせてスクリーンに使用することもできる。[ 148 ]
モノクロ CRT は、スクリーンとファンネルの両方に着色されたバリウム鉛ガラス組成を持ち、ネックにはカリソーダ鉛ガラスが使用されている場合があります。カリソーダ組成とバリウム鉛組成は熱膨張係数が異なります。ネック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に、優れた電気絶縁体である必要があります。ガラス中の鉛は、X 線によって使用中にガラスを茶色 (黒ずむ) にしますが、通常、茶色が目立つようになる前に、陰極汚染により CRT 陰極が摩耗します。ガラス組成によって可能な最高陽極電圧、したがって可能な最大 CRT スクリーン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 の場合は通常 21 または 24.5 kVであり[ 149 ] 、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 のサイズとタイプによって異なります。[ 150 ]配合が異なるため、熱膨張係数が類似しているなど、互いに互換性がある必要があります。[ 121 ]スクリーンには、反射防止コーティングまたは反射防止コーティングが施されている場合もあり、[ 151 ] [ 117 ] [ 152 ]または、反射を防ぐために研磨されている場合もあります。[ 153 ] 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。[ 117 ] [ 154 ] [ 68 ]
CRTのファンネルの鉛ガラスには、21～25%の酸化鉛（PbO）が含まれている場合があり、[ 155 ] [ 156 ] [ 120 ]ネックには30～40%の酸化鉛が含まれている場合があり、[ 157 ] [ 158 ]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る場合があります。[ 9 ]一般的なCRTには、サイズに応じて、ガラス中に数キログラムの酸化鉛が含まれています[ 107 ] 。12インチCRTには合計0.5kgの鉛が含まれていますが、32 インチCRTには最大3kgの鉛が含まれています 。[ 9 ]酸化ストロンチウムは、1970年代にCRTで使用され始め、これが主な用途となっています。[ 159 ] [ 160 ]それ以前は、CRTの前面プレートには鉛が使用されていました。[ 161 ]
初期のCRTの中には、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製の漏斗を使用したものもあった。[ 55 ]また、プレスガラスの漏斗の代わりにセラミックや吹きガラスのパイレックスを使用したものもあった。[ 162 ] [ 163 ] [ 40 ] [ 164 ] [ 165 ]初期のCRTには専用のアノードキャップ接続がなく、漏斗がアノード接続であったため、動作中は通電状態であった。[ 166 ]
漏斗は内側と外側に導電性コーティングが施されており、[ 167 ] [ 168 ]漏斗がコンデンサとなり、CRT の陽極電圧の安定化とフィルタリングに役立ち、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提供される安定性により、真空管を使用していた初期の電源設計に内在する問題が解決されました。漏斗はコンデンサとして使用されるため、漏斗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) がかかっており、外側のコーティングは接地されています。より現代的な電源で駆動される CRT は、現代の電源の設計がより堅牢であるため、接地する必要はありません。漏斗によって形成されるコンデンサの値は 5〜10 nFですが、これは陽極に通常供給される電圧です。漏斗によって形成されるコンデンサは、他のタイプのコンデンサと同様に、誘電体吸収の影響を受けることもあります。[ 169 ] [ 149 ] [ 170 ] [ 171 ] [ 167 ] [ 121 ]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ります[ 172 ]。
CRT の奥行きは画面サイズに関係しています。[ 173 ]通常の偏向角は、コンピュータ モニター CRT と小型 CRT では 90°、大型 TV CRT では標準の 110° であり、2001 ～ 2005 年以降に製造された薄型 CRT では LCD TV に対抗するために 120° または 125° が使用されました。[ 174 ] [ 117 ] [ 97 ] [ 105 ] [ 175 ]時間の経過とともに、偏向角は実用的になるにつれて増加し、1938 年の 50° から 1959 年の 110° [ 21 ] 、 2000 年代には 125° になりました。140° 偏向 CRT は研究されましたが、収束 (赤、緑、青の電子銃のアライメント) の問題が解決されなかったため、商品化されませんでした。[ 176 ]
CRTのサイズは、画面全体の面積（または面対角線）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。 [ 168 ] [ 177 ]
表示領域は長方形であるが、CRT の端は湾曲している場合があり (例えば、1972 年に東芝が最初に製造した黒ストライプ CRT) [ 138 ]、端が黒く完全に平坦な場合 (例えば、Flatron CRT) もあり、[ 118 ] [ 138 ] [ 178 ]、または表示領域が CRT の端の湾曲に沿う場合 (黒縁または湾曲した端の有無にかかわらず) もある。[ 179 ] [ 180 ] [ 181 ] 。
3インチ以下の小型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では、黒い縁がない場合もありますが、完全に平坦です。[ 182 ] [ 170 ] [ 183 ] [ 184 ] [ 185 ]
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、これはCRTの総重量の65%を占め、実用サイズを制限します（§ サイズを参照）。ファンネルとネックのガラスはそれぞれ残りの30%と5%を占めます。ファンネルのガラスは、薄いネックと厚いスクリーンをつなぐために厚さが変化する場合があります。[ 186 ] [ 187 ] [ 9 ] [ 8 ]化学的または熱的に強化されたガラスを使用して、CRTガラスの重量を減らすことができます。[ 188 ] [ 189 ] [ 190 ] [ 191 ]
外側の導電性コーティングは接地され、内側の導電性コーティングはアノードボタン/キャップを介して一連のコンデンサとダイオード（コッククロフト・ウォルトン発生器）を介して高電圧フライバックトランスに接続されています。内側のコーティングはCRTのアノードであり、[ 192 ]電子銃の電極とともに最終アノードとしても知られています。[ 193 ] [ 194 ]内側のコーティングはバネを使用して電極に接続されています。電極はバイポテンシャルレンズの一部を形成します。[ 194 ] [ 195 ]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。
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します。[ 196 ] [ 197 ] [ 198 ] [ 199 ] [ 21 ]
内側の漏斗コーティングには、モノクロ CRT はアルミニウムを使用し、カラー CRT はアクアダグを使用します。[ 121 ]一部の CRT は内側に酸化鉄を使用する場合があります。 [ 9 ]外側には、ほとんどの CRT がアクアダグを使用します。[ 200 ]アクアダグは導電性のグラファイトベースの塗料です。カラー CRT では、アクアダグは漏斗の内側にスプレーされます[ 201 ] [ 121 ]が、歴史的には、アクアダグはモノクロ CRT の内部に塗装されていました。[ 21 ]
現代のCRTのアノードキャップ接続部は、CRTのサイズと輝度に応じて最大55～60kVまで対応できなければなりません。電圧が高いほど、CRTの大型化、画像輝度の向上、またはその両方のトレードオフが可能になります。[ 202 ] [ 150 ]これは、CRTのファンネルガラスに埋め込まれたアノード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。[ 203 ] [ 204 ]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場合があります。[ 205 ] [ 206 ]
陽極ボタンは、ボタンとファンネルの間に気密シールを確立するために、特別な形状にする必要があります。X 線は陽極ボタンから漏れる可能性がありますが、新しいボタンとクリップの設計のおかげで、1970 年代後半から 1980 年代前半に始まった新しい CRT ではそうではないかもしれません。[ 150 ] [ 207 ]ボタンは、入れ子になった 3 つのカップのセットで構成され、最も外側のカップは、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 40 ～ 49%、クロム 3 ～ 6% を含むニッケル - クロム - 鉄合金で作られ、最初の内側のカップは、X 線を遮蔽するために厚くて安価な鉄で作られ、2 番目の最も内側のカップもクリップに接続するために鉄またはその他の電気伝導性金属で作られています。カップは、ファンネルガラスに溶着されても耐えられるように、十分な耐熱性とファンネルガラスと同様の熱膨張係数を持っている必要があります。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ます。[ 197 ]アノードボタンは、金型で成形される際に漏斗に取り付けられる場合があります。[ 208 ] [ 209 ] [ 150 ]あるいは、X線遮蔽はクリップに組み込まれる場合もあります。[ 210 ]
フライバック変圧器は、電圧逓倍器を含む場合は IHVT (Integrated High Voltage Transformer) とも呼ばれます。フライバックは、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のコアを使用します。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提供する多数の二次巻線があります。メインの二次巻線は、電圧逓倍器に電圧パルスを供給し、最終的に CRT に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、および走査ラスタから得られる電圧を供給します。変圧器の電源が切れると、フライバックの磁場が急速に崩壊し、巻線に高電圧が誘導されます。磁場が崩壊する速度によって誘導される電圧が決まるため、電圧は速度とともに増加します。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) を使用して、磁場の崩壊を遅らせます。[ 211 ] [ 212 ]
CRTを使用する製品の高電圧電源の設計は、CRTから放出されるX線の量に影響を与えます。放出されるX線の量は、電圧と電流の両方が高くなるにつれて増加します。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しているときに電子電流が増加すると陽極電圧とフォーカス電圧が低下する場合、放出されるX線の量は、CRTが中程度の明るさの画像を表示しているときに最大になります。これは、暗い画像または明るい画像を表示しているときに、高い陽極電圧が低い電子ビーム電流を打ち消し、その逆もまた同様であるためです。一部の古いCRTテレビセットの高電圧レギュレータおよび整流真空管もX線を放出する可能性があります。[ 161 ]
電子銃は、最終的にCRTの画面上の蛍光体に当たる電子を放出します。電子銃にはヒーターがあり、陰極を加熱し、グリッドを使用して集束され、最終的にCRTの画面に加速される電子を生成します。加速は、CRTの内側のアルミニウム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、画面の中心を狙うように配置されています。[ 194 ] CRTのネックの内側にあり、電子銃のガラスストリップであるガラスビーズまたはガラスサポートロッドを使用してネックに固定されています。[ 21 ] [ 194 ] [ 213 ]電子銃は別々に作られ、その後、「巻き取り」またはシーリングと呼ばれるプロセスによってネックの内側に配置されます。[ 69 ] [ 214 ] [ 215 ] [ 216 ] [ 217 ] [ 218 ]電子銃には、CRTのネックに融着されたガラスウェハがあります。電子銃への接続部はガラスウェハを貫通する。[ 215 ] [ 219 ]電子銃がネック内部に入ると、その金属部品（グリッド）は高電圧を用いて互いにアーク放電され、スポットノッキングと呼ばれるプロセスで粗いエッジを滑らかにし、グリッドの粗いエッジから二次電子が発生するのを防ぐ。[ 220 ] [ 221 ] [ 222 ]
電子銃には、タングステンフィラメント発熱体によって加熱される間接加熱式ホットカソードがあります。ヒーターは、 CRT に応じて 0.5～2 A の電流を消費する場合があります。ヒーターに印加される電圧は、CRT の寿命に影響を与える可能性があります。[ 223 ] [ 224 ]カソードを加熱すると、カソード内の電子がエネルギーを得て、電子放出が促進されます。[ 225 ]同時に、カソードに電流が供給されます。通常、 1.5 V で 140 mAから 6.3 Vで 600 mAまでです。 [ 226 ]カソードは低エネルギーの電子を放出し、それが加速されて電子ビームに集束されます。[ 21 ]カラー CRT には、赤、緑、青の 3 つのカソードがあります。ヒーターはカソード内部にありますが、カソードには接触しません。カソードは独自の独立した電気接続を備えています。カソードは、電気接続と構造的サポートを提供するニッケル片にコーティングされた材料です。ヒーターはこの部品に触れることなく内部に収まります。[ 192 ] [ 227 ] [ 228 ] [ 229 ]
CRT電子銃では、いくつかの短絡が発生する可能性があります。1つはヒーターとカソード間の短絡で、カソードが永久的に電子を放出し、影響を受けるカソードに応じて、明るい赤、緑、または青の色合いとリトレースラインのある画像が発生する可能性があります。あるいは、カソードが制御グリッドに短絡して同様の効果が発生する可能性があり、または、制御グリッドとスクリーングリッド（G2）[ 230 ]が短絡して、非常に暗い画像または画像がまったく表示されない可能性があります。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ります。[ 231 ] [ 232 ]
陰極は、電気的および機械的な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す。[ 233 ] [ 149 ]酸化バリウムは、電子を放出できるように加熱して活性化する必要があります。酸化バリウムは空気中で安定しないため、活性化が必要です。そのため、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ます。活性化により、炭酸バリウムは加熱されて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ます。[ 234 ] [ 233 ]活性化は真空形成時に行われます（§ 排気で説明）。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ります。[ 235 ]あるいは、炭酸バリウムの代わりにバリウムストロンチウムカルシウム炭酸塩を使用することもできます。この場合、活性化後にバリウム、ストロンチウム、カルシウムの酸化物が得られます。[ 236 ] [ 21 ]動作中、酸化バリウムは800～1000℃まで加熱され、その時点で電子を放出し始める。[ 237 ] [ 149 ] [ 225 ]
熱陰極であるため、陰極汚染が発生しやすい。陰極汚染とは、正イオン層が形成され、陰極が電子を放出できなくなり、画像の明るさが著しくまたは完全に低下し、焦点と強度がビデオ信号の周波数の影響を受け、CRT で詳細な画像が表示されなくなる現象である。正イオンは、CRT 内部に残った空気分子または陰極自体から発生し[ 21 ]、時間の経過とともに熱陰極の表面と反応する。[ 238 ] [ 232 ]マンガン、ジルコニウム、マグネシウム、アルミニウム、チタンなどの還元金属をニッケル片に添加することで、陰極の寿命を延ばすことができる。活性化中に還元金属が酸化バリウムに拡散し、特に高電子ビーム電流で寿命が向上するためである。[ 239 ]赤、緑、青の陰極を持つカラー CRT では、1 つ以上の陰極が他の陰極とは独立して影響を受け、1 つ以上の色が完全にまたは部分的に失われることがある。[ 232 ] CRT は、陰極汚染により摩耗したり焼損したりすることがあります。陰極汚染は、陰極電流の増加 (オーバードライブ) によって加速されます。[ 240 ]カラー CRT では、赤、緑、青の 3 つの陰極があるため、1 つまたは複数の陰極が汚染されると、1 つまたは複数の色が部分的にまたは完全に失われ、画像に色味がつくことがあります。[ 232 ]この層は、陰極と直列に接続されたコンデンサとしても機能し、熱遅延を引き起こす可能性があります。陰極は、陰極汚染を遅らせ、陰極の寿命を最大 15% 延ばすために、代わりに酸化スカンジウムで作るか、ドーパントとして組み込むことができます。[ 241 ] [ 149 ] [ 242 ]
陰極からの電子放出率は、その表面積に関係しています。表面積の大きい陰極は、より多くの電子を生成し、より大きな電子雲を形成するため、電子雲を電子ビームに集束させることが難しくなります。[ 240 ]通常、CRTが画像の一部が最大輝度で表示される場合を除き、陰極の一部のみが電子を放出します。最大輝度の部分のみが陰極全体から電子を放出します。電子を放出する陰極の領域は、輝度が増加するにつれて中心から外側に向かって拡大するため、陰極の摩耗は不均一になる可能性があります。陰極の中心のみが摩耗している場合、CRTは画像の最大輝度の部分を明るく点灯しますが、画像の暗い部分をまったく表示しない場合があります。このような場合、CRTはガンマ特性が劣悪になります。[ 232 ]
陰極[ 243 ]に対して負の電圧が、電子銃の残りの部分への電子の放出を制御するために、最初の（制御）グリッド（G1）に印加されます。実際には、G1はウェーネルト円筒です。[ 226 ] [ 244 ]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によって制御されます。次に、銃の2番目の（スクリーン）グリッド（G2）は、数百ボルトの直流電圧を使用して電子をスクリーンに向かって加速します。次に、3番目のグリッド（G3）は、電子ビームが偏向され、その後陽極電圧によって加速されてスクリーン上に照射される前に、電子ビームを静電的に集束します。[ 245 ]電子ビームの静電集束は、最大600ボルトで励起されたアインツェルレンズを使用して実現できます。 [ 246 ] [ 234 ]静電集束以前は、電子ビームを集束させるには、電子銃の外側に設置された大型で重く複雑な機械的集束システムが必要だった。[ 166 ]
しかし、CRTの最終陽極付近では数十キロボルトの高電圧のため静電集束は実現できないため、代わりに高電圧（約600～8000 V）[ 247 ]電極とCRTの最終陽極電圧の電極を組み合わせて集束に用いることができる。このような構成はバイポテンシャルレンズと呼ばれ、アインツェルレンズよりも高い性能を提供する。あるいは、数十キロボルトの高陽極電圧とともに磁気集束コイルを使用して集束を実現することもできる。ただし、磁気集束は実装コストが高いため、実際にはほとんど使用されていない。[ 192 ] [ 234 ] [ 248 ] [ 249 ]一部のCRTでは、電子ビームを集束するために2つのグリッドとレンズを使用することがある。[ 241 ]集束電圧は、フライバックの高電圧巻線の一部と抵抗分圧器を組み合わせてフライバックで生成される。フォーカス電極は、CRTのネック部分にある他の接続部と並んで接続されます。[ 250 ]
カットオフ電圧と呼ばれる電圧があり、これは電子ビームによって画面上に生成された画像が消えるため、画面上に黒色を生成する電圧です。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異なります。多くのCRT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、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ため（G1がすべての電子銃で共有されているため）、画像の明るさが向上し、調整が簡素化されます。[ 194 ]ただし、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を供給するために使用されるビデオアンプに余分な負荷がかかります。モノクロCRTはこの問題の影響を受けません。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ビデオが電子銃に供給されます。[ 251 ] [ 166 ]
電子ビームのリトレース中、ビデオアンプに信号を送るプリアンプは無効になり、リトレース線が表示されないように、ビデオアンプはカットオフ電圧よりも高い電圧にバイアスされます。または、G1に大きな負の電圧を印加して、電子が陰極から出ないようにすることもできます。[ 21 ]これはブランキングとして知られています。（垂直ブランキング間隔と水平ブランキング間隔を参照）。バイアスが不適切だと、1つ以上の色でリトレース線が見えるようになり、リトレース線が着色または白色になります（たとえば、赤色が影響を受けると赤色に着色され、赤色と青色が影響を受けるとマゼンタ色に着色され、すべての色が影響を受けると白色になります）。[ 252 ] [ 253 ] [ 254 ]あるいは、アンプは、高速ブランキング信号を使用して、アンプ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駆動される場合もあります。[ 255 ] CRTを組み込んだテレビやコンピューターモニターには、DC成分を含むビデオ信号をCRTに供給し、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。[ 256 ]
電子ビームは地球の磁場の影響を受けることがあり、その結果、通常は焦点レンズの中心からずれて入射します。これは、非点収差補正を使用して補正できます。非点収差補正は磁気式と電子式（動的）の両方で行われ、磁気式が大部分の作業を行い、電子式は微調整に使用されます。[ 257 ]電子銃の一方の端にはガラスディスクがあり、その縁はおそらくフリットを使用してCRTのネックの縁と融着されています。[ 258 ]電子銃を外部に接続する金属リードはディスクを貫通しています。[ 259 ]
電子銃の中には、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を備え、電子ビームの位置に応じて焦点電圧を変化させることで、画面全体、特に隅々まで画像の鮮明さを維持するものもある。[ 117 ] [ 260 ] [ 261 ] [ 262 ] [ 263 ]また、最終陽極電圧からグリッド用の電圧を生成するためのブリーダ抵抗器を備えているものもある。[ 264 ] [ 265 ] [ 266 ]
CRTは製造後、陰極放出が安定するようにエージング処理された。[ 267 ] [ 268 ]
カラーCRTの電子銃は、ビデオアンプによって駆動されます。ビデオアンプは、色チャンネルごとに信号を受け取り、 チャンネルごとに40～170Vに増幅して、電子銃のカソードに供給します。[ 254 ]各電子銃は独自のチャンネル（色ごとに1つ）を持ち、すべてのチャンネルは同じアンプで駆動できます。アンプは内部に3つの独立したチャンネルを持っています。[ 269 ]アンプの能力は、CRTの解像度、リフレッシュレート、コントラスト比を制限します。アンプは、同時に高い帯域幅と電圧変動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、より高い帯域幅（電圧を変化させて黒と白を切り替えることができる速度）が必要であり、コントラスト比が高いほど、低い黒レベルと高い白レベルのために、より高い電圧変動または振幅が必要です。たとえば、30MHz の帯域幅では通常720pまたは1080iの解像度を提供できますが、20MHzでは 通常約600（水平方向、上から下まで）の解像度を提供します。[ 270 ] [ 254 ]陰極と制御グリッド間の電圧差が電子ビームを変調し、電流を変調することで色の濃淡を作り出し、それによって画像がラインごとに作成され、画像の明るさにも影響を与える可能性があります。[ 232 ]カラーCRTで使用される蛍光体は、一定量のエネルギーに対して異なる量の光を生成するため、カラーCRTで白色を生成するには、3つの電子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発するため、最も多くのエネルギーを出力する電子銃は赤色電子銃です。[ 254 ]
CRTは顕著な三極管特性を持ち、その結果、大きなガンマ（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。[ 271 ]
偏向には磁気式と静電式の2種類があります。磁気式は、より大きな偏向角（したがってCRTの奥行きが浅くなる）と偏向電力（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）が可能になるため、テレビやモニターでよく使用されます[ 272 ]。また、最大2kVの高電圧による偏向は不要です [ 175 ] 。一方、オシロスコープでは、オシロスコープで取得した生の波形を（増幅後）CRT内部の垂直静電偏向板に直接印加できるため、静電偏向がよく使用されます[ 273 ] 。
磁気偏向を使用するものは、2 対の偏向コイルを備えたヨークを使用する場合があります。1 対は垂直偏向用、もう 1 対は水平偏向用です。[ 274 ]ヨークは接着（一体型）または取り外し可能になります。接着されたものは、接着剤[ 275 ]またはプラスチック[ 276 ]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を備えたものはクランプで固定します。[ 277 ] [ 123 ]ヨークは熱を発生するため、ガラスの導電率は温度の上昇とともに上昇し、CRT がコンデンサとして使用できる状態を維持するにはガラスが絶縁体である必要があるため、その熱を除去することが不可欠です。したがって、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。[ 149 ]ヨークには、磁力の損失を低減するためのフェライトコアを備えた偏向コイルと収束コイル[ 278 ] [ 274 ]、およびカラー CRT で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 (例えば、色純度リングと収束リング) [ 279 ]とモノクロ CRT [ 280 ] [ 281 ]が含まれています。ヨークはコネクタを使用して接続できます。ヨークの偏向コイルの接続順序によって、CRT に表示される画像の向きが決まります。[ 172 ]偏向コイルはポリウレタン接着剤を使用して所定の位置に保持できます。[ 275 ]
偏向コイルは、VGA を介して水平同期信号および垂直同期信号として伝送される可能性のある鋸歯状信号[ 282 ] [ 283 ] [ 254 ]によって駆動されます。 [ 284 ] 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。水平回路は、 CRT のリフレッシュレートと描画する水平線の数 (CRT の垂直解像度) に応じて15 ～ 240 kHz というはるかに高い周波数 (水平走査 レート) で動作する点を除いて、これらの回路は似ています。周波数が高いと干渉を受けやすくなるため、画像が斜めに歪むのを防ぐために、水平偏向信号の位相を同期信号の位相にロックする自動周波数制御 (AFC) 回路が使用される場合があります。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。したがって、 リフレッシュレートが 60 Hz の CRT では、垂直偏向回路は 60 Hz で動作します 。水平偏向信号と垂直偏向信号は、動作原理の異なる 2 つの回路を使用して生成できます。水平偏向信号は電圧制御発振器 (VCO) を使用して生成され、垂直偏向信号はトリガー緩和発振器を使用して生成されます。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ます。[ 285 ] [ 254 ] CRT は偏向角が異なり、偏向角が大きいほど、画面サイズが同じ場合 CRT は浅くなりますが、偏向電力が増加し、光学性能が低下します。[ 286 ] [ 149 ] [ 287 ]
偏向電力が高いということは、電子ビームをより大きな角度に曲げるために偏向コイルに送られる電流[ 288 ]が増えることを意味し、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る可能性があります[287]。熱は抵抗損失とコア損失によって発生します[289]。偏向電力は、 1インチあたりのmAで測定されます[ 254 ]。垂直偏向コイルは動作に約24ボルトを必要とする場合があり、水平偏向コイルは動作に約120ボルトを必要とします。
偏向コイルは偏向増幅器によって駆動されます。[ 290 ]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場合もあります。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あり、いくつかの機能を果たします。その中には、鋸歯状の偏向信号をCRTの曲率に合わせて整形することや、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ります。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、コイルはコンデンサにエネルギーを戻し、そのエネルギーが電子ビームを画面の左側に押し出すために使用されます。[ 211 ]
水平偏向コイルは高周波で動作するため、熱放散を減らすために偏向コイル内のエネルギーをリサイクルする必要があります。リサイクルは、偏向コイルの磁場内のエネルギーをコンデンサのセットに転送することによって行われます。[ 211 ]電子ビームがスクリーンの左側にあるときは水平偏向コイルの電圧は負で、電子ビームがスクリーンの右側にあるときは正です。偏向に必要なエネルギーは電子のエネルギーに依存します。[ 291 ]エネルギー（電圧および/または電流）が高い電子ビームは偏向するためにより多くのエネルギーを必要とし、[ 139 ]より高い画像輝度を実現するために使用されます。[ 292 ] [ 293 ] [ 202 ]
主にオシロスコープで使用されます。偏向は、水平偏向用と垂直偏向用の2組のプレート間に電圧を印加することによって行われます。電子ビームは、プレート間の電圧差を変化させることによって方向付けられます。たとえば、垂直偏向ペアの上部プレートに電圧を印加し、下部プレートの電圧を0ボルトに保つと、電子ビームはスクリーンの上部に向かって偏向されます。下部プレートの電圧を0ボルトに保ちながら上部プレートの電圧を上げると、電子ビームはスクリーンのより高い位置に偏向されます（ビームの偏向角が大きくなります）。水平偏向プレートについても同様です。プレート間の長さと距離を大きくすることでも、偏向角を大きくすることができます。[ 294 ]
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、蛍光体が長時間電子の照射を受けることで劣化し、固定画像やロゴが画面に長時間表示されたままになると、「ゴースト」画像として現れたり、ひどい場合はCRTの電源が切れていても焼き付きが発生したりします。これを防ぐために、コンピュータではスクリーンセーバーを使用して焼き付きを最小限に抑えていました。[ 295 ]
CRT の部分真空は0.01 パスカル (1 × 10 −7 atm) [ 296 ]から0.1 マイクロパスカル (1 × 10 −12 atm)以下[ 297 ]であり、ベーキングまたはベークアウトと呼ばれるプロセスで約 375 ～ 475 °Cのオーブンで排気されます。[ 298 ]排気プロセスでは、CRT 内部のあらゆる物質がガス化され、蛍光体の塗布に使用されるポリビニルアルコール (PVA) などの他の物質も分解されます。[ 299 ]加熱と冷却は、ガラスにストレスを与えたり、硬化させたり、ひび割れさせたりしないように徐々に行われます。オーブンは CRT 内部のガスを加熱し、ガス分子の速度を上げて、真空ポンプでガスが吸い出される可能性を高めます。 CRTの温度はオーブンの温度より低く保たれ、CRTが400 ℃に達した直後にオーブンが冷却され始めるか、またはCRTは400 ℃を超える温度で最大15～55分間保持された。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ために使用された可能性がある。[ 300 ] [ 301 ] [ 302 ]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。[ 303 ] [ 304 ] [ 305 ] [ 306 ]以前は水銀真空ポンプも使用されていた。[ 307 ] [ 308 ]ベーキング後、CRTは真空ポンプから切り離される（「密封または切り離される」）。[ 309 ] [ 310 ] [ 311 ]次に、RF（誘導）コイルを使用してゲッターを加熱します。ゲッターは通常、CRTのファンネルまたはネックにあります。[ 312 ] [ 313 ]多くの場合バリウムをベースとしたゲッター材料は、RFコイルによって誘発される加熱（材料内部での発熱と組み合わされる場合もある）により蒸発する際に、残存するガス粒子を捕捉します。蒸気はCRTを満たし、遭遇するガス分子を捕捉し、CRT内部で凝縮して、捕捉されたガス分子を含む層を形成します。水素 バリウム蒸気の分散を助けるために材料中に存在する可能性がある。材料は1000 ℃を超える温度に加熱され、蒸発する。[ 314 ] [ 315 ] [ 235 ] CRTの真空が部分的に失われると、画像がぼやけたり、CRTのネックが青く光ったり、フラッシュオーバーが発生したり、陰極放出が失われたり、焦点の問題が発生したりすることがあります。[ 166 ]
かつてはCRTは再生、修理、または改修されていました。再生プロセスには、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は高価で摩耗が早かったため、修理する価値があったことから、再生は1960年代まで人気がありました。[ 312 ]米国最後のCRT再生業者は2010年に閉鎖し、[ 316 ]ヨーロッパ最後のフランスにあったRACSは2013年に閉鎖しました。[ 317 ]
再生（若返りとも呼ばれる）は、劣化したCRTの明るさを一時的に回復させることを目的としたプロセスです。これは多くの場合、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によって行われます。[ 318 ]一部の再生装置は、短絡部に容量放電を流すことでヒーターとカソード間の短絡を修復することもできます。[ 232 ]
CRT内の蛍光体は、CRTの真空内部にあるため、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。[ 199 ]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。電荷が発生すると、電子ビームが反発するため、画像の明るさが低下します。 [ 21 ]
CRTで使用される蛍光体には、以前の暗い蛍光体に代わり、希土類金属が含まれていることが多い。 [ 319][320][295] 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おり、[ 321 ]一部の黒色および白色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たが、[ 50 ]カドミウム、亜鉛、マグネシウムに銀、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た。[ 21 ] CRTで使用される希土類蛍光体は、以前の蛍光体よりも効率が高い（より多くの光を生成する）。[ 322 ]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する。粒子が小さい蛍光体ほどスクリーンに強く付着する。蛍光体は、（カラーCRTで）光漏れを防ぐために使用される炭素とともに、引っ掻くことで簡単に除去できる。[ 144 ] [ 323 ]
CRTには数十種類の蛍光体が利用可能でした。[ 324 ]蛍光体は、色、残光性、輝度上昇および下降曲線、陽極電圧による色（貫通型CRTで使用される蛍光体の場合）、用途、化学組成、安全性、バーンインに対する感度、および二次発光特性に基づいて分類されました。[ 325 ]希土類蛍光体の例としては、ビームインデックス管の赤色用の酸化イットリウム[ 326 ]と青色用のケイ化イットリウム[ 327 ]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などがあります。
SMPTE-C蛍光体は、同名のカラースペースを定義するSMPTE-C規格によって定義された特性を持っています。この規格は正確な色再現を優先していますが、NTSCとPALの色システムで使用される蛍光体とカラースペースが異なるため、これは困難でした。PALテレビは、飽和緑色蛍光体を使用しているため、主観的に優れた色再現を実現しています。飽和緑色蛍光体は比較的長い減衰時間を持っていますが、PALではフレームレートが低いため蛍光体が減衰する時間が長いため、許容されます。SMPTE-C蛍光体は業務用ビデオモニターに使用されていました。[ 328 ] [ 329 ]
モノクロおよびカラーCRTの蛍光体コーティングの裏面には、光を前方に反射し、蛍光体上の負イオンによるイオン焼損を防ぐためのイオンからの保護を提供し、蛍光体と衝突する電子によって発生する熱を管理し、[ 330 ]画面から電子を反発させる可能性のある静電気の蓄積を防ぎ、陽極の一部を形成し、電子ビームが当たった後に画面内の蛍光体によって生成された二次電子を収集して電子の戻り経路を提供するアルミニウムコーティングが使用されている場合がある。[ 331 ] [ 149 ] [ 332 ] [ 330 ] [ 21 ]電子ビームは、画面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の電圧を約1 kV減衰させます。[ 333 ] [ 21 ] [ 325 ]蛍光体の表面粗さを低減し、アルミニウムコーティングの表面を均一にしてスクリーンのガラスに接触しないようにするために、蛍光体にフィルムまたはラッカーを塗布することができる。[ 334 ] [ 335 ]これはフィルム化として知られている。[ 181 ]ラッカーには溶剤が含まれており、後に蒸発する。溶剤が逃げるように穴のあるアルミニウムコーティングを作成するために、ラッカーを化学的に粗面化することができる。[ 335 ]
測定や表示用途のニーズに応じて、さまざまな蛍光体が利用可能です。照明の明るさ、色、および残光時間は、CRT スクリーンで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。[ 336 ]短時間の過渡現象を視覚的に観察する場合は、残光時間の長い蛍光体が望ましい場合があります。高速で繰り返し発生する現象、または高頻度の現象の場合は、一般的に残光時間の短い蛍光体が好ましいです。[ 337 ]蛍光体の残光時間は、高いリフレッシュレートでスミアリングやゴーストアーティファクトが発生しないように十分に低くする必要があります。[ 117 ]
陽極電圧の変動は、ブルーミング、収縮、または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を引き起こす可能性があります。電圧が低いとブルーミングと拡大縮小が起こり、電圧が高いと逆の現象が起こります。[ 338 ] [ 339 ]ブルーミングは避けられない場合があり、画像の明るい領域が拡大し、同じ画像の周囲の暗い領域を歪ませたり押し出したりする現象として見られます。ブルーミングは、明るい領域では電子銃からの電子ビーム電流が高くなり、ビームが広がり、焦点を合わせにくくなるために発生します。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。[ 161 ]
ドーム現象は、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るものです。この現象が発生するテレビでは、暗いシーンの中に1つ以上の局所的な明るいスポットがある高コントラストのシーンで発生する傾向があります。電子ビームがこれらの領域のシャドウマスクに当たると、不均一に加熱されます。熱の差によってシャドウマスクが歪み、その結果、電子銃が間違った色の蛍光体に当たり、影響を受けた領域に誤った色が表示されます。[ 340 ]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。[ 341 ] [ 342 ] [ 343 ] [ 344 ]
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。[ 345 ]画像の明るい部分は暗い部分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による熱膨張によって歪み (ブルーミング) が生じます。[ 346 ] [ 347 ]シャドウマスクは通常鋼鉄で作られていますが、従来のマスクよりも 2〜3 倍の電流に耐え、目立った歪みが生じないため、インバー[ 122 ] (低熱膨張ニッケル鉄合金)で作ることもできます。 [ 117 ] [ 348 ] [ 67 ]また、高解像度 CRT の実現が容易になります。[ 349 ]ブルーミングを抑制するために、シャドウマスクに放熱コーティングを施すことができます。 [ 350 ] [ 351 ]このプロセスは黒化と呼ばれます。[ 352 ] [ 353 ]
バイメタルスプリングは、電子ビームがシャドウマスクを加熱して熱膨張を起こすことで発生する歪みを補正するために、テレビで使用されるCRTで使用されることがあります。[ 66 ]シャドウマスクは、金属片[ 354 ]またはレールやフレーム[ 355 ] [ 356 ] [ 357 ]を使用してスクリーンに取り付けられ、それぞれファンネルまたはスクリーンガラスに溶着され[ 261 ] 、シャドウマスクに張力を保持して歪みを最小限に抑え（マスクがフラットな場合、フラットスクリーンCRTコンピュータモニターで使用）、より高い画像輝度とコントラストを可能にします。
アパーチャ グリル スクリーンは、より多くの電子を通過させるため、より明るくなります。また、反りにもより強いです。[ 117 ]カラー CRT は、シャドウ マスクが電子ビームの大部分を遮断するため、同じ明るさを実現するにはモノクロ CRT よりも高い陽極電圧が必要です。スロット マスク[ 51 ]や特にアパーチャ グリルは、電子をそれほど多く遮断しないため、特定の陽極電圧でより明るい画像が得られますが、アパーチャ グリル CRT は重くなります。[ 122 ]シャドウマスクは電子ビームの80～85% [ 346 ] [ 345 ]を遮断しますが、アパーチャ グリルはより多くの電子を通過させます。[ 359 ]
画像の明るさは陽極電圧とCRTのサイズに関係するため、画面が大きいほど[ 360 ]、画像の明るさが高いほど、より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。[ 240 ]陽極電圧と電子ビーム電流が高いほど、電子の速度とエネルギーが高くなるため、X線と発熱量も多くなります。[ 161 ]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線放出を遮断するために使用されます。
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[ 361 ] 。CRTの外側は完全な大気圧にさらされており、たとえば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 N ）になります[ 362 ]。たとえば、大型の43インチのSony PVM-4300は440ポンドまたは200 kgの重さがあり[ 363 ]、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 ）よりもはるかに重くなっています。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）です[ 364 ] 。
サイズは陽極電圧によっても制限される。画像の明るさを犠牲にすることなく、アーク放電やそれに伴う電気損失、オゾン発生を防ぐためには、より高い絶縁耐力が必要となるからである。
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る。[ 349 ]
偏向角、解像度、リフレッシュレートが高い場合（解像度とリフレッシュレートが高いほど、水平偏向コイルに印加する周波数が大幅に高くなるため）、電子ビームをより高い角度で移動させる必要があるため、偏向ヨークは大量の熱を発生し始めます。その結果、電力消費量も増加します。たとえば、偏向角を90°から120°に上げると、ヨークの消費電力も40ワットから80ワットに増加し、さらに120°から150°に上げると、偏向電力は80ワットから160ワットに増加する必要があります。このため、特定の偏向角、解像度、リフレッシュレートを超えるCRTは通常実用的ではありません。表皮効果、表面損失、渦電流損失による抵抗、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（ガラスの電気伝導率は温度の上昇とともに増加するため）により、コイルが過剰な熱を発生させるためです。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ます。[ 121 ] [ 365 ] [ 289 ] [ 366 ] [ 367 ] [ 368 ]カラーCRTの偏向角が大きいと、画面の隅での収束に直接影響するため、電子ビームのパワーと形状を処理するための追加の補償回路が必要となり、コストと消費電力が増加します。[ 369 ] [ 370 ]偏向角が大きいと、同じサイズのCRTをより薄くすることができますが、CRTの筐体、特にパネル、パネルとファンネルの間のシール、およびファンネルに大きなストレスがかかります。ファンネルは、ストレスを最小限に抑えるために十分な長さが必要であり、長いファンネルは、より低いストレスになるように形状を改善できます。[ 105 ] [ 371 ]
比較の決定的なポイントの1つ
CRTでは、リフレッシュレートは解像度に依存し、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減衰が遅すぎる蛍光体は、画像にスミアやモーションブラーを引き起こす可能性があります。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。[ 377 ] OLEDと競合できるLCD（デュアルレイヤーLCD、ミニLED 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）で利用可能であり[ 378 ]、色再現性ではOLEDと競合します。[ 379 ]
CRTモニターは、入力遅延においてLCDやOLEDモニターよりも優れている場合があります。これは、CRTとモニターのディスプレイコネクタの間に信号処理がないためです。CRTモニターは、多くの場合、CRTに直接供給できるアナログ信号を提供するVGAを使用します。CRTで使用するため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。 [ 380 ] [ 3 ]また、CRTモニターは、マルチシンクと呼ばれる機能で、複数の解像度で鮮明な画像を表示できることがよくあります。[ 381 ]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をプレイするのに好まれることがよくあります。一部のテクノロジーは、現代のディスプレイの機能を念頭に置いて設計されていないため、動作するためにCRTを必要とします。[ 382 ] [ 102 ]
CRTはフラットパネルよりも耐久性が高い傾向があるが[ 3 ] 、同様の耐久性を持つ特殊なLCDも存在する。
CRTは、ピクチャーチューブとディスプレイチューブの2つの主要なカテゴリで製造されました。[ 73 ]ピクチャーチューブはテレビで使用され、ディスプレイチューブはコンピュータモニターで使用されました。ディスプレイチューブは解像度が高く、コンピュータモニターで使用される場合、調整可能なオーバースキャン[ 383 ] [ 384 ]またはアンダースキャン[ 385 ] [ 386 ]を持つことがありました。 ピクチャーチューブCRTにはオーバースキャンがあり、画像の実際のエッジは表示されません。これは、CRTテレビ間の調整のばらつきを許容し、画像のギザギザのエッジ（ブルーミングによる）が画面に表示されるのを防ぐために意図的に行われています。シャドウマスクには、オーバースキャンによって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。[ 387 ] [ 117 ]テレビで使用されるカラーピクチャーチューブは、CPTとしても知られていました。[ 388 ] CRTは、ブラウン管と呼ばれることもあります。[ 389 ] [ 390 ]
CRTが白黒（B&Wまたはモノクロ）の場合、ネックに電子銃が1つあり、ファンネルの内側は蒸着によって塗布されたアルミニウムでコーティングされています。アルミニウムは真空中で蒸着され、CRTの内側に凝縮されます。これは、CRTを特殊な機械に入れてCRT内部を真空にし、アルミニウム片を囲むヒーターを使用してCRT内部のアルミニウムを蒸着し、その後真空を解放することによって行われることが多かった。[ 181 ]アルミニウムは、蛍光体のイオン焼けを防ぐために必要なイオントラップを不要にすると同時に、蛍光体によって生成された光をスクリーンに反射し、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塗料のように塗布できるためアクアダグでコーティングされていました。[ 171 ]蛍光体はコーティングされていませんでした。[ 21 ]アルミニウムは1950年代にCRTに適用され始め、蛍光体を含むCRTの内部をコーティングしました。これにより、アルミニウムが（そうでなければCRT内部で失われる）光をCRTの外側に反射するため、画像の明るさも向上しました。[ 21 ] [ 391 ] [ 392 ] [ 393 ]アルミニウム化されたモノクロCRTでは、外側にAquadag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あります。[ 181 ]
スクリーン、ファンネル、ネックは、おそらく鉛エナメルシールを使用して、1 つの封筒に融着され、ファンネルに穴が開けられ、そこ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ます。[ 69 ]以前のモノクロ CRT は、磁石を必要とするイオン トラップを使用していました。磁石は、偏向しにくいイオンから電子を遠ざけるために使用され、電子は通過させ、イオンは電子銃内の金属シートに衝突させます。[ 394 ] [ 166 ] [ 330 ]イオン バーンは、蛍光体の早期摩耗を引き起こします。イオンは電子よりも偏向しにくいため、イオン バーンはスクリーンの中央に黒い点を残します。[ 166 ] [ 330 ]
内部のアクアダ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収集し、外部のアクアダグコーティングとともにコンデンサーとして機能します。スクリーンは単一の均一な蛍光体コーティングを持ち、シャドウマスクがないため、技術的には解像度の制限がありません。[ 395 ] [ 173 ] [ 396 ]
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を使用したり、偏向ヨークの周りの磁石を使用して画像の形状を調整したりすることがあります。[ 281 ] [ 397 ]
モノクロCRTの電源を切ると、電子銃によって発光体が消灯し、画面自体が中央の小さな白い点に縮んでいきます。完全に消えるまでにはしばらく時間がかかることがあります。[ 398 ]
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ます。これらはストライプ状（アパーチャグリル設計など）または「トライアド」と呼ばれるクラスター状（シャドウマスクCRTなど）に詰め込まれています。[ 400 ] [ 401 ]
カラーCRTには、3つの電子銃があり、それぞれが原色（赤、緑、青）に対応し、直線状（インライン）または正三角形の配置（通常は1つのユニットとして構築される）で配置されている。[ 194 ] [ 274 ] [ 402 ] [ 403 ] [ 404 ]三角形の配置は、ギリシャ文字のデルタ（Δ）の形状に似ていることから、デルタガンと呼ばれることが多い。蛍光体の配置は電子銃の配置と同じである。[ 194 ] [ 405 ]グリルまたはマスクは、そうでなければ間違った蛍光体に当たる電子を吸収する。[ 406 ]
シャドウマスク管は、通常デルタ型に配置された小さな穴が開いた金属板を使用し、電子ビームが管面の正しい蛍光体のみを照射し、他のすべての電子を遮断します。[ 400 ] [ 106 ]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。[ 3 ]穴またはスロットはテーパー状になっており[ 407 ] [ 408 ]、穴の内側に当たった電子は、吸収されない限り（例えば局所的な電荷の蓄積による）、穴を通過して画面上のランダムな（間違った）場所に当たるのではなく、反射されます。別のタイプのカラーCRT（トリニトロン）は、張力のかかった垂直ワイヤーのアパーチャグリルを使用して同じ結果を得ます。[ 406 ]シャドウマスクには、各トライアドごとに1つの穴があります。[ 194 ]シャドウマスクは通常、画面の1/2インチ後ろにあります。 [ 122 ]
トリニトロンCRTは、3つの陰極を持つ単一の電子銃、より多くの電子を通過させて画像の明るさを向上させる開口グリル（開口グリルが遮断する電子の数が少ないため）、そして湾曲した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。[ 409 ]
3つの電子銃はネック部分にあり（トリニトロンを除く）、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ばれる）で区切られている場合がある。[ 68 ]
漏斗の両面にはアクアダグがコーティングされている一方、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[ 194 ] [ 121 ]。これは蛍光体コーティングの後に堆積され、電子銃に面している[ 410 ] [ 411 ] 。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、スクリーンが静電的に帯電して電子を反発させ、画像の明るさを低下させるのを防ぎ、蛍光体からの光を前方に反射し、熱管理にも役立つ。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。内側のコーティングはバネを使用して電子銃の電極に電気的に接続され、最終的な陽極を形成する[ 195 ] [ 194 ] 。外側のアクアダグコーティングは、おそらく一連のバネまたはアクアダグに接触するハーネスを使用して接地される[ 412 ] [ 413 ] 。
シャドウマスクは、そうでなければ間違った蛍光体ドットに衝突し、色の純度の問題（画像の変色）を引き起こす電子を吸収または反射します[ 396 ]。言い換えれば、正しくセットアップすると、シャドウマスクは色の純度を確保するのに役立ちます。[ 194 ]電子がシャドウマスクに衝突すると、熱とX線としてエネルギーを放出します。たとえば、陽極電圧が高すぎるために電子のエネルギーが多すぎると、熱によってシャドウマスクが歪む可能性があります。これは、CRT のフェイスプレートとファンネルの間のフリットシールを約435℃でLehrベーキングしている間にも発生する可能性があります。[ 358 ] [ 414 ]
1970年代、テレビではシャドウマスクが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るため、画像の明るさが増します。シャドウマスクはCRTの陽極に電気的に接続されることがあります。[ 415 ] [ 51 ] [ 416 ] [ 417 ]トリニトロンは、3つの完全な電子銃の代わりに、3つの陰極を持つ単一の電子銃を使用しました。CRT PCモニターは通常シャドウマスクを使用しますが、ソニーのトリニトロン、三菱のダイアモンドトロン、NECのクロマクリアは例外です。トリニトロンとダイア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は、発光に使用される電子ビームよりも直径が小さいカラー蛍光体を使用しており、[ 418 ]蛍光体全体を覆って画像の明るさを増すことを目的としています。[ 419 ]シャドウマスクは湾曲した形状にプレスすることができます。[ 420 ] [ 421 ] [ 422 ]
初期のカラーCRTには黒マトリックスがなく、黒マトリックスは1969年にゼニス、1970年にパナソニックによって導入されました。[ 419 ] [ 423 ] [ 138 ]黒マトリッ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黒マトリックスに接触し、ある蛍光体から別の蛍光体への光漏れをなくします。これはシャドウマスクの歪みによっても必要になります。[ 68 ] [ 418 ]迷走電子が間違った蛍光体ドットに衝突すると、光漏れが発生する場合があります。高解像度とリフレッシュレートでは、蛍光体は非常に少量の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ます。[ 349 ]
黒色のマトリックスを作成するためにいくつかの方法が使用されました。1つの方法では、二クロム酸塩感光性ポリビニルアルコール（PVA）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、乾燥させて露光しました。露光されていない領域を除去し、スクリーン全体にコロイド状グラファイトを塗布してカーボン膜を作成し、過酸化水素を使用して、その上にあるカーボンとともに残りのフォトレジストを除去し、穴を作成して黒色のマトリックスを作成しました。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である必要があり、露光ステップは、光回折によってギザギザのエッジを持つ小さすぎる穴や大きすぎる穴を避けるために制御する必要があり、最終的に大型カラーCRTの最大解像度を制限します。[ 418 ]次に、上記の方法を使用して穴に蛍光体を充填しました。別の方法では、光にさらされるとスクリーンに付着する芳香族ジアゾニウム塩に懸濁した蛍光体を使用しました。蛍光体を塗布し、露光してスクリーンに付着させ、各色ごとにこのプロセスを1回繰り返しました。次に、スクリーン全体に光を照射しながら残りの領域にカーボンを塗布して黒色マトリックスを作成し、水性ポリマー溶液を用いた定着処理をスクリーンに適用して蛍光体と黒色マトリックスを耐水性にした。[ 423 ]黒色マトリックスにはカーボンの代わりに黒色クロムを使用することもできる。[ 418 ]他の方法も使用された。[ 424 ] [ 425 ] [ 426 ] [ 427 ]
蛍光体はフォトリソグラフィーを使用して塗布されます。スクリーンの内側は、PVAフォトレジストスラリーに懸濁された蛍光体粒子でコーティングされ、[ 428 ] [ 429 ]赤外線を使用して乾燥され、[ 430 ]露光され、現像されます。露光は、CRTが色の純度を達成できるように補正レンズを備えた紫外線光源を使用する「ライトハウス」を使用して行われます。スプリング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ます。このプロセスはすべての色で繰り返されます。通常、緑色の蛍光体が最初に塗布されます。[ 194 ] [ 431 ] [ 432 ] [ 433 ]蛍光体の塗布後、スクリーンは、スクリーン上に残っている可能性のある有機化学物質（蛍光体の堆積に使用されたPVAなど）を除去するためにベーキングされます。[ 423 ] [ 434 ]あるいは、蛍光体は真空チャンバー内で蒸発させてスクリーン上に凝縮させることで塗布でき、非常に均一なコーティングが形成される。[ 241 ]初期のカラーCRTでは、蛍光体はシルクスクリーン印刷を使用して堆積されていた。[ 43 ]蛍光体の上には（視聴者側に向かって）カラーフィルターが貼られていたり、蛍光体から発せられる色の顔料が含まれていたり、[ 435 ] [ 320 ]あるいは、色の純度と再現性を向上させ、グレアを低減するためにカラーフィルターでカプセル化されていたりする。[ 432 ] [ 417 ]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。[ 436 ]光量が不足しているために露光が不十分だと、蛍光体のスクリーンへ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はサイズが小さいため光を十分に受け取れず、CRTの最大解像度が制限される。[ 437 ]
スクリーンに蛍光体とアルミニウムを塗布し、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。フリットを安定させるために酸化ホウ素(III)も存在し、アルミナ粉末は充填粉末としてフリットの熱膨張を制御します。[ 438 ] [ 155 ] [ 9 ]フリットは、アミルアセテート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懸濁したフリット粒子と、ポリマーとモノマーを溶解するための有機溶媒からなるペーストとして塗布できます。[ 439 ] [ 440 ]次に、CRTは、フリットを硬化させ、ファンネルとスクリーンを密封するために、レールベークと呼ばれるオーブンで焼成されます。フリットには大量の鉛が含まれているため、カラーCRTはモノクロCRTよりも多くの鉛を含みます。一方、モノクロCRTはフリットを必要としません。漏斗は、ガス炎を使用して漏斗とスクリーンの端を溶かして接合することにより、ガラスに直接融着させることができます[ 106 ]。カラーCRTでは、融着プロセス中に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フリットが使用されます。スクリーンの端とスクリーンと接合するCRTの漏斗の端は、決して溶融されません。[ 194 ]接着性を向上させるために、フリットペーストを塗布する前に、漏斗とスクリーンの端にプライマーを塗布することができます。[ 441 ]レールベークは、CRTを徐々に加熱してから冷却して435～475 ℃に達するまで行ういくつかの連続したステップで構成されています[ 439 ] （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） [ 442 ]。レールベークの後、CRTは汚染物質を除去するために空気または窒素でフラッシュされ、電子銃がCRTのネックに挿入されて密封され、CRT上に真空が形成されます。[ 443 ] [ 216 ]
CRTを経済的に製造する際の寸法精度には限界があるため、電子銃の軸や開口部の位置、シャドウマスクの開口部などの幾何学的構成のみに基づいて、3つの電子ビームをそれぞれの色の蛍光体に適切な位置合わせで照射できるカラーCRTを実際に製造することは不可能でした。シャドウマスクは、1つのビームが特定の色の蛍光体のスポットにのみ照射されることを保証しますが、個々のCRTの内部部品の物理的な位置合わせにわずかなばらつきがあると、シャドウマスクを通るビームの正確な位置合わせにばらつきが生じ、例えば赤色ビームからの電子が青色の蛍光体に照射されるといったことが起こり得ます。そのため、個々の管間のばらつきを個別に補正する必要があります。
色の収束と色の純度は、この単一の問題の 2 つの側面です。まず、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ても、3 つのビームすべてがシャドウ マスク上の同じ場所に当たり（そして名目上は同じ穴またはスロットを通過する）必要があります。これは収束と呼ばれます。[ 444 ]より具体的には、スクリーンの中心での収束（ヨークによって偏向フィールドが適用されない場合）は静的収束と呼ばれ、スクリーンの残りの領域での収束（特に端と角）は動的収束と呼ばれます。[ 123 ]ビームはスクリーンの中心で収束しても、端に向かって偏向されるにつれて互いに離れてしまうことがあります。このような CRT は、静的収束は良好だが動的収束は不良であると言えます。次に、各ビームは、照射しようとしている色の蛍光体にのみ当たり、他の蛍光体に当たらないようにする必要があります。これは純度と呼ばれます。収束と同様に、静的純度と動的純度があり、「静的」と「動的」の意味は収束の場合と同じです。収束性と純度は異なるパラメータです。CRTは純度が高くても収束性が低い場合もあれば、その逆の場合もあります。収束性が低いと、画面上の画像が位置ずれした凹版印刷のように、表示される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、画面上のオブジェクトの色が不自然に見え、エッジは鮮明なままです。純度と収束性の問題は、画面の同じ領域または異なる領域で同時に発生する場合もあれば、画面全体で両方発生する場合もあり、画面の異なる部分で均一に発生する場合もあれば、程度の差が生じる場合もあります。
静的収束と純度の問題に対する解決策は、CRT のネックの周り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。[ 445 ]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、工場で調整されていない管に固有の静的純度と収束の誤差を補償するように設定されます。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 つまたは 3 つペアあり、その磁場は磁石の平面に平行で、電子銃の軸に垂直です。多くの場合、1 つのリングのペアは 2 極、別のペアは 4 極、残りのリングは 6 極です。[ 446 ]各磁気リングのペアは、磁場ベクトルを完全に自由に調整できる (方向と大きさの両方) 単一の有効な磁石を形成します。磁石のペアを互いに回転させることにより、それらの相対的な磁場アライメントを変更して、ペアの有効な磁場強度を調整できます。 （磁石同士が回転すると、それぞれの磁石の磁場は直角に交わる2つの反対成分を持つとみなすことができ、これらの4つの成分（磁石2個につき2つずつ）は2組のペアを形成し、一方のペアは互いに強め合い、もう一方のペアは互いに反対し、打ち消し合います。磁石が整列から外れて回転すると、互いに強め合う磁場成分は減少し、反対の、互いに打ち消し合う成分が増加します。）磁石のペアを一緒に回転させ、それらの間の相対角度を維持することで、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で、微調整されたわずかな電子ビーム偏向または横方向オフセットを適用でき、校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誤差を補正できます。これらの磁石は一度設定されると通常は所定の位置に接着されますが、必要に応じて（例えばテレビ修理店によって）取り外して現場で再調整することができます。
一部の CRT では、画面上の特定の点 (通常はコーナーまたはエッジ付近) で動的収束または動的純度を調整するための追加の固定調整可能磁石が追加されます。動的収束と純度のさらなる調整は通常受動的には行えず、水平方向の収束を補正する回路と垂直方向の収束を補正する回路という能動補償回路が必要です。この場合、偏向ヨークには収束コイルが内蔵されており、色ごとに 2 個ずつ同じコアに巻かれ、収束信号が印加されます。つまり、3 個のグループに 6 個の収束コイルがあり、各グループに 2 個のコイルがあり、水平方向の収束補正用と垂直方向の収束補正用のコイルがそれぞれ 1 つずつあり、各グループがコアを共有しています。グループは互いに 120° 離れています。CRT の前面とシャドウマスクは球形ではないため、電子ビームの焦点ずれと非点収差を補正するために動的収束が必要です。CRT 画面が球形でないという事実[ 447 ]は、回路を使用して補正できる幾何学的問題につながります。[ 448 ]収束に使用される信号は、垂直出力回路から得られる 3 つの信号から生成される放物線波形です。放物線信号は収束コイルに入力され、他の 2 つの信号は鋸歯状信号であり、放物線信号と混合されると収束に必要な信号が生成されます。抵抗とダイオードを使用して収束信号をスクリーンの中心に固定し、静的収束の影響を受けないようにします。水平収束回路と垂直収束回路は似ています。各回路には 2 つの共振器があり、通常は 15,625 Hz と 31,250 Hz に同調され、収束コイルに送られる信号の周波数を設定します。[ 449 ]動的収束は、電子銃内の静電四重極場を使用して実現できます。[ 450 ]動的収束とは、収束コイルによって電子ビームがスクリーンに沿うように湾曲するため、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。
収束信号は、わずかに正弦波の外観を持つ鋸歯状信号である場合もある。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を使用して生成される。この場合、収束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。収束信号を生成するために使用されるコンデンサは、sコンデンサとして知られている。このタイプの収束は、多くのCRTコンピュータモニターの偏向角が大きく、画面がフラットであるため必要である。sコンデンサの値はCRTのスキャンレートに基づいて選択する必要があるため、マルチシンクモニターは、リフレッシュレートごとに異なるsコンデンサのセットを持つ必要がある。[ 117 ]
動的収束は、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によって実現できます。偏向ヨークの位置は、セットスクリュー、クランプ、ゴムウェッジを使用して維持できます。[ 123 ] [ 451 ] 90° 偏向角 CRT では、動的収束なしで「自己収束」を使用できます。これは、インライン トライアド 配置と相まって、個別の収束コイルと関連回路の必要性を排除し、コスト、複雑さ、および CRT の奥行きを 10 ミリメートル削減します。自己収束は、「不均一な」磁場によって機能します。動的収束は 110° 偏向角 CRT で必要であり、特定の周波数で偏向ヨーク上の四重極巻線を動的収束に使用することもできます。[ 452 ]
ダイナミックカラーの収束と純度は、CRTが歴史の後半まで長いネック（奥行き）と二軸湾曲面を持っていた主な理由の1つです。これらの幾何学的設計特性は、固有の受動的なダイナミックカラーの収束と純度に必要です。1990年代頃から、短いネックと平らな面のCRTが実用的になる高度な能動的なダイナミック収束補償回路が利用可能になりました。これらの能動補償回路は、偏向ヨークを使用して、ビームターゲットの位置に応じてビームの偏向を微調整します。同じ技術（および主要な回路コンポーネント）により、ユーザーが制御する電子回路を介して、表示画像の回転、スキュー、およびその他の複雑なラスタジオメトリパラメータを調整することも可能になります。[ 117 ]
あるいは、ネックのすぐ外側に配置された収束リングを使用して、ガン同士を整列（収束）させることもできます。ガンごとにリングが1つずつあります。リングには北極と南極があります。リングは4セットあり、1つはRGB収束を調整し、2つ目は赤と青の収束を調整し、3つ目は垂直ラスタシフトを調整し、4つ目は純度を調整します。垂直ラスタシフトは走査線の直線性を調整します。CRTでは、CRTの端で正しい収束を保証する動的収束回路を使用することもできます。パーマロイ磁石を使用して端での収束を修正することもできます。収束は、クロスハッチ（グリッド）パターンを使用して行われます。[ 453 ] [ 454 ]他のCRTでは、リングの代わりに押し出しと押し出しを行う磁石を使用する場合があります。[ 413 ]初期のカラーCRTでは、収束を助けるために、シャドウマスクの穴は画面の中心から外側に向かって徐々に小さくなっていました。[ 419 ]
シャドウマスクや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経路が変わります。これにより、電子が意図した経路だけをたどらなくなり、意図した色以外の色の蛍光体に当たってしまうため、「色の純度」にエラーが発生します。たとえば、赤色ビームからの電子が青色や緑色の蛍光体に当たって、本来純粋な赤色であるはずの画像の一部にマゼンタや黄色の色合いがつくことがあります。（磁化が局所的であれば、この効果は画面の特定の領域に限定されます。）したがって、シャドウマスクやアパーチャグリルが磁化され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。[ 453 ]このため、一部のCRTにはファンネルの上に外部磁気シールドがあります。磁気シールドは軟鉄または軟鋼でできており、消磁コイルが含まれている場合があります。[ 455 ]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磁化される可能性があり、CRT を移動させたときに色の純度に悪影響を及ぼします。この問題は、多くのテレビやコンピューターモニターに搭載されている内蔵消磁コイルで解決されます。消磁は自動的に行われ、CRT の電源を入れるたびに実行されます。[ 456 ] [ 194 ]磁気シールドは、CRT のファンネルの内側にある内部にある場合もあります。[ 457 ] [ 458 ] [ 117 ] [ 459 ] [ 460 ] [ 461 ]
テレビやコンピューターモニターのカラーCRTディスプレイには、 CRT面の周囲に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、数秒かけてゼロに減衰し、コイルから減衰する交流磁場が発生する。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、色の純度を維持する。[ 462 ] [ 463 ]内部消磁磁場が不十分な強い磁化の異常なケースでは、より強力な携帯型消磁器または消磁装置を使用してシャドウマスクを外部から消磁することができる。しかし、交流または定常の磁場が強すぎると、シャドウマスクが機械的に変形（曲がる）し、ディスプレイに永久的な色の歪みが生じ、磁化効果と非常によく似た状態になることがある。
ドットピッチは、デルタガンCRTを前提として、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、表示されるディテールがシャドウマスクでレンダリングできるよりも細かいため、モアレが発生します。 [ 464 ]ただし、アパーチャグリルモニターは、蛍光体ストライプに垂直方向のディテールがないため、垂直方向のモアレの影響を受けません。小型CRTでは、これらのストライプは位置を自ずと維持しますが、大型アパーチャグリル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す。小型CRTでは1つ、大型CRTでは2つです。サポートワイヤは電子を遮断するため、ワイヤが見えるようになります。[ 465 ]アパーチャグリルCRTでは、ドットピッチはストライプピッチに置き換えられます。日立は、円形の穴の代わりに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。[ 417 ]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で配置することでモアレが低減される。[ 117 ]
プロジェクションCRTはCRTプロジェクターやCRTリアプロジェクションTVに使用され、通常は小型（ 横幅7～9インチ）です。[ 270 ]赤、緑、青のいずれかの光を生成する蛍光体を備えているため、モノクロCRTです。[ 466 ]構造は他のモノクロCRTと似ています。一般的に、大型のプロジェクションCRTは寿命が長く、より高い輝度レベルと解像度を提供できますが、価格も高くなります。[ 467 ] [ 468 ]プロジェクション CRT は、そのサイズに対して異常に高い陽極電圧 (例えば、 5 インチまたは 7 インチのプロジェクション CRT ではそれぞれ 27 kV または 25 kV) を持ち、[ 469 ] [ 470 ]通常使用される純粋な酸化バリウムの代わりに、特殊なタングステン/バリウム陰極が使用されています。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ン酸塩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、アルミニウム酸化物で構成されており、バリウムはタングステンを通して拡散して電子を放出します。[ 471 ] この特殊な陰極は、通常の陰極の 0.3 mA の代わりに 2 mA の電流を供給できるため、 [ 472 ] [ 471 ] [ 234 ] [ 173 ]プロジェクションの光源として使用できるほど明るくなります。高い陽極電圧と特殊な陰極により、それぞれ電子ビームの電圧と電流が増加し、蛍光体から放出される光量と動作中に発生する熱量が増加します。そのため、プロジェクターCRTには冷却が必要です。スクリーンは通常、グリコールが入った容器（スクリーンは容器の一部）を使用して冷却されます。グリコール自体に色を付けること[ 473 ]、または無色のグリコールを着色された容器内で使用すること（cエレメントと呼ばれるレンズを形成する）があります。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、赤と緑のCRTでのみ使用されます。[ 474 ] [ 475 ]各CRTには独自のグリコールがあり、グリコールが冷却および加熱される際に収縮および膨張できるように、気泡にアクセスできます。プロジェクターCRTには、カラーCRTと同様に、非点収差[ 476 ]（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ある場合があります。[ 477 ]プロジェクターには3 つの調整リングがあり、1 つは 2 つの極、1 つは 4 つの極、もう 1 つは 6 つの極を備えています。正しく調整すると、プロジェクターはフレアのない完全に円形のドットを表示できます。[ 478 ]プロジェクション CRT で使用されるスクリーンは通常よりも透明で、透過率は 90% でした。[ 121 ]最初のプロジェクション CRT は 1933 年に製造されました。[ 479 ]
プロジェクター用CRTには、静電フォーカスと電磁フォーカスがあり、後者の方が高価でした。静電フォーカスは、電子ビームを電子的に集束させ、CRTのネック部分に集束磁石を配置して微調整を行いました。このタイプのフォーカスは、時間の経過とともに劣化しました。電磁フォーカスは1990年代初頭に導入され、既存の集束磁石に加えて電磁フォーカスコイルが組み込まれました。電磁フォーカスはCRTの寿命を通じてはるかに安定しており、CRTの寿命末期でも鮮明度の95%を維持しました。[ 480 ]
ビームインデックス管（Uniray、Apple CRT、Indextronとも呼ばれる）[ 481 ]は、1950年代にPhilcoがシャドウマスクなしでカラーCRTを作成し、収束と純度の問題を解消し、より浅く、より大きな偏向角を持つCRTを実現しようとした試みである。[ 482 ]また、電子銃によって生成された電子の約80%を通常遮断するシャドウマスクを使用しないため、最終陽極に低電圧の電源が必要だった。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、消磁も不要になり、画像の明るさも向上した。[ 483 ]モノクロ CRT と同様の構造で、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したが、画面には赤、緑、青、UV (インデックス) の蛍光体ストライプが交互に並んだパターン (トリニトロンと同様) があり、側面に取り付けられた光電子増倍管[ 484 ] [ 483 ]またはフォトダイオードが画面の背面に向けて CRT のファンネルに取り付けられ、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活性化しました。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。[ 333 ]製造に必要な精度のため、棚上げされました。[ 485 ] [ 486 ] 1980 年代にソニーによって Indextron として復活しましたが、少なくとも部分的には LCD ディスプレイの開発により、採用は限定的でした。ビームインデックス CRT は、フォトダイオードが電子ビームを追跡するために常に蛍光体からの発光が必要であったため、コントラスト比が約 50:1 程度と低かった。シャドウマスクが不要だったため、単一の CRT カラー CRT プロジェクターが可能になった。通常、CRT プロジェクターは、各色に 1 つずつ、3 つの CRT を使用する。[ 487 ]高い陽極電圧とビーム電流により多くの熱が発生するため、シャドウマスクは熱で歪むため非実用的で非効率的である (シャドウマスクは電子ビームの大部分、したがって相対論的電子が運ぶエネルギーの大部分を吸収する)。3 つの CRT は、複雑な校正および調整手順を意味した[ 488 ]プロジェクターの設置時に実施する必要があり、プロジェクターを移動すると再調整が必要になります。シングルCRTでは調整の必要性はなくなりますが、各色に独自のCRTスクリーンを使用する代わりに3色にCRTスクリーンを使用する必要があるため、明るさが低下します。[ 481 ]ストライプパターンは水平解像度の制限も課しますが、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備えているため、理論上の解像度制限はありません。
フラットCRTは、画面が平らなものです。画面が平らであっても、特に内側では完全に平らではなく、曲率が大きくなっている場合があります。注目すべき例外は、LG Flatron（LG.Philips Displays、後にLP Displaysが製造）で、外側も内側も完全に平らですが、画面に接着されたガラス板があり、インプロージョン保護のために張力のかかったリムバンドが付いています。このような完全に平らなCRTは、1986年にZenithによって初めて導入され、張力のかかった平らなシャドウマスクを使用しており、シャドウマスクが張力で保持されているため、ブルーミングに対する耐性が向上しています。[ 489 ] [ 490 ] [ 491 ] [ 261 ] [355][492] LGのFlatron技術は、現在LGの子会社であるZenithによって開発されたこの技術に基づいています。[ 493 ] [ 494 ]フラットCRTには、たわみなどの多くの課題があります。垂直偏向ブースターは、曲率の低下を補償するために垂直偏向コイルに送られる電流の量を増やすために必要です。[ 288 ]シンクレアTV80や多くのソニーウォッチマンで使用されているCRTは、奥行きがなく前面スクリーンが平らであるという意味でフラットでしたが、電子銃はスクリーンの側面に配置されていました。[ 495 ] [ 496 ] TV80は静電偏向を使用していましたが[ 497 ]、ウォッチマンは内側に湾曲した蛍光体スクリーンを使用した磁気偏向を使用していました。同様のCRTはビデオドアベルにも使用されていました。[ 498 ]
7JP4などのレーダーCRTは円形のスクリーンを持ち、ビームを中央から外側に向かって走査した。偏向ヨークが回転し、ビームが円形に回転した。[ 499 ]スクリーンには2色表示されることが多く、ビームがディスプレイを走査している間だけ現れる明るく短時間持続する色と、長時間持続する蛍光体の残光があった。ビームが蛍光体に当たると蛍光体が明るく点灯し、ビームが去ると、ビームが蛍光体に当たった場所で、ビームによって「書き込まれた」レーダーターゲットとともに、より暗い長時間持続する残光が点灯したままになり、ビームが再び蛍光体に当たるまで点灯し続けた。[ 500 ] [ 501 ]
オシロスコープのCRTでは、テレビや他の大型CRTで一般的に使用されている磁気偏向ではなく、静電偏向が使用されています。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、比較的短いサイズの管に必要な偏向角が大きくなると偏向板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使用されています。一部のオシロスコープCRTには、CRT全体で均一な陽極電位を確保するために螺旋状のポスト偏向陽極（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分析する場合に感度と視認性が向上します。[ 502 ] [ 165 ] [ 503 ]
高速な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の数が少ないため、ディスプレイ上の画像はかすかであるか、または見えなくなります。非常に高速な信号用に設計されたオシロスコープ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ン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できます。二次放出現象により、このプレートは蛍光体スクリーンに到達する電子の数を増やし、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向上させます。[ 504 ] [ 505 ]
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、表示の一部としてグリッドが備えられています。グリッドは、CRTの前面の内側に永久的にマークされている場合もあれば、ガラスまたはアクリル樹脂製の透明な外部プレートである場合もあります。内部グリッドは視差誤差を排除しますが、異なる種類の測定に合わせて変更することはできません。[ 506 ]オシロスコープでは、グリッドを側面から照らす手段が一般的に提供されており、これにより視認性が向上します。[ 507 ]
これらはアナログ蛍光体ストレージオシロスコープに搭載されています。これらは、ソリッドステートデジタルメモリを使用して画像を保存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いイベントを監視する場合、従来のブラウン管では、そのイベントは実際に発生している間しか表示されません。残光時間の長い蛍光体を使用すれば、イベント後も画像を表示できますが、せいぜい数秒程度です。この制限は、直接視型蓄積型陰極線管（蓄積管）を使用することで克服できます。蓄積管は、イベントが発生した後、消去されるまで表示し続けます。蓄積管は、蛍光体スクリーン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、メッシュ全体が一定の電位に保たれます。このメッシュは、メインガン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、メインガンのように偏向せず、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し、蛍光体スクリーンに衝突しないようにします。
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、記憶メッシュ上に「電位差」を形成するのに十分である。この電位差が形成された領域は、もはや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スクリーンを照射する。その結果、主電子銃によって短時間描画された画像は、描画後も表示され続ける。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」できる。画像の表示時間は、実際にはフラッドガンが記憶メッシュ上の電荷を徐々に中和するため、制限されていた。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ある。そうすれば、画像を数日間保持することが可能となる。ほとんどの記憶管では、記憶メッシュに低い電圧を印加することで、初期の電荷状態を徐々に回復させることができる。この電圧を変化させることで、可変の残像時間を実現できる。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します。[ 508 ]
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[ 509 ]で使用され、1970年代後半から1980年代半ばにかけてのアーケードゲーム「アステロイド」[ 510 ]にも使用されています。 ベクターモニターは、ラスタースキャンではなく、点から点へと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ますが、CRTの設計と動作の基本原理はどちらのタイプ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。
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陰極線管です。1940年代のコンピュータでは、ランダムアクセス型の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、実際には画面が金属板で覆われていたため、画面を見ることはできませんでした。
真空管ラジオの中には、受信機の同調を補助するために「マジックアイ」または「チューニングアイ」と呼ばれる管が付属しているものもあった。同調は、放射状の影の幅が最小になるまで調整された。これは、より高価な電気機械式メーターの代わりに使われていたもので、後にトランジスタラジオではデバイスを駆動するのに必要な高電圧が得られなくなったため、より高級なチューナーで電気機械式メーターが使われるようになった。[ 511 ]同じタイプのデバイスは、テープレコーダーの録音レベルメーターとして、また電気試験装置を含むさまざまな用途にも使われた。
初期のコンピュータ（ベクトルでは実用的ではないほど多くのテキストを表示する必要があったもの、または写真出力のために高速処理が必要だったもの）のディスプレイには、Charactron CRTが使用されていました。Charactron CRTは、穴の開いた金属製の文字マスク（ステンシル）を備えており、幅の広い電子ビームを整形して画面上に文字を形成します。システムは、1組の偏向回路を使用し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ずれてしまうため、2組目の偏向板を使用してビームを再調整し、画面の中央に向かうようにします。3組目の偏向板は、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点灯されます。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グラフィックを描画することができました（実際には、スペースは描画されませんでした）。この位置の中央には小さな丸い穴が開いており、これにより文字マスクが事実上無効になり、システムは通常のベクトル動作に戻ります。Charactronは、3つの偏向システムが必要だったため、非常に長いネックを備えていました。[ 512 ] [ 513 ]
Nimoは、Industrial Electronic Engineers社が製造した小型特殊CRTのファミリーの商標でした。これらは、Charactronと同様の方法で数字の形で電子ビームを生成する10個の電子銃を備えていました。管は、単純な1桁表示または適切な磁気偏向システムによって生成されるより複雑な4桁または6桁表示のいずれかでした。標準的なCRTの複雑さはほとんどなく、管は比較的単純な駆動回路を必要とし、画像はガラス面に投影されるため、競合タイプ（たとえば、ニキシー管）よりもはるかに広い視野角を提供しました。[ 514 ]しかし、複数の電圧が必要で、高電圧であったため、一般的ではありませんでした。
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のピクセルとして配置される小型の管です。この技術を使用した最初のスクリーン（三菱電機の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のために三菱電機によって発表されました。[ 515 ] [ 516 ]通常のCRTとは異なり、内部の電子銃は集束制御可能なビームを生成しません。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噴射され、基本的に各ユニットが単一の電球として機能します。[ 517 ]それぞれに赤、緑、または青の蛍光体がコーティングされ、カラーサブピクセルを構成します。この技術は、発光ダイオードディスプレイにほぼ置き換えられました。焦点が合わず偏向もないCRTは、 1958年以来、グリッド制御ストロボスコープランプとして使用されてきた。 [ 518 ]同じ動作原理を使用する電子刺激発光（ESL）ランプは、2011年に発売された。[ 519 ]
1960年代には、前面ガラスに蛍光体処理を施していないが、そこ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、紙には電気電荷パターンとして目的の内容が付着する。次に、紙を反対の電荷を持つ液体インクのプールに近づける。紙の帯電した領域がインクを引き付け、画像が形成される。[ 520 ] [ 521 ]
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Zeusディスプレイと呼ばれる薄型CRTの一種を実験した。このディスプレイの陰極はディスプレイ前面の下に取り付けられ、陰極からの電子はディスプレイの背面に送られ、ディスプレイ前面近くの電極によって取り出されて蛍光体ドットのあるディスプレイ前面に送られるまでそこに留まる。[ 522 ] [ 523 ] [ 524 ] [ 525 ] [ 526 ]このデバイスは実証されたが、市販されることはなかった。
LG.Philips Displays (後に LP Displays) と Samsung SDI の両方の CRT メーカーは、よりスリムな管を開発することで CRT 技術を革新しました。スリムな CRT には、Superslim [ 527 ] Ultraslim [ 528 ] Vixlim (Samsung 製) [ 529 ]、Cybertube および Cybertube+ (どちらも LG Philips Displays 製) [ 530 ] [ 531 ]という商標名がありました。21インチ (53 cm) のフラットCRT の奥行きは447.2 ミリメートル (17.61インチ)です。Superslim の奥行きは352 ミリメートル (13.86インチ) [ 532 ] 、Ultraslim の奥行きは295.7 ミリメートル (11.64インチ) [ 533 ]でした。
CRTは少量の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/アパーチャグリルと蛍光体に衝突し、高エネルギー電子が減速される際に制動放射（ブレーキング放射）が発生するためです。モニター前面から放出される放射線量は、一般的に有害ではないと考えられています。米国食品医薬品局（FDA）の21 CFR 1020.10の規制では、例えばテレビ受信機の放射線量を、外部表面から5cm（2インチ）の距離で1時間あたり0.5ミリレントゲンに厳しく制限しています。2007年以降、ほとんどのCRTの放射線量はこの制限値をはるかに下回っています。[ 534 ]レントゲンは古い単位であり、線量吸収を考慮していないことに注意してください。変換率は約0.877レントゲン/レムです。[ 535 ]視聴者が全線量を吸収したと仮定し（これはありそうもない）、1日に2時間テレビを視聴すると、1時間あたり0.5ミリレントゲンの線量で視聴者の年間線量は320ミリレム増加する。比較のために、米国の平均的な自然放射線量は年間310ミリレムである。慢性放射線の悪影響は、一般的に20,000ミリレムを超える線量になるまで気づかれない。[ 536 ]
CRT で発生する X 線の密度は低い。これは、一般的な CRT のラスタースキャンによって電子ビームのエネルギーが画面全体に分散されるためである。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ある。しかし、CRT は一度に数時間点灯したままになる可能性があるため、CRT で発生する X 線の量は相当なものになる可能性があり、そのため、CRT で使用され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 線を遮蔽する材料を使用することが重要となる。[ 142 ]
ブラウン管テレビから放出される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「許容レベルを超えるX線を放出している」ことが判明したことから始まった。その後、あらゆるメーカーのテレビが放射線を放出していることが判明した。このため、テレビ業界の代表者が米国議会の委員会に召喚され、後に連邦放射線規制法案が提案され、1968年の放射線健康安全管理法となった。テレビ所有者には、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、または下部に「長時間」近づかないようにすることが推奨された。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た。また、放射線被ばくを避けるため、テレビの内部を改造しないようにも指示された。「放射性」テレビに関する見出しは、1960年代末まで続いた。かつてニューヨーク州選出の2人の下院議員が、テレビメーカーに「全米の1500万台のカラーテレビを検査し、放射線測定装置を設置するために各家庭を訪問する」ことを義務付ける提案をしたことがある。FDAは最終的に、米国内のすべての電子製品からの放射線放出を規制し始めた。[ 537 ]
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ていた可能性があります。 [ 50 ] [ 538 ] [ 539 ] [ 540 ]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、不適切に廃棄すると環境上の危険となります。[ 541 ] 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の背面は依然として鉛ガラスで作られています。モノクロCRTは通常、EPA TCLPテストに不合格となるほどの鉛ガラスを含んでいません。TCLPプロセスでは、ガラスを微粉末にして弱酸にさらし、浸出液をテストしますが、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）。
リフレッシュレートが低い場合(60 Hz以下)、ディスプレイの周期的なスキャンにより、特に周辺視野で見た場合、人によって知覚しやすいちらつきが発生することがあります。ちらつきは、ほとんどのテレビが 50 Hz ( PAL ) または 60 Hz ( NTSC )で動作するため、一般的に CRT に関連付けられていますが、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低価格のモニターのみで、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、高価格のモニターは 100 Hz 以上でちらつきを全く感じさせません。[ 542 ] 100 Hz PAL は、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ることが多かった。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、残光性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 ディスプレイの残光が長すぎると、動画像がぼやけます。
テレビに使用される50 Hz/60 Hz CRT は、水平走査周波数が約 15,000 Hz で動作します。15,750 Hz および 15,734.27 Hz (NTSC システムの場合)、または 15,625 Hz (PAL システムの場合) です。[ 543 ]これらの周波数は人間の可聴域の上限にあり、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 CRT テレビの近くで高音を知覚します。[ 544 ]この音は、磁気コアの磁歪とフライバック トランスの巻線の周期的な動きによるものですが[ 545 ]、偏向コイル、ヨーク、またはフェライト ビーズの動きによっても発生する可能性があります。[ 546 ]
この問題は、100/ 120HzのテレビやCGA（カラーグラフィックスアダプタ）非対応のコンピュータディスプレイでは発生しません。これらの機器は、人間には聞こえない音（ 22kHz～100kHz以上 ）を生成する、はるかに高い水平走査周波数を使用しているためです。
ガラス壁が損傷すると、大気圧によって真空管が危険な破片に崩壊し、破片は内側に加速してあらゆる方向に高速で飛散する可能性がある。テレビやコンピューターディスプレイに使用されている現代の陰極線管は、エポキシ樹脂で接着された前面プレートやその他の対策によって筐体の破損を防いでいるが、怪我を避けるためにCRTは慎重に取り扱う必要がある。[ 547 ]
初期のCRTは、スクリーンの上にガラス板が接着剤で接着されており、[ 149 ]積層ガラススクリーン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、[ 548 ] LG Flatronなどの後のバージョンでは樹脂、おそらくUV硬化樹脂が使用されました。[ 549 ] [ 355 ] PVAは時間の経過とともに劣化し、「白内障」と呼ばれる、CRTの縁の周りの劣化した接着剤のリングを形成し、スクリーンからの光が通過できなくなります。[ 548 ]後期のCRTでは、代わりに周囲に張力のかかった金属製のリムバンドが取り付けられており、これはCRTをハウジングに取り付けるための取り付けポイントも提供します。[ 389 ] 19インチCRTでは、リムバンドの引張応力は70 kg/cm 2です。[ 550 ]
古いCRTはフレームを使ってテレビに取り付けられていました。バンドは加熱して張力をかけ、CRTに取り付けます。その後、バンドは冷えて縮み、ガラスに圧縮力を加えます。[ 551 ] [ 149 ] [ 552 ]これによりガラスが強化され、必要なガラスの厚さ（ひいては重量）が軽減されます。このため、バンドは真空状態のままの無傷のCRTから決して取り外してはならない不可欠な部品となっています。取り外そうとすると、CRTが内破する可能性があります。[ 330 ]
リムバンドは、画面が破損した場合にCRTが内破するのを防ぎます。リムバンドはエポキシ樹脂を使用してCRTの周囲に接着され、亀裂が画面を超えて漏斗に広がるのを防ぎます。[ 553 ] [ 552 ]
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横方向に高速で伝播させ、スクリーンを完全に貫通する前に漏斗に到達して完全に貫通させることもできる。これは、漏斗の壁がスクリーンよりも薄いため可能である。最初に漏斗を完全に貫通することで、スクリーンのすぐ後ろから空気がCRT内に入り込み、スクリーンが亀裂によって完全に貫通され、CRT内に空気が入ったときにのみ破損するようにすることで、内破を防ぐことができる。[ 149 ]
To accelerate the electrons from the cathode to the screen with enough energy to achieve sufficient image brightness, a very high voltage (EHT or extra-high tension) is required,[554][555] from a few thousand volts for a small oscilloscope CRT to tens of thousands for a larger screen color TV. This is many times greater than household power supply voltage. Even after the power supply is turned off, some associated capacitors and the CRT itself may retain a small charge for a brief period of time. Electric shock from the CRT itself is very unlikely.[556][281]
Under some circumstances, the signal radiated from the electron guns, scanning circuitry, and associated wiring of a CRT can be captured remotely and used to reconstruct what is shown on the CRT using a process called Van Eck phreaking.[557] Special TEMPEST shielding can mitigate this effect. Such radiation of potentially exploitable information, however, occurs also with other display technologies[558] and with electronics in general.
Due to the toxins contained in CRT monitors, the United States Environmental Protection Agency (EPA) created rules (in October 2001) stating that CRTs must be brought to special e-waste recycling facilities. In November 2002, the EPA began fining companies that disposed of CRTs through landfills or incineration. Regulatory agencies, local and statewide, monitor the disposal of CRTs and other computer equipment.[559]
As electronic waste, CRTs are considered one of the hardest types to recycle.[560] CRTs have relatively high concentration of lead and phosphors, both of which are necessary for the display. There are several companies in the United States that charge a small fee to collect CRTs, then subsidize their labor by selling the harvested copper, wire, and printed circuit boards. The EPA includes discarded CRT monitors in its category of "hazardous household waste"[561] but considers CRTs that have been set aside for testing to be commodities if they are not discarded, speculatively accumulated, or left unprotected from weather and other damage.[562]
さまざまな州がCRTのリサイクルに参加しており、各州で回収業者とリサイクル施設に対する報告要件が定められています。たとえば、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）が支払いシステムを通じて管理しています。[ 563 ]企業や住宅部門からCRT機器を受け入れるリサイクル施設は、CRTがカリフォルニア州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取得して、CRTリサイクル支払いシステムに参加する必要があります。
ヨーロッパでは、CRT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。[ 564 ]
CRTガラスのリサイクルには複数の方法が提案されている。これらの方法には、熱的、機械的、化学的プロセスが含まれる。[ 565 ] [ 566 ] [ 567 ] [ 568 ]提案されたすべての方法では、ガラスから酸化鉛が除去される。一部の企業は、ガラスから鉛を分離するために炉を稼働させていた。[ 569 ]かつて、CRTをリサイクルする方法を考案するために、複数のヨーロッパ企業によってRecytubeプロジェクトと呼ばれる連合が結成された。[ 8 ] CRTに使用される蛍光体には、希土類金属が含まれていることが多い。[ 570 ] [ 571 ] [ 572 ] [ 319 ] CRTには約7グラムの蛍光体が含まれている。[ 573 ]
ファンネルは、レーザー切断、ダイヤモンドソー、ワイヤー、または抵抗加熱ニクロム線を使用してCRTのスクリーンから分離できます。[ 574 ] [ 575 ] [ 576 ] [ 577 ] [ 578 ]
鉛入りCRTガラスは、他のCRTに再溶解するために販売されたり、[ 82 ]あるいは分解されて道路建設やタイル、[ 579 ] [ 580 ]コンクリート、コンクリートおよびセメントレンガ、[ 581 ]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た。[ 582 ] [ 583 ]
CRTガラスのかなりの部分は埋め立て処分され、周囲の環境を汚染する可能性がある。[ 8 ]カリフォルニア州では、2016年にはCRTガラスはリサイクルされるよりも廃棄される方が多かった。[ 584 ]
CRTをさまざまな表示用途に適用する：
歴史的側面：
安全上の注意と注意事項：
「陰極線」の存在を示す証拠は、プリュッカーとヒットルフによって初めて発見された。
{{cite journal}}: CS1メンテナンス: DOIは2025年7月現在非アクティブです（リンク）{{cite book}}: CS1メンテナンス: 場所の発行元が見つかりません (リンク){{cite magazine}}:雑誌を引用するには|magazine=（ヘルプ）が必要です。不足または空欄の場合|title=（ヘルプ）: 現在検討中のデザインが実現すれば、1970 年代のテレビ視聴者は、今日とは全く異なるテレビ画面で番組を見ることになるだろう。1961 年 6 月 21 日、イリノイ州シカゴのホーム ファニシング マーケットで、このデザイン モデルの特徴は薄型テレビ画面である。もう 1 つの特徴は、視聴者が不在の間にテレビ番組を録画して後で再生する自動タイマー装置である。32 x 22 インチのカラー画面は厚さ 4 インチである。
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