トリニトロン

カラーテレビは、ジョン・ロジー・ベアードのシステムを皮切りに、1920年代から実証されていた。1940年代後半には、CBSとRCAの両社によって完成された。当時、赤、緑、青（RGB）の信号を別々に使用し、順番に放送する方式がいくつか提案されていた。ほとんどの方式では、従来の白黒テレビ管の前に回転するカラーフィルター（または「ゲル」）を用いて、フレーム全体を順番に放送していた。

これらのシステムは色ごとに別々の信号を送信していたため、既存の白黒テレビと互換性がありませんでした。また、機械式フィルターのため、非常に高いリフレッシュレートを使用しない限り画面がちらつくという問題もありました。これらの問題にもかかわらず、米国連邦通信委員会は1950年にCBSの144フレーム/秒のシーケンシャルフレーム方式をカラー放送の標準として採用しました。 ^{[ 4 ]}

RCAは輝度-色度システムを用いて全く異なるアプローチで開発を進めた。このシステムはRGB信号を直接エンコードまたは送信するのではなく、これらの色を1つの全体的な明るさの値である「輝度」に統合した。輝度は既存の放送の白黒信号とほぼ一致していたため、既存のテレビで表示できた。これは他のグループが提案していた機械式システムに比べて大きな利点だった。色情報は別途エンコードされ、高周波変調として信号に組み込まれ、複合ビデオ信号が生成された。白黒テレビではこの追加情報は画像強度のわずかなランダム化として認識されるが、既存のテレビの解像度が限られていたため、実際には目立たなかった。^{[ 5 ]}

カラーテレビでは、信号が抽出され、RGBにデコードされて表示されます。RCAのシステムには大きな利点がありましたが、ディスプレイ管の製造が困難だったため、開発は成功しませんでした。白黒テレビは連続信号を使用しており、管には均一な蛍光体の堆積を施すことができました。 1938年にジョルジュ・ヴァレンシによって開発された互換性のあるカラー符号化方式では、色がラインに沿って連続的に変化しており、これは機械式フィルターでは追従するには速すぎました。代わりに、蛍光体を離散的な色のスポットのパターンに分解する必要がありました。これらの小さなスポットのそれぞれに適切な信号を集中させることは、当時の電子銃の能力を超えており、RCAの初期の実験では、3つの管を備えたプロジェクター、または「トリニスコープ」として知られるミラーベースのシステムが使用されました。^{[ 5 ]}

RCAは最終的にシャドウマスクの導入によってカラー画像の表示問題を解決した。シャドウマスクは、フォトエッチングで微細な穴が開けられた薄い鋼板で構成され、ブラウン管の前面のすぐ後ろに配置された。三角形に配置された3つの電子銃は、すべてこれらの穴に向けて照射された。ビームの端にある迷走電子はマスクによって遮断され、画面上の単一の蛍光体に当たるほど小さく、鮮明に集束されたスポットが生成された。各電子銃はわずかに異なる角度から穴を照射したため、ブラウン管上の蛍光体のスポットはわずかに離れて配置され、重なり合うのを防ぐことができた。

この方式の欠点は、一定のガン出力に対して、シャドウマスクがエネルギーの大部分を遮断してしまうことでした。スクリーン上でビームが重ならないようにするには、ドットを分離して、スクリーンの表面の約 25% を覆う必要がありました。このため、画像が非常に暗くなり、有用な画像を得るには、はるかに大きな電子ビーム出力が必要でした。このシステムは、3 つのガン間のビームの相対的な角度に大きく依存しており、ガンが正しい色に当たるように、ユーザーによる絶え間ない調整が必要でした。それにもかかわらず、RCA システムの技術的な優位性は CBS システムと比較して圧倒的であり、1953 年に新しい NTSC 規格として選ばれました。新しい規格を使用した最初の放送は、1954 年の元旦に NBC がローズ パレードを放送した際に行われました。^{[ 6 ]}

テレビの定期放送が始まってからわずか数年後、このような早い時期のスタートにもかかわらず、カラーテレビの消費者の普及は非常に遅々として進まなかった。暗い画像、頻繁な調整、そして高価格が、カラーテレビをニッチな市場に留めていた。消費者の受け入れが低かったため、カラー番組が不足し、需要と供給の問題でさらに需要が減少した。1960年の米国では、全販売台数50台のうちカラーテレビはわずか1台しか売れなかった。^{[ 7 ]}

ソニーは1960年に白黒テレビTV8-301でテレビ市場に参入した。これは初の非投影型オールトランジスタテレビだった。^{[ 8 ]}画面サイズが小さいなど複数の要因が重なり、販売はニッチ市場に限られていた。ソニーの技術者たちはカラーテレビ市場を研究していたが、日本の状況は米国よりもさらに悪く、その年に販売された900万台のうち、カラーテレビはわずか300台だった。^{[ 7 ]} 1961年までに、販売店はソニーの販売部にカラーテレビがいつ発売されるのかを問い合わせるようになり、販売部は今度は技術部に圧力をかけた。ソニーの社長兼共同創業者である井深大は、技術的に不十分だと考えたRCAのシャドウマスク設計に基づくシステムの開発を断固として拒否し、独自のソリューションの開発を主張した。^{[ 9 ]}

1961年、ソニーの代表団がニューヨーク市で開催されたIEEE見本市を訪れていた。代表団には井深大介、盛田昭夫（ソニーのもう一人の共同創業者）、そして新製品CV-2000家庭用ビデオテープレコーダーを宣伝していた木原信敏が含まれていた。木原にとってこれが初めての海外出張で、彼は見本市会場を歩き回って多くの時間を過ごした。そこで彼は、小さな会社オートメトリックの小さなブースを見つけた。彼らはクロマトロン管をベースにした新しいタイプのカラーテレビを実演していた。これは、シャドウマスクの代わりに単一の電子銃と帯電した細いワイヤーの垂直グリルを使用していた。その結果得られた画像はRCAの設計で得られるものよりもはるかに明るく、絶え間ない調整を​​必要とする収束の問題もなかった。彼はすぐに盛田と井深を連れてその設計を見せ、盛田はその場で「納得」した。^{[ 10 ]}

森田は、クロマトロンの開発費用を負担していたパラマウント・ピクチャーズと契約を結び、プロジェクト全体を引き継いだ。1963年初頭、宮岡千里は、クロマトロンの閉鎖につながるソニーへの技術移転の手配のためマンハッタンに派遣された。彼は研究所に感銘を受けず、窓のない地下室を「みすぼらしい」と評した。^{[ 10 ]}

アメリカのチームはクロマトロンシステムの重大な欠陥を指摘することに非常に積極的で、宮岡氏にその設計は絶望的だと告げた。1964年9月までに、17インチの試作機が日本で製造されたが、量産テストでは深刻な問題が明らかになった。ソニーの技術者たちは、信頼性の高い量産が可能なクロマトロンのバージョンを作ることができなかった。^{[ 10 ]}

1964年後半にようやく発売されたとき、価格は19万8000円（550米ドル）と競争力のある価格設定だったが、製造コストは40万円（1111.11米ドル）を超えていた。井深氏はクロマトロンに会社を賭けており、製造上の問題が解決され、この製品ラインが収益化されることを期待して、すでに新工場を設立していた。数千台が出荷された後も状況は改善せず、パナソニックと東芝はRCAのライセンスに基づいて製品を導入する過程にあった。1966年までに、クロマトロンは会社の財政を破綻させていた。^{[ 11 ]}

1966年の秋、井深は折れて、クロマトロンの後継機を探す作業を自ら指揮すると発表した。吉田進はライセンス取得の可能性を探るため米国に派遣され、RCAがスクリーンに新しい希土類蛍光体を導入することで全体的な明るさを向上させたことに感銘を受けた。また、三角形ではなく一列に並んだ3つの電子銃を使用することでスクリーンのより広い範囲を照らすことができるゼネラル・エレクトリックの「ポルタカラー」設計も目にした。彼の報告は、ソニーが米国の設計にますます遅れをとっているように見えた日本国内で懸念を引き起こした。競争力を維持するためには、シャドウマスクシステムのライセンスを取得せざるを得なくなるかもしれない。^{[ 12 ]}

井深は完全に諦めるつもりはなく、30人のエンジニアにさまざまなアプローチを検討させ、独自の設計を考案できるかどうか試した。ある時、吉田は宮岡千里に、 GEが使用していたインラインガン配置を3つのカソードを備えた単一のガンに置き換えることができるかどうかを尋ねた。これは製造がより困難になるが、長期的にはコストが低くなる。宮岡は試作品を製作し、焦点合わせの問題はあったものの、その性能の良さに驚いた。^{[ 12 ]}

その週の後半、土曜日に、宮岡は毎週のチェロの練習に行くために仕事を終えようとしていたところ、井深のオフィスに呼び出された。吉田は井深に自分の成功を報告したばかりで、二人は宮岡に、その銃を実用的な製品に開発できるかどうか尋ねた。早く帰りたかった宮岡は、はいと答えて、失礼して立ち去った。翌月曜日、井深はソニーが宮岡の試作品を基に新しいカラーテレビ管を開発すると発表した。^{[ 13 ]} 1967年2月までに焦点の問題は解決され、銃が1つだけだったので、焦点合わせはコイルではなく永久磁石で行われ、製造後に手動で調整する必要がなくなった。

開発中、ソニーのエンジニア、大越昭夫は別の改良を加えた。GEのシステムは、RCAシャドウマスクの小さな丸い穴を少し大きめの長方形に置き換えることで改良した。電子銃が一直線に並んでいたため、電子は3つの小さなスポットではなく3つの長方形のパッチに着地し、照明面積が約2倍になった。大越はマスクを完全に撤去し、代わりに一連の垂直スロットを設けて画面全体を照らすことを提案した。^{[ 13 ]}

正しい色を確実に照射するためには、銃を管上の蛍光体と非常に慎重に位置合わせする必要があるが、宮岡の新しい管ではこれが可能であるように思われた。^{[ 13 ]}実際には、これは簡単に作れるが、管内に設置するのが難しいことが判明した。細いワイヤーは機械的に弱く、管がぶつかると動いてしまい、スクリーン上の色がずれてしまう傾向があった。この問題は、グリルの垂直ワイヤーを所定の位置に固定するために、グリル全体に数本の細いタングステンワイヤーを水平に通すことで解決された。

3 in 1 電子銃とシャドウマスクをアパーチャグリルに置き換えることの組み合わせにより、特許取得が容易な製品が実現した。トリニトロンとクロマトロンには共通の技術はないものの、共通の単一電子銃により、両者が類似している、あるいは同一であるという主張が数多くなされている。^{[ 14 ] [ 15 ]}

オリジナルの12インチトリニトロン（KV-1210）は、1968年4月にイブカによって正式に発表されました。開口部グリルの垂直ワイヤーのため、管はほぼ垂直に平らでなければならず、独特の円筒形外観となりました。^{[ 16 ]}また、ピクチャーチューブ自体を除いてすべてソリッドステートであったため、GEのPorta-colorのような設計よりもはるかにコンパクトで低温で動作しました。英国市場向けのKV-1320UBなどの一部の大型モデルは、当初は超高電圧回路用に3AT2真空管が搭載されていましたが、70年代初頭にソリッドステートとして再設計されました。

井深氏は記者会見の最後に、10月までに1万台が出荷可能になると主張したが、これは技術部門が彼に可能だと伝えていた台数をはるかに超えるものだった。井深氏は吉田氏を説得して生産体制を整えるよう促し、吉田氏は不可能だと感じていた任務を任されたことに憤慨したが、最終的にはその任務を引き受け、生産目標を達成した。^{[ 17 ]} KV-1210は約束通り10月に日本で限定販売され、翌年には米国でKV-1210Uとして発売された。

英国市場向けに作られた初期のカラーテレビには、PALカラーシステムを発明したドイツのテレフンケン社が発明しライセンス供与したデコーダーとは異なるPALデコーダーが搭載されていました。英国で販売されたソニーのカラートリニトロンテレビ（KV-1300UBからKV-1330UBまで）に搭載されていたデコーダーは、 PAL用に改造されたNTSCデコーダーでした。このデコーダーは、64マイクロ秒の遅延線を使用して1行おきにデータを保存していましたが、遅延線を使用して現在の行と前の行の位相を平均化する代わりに、同じ行を単純に2回繰り返していました。^{[ 18 ] [ 19 ]}その後、位相誤差は、通常PALテレビでは不要な、テレビ前面の色合い調整ノブを使用して補正することができました。

すぐに新しいモデルが登場しました。19インチ、そして27インチの大型サイズに加え、7インチのポータブルを含む小型サイズも導入されました。1980年代半ばには、以前のセットよりもはるかに暗い新しい蛍光体コーティングが導入され、以前のライトグレーではなく、電源オフ時に画面が黒色になりました。これにより、画像のコントラスト範囲が向上しました。初期のモデルは一般的に銀色のケースに梱包されていましたが、より暗い画面の導入に伴い、ソニーはハイファイの世界で起こっている同様の色の変化に倣い、濃いチャコール色の新しいケースも導入しました。このラインは、1990年代に32インチ、35インチ、40インチのユニットで拡張されました。1990年、ソニーはマルチプルサブナイキストサンプリングエンコーディング規格で使用する最初のHDトリニトロンテレビセットを発売しました。^{[ 20 ]}

1980年、ソニーはプロシューマー向けコンポーネントテレビ「ProFeel」シリーズを発表しました。これは、標準化されたチューナーに接続できるトリニトロンモニターのシリーズで構成されていました。最初のラインナップは、20インチのKX-20xx1と27インチのKX-27xx1モニター（「xx」は識別子で、PSはヨーロッパ、HFは日本など）、VTX-100ESチューナー、TXT-100Gテレテキストデコーダーで構成されていました。これらは、グレーの箱型のデザインにマッチするSS-X1Aステレオスピーカーと組み合わせて使用​​されることが多かったのです。^{[ 21 ]}このコンセプトは、異なるベンダーのコンポーネントを組み合わせて完全なシステムを構築できる、現代のステレオ機器と同様の市場を構築することでした。^{[ 22 ]}

主要なサードパーティ製コンポーネントが不足していたことと、チューナーとモニター間のカスタムコネクタがあったため、完全に互換性のある要素を組み合わせたシステムは効果的に実現されませんでした。これらは人気の高いハイエンドユニットであり、優れた画質が低コストのモニターとして効果的であったため、制作会社で強い支持を得ました。1986年には、オールブラックの第2シリーズであるProFeel Proが登場しました。台形の筐体の背面には、持ち運び用ハンドルとポップアップスピーカーのホルダーを兼ねたスペースフレームが備えられていました。これらのユニットはVT-X5RチューナーとオプションでAPM-X5Aスピーカーと組み合わせて使用​​されました。^{[ 22 ]}

ソニーは、トリニトロンのプロ用スタジオモニターであるPVM（Professional Video Monitor）シリーズとBVM（Broadcast Video Monitor）シリーズも製造しました。これらのモデルは、ほぼすべてのアナログフォーマットに対応するさまざまな入力を備えた灰色の金属製キューブに収められていました。当初はProFeelシリーズと同様の真空管を使用していましたが、時間の経過とともに徐々に解像度が向上し、1990年代後半には900ラインを超える解像度を提供するようになりました。2007年のトリニトロンの大規模な閉鎖の一環としてこれらの製品がキャンセルされたとき、プロフェッショナルたちはソニーに2つのラインを再開させ、20インチと14 インチのモデルを製造させました。^{[ 21 ]}

類似製品として、ソニーはKV-1311というモニター/テレビ一体型製品を製造していました。この製品は、様々な機器からのNTSC互換ビデオ信号に加え、アナログ放送テレビ信号にも対応していました。その他の機能に加え、ビデオおよびオーディオの入出力端子、広帯域音声IFデコード出力も備えていました。外観は、ここに掲載されているモニターとよく似ており、テレビの操作ボタンが追加されています。

この頃には、ソニーは信頼性の高い機器のサプライヤーとして確固たる地位を築いており、全米をカバーする広範なサービスネットワークを維持するよりも、現場での故障を最小限に抑える方が望ましいと考えられていた。

ソニーは1970年代後半にコンピュータモニター用としてトリニトロンの開発を開始しました。需要は非常に高く、サードパーティ企業がテレビからトリニトロン管を取り出してモニターとして使用する例もありました。これに対応して、ソニーは1983年に高解像度と高速リフレッシュレートを提供するGDM（グラフィックディスプレイモニター）の開発を開始しました。ソニーはGDMを積極的に宣伝し、1980年代後半にはハイエンドモニターの標準となりました。^{[ 23 ]}

特に一般的なモデルとしては、1987年からMacintosh IIとともに販売されていたApple Inc.の13インチモデルが挙げられます。有名なユーザーには、 Digital Equipment Corporation、IBM、Silicon Graphics、Sun Microsystemsなどがありました。より低コストのソリューションへの需要が、CDPシリーズにつながりました。^{[ 23 ]} 1988年5月には、最大解像度2,048×2,048のハイエンド20インチDDMモデル（データディスプレイモニター）が発表され、 FAAのAdvanced Automation System航空交通管制システムで使用されるようになりました。 

こうした技術開発により、ソニーは高精細テレビ（HDTV）を市場に投入する絶好の機会を得た。1981年4月、ソニーはカメラ、レコーダー、トリニトロンモニター、プロジェクションテレビなどを含むMUSEシリーズの機器群である高精細ビデオシステム（HDVS）を発表した。

ソニーは、発売から25年後の1994年7月に、1億台目のトリニトロンスクリーンを出荷した。コンピュータ分野での新たな用途や、 1996年に発売されたDVDの品質に匹敵する高解像度テレビの需要により、販売台数は増加し、次の10年間でさらに1億8000万台が出荷された。^{[ 24 ] [ 25 ]}

ソニーのトリニトロンディスプレイの特許は、20年後の1996年に失効しました。ソニーのトリニトロン特許の失効後、三菱電機（現在、モニター製造部門はNECディスプレイソリューションズの一部）などのメーカーは、ソニーからのライセンスなしに、自社製品ラインでトリニトロンのデザインを自由に使用できるようになりましたが、トリニトロンという名称は使用できませんでした。例えば、三菱電機の製品はダイヤモンドトロンと呼ばれています。ある意味で、トリニトロンという名称は、類似のディスプレイ全般を指す一般名称となりました。

ソニーは、フラットスクリーン全体にシャープなフォーカスを保証するためにコンピューター制御のフィードバックシステムを使用したFDトリニトロンでこれに対抗した。1998年に27、32、36 インチモデルで最初に導入されたこの新しいブラウン管は、さまざまな用途に合わせてさまざまな解像度で提供された。基本的なWEGAモデルは通常の480i信号をサポートしたが、より大きなバージョンでは16:9のアスペクト比を提供した。この技術はすぐに13インチから36インチまでのトリニトロンシリーズ全体に適用された 。高解像度バージョンであるHi-ScanとSuper Fine Pitchも製造された。FDトリニトロンの導入により、ソニーは新しい工業デザインも導入し、1980年代に導入されたチャコール色のセットを廃止して、新しいシルバーのデザインを採用した。

ソニーはフラットスクリーンCRTを製造していた唯一の会社ではなかった。パナソニックのTauなど、他の会社もすでにフラットスクリーン管を搭載したハイエンドブランドを発表していた。他の多くの会社もすぐに市場に参入し、新しいシルバーのスタイルを広く模倣した。FDトリニトロンは、トリニトロンブランドが以前持っていた名声を取り戻すことができなかった。2004年のクリスマスシーズンには売上が5%増加したが、市場で競争するためにコストを削減せざるを得なかった結果、利益が75%も急落した。^{[ 26 ]}

同時に、プラズマテレビ、そして後に液晶テレビの登場により、ハイエンド市場はますます「薄型」テレビに注力するようになった。これらの技術にはどちらもよく知られた問題があり、ソニーはしばらくの間、トリニトロンがシャドウマスクで行ったように、これらの技術を改善するさまざまな技術を模索した。これらの実験の中には、有機EL（OLED）や電界放出ディスプレイもあったが、かなりの努力にもかかわらず、これらの技術はどちらも当時競合技術として成熟することはなかった。ソニーはまた、プラズマトロンディスプレイ、そして後に液晶ディスプレイも導入したが、これらは他社の同様のセットに比べて本質的な技術的優位性はなかった。2006年以降、ソニーのBRAVIAテレビ製品はすべて液晶ディスプレイであり、当初はサムスン、後にシャープのスクリーンをベースにしている。^{[ 27 ]}

ソニーは最終的に2004年に日本でのトリニトロンの生産を終了した。2006年、ソニーは米国とカナダではトリニトロンの販売を中止すると発表したが、シンガポール工場から供給される管を使用して中国、インド、南米の一部地域ではトリニトロンの販売を継続した。シンガポールでの生産は、リアプロジェクションシステムの生産終了からわずか数か月後の2008年3月下旬に終了した。^{[ 25 ]}

トリニトロン管は2億8000万個製造された。最盛期には年間2000万個が製造された。^{[ 2 ]}

トリニトロンの設計には、2つの独自の機能が備わっています。それは、単一の電子銃と3つの陰極を備えたブラウン管、そして垂直に配置された開口グリルです。

このシングルガンは、基部に単一の電極を備えた細長い管で構成されており、管の先端は水平方向に広がった長方形の形状をしており、内部には3つの長方形の陰極が配置されている。各陰極には、復号されたRGB信号のいずれかから増幅された信号が供給される。

陰極から放出された電子はすべて、スクリーンの背面にある一点、すなわち開口グリル（縦方向のスリットが刻まれた鋼板）に衝突します。管の背面にある陰極はわずかに離れているため、3本の電子ビームはそれぞれ異なる角度でグリルに入射します。電子ビームはグリルを通過する際にもこの角度を維持し、前面パネルの内側に縦縞状に堆積されたそれぞれの色の蛍光体に衝突します。

グリルの主な目的は、シャドウマスクと同様に、各ビームがその色の蛍光体ストライプのみに当たるようにすることです。シャドウマスクとは異なり、各蛍光体ストライプ全体には基本的に障害物がありません。大型のCRTには、上下の中間に数本の水平方向の安定化ワイヤーがあります。

初期のシャドウマスク設計と比較すると、トリニトロンのグリルは電子銃からの信号の遮断率がはるかに低い。1950年代に製造されたRCA管は電子ビームの約85%を遮断していたのに対し、グリルは約25%しか遮断しない。シャドウマスク設計の改良が進むにつれて、この2つの設計の差は徐々に縮まり、1980年代後半には、少なくとも理論的には、性能の差は解消された。

開口格子のもう一つの利点は、ワイヤー間の距離がスクリーン全体にわたって垂直方向に一定に保たれることだった。シャドウマスク設計では、マスクの穴のサイズはスクリーン上の蛍光体ドットの必要解像度によって決まり、これは一定だった。銃から穴までの距離は変化し、スクリーンの中心付近のドットでは距離が最短になり、隅の部分では最大になった。

銃が穴に正確に焦点を合わせるためには、ダイナミックコンバージェンスと呼ばれるシステムによって、ビームがスクリーン上を移動するにつれて焦点位置を絶えず調整する必要があった。トリニトロンの設計では、この問題は大幅に簡略化され、大きなスクリーンサイズの場合のみ、しかも行ごとに調整するだけで済むようになった。

このため、トリニトロンシステムはシャドウマスク方式よりもピント合わせが容易で、一般的に画像もより鮮明でした。これは、トリニトロン設計の歴史の大部分において、大きなセールスポイントとなっていました。1990年代に入ると、コンピュータ制御によるリアルタイムフィードバック方式のフォーカスシステムが登場し、この利点は失われ、「真の平面」設計の導入につながりました。