Un tubo de rayos catódicos ( CRT ) es un tubo de vacío que contiene uno o más cañones de electrones , cuyos haces se manipulan para mostrar imágenes en una pantalla fosforescente . [2] Las imágenes pueden representar formas de ondas eléctricas ( osciloscopio ), imágenes ( televisor , monitor de computadora ), objetivos de radar u otros fenómenos. Un CRT en un televisor se llama comúnmente tubo de imagen . Los CRT también se han utilizado como dispositivos de memoria , en cuyo caso la pantalla no está destinada a ser visible para un observador.
1. Tres emisores de electrones (para puntos de fósforo rojo, verde y azul)
2. Rayos de electrones
3. Bobinas de enfoque
4. Bobinas de deflexión
5. Conexión para ánodos finales (denominados "ultor" [ 1] en algunos manuales de tubos receptores)
6. Máscara para separar los haces de la parte roja, verde y azul de la imagen mostrada
7. Capa de fósforo (pantalla) con zonas rojas, verdes y azules
8. Primer plano del fósforo- cara interior revestida de la pantalla
1. Bobinas de deflexión
2. Haz de electrones
3. Bobina de enfoque
4. Capa de fósforo en el lado interior de la pantalla; emite luz cuando es golpeado por el haz de electrones
5. Filamento para calentar el cátodo
6. Capa de grafito en el lado interno del tubo
7. Junta de goma o silicona donde el cable de voltaje del ánodo ingresa al tubo (copa del ánodo)
8. Cátodo
9. Aire -cuerpo de vidrio hermético del tubo
10. Pantalla
11. Bobinas en el yugo
12. Electrodo de control que regula la intensidad del haz de electrones y, por lo tanto, la luz emitida por el fósforo
13. Clavijas de contacto para cátodo, filamento y electrodo de control
14. Alambre para ánodo Alto voltaje.
Las únicas diferencias visibles son el cañón de un solo electrón, la capa uniforme de fósforo blanco y la falta de una máscara de sombra.
En televisores y monitores de computadora, toda el área frontal del tubo se escanea repetida y sistemáticamente en un patrón fijo llamado raster . En los dispositivos de color, se produce una imagen controlando la intensidad de cada uno de los tres haces de electrones , uno para cada color primario aditivo (rojo, verde y azul) con una señal de video como referencia. [3] En los televisores y monitores CRT modernos, los rayos se curvan mediante deflexión magnética , utilizando un yugo de deflexión . La deflexión electrostática se usa comúnmente en osciloscopios . [3]
Un CRT es un sobre de vidrio que es profundo (es decir, largo desde la parte delantera de la pantalla hasta la parte trasera), pesado y frágil. El interior se evacua a aproximadamente 0.01 pascales (9.9 × 10 −8 atm) [4] a 133 nanopascales (1.31 × 10 −12 atm), [5] para facilitar el vuelo libre de electrones desde la (s) pistola (s) a la del tubo. cara sin dispersión debido a colisiones con moléculas de aire. Como tal, manipular un CRT conlleva el riesgo de una implosión violenta que puede arrojar vidrio a gran velocidad. La cara generalmente está hecha de vidrio de plomo grueso o vidrio especial de bario-estroncio para que sea resistente a roturas y para bloquear la mayoría de las emisiones de rayos X. Los CRT constituyen la mayor parte del peso de los televisores CRT y los monitores de computadora. [6] [7]
Desde finales de la década de 2000, los CRT han sido reemplazados por tecnologías de pantalla plana como LCD , pantalla de plasma y pantallas OLED que son más baratas de fabricar y ejecutar, así como significativamente más livianas y menos voluminosas. Las pantallas planas también se pueden fabricar en tamaños muy grandes, mientras que de 40 pulgadas (100 cm) a 45 pulgadas (110 cm) [8] era aproximadamente el tamaño más grande de un CRT. [9]
Un CRT funciona calentando eléctricamente una bobina de tungsteno [10] que a su vez calienta un cátodo en la parte posterior del CRT, lo que hace que emita electrones que son modulados y enfocados por electrodos. Los electrones son dirigidos por bobinas o placas de deflexión, y un ánodo los acelera hacia la pantalla recubierta de fósforo, que genera luz cuando son golpeados por los electrones. [11] [12] [13]
Antes de la invención del circuito integrado , se pensaba que los CRT eran el producto de electrónica de consumo más complicado. [14]
Historia
Los rayos catódicos fueron descubiertos por Julius Plücker y Johann Wilhelm Hittorf . [15] Hittorf observó que el cátodo (electrodo negativo) emitía algunos rayos desconocidos que podían proyectar sombras en la pared brillante del tubo, lo que indica que los rayos viajaban en línea recta. En 1890, Arthur Schuster demostró que los campos eléctricos podían desviar los rayos catódicos , y William Crookes demostró que los campos magnéticos podían desviarlos. En 1897, JJ Thomson logró medir la relación carga-masa de los rayos catódicos, mostrando que consistían en partículas cargadas negativamente más pequeñas que los átomos, las primeras " partículas subatómicas ", que ya habían sido nombradas electrones por el físico irlandés George Johnstone Stoney. en 1891. la primera versión de la CRT se conoce como el "tubo Braun", inventado por el físico alemán Ferdinand Braun en 1897. [16] fue un frío-cátodo del diodo , una modificación del tubo de Crookes con un fósforo recubierta pantalla. Braun fue el primero en concebir el uso de un CRT como dispositivo de visualización. [17]
En 1908, Alan Archibald Campbell-Swinton , miembro de la Royal Society (Reino Unido), publicó una carta en la revista científica Nature en la que describía cómo se podía lograr la "visión eléctrica distante" mediante el uso de un tubo de rayos catódicos (o tubo "Braun" ) como dispositivo transmisor y receptor. [18] [19] Amplió su visión en un discurso pronunciado en Londres en 1911 y publicado en The Times [20] y en el Journal of the Röntgen Society . [21] [22]
El primer tubo de rayos catódicos que utilizó un cátodo caliente fue desarrollado por John Bertrand Johnson (que dio su nombre al término ruido Johnson ) y Harry Weiner Weinhart de Western Electric , y se convirtió en un producto comercial en 1922. [ cita requerida ] La introducción de cátodos calientes permitió voltajes de ánodo de aceleración más bajos y corrientes de haz de electrones más altas, ya que el ánodo ahora solo aceleraba los electrones emitidos por el cátodo caliente y ya no tenía que tener un voltaje muy alto para inducir la emisión de electrones del cátodo frío. [23]
En 1926, Kenjiro Takayanagi hizo una demostración de un televisor CRT que recibía imágenes con una resolución de 40 líneas. [24] En 1927, mejoró la resolución a 100 líneas, lo que no tuvo rival hasta 1931. [25] En 1928, fue el primero en transmitir rostros humanos en medios tonos en una pantalla CRT. [26] En 1935, había inventado uno de los primeros televisores CRT totalmente electrónicos. [27]
Fue nombrado en 1929 por el inventor Vladimir K. Zworykin , [28] quien fue influenciado por el trabajo anterior de Takayanagi. [26] A RCA se le otorgó una marca comercial para el término (para su tubo de rayos catódicos) en 1932; liberó voluntariamente el término al dominio público en 1950. [29]
En la década de 1930, Allen B. DuMont fabricó los primeros CRT con una duración de 1.000 horas de uso, que fue uno de los factores que llevaron a la adopción generalizada de la televisión. [30]
Los primeros televisores electrónicos con tubos de rayos catódicos fabricados comercialmente fueron fabricados por Telefunken en Alemania en 1934. [31] [32]
En 1947 se creó el dispositivo de entretenimiento de tubo de rayos catódicos , el primer juego electrónico interactivo conocido y el primero en incorporar una pantalla de tubo de rayos catódicos. [33]
Desde 1949 hasta principios de la década de 1960 hubo un cambio de los CRT circulares a los CRT rectangulares, aunque Telefunken fabricó los primeros CRT rectangulares en 1938. [34] [23] [35] [36] [37] [38] Si bien los CRT circulares eran la norma, los televisores europeos a menudo bloqueaban partes de la pantalla para que pareciera algo rectangular, mientras que los televisores estadounidenses a menudo dejaban todo el frente de la pantalla. El TRC expuso o solo bloqueó las porciones superior e inferior del TRC. [39] [40]
En 1954, RCA produjo algunos de los primeros CRT en color, los CRT 15GP22 utilizados en el CT-100 , [41] el primer televisor en color producido en masa. [42] Los primeros CRT rectangulares en color también se fabricaron en 1954. [43] [44] Sin embargo, los primeros CRT rectangulares en color que se ofrecieron al público se fabricaron en 1963. Uno de los desafíos que había que resolver para producir el El CRT de color rectangular fue la convergencia en las esquinas del CRT. [37] [36] En 1965, los fósforos de tierras raras más brillantes comenzaron a reemplazar los fósforos rojos y verdes que contenían cadmio y los más tenues. Finalmente, los fósforos azules también fueron reemplazados. [45] [46] [47] [48] [49] [50]
El tamaño de los CRT aumentó con el tiempo, de 19 pulgadas en 1938, [51] a 21 pulgadas en 1955, [52] [53] 35 pulgadas en 1985, [54] y 43 pulgadas en 1989. [55] Sin embargo, experimental 31 Los CRT de pulgadas se fabricaron ya en 1938. [56]
En 1960 se inventó el tubo de Aiken . Era un CRT en un formato de pantalla plana con un solo cañón de electrones. [57] [58] La deflexión era electrostática y magnética, pero debido a problemas de patentes nunca se puso en producción. También se concibió como una pantalla Head-up en aviones. [59] Para cuando se resolvieron los problemas de patentes, RCA ya había invertido mucho en CRT convencionales. [60]
En 1987, Zenith desarrolló CRT de pantalla plana para monitores de computadora, lo que reduce los reflejos y ayuda a aumentar el contraste y el brillo de la imagen. [61] [62] Estos CRT eran costosos, lo que limitaba su uso a monitores de computadora. [63] Se intentó producir CRT de pantalla plana utilizando vidrio flotado económico y ampliamente disponible . [64]
En 1990, Sony lanzó al mercado los primeros CRT con resolución HD. [sesenta y cinco]
A mediados de la década de 1990, se fabricaban unos 160 millones de TRC por año. [66]
Las pantallas planas bajaron de precio y comenzaron a desplazar significativamente los tubos de rayos catódicos en la década de 2000. Después de varias predicciones, [67] [68] las ventas de monitores LCD comenzaron a superar las de CRT en 2003-2004 [69] [70] [71] y las ventas de televisores LCD comenzaron a superar las de CRT en los Estados Unidos en 2005, [72] en Japón en 2005-2006, [73] [74] [75] en Europa en 2006, [76] a nivel mundial en 2007-2008, [77] [78] y en la India en 2013. [79]
A mediados de la década de 2000, Canon y Sony presentaron la pantalla emisora de electrones de conducción de superficie y las pantallas de emisión de campo , respectivamente. Ambos eran pantallas planas que tenían uno (SED) o varios (FED) emisores de electrones por subpíxel en lugar de cañones de electrones; los emisores de electrones se colocaron en una hoja de vidrio y los electrones se aceleraron a una hoja de vidrio cercana con fósforos usando un voltaje de ánodo; los electrones no se enfocaron haciendo que cada subpíxel sea esencialmente un CRT de pistola de inundación. Nunca se pusieron en producción en masa ya que la tecnología LCD era significativamente más barata, lo que eliminaba el mercado de este tipo de pantallas. [80]
El último fabricante conocido de (en este caso, reciclado) [81] CRT, Videocon , dejó de fabricarse en 2015. [82] [83] Los televisores CRT dejaron de fabricarse casi al mismo tiempo. [84]
En 2015, varios fabricantes de CRT fueron condenados en los EE . UU . Por fijación de precios . Lo mismo ocurrió en Canadá en 2018. [85] [86]
Fallecimiento
Las ventas mundiales de monitores de computadora CRT alcanzaron su punto máximo en 2000, con 90 millones de unidades, mientras que las de los televisores CRT alcanzaron su punto máximo en 2005 con 130 millones de unidades. [87]
Desde finales de los 90 hasta principios de los 2000, los CRT comenzaron a ser reemplazados por LCD, comenzando primero con monitores de computadora de tamaño menor a 15 pulgadas [88] en gran parte debido a su menor volumen. [89] Entre los primeros [90] fabricantes en detener la producción de TRC fue Hitachi , en 2001, [91] [92] seguido de Sony en Japón en 2004, [93] Thomson en los Estados Unidos en 2004, [94] [95] Visualización de imágenes Matsushita Toshiba en 2005 en EE. UU., [96] 2006 en Malasia [97] y 2007 en China, [98] Sony en EE. UU. En 2006, [99] Sony en Singapur y Malasia para los mercados de América Latina y Asia en 2008, [93] [100] Samsung SDI en 2007 [101] [102] y 2012 [103] [104] y Cathode Ray Technology (anteriormente Philips) en 2012 [105] [106] y Videocon en 2015-16. [107] [108] [109] [82] Ekranas en Lituania [110] y LG.Philips Displays [111] se declararon en quiebra en 2005 y 2006, respectivamente. Matsushita Toshiba se detuvo en los EE. UU. En 2004 debido a pérdidas de 109 millones de dólares, [112] y en Malasia en 2006 debido a pérdidas que casi igualaron sus ventas. [97] Samsung mostró los últimos televisores CRT en CES en 2007 [113] y LG introdujo el último modelo producido en serie en 2008 para los mercados en desarrollo debido a su bajo precio. [114] [115] LG introdujo el último televisor CRT de un fabricante importante en 2010. [116] [117]
Los CRT fueron reemplazados por primera vez por LCD en mercados desarrollados como Japón y Europa en la década de 2000 y continuaron siendo populares en mercados en desarrollo como América Latina, [118] [87] China, Asia y Oriente Medio debido a su bajo precio en comparación con televisores de pantalla plana contemporáneos, [119] y más tarde en mercados como la India rural, sin embargo, alrededor de 2014, incluso los mercados rurales comenzaron a favorecer el LCD sobre el CRT, lo que llevó a la desaparición de la tecnología. [120]
A pesar de ser un pilar de la tecnología de visualización durante décadas, los monitores de computadora y televisores basados en CRT son ahora prácticamente una tecnología muerta. La demanda de pantallas CRT se redujo a finales de la década de 2000. Los rápidos avances y la caída de los precios de la tecnología de pantalla plana LCD , primero para monitores de computadora y luego para televisores, supusieron la ruina de las tecnologías de visualización de la competencia, como CRT, retroproyección y pantalla de plasma . [121] Esfuerzos de Samsung y LG para hacer que los CRT sean competitivos con sus contrapartes de LCD y plasma, ofreciendo modelos más delgados y baratos para competir con LCD de tamaño similar y más costosos [122] [123] [124] [125] [126] CRTs eventualmente se volvieron obsoletos y quedaron relegados a los mercados en desarrollo una vez que las pantallas LCD bajaron de precio, con su menor volumen, peso y capacidad para montarse en la pared como ventajas.
La mayor parte de la producción de TRC de gama alta había cesado alrededor de 2010, [127] incluidas las líneas de productos de gama alta de Sony y Panasonic. [128] [129] En Canadá y Estados Unidos, la venta y producción de televisores CRT de alta gama (pantallas de 30 pulgadas (76 cm)) en estos mercados prácticamente había terminado en 2007. Solo un par de años después, Los televisores CRT "combinados" de bajo costo (pantallas de 20 pulgadas (51 cm) con un reproductor de VHS integrado) desaparecieron de las tiendas de descuento.
Los minoristas de productos electrónicos, como Best Buy, redujeron constantemente los espacios de las tiendas para los CRT. En 2005, Sony anunció que detendría la producción de pantallas de computadora CRT. Samsung no presentó ningún modelo CRT para el año modelo 2008 en el Consumer Electronics Show 2008; el 4 de febrero de 2008, eliminaron sus CRT de pantalla ancha de 30 "de su sitio web de América del Norte y no los reemplazaron con nuevos modelos. [130]
En el Reino Unido, DSG (Dixons) , el mayor minorista de equipos electrónicos domésticos, informó que los modelos CRT representaban del 80 al 90% del volumen de televisores vendidos en la Navidad de 2004 y del 15 al 20% un año después, y que eran se esperaba que fuera inferior al 5 por ciento a finales de 2006. Dixons dejó de vender televisores CRT en 2006. [131]
La desaparición de los CRT ha dificultado el mantenimiento de las máquinas recreativas fabricadas antes de la adopción generalizada de pantallas planas, debido a la falta de CRT de repuesto. (Los CRT pueden necesitar reemplazo debido al desgaste, como se explica más adelante). La reparación de los CRT, aunque es posible, requiere un alto nivel de habilidad. [132]
Usos actuales
Si bien los CRT habían disminuido drásticamente a fines de la década de 2000, todavía son ampliamente utilizados por los consumidores y algunas industrias. Los CRT tienen algunas ventajas distintas sobre otras tecnologías más nuevas.
Debido a que un CRT no necesita dibujar una imagen completa y en su lugar utiliza líneas entrelazadas , un CRT es más rápido que un LCD que dibuja la imagen completa. Los CRT también pueden mostrar correctamente ciertas resoluciones , como la resolución de 256x224 del Nintendo Entertainment System (NES). [133] Este es también un ejemplo del uso más común de CRT por parte de los consumidores, los videojuegos retro. Algunas razones para esto incluyen:
- Los CRT pueden mostrar correctamente las resoluciones a menudo 'extrañas' que utilizan muchas consolas antiguas.
- Los CRT tienen la mejor calidad al ver programación analógica como en VHS o mediante una señal de RF.
Algunas industrias todavía usan CRT porque es demasiado esfuerzo, tiempo de inactividad y / o costo reemplazarlas, o no hay un sustituto disponible; un ejemplo notable es la industria de las aerolíneas. Aviones como el Boeing 747-400 y el Airbus A320 utilizaron instrumentos CRT en sus cabinas de vidrio en lugar de instrumentos mecánicos. [134] Líneas aéreas como Lufthansa todavía utilizan tecnología CRT, que también utiliza disquetes para actualizaciones de navegación . [135]
Los CRT también tienden a ser más resistentes que sus homólogos de pantalla plana, [11] aunque también existen LCD resistentes.
Comparación con otras tecnologías
- Ventajas de la pantalla LCD sobre CRT: menor volumen, consumo de energía y generación de calor, frecuencias de actualización más altas (hasta 360 hz), [136] relaciones de contraste más altas
- Ventajas de CRT sobre LCD: mejor reproducción del color, sin desenfoque de movimiento, sincronización múltiple disponible en muchos monitores, sin retraso de entrada [137]
- Ventajas de OLED sobre CRT: menor volumen, reproducción de color similar, [137] relaciones de contraste más altas, tasas de actualización similares (más de 60 Hz, hasta 120 Hz) [138] [139] [140] pero no en monitores de computadora, [141] también sufre del desenfoque de movimiento [142]
En los CRT, la frecuencia de actualización depende de la resolución, las cuales están limitadas en última instancia por la frecuencia máxima de exploración horizontal del CRT; el desenfoque de movimiento también depende del tiempo de desintegración de los fósforos; los fósforos que se descomponen demasiado lentamente para una frecuencia de actualización determinada pueden provocar manchas o desenfoque de movimiento en la imagen. En la práctica, los CRT están limitados a una frecuencia de actualización de 160 Hz. [143] Las pantallas LCD que pueden competir con OLED (LCD de doble capa y mini-LED) no están disponibles en altas frecuencias de actualización, aunque las pantallas LCD de puntos cuánticos (QLED) están disponibles en altas frecuencias de actualización (hasta 144 Hz) [144] y son competitivo en reproducción de color con OLED. [145]
Los monitores CRT aún pueden superar a los monitores LCD y OLED en el retraso de entrada, ya que no hay procesamiento de señal entre el CRT y el conector de pantalla del monitor, ya que los monitores CRT a menudo usan VGA, que proporciona una señal analógica que se puede alimentar directamente a un CRT. Las tarjetas de video diseñadas para su uso con CRT pueden tener un RAMDAC para generar las señales analógicas que necesita el CRT. [146] [11] Además, los monitores CRT a menudo son capaces de mostrar imágenes nítidas en varias resoluciones, una capacidad conocida como sincronización múltiple . [147] Debido a estas razones, los jugadores de PC a veces prefieren los CRT a pesar de su volumen, peso y generación de calor. [148] [137]
Construcción
Cuerpo
El cuerpo de un CRT generalmente se compone de tres partes: una pantalla / placa frontal / panel, un cono / embudo y un cuello. [149] [150] [151] [152] [153] La pantalla, el embudo y el cuello unidos se conocen como bulbo o sobre. [36]
El cuello está hecho de un tubo de vidrio [154] mientras que el embudo y la pantalla se hacen vertiendo y luego presionando el vidrio en un molde. [155] [156] [157] [158] [159] El vidrio, conocido como vidrio CRT [160] [161] o vidrio de TV, [162] necesita propiedades especiales para protegerse contra los rayos X mientras proporciona una transmisión de luz adecuada en la pantalla o ser muy aislante eléctricamente en el embudo y el cuello. La formulación que le da al vidrio sus propiedades también se conoce como fundido. El vidrio es de muy alta calidad, siendo casi contaminante y libre de defectos. La mayoría de los costos asociados con la producción de vidrio provienen de la energía utilizada para fundir las materias primas en vidrio. Los hornos de vidrio para la producción de vidrio CRT tienen varios grifos que permiten reemplazar los moldes sin detener el horno, para permitir la producción de CRT de varios tamaños. Solo el vidrio utilizado en la pantalla debe tener propiedades ópticas precisas. Las propiedades ópticas del vidrio utilizado en la pantalla afectan la reproducción y pureza del color en los CRT de color. La transmitancia, o cuán transparente es el vidrio, se puede ajustar para que sea más transparente a ciertos colores (longitudes de onda) de luz. La transmitancia se mide en el centro de la pantalla con una luz de longitud de onda de 546nm y una pantalla de 10,16 mm de grosor. La transmitancia disminuye al aumentar el espesor. Las transmitancias estándar para las pantallas CRT en color son 86%, 73%, 57%, 46%, 42% y 30%. Se utilizan transmitancias más bajas para mejorar el contraste de la imagen, pero ejercen más presión sobre el cañón de electrones, requiriendo más potencia en el cañón de electrones para que una potencia de haz de electrones mayor ilumine los fósforos con más brillo para compensar la transmitancia reducida. [63] [163] La transmitancia debe ser uniforme en toda la pantalla para garantizar la pureza del color. El radio (curvatura) de las pantallas ha aumentado (se ha vuelto menos curvado) con el tiempo, de 30 a 68 pulgadas, evolucionando finalmente a pantallas completamente planas, reduciendo los reflejos. El grosor de las pantallas curvas [164] y planas aumenta gradualmente desde el centro hacia afuera y, con ello, la transmitancia se reduce gradualmente. Esto significa que es posible que los CRT de pantalla plana no sean completamente planos por dentro. [164] [165] El vidrio utilizado en los CRT llega de la fábrica de vidrio a la fábrica de CRT como pantallas y embudos separados con cuellos fusionados, para los CRT de color, o como bombillas formadas por una pantalla, un embudo y un cuello fusionados. Había varias formulaciones de vidrio para diferentes tipos de CRT, que se clasificaron utilizando códigos específicos para cada fabricante de vidrio. Las composiciones de las masas fundidas también fueron específicas de cada fabricante. [166] Aquellos optimizados para alta pureza de color y contraste fueron dopados con neodimio, mientras que aquellos para CRT monocromáticos fueron teñidos a diferentes niveles, dependiendo de la formulación utilizada y tenían transmitancias de 42% o 30%. [167] Pureza es asegurar que se activen los colores correctos (por ejemplo, asegurar que el rojo se muestre uniformemente en la pantalla) mientras que la convergencia asegura que las imágenes no se distorsionen. La convergencia se puede modificar mediante un patrón de trama cruzada. [168] [169] [170]
El vidrio CRT solía ser fabricado por empresas especializadas [171] como AGC Inc. , [172] [173] [174] OI Glass , [175] Samsung Corning Precision Materials, [176] Corning Inc. , [177] [178 ] y Nippon Electric Glass ; [179] otros como Videocon, Sony para el mercado estadounidense y Thomson fabricaron su propio vidrio. [109] [180] [181] [182] [183]
El embudo y el cuello están hechos de una formulación de vidrio de sodio-potasa con plomo o vidrio de silicato de plomo [7] para proteger contra los rayos X generados por electrones de alto voltaje a medida que desaceleran después de golpear un objetivo, como la pantalla de fósforo o la máscara de sombra de un CRT de color. La velocidad de los electrones depende del voltaje del ánodo del CRT; cuanto mayor sea el voltaje, mayor será la velocidad. [184] La cantidad de rayos X emitidos por un TRC también se puede reducir al reducir el brillo de la imagen. [185] [186] [187] [152] El vidrio con plomo se usa porque es económico, mientras que también protege fuertemente contra los rayos X, aunque algunos embudos también pueden contener bario. [188] [189] [190] [167] La pantalla generalmente está hecha de una formulación especial de vidrio de silicato [7] sin plomo con bario y estroncio para proteger contra los rayos X. Otra formulación de vidrio usa 2-3% de plomo en la pantalla. [152] Los TRC monocromáticos pueden tener una formulación de vidrio de bario y plomo teñido tanto en la pantalla como en el embudo, con un vidrio de plomo con potasa y soda en el cuello; las formulaciones de potasa-sosa y bario-plomo tienen diferentes coeficientes de expansión térmica. El vidrio utilizado en el cuello debe ser un excelente aislante eléctrico para contener los voltajes utilizados en la óptica electrónica del cañón de electrones, como las lentes de enfoque. El plomo en el vidrio hace que se vuelva marrón (se oscurezca) con el uso debido a los rayos X; por lo general, el cátodo del CRT se desgasta debido al envenenamiento del cátodo antes de que el pardeamiento sea evidente. La formulación de vidrio determina el voltaje de ánodo más alto posible y, por lo tanto, el tamaño de pantalla CRT máximo posible. Para el color, los voltajes máximos suelen ser de 24 a 32 kV, mientras que para el monocromo suele ser de 21 o 24,5 kV, [191] limitando el tamaño de los CRT monocromos a 21 pulgadas, o aprox. 1 kV por pulgada. El voltaje necesario depende del tamaño y tipo de CRT. [192] Dado que las formulaciones son diferentes, deben ser compatibles entre sí y tener coeficientes de expansión térmica similares. [167] La pantalla también puede tener un revestimiento antideslumbrante o antirreflectante, [193] [163] [194] o estar esmerilada para evitar reflejos. [195] Los TRC también pueden tener un revestimiento antiestático. [163] [196] [63]
El vidrio con plomo en los embudos de los TRC puede contener entre un 21 y un 25% de óxido de plomo (PbO), [197] [198] [166] El cuello puede contener entre un 30 y un 40% de óxido de plomo, [199] [200] y el la pantalla puede contener 12% de óxido de bario y 12% de óxido de estroncio . [7] Un CRT típico contiene varios kilogramos de plomo como óxido de plomo en el vidrio [153] dependiendo de su tamaño; Los CRT de 12 pulgadas contienen 0,5 kg de plomo en total, mientras que los CRT de 32 pulgadas contienen hasta 3 kg. [7] El óxido de estroncio comenzó a usarse en los TRC, su principal aplicación, en la década de 1970. [201] [202] [203]
Algunos CRT tempranos usaban un embudo de metal aislado con polietileno en lugar de vidrio con material conductor. [52] Otros tenían cerámica o pyrex soplado en lugar de embudos de vidrio prensado. [204] [205] [38] [206] [207] Los primeros CRT no tenían una conexión de tapa de ánodo dedicada; el embudo era la conexión del ánodo, por lo que estaba activo durante la operación. [208]
El embudo está recubierto por dentro y por fuera con un recubrimiento conductor, [209] [210] lo que hace que el embudo sea un capacitor, lo que ayuda a estabilizar y filtrar el voltaje del ánodo del CRT y reduce significativamente la cantidad de tiempo necesario para encender un CRT. . La estabilidad proporcionada por el recubrimiento resolvió problemas inherentes a los primeros diseños de fuentes de alimentación, ya que utilizaban tubos de vacío. Debido a que el embudo se utiliza como condensador, el vidrio utilizado en el embudo debe ser un excelente aislante eléctrico (dieléctrico). El revestimiento interior tiene un voltaje positivo (el voltaje del ánodo que puede ser de varios kV) mientras que el revestimiento exterior está conectado a tierra. Los CRT que funcionan con fuentes de alimentación más modernas no necesitan estar conectados a tierra, debido al diseño más robusto de las fuentes de alimentación modernas. El valor del condensador formado por el embudo es de .005-.01uF, aunque al voltaje que normalmente se alimenta el ánodo. El condensador formado por el embudo también puede sufrir de absorción dieléctrica , al igual que otros tipos de condensadores. [211] [191] [212] [213] [209] [167] Debido a esto, los CRT deben descargarse [214] antes de manipularlos para evitar lesiones.
La profundidad de un CRT está relacionada con el tamaño de su pantalla. [215] Los ángulos de deflexión habituales eran de 90 ° para los CRT de monitores de computadora y CRT pequeños y de 110 °, que era el estándar en los CRT de TV más grandes, con 120 o 125 ° en los CRT delgados fabricados desde 2001-2005 en un intento de competir con los LCD. Televisores. [216] [163] [125] [151] [217] Con el tiempo, los ángulos de deflexión aumentaron a medida que se volvieron prácticos, de 50 ° en 1938 a 110 ° en 1959, [23] y 125 ° en la década de 2000. Se investigaron los CRT con deflexión de 140 °, pero nunca se comercializaron, ya que los problemas de convergencia nunca se resolvieron. [218]
Un CRT monocromo con una desviación de 110 °
Un CRT monocromo con desviación de 90 °
Tamaño y peso
El tamaño de la pantalla de un CRT se mide de dos maneras: el tamaño de la pantalla o la diagonal de la cara y el tamaño / área de la imagen visible o la diagonal de la pantalla visible, que es la parte de la pantalla con fósforo. El tamaño de la pantalla es el tamaño de la imagen visible más sus bordes negros que no están recubiertos con fósforo. [219] [210] [220] La imagen visible puede ser perfectamente cuadrada o rectangular, mientras que los bordes del CRT son negros y tienen una curvatura (como en los CRT con rayas negras) o los bordes pueden ser negros y realmente planos (como en Flatron CRT), [164] [183] [221] o los bordes de la imagen pueden seguir la curvatura de los bordes del CRT, que puede ser el caso en CRT sin y con bordes negros y bordes curvos. [222] [223] [224] Toshiba fabricó por primera vez los CRT de rayas negras en 1972. [183]
Los CRT pequeños de menos de 3 pulgadas se hicieron para televisores de mano como el MTV-1 y visores en videocámaras. En estos puede que no haya bordes negros, que sin embargo son realmente planos. [225] [212] [226] [227] [228]
La mayor parte del peso de un CRT proviene de la pantalla de vidrio grueso, que comprende el 65% del peso total de un CRT. El embudo y el cuello de vidrio comprenden el 30% y el 5% restante respectivamente. El vidrio del embudo es más delgado que el de la pantalla. [7] [6] Puede usarse vidrio templado química o térmicamente para reducir el peso del vidrio CRT. [229] [230] [231] [232]
Ánodo
El revestimiento conductor externo está conectado a tierra mientras que el revestimiento conductor interno está conectado usando el botón / tapa del ánodo a través de una serie de capacitores y diodos (un generador Cockcroft-Walton ) al transformador de retorno de alto voltaje ; el revestimiento interior es el ánodo del CRT, [233] que junto con un electrodo en el cañón de electrones, también se conoce como el ánodo final. [234] [235] El revestimiento interior se conecta al electrodo mediante resortes. El electrodo forma parte de una lente bipotencial. [235] [236] Los condensadores y diodos sirven como un multiplicador de voltaje para la corriente entregada por el flyback.
Para el revestimiento interior del embudo, los CRT monocromáticos utilizan aluminio, mientras que los CRT de color utilizan aquadag; [167] Algunos CRT pueden usar óxido de hierro en el interior. [7] En el exterior, la mayoría de los CRT (pero no todos) [237] utilizan aquadag. [238] Aquadag es una pintura a base de grafito eléctricamente conductora. En los CRT de color, el aquadag se rocía en el interior del embudo [239] [167] mientras que, históricamente, el aquadag se pintaba en el interior de los CRT monocromáticos. [23]
El ánodo se usa para acelerar los electrones hacia la pantalla y también recolecta los electrones secundarios que son emitidos por las partículas de fósforo en el vacío del CRT. [240] [241] [242] [243] [23]
La conexión de la tapa del ánodo en los CRT modernos debe poder manejar hasta 55-60 kV dependiendo del tamaño y brillo del CRT. [244] [192] Consiste en un clip de metal que se expande en el interior de un botón de ánodo que está incrustado en el vidrio embudo del CRT. [245] [246] La conexión está aislada por una ventosa de silicona, posiblemente también con grasa de silicona para evitar la descarga de corona . [247] [248]
El botón del ánodo debe tener una forma especial para establecer un sello hermético entre el botón y el embudo. Los rayos X pueden filtrarse a través del botón del ánodo, aunque puede que ese no sea el caso en los CRT más nuevos a partir de finales de la década de 1970 hasta principios de la de 1980, gracias a un nuevo diseño de botón y clip. [192] El botón puede consistir en un conjunto de 3 copas anidadas, y la copa más externa está hecha de una aleación de níquel-cromo-hierro que contiene entre un 40 y un 49% de níquel y entre un 3 y un 6% de cromo para que el botón sea fácil de fusionar. al vidrio embudo, con una primera copa interior hecha de hierro grueso y económico para proteger contra los rayos X, y con la segunda copa interior también hecha de hierro o cualquier otro metal conductor de electricidad para conectar al clip. Las copas deben ser lo suficientemente resistentes al calor y tener coeficientes de expansión térmica similares a los del vidrio embudo para resistir la fusión con el vidrio embudo. El lado interior del botón está conectado a la capa conductora interior del CRT. [241] El botón del ánodo se puede unir al embudo mientras se presiona para darle forma en un molde. [249] [250] [192] Alternativamente, el blindaje contra rayos X puede estar integrado en el clip. [251]
El transformador flyback también se conoce como IHVT (Transformador de alto voltaje integrado) si incluye un multiplicador de voltaje. El flyback utiliza un núcleo de hierro cerámico o en polvo para permitir un funcionamiento eficiente a altas frecuencias. El flyback contiene un devanado primario y varios secundarios que proporcionan varios voltajes diferentes. El devanado secundario principal suministra pulsos de voltaje al multiplicador de voltaje para, en última instancia, suministrar al CRT el voltaje de ánodo alto que utiliza, mientras que los devanados restantes suministran el voltaje del filamento del CRT, los pulsos de codificación, el voltaje de enfoque y los voltajes derivados del ráster de exploración. Cuando se apaga el transformador, el campo magnético del flyback colapsa rápidamente, lo que induce un alto voltaje en sus devanados. La velocidad a la que colapsa el campo magnético determina el voltaje que se induce, por lo que el voltaje aumenta junto con su velocidad. Se utiliza un condensador (condensador de sincronización de retroceso) o una serie de condensadores (para proporcionar redundancia) para ralentizar el colapso del campo magnético. [252] [253]
El diseño de la fuente de alimentación de alto voltaje en un producto que utiliza un CRT influye en la cantidad de rayos X emitidos por el CRT. La cantidad de rayos X emitidos aumenta con voltajes y corrientes más altos. Si el producto, como un televisor, utiliza una fuente de alimentación de alto voltaje no regulada, lo que significa que el voltaje del ánodo y el foco disminuyen al aumentar la corriente de electrones cuando se muestra una imagen brillante, la cantidad de rayos X emitidos es la más alta cuando se muestra el CRT. a imágenes moderadamente brillantes, ya que cuando se muestran imágenes oscuras o brillantes, el voltaje de ánodo más alto contrarresta la corriente del haz de electrones más bajo y viceversa, respectivamente. Los tubos de vacío rectificadores y reguladores de alto voltaje de algunos televisores CRT antiguos también pueden emitir rayos X. [254]
Pistola de electrones
El cañón de electrones emite los electrones que finalmente golpean los fósforos en la pantalla del CRT. El cañón de electrones contiene un calentador, que calienta un cátodo, que genera electrones que, mediante rejillas, se enfocan y finalmente se aceleran en la pantalla del CRT. La aceleración se produce junto con el revestimiento interior de aluminio o aquadag del CRT. El cañón de electrones se coloca de modo que apunte al centro de la pantalla. [235] Está dentro del cuello del CRT, y se mantiene unido y montado en el cuello mediante perlas de vidrio o varillas de soporte de vidrio, que son las tiras de vidrio del cañón de electrones. [23] [235] [255] El cañón de electrones se fabrica por separado y luego se coloca dentro del cuello mediante un proceso llamado "enrollado" o sellado. [64] [256] [257] [258] [259] [132] El cañón de electrones tiene una oblea de vidrio que se fusiona con el cuello del CRT. Las conexiones al cañón de electrones penetran en la oblea de vidrio. [257] [260] Una vez que el cañón de electrones está dentro del cuello, sus partes metálicas (rejillas) se arquean entre sí usando alto voltaje para suavizar los bordes ásperos en un proceso llamado golpe de puntos, para evitar que los bordes ásperos en las rejillas se generando electrones secundarios. [261] [262] [263]
Construcción y método de operación.
Tiene un cátodo caliente que es calentado por un elemento calefactor de filamento de tungsteno; el calentador puede consumir 0.5 a 2A de corriente dependiendo del CRT. El voltaje aplicado al calentador puede afectar la vida útil del CRT. [264] [265] Calentar el cátodo energiza los electrones en él, ayudando a la emisión de electrones, [266] mientras que al mismo tiempo se suministra corriente al cátodo; normalmente entre 140 mA a 1,5 V y 600 mA a 6,3 V. [267] El cátodo crea una nube de electrones (emite electrones) cuyos electrones se extraen, aceleran y enfocan en un haz de electrones. [23] Los TRC de color tienen tres cátodos: uno para rojo, verde y azul. El calentador se encuentra dentro del cátodo pero no lo toca; el cátodo tiene su propia conexión eléctrica separada. El cátodo se recubre sobre una pieza de níquel que proporciona la conexión eléctrica y el soporte estructural; el calentador se coloca dentro de esta pieza sin tocarla. [233] [268] [269] [270]
Hay varios cortocircuitos que pueden ocurrir en un cañón de electrones CRT. Uno es un cortocircuito de calentador a cátodo, que hace que el cátodo emita electrones de forma permanente, lo que puede provocar una imagen con un tinte rojo, verde o azul brillante con líneas de trazo, según el cátodo o cátodos afectados. Alternativamente, el cátodo puede cortocircuitarse con la rejilla de control, posiblemente provocando efectos similares, o la rejilla de control y la rejilla de pantalla (G2) [271] pueden acortarse provocando una imagen muy oscura o ninguna imagen en absoluto. El cátodo puede estar rodeado por un escudo para evitar el chisporroteo . [272] [273]
El cátodo está hecho de óxido de bario [274] [191] que debe activarse mediante calentamiento para que pueda liberar electrones. La activación es necesaria porque el óxido de bario no es estable en el aire, por lo que se aplica al cátodo como carbonato de bario, que no puede emitir electrones. La activación calienta el carbonato de bario para descomponerlo en óxido de bario y dióxido de carbono mientras se forma una capa delgada de bario metálico en el cátodo. [275] [274] La activación se produce durante la evacuación (al mismo tiempo que se forma un vacío en) el CRT. Después de la activación, el óxido puede resultar dañado por varios gases comunes como el vapor de agua, el dióxido de carbono y el oxígeno. [276] Alternativamente, se puede usar carbonato de calcio, estroncio y bario en lugar de carbonato de bario, produciendo óxidos de bario, estroncio y calcio después de la activación. [277] [23] Durante el funcionamiento, el óxido de bario se calienta a 800-1000 ° C, momento en el que comienza a desprender electrones. [278] [191] [266]
Al ser un cátodo caliente, es propenso al envenenamiento del cátodo, que es la formación de una capa de iones positivos que evita que el cátodo emita electrones, reduciendo el brillo de la imagen de forma significativa o completa y provocando que el enfoque y la intensidad se vean afectados por la frecuencia del señal de vídeo que evita que el CRT muestre imágenes detalladas. Los iones positivos provienen de las moléculas de aire sobrantes dentro del TRC o del propio cátodo [23] que reaccionan con el tiempo con la superficie del cátodo caliente. [279] [273] Se pueden agregar metales reductores como manganeso, circonio, magnesio, aluminio o titanio a la pieza de níquel para alargar la vida del cátodo, ya que durante la activación, los metales reductores se difunden en el óxido de bario, mejorando su vida útil, especialmente a altas corrientes de haz de electrones. [280] En los TRC de color con cátodos rojo, verde y azul, uno o más cátodos pueden verse afectados independientemente de los demás, provocando la pérdida total o parcial de uno o más colores. [273] Los TRC pueden desgastarse o quemarse debido al envenenamiento del cátodo. El envenenamiento por cátodos se acelera por el aumento de la corriente del cátodo (sobrecarga). [281] En los TRC de color, dado que hay tres cátodos, uno para el rojo, el verde y el azul, un solo cátodo envenenado puede causar la pérdida parcial o total de uno o más colores, matizando la imagen. [273] La capa también puede actuar como un condensador en serie con el cátodo, induciendo un retraso térmico. En cambio, el cátodo puede estar hecho de óxido de escandio o incorporarlo como dopante, para retrasar el envenenamiento del cátodo, prolongando la vida útil del cátodo hasta en un 15%. [282] [191] [283]
La cantidad de electrones generados por los cátodos está relacionada con su área de superficie. Un cátodo con más área de superficie crea más electrones, en una nube de electrones más grande, lo que dificulta enfocar la nube de electrones en un haz de electrones. [281] Normalmente, solo una parte del cátodo emite electrones a menos que el CRT muestre imágenes con partes que tienen el brillo de imagen completo; solo las partes con brillo total hacen que todo el cátodo emita electrones. El área del cátodo que emite electrones crece desde el centro hacia afuera a medida que aumenta el brillo, por lo que el desgaste del cátodo puede ser desigual. Cuando solo se usa el centro del cátodo, el CRT puede iluminar intensamente aquellas partes de las imágenes que tienen un brillo de imagen completo pero que no muestran partes más oscuras de las imágenes en absoluto, en tal caso, el CRT muestra una característica de gamma deficiente. [273]
La segunda rejilla (pantalla) de la pistola (G2) acelera los electrones hacia la pantalla utilizando varios cientos de voltios CC. Se aplica una corriente negativa [284] a la primera rejilla (de control) (G1) para hacer converger el haz de electrones. En la práctica, G1 es un cilindro Wehnelt . [267] [285] El brillo de la pantalla no se controla variando el voltaje del ánodo ni la corriente del haz de electrones (nunca se varían) a pesar de que influyen en el brillo de la imagen, sino que el brillo de la imagen se controla variando la diferencia de voltaje entre el cátodo y la rejilla de control G1. Una tercera rejilla (G3) enfoca electrostáticamente el haz de electrones antes de que sea desviado y acelerado por el voltaje del ánodo en la pantalla. [286] El enfoque electrostático del haz de electrones se puede lograr usando una lente Einzel energizada hasta 600 voltios. [287] [275] Antes del enfoque electrostático, enfocar el haz de electrones requería un sistema de enfoque mecánico grande, pesado y complejo colocado fuera del cañón de electrones. [208]
Sin embargo, el enfoque electrostático no se puede lograr cerca del ánodo final del CRT debido a su alto voltaje en las docenas de kilovoltios, por lo que un electrodo de alto voltaje (~ 600 [288] a 8000 voltios), junto con un electrodo en el voltaje del ánodo final del CRT, se puede utilizar para enfocar en su lugar. Tal disposición se denomina lente bipotencial, que también ofrece un rendimiento más alto que una lente Einzel, o el enfoque se puede lograr utilizando una bobina de enfoque magnético junto con un alto voltaje de ánodo de docenas de kilovoltios. Sin embargo, el enfoque magnético es costoso de implementar, por lo que rara vez se usa en la práctica. [233] [275] [289] [290] Algunos CRT pueden usar dos rejillas y lentes para enfocar el haz de electrones. [282] El voltaje de enfoque se genera en el flyback utilizando un subconjunto del devanado de alto voltaje del flyback junto con un divisor de voltaje resistivo. El electrodo de enfoque se conecta junto con las otras conexiones que se encuentran en el cuello del CRT. [291]
Existe un voltaje llamado voltaje de corte que es el voltaje que crea el negro en la pantalla ya que hace que la imagen en la pantalla creada por el haz de electrones desaparezca, el voltaje se aplica a G1. En un CRT de color con tres pistolas, las pistolas tienen diferentes voltajes de corte. Muchos CRT comparten la cuadrícula G1 y G2 en las tres pistolas, lo que aumenta el brillo de la imagen y simplifica el ajuste, ya que en dichos CRT hay un solo voltaje de corte para las tres pistolas (ya que G1 se comparte en todas las pistolas). [235] pero colocando una tensión adicional en el amplificador de video utilizado para alimentar el video en los cátodos del cañón de electrones, ya que el voltaje de corte se vuelve más alto. Los CRT monocromáticos no sufren este problema. En los CRT monocromáticos, el video se alimenta a la pistola variando el voltaje en la primera rejilla de control. [292] [208]
Durante el retroceso del haz de electrones, el preamplificador que alimenta el amplificador de video se desactiva y el amplificador de video está polarizado a un voltaje más alto que el voltaje de corte para evitar que se muestren las líneas de retroceso, o G1 puede tener un gran voltaje negativo aplicado para evitar electrones salgan del cátodo. [23] Esto se conoce como supresión. (consulte Intervalo de supresión vertical e Intervalo de supresión horizontal ). Una polarización incorrecta puede dar lugar a líneas de retroceso visibles en uno o más colores, creando líneas de retroceso que están teñidas o blancas (por ejemplo, teñidas de rojo si el color rojo se ve afectado, teñido de magenta si el los colores rojo y azul se ven afectados, y el blanco si se ven afectados todos los colores). [293] [294] [295] Alternativamente, el amplificador puede ser impulsado por un procesador de video que también introduce un OSD (presentación en pantalla) en el flujo de video que se alimenta al amplificador, usando una señal de supresión rápida. [296] Los televisores y monitores de computadora que incorporan CRT necesitan un circuito de restauración de CC para proporcionar una señal de video al CRT con un componente de CC, restaurando el brillo original de diferentes partes de la imagen. [297]
El haz de electrones puede verse afectado por el campo magnético terrestre, lo que hace que entre normalmente en la lente de enfoque fuera del centro; esto se puede corregir usando controles de astigmación. Los controles de astucia son tanto magnéticos como electrónicos (dinámicos); magnético hace la mayor parte del trabajo mientras que electrónico se utiliza para ajustes finos. [298] Uno de los extremos del cañón de electrones tiene un disco de vidrio, cuyos bordes están fusionados con el borde del cuello del CRT, posiblemente usando frita; [299] los cables metálicos que conectan el cañón de electrones con el exterior pasan a través del disco. [300]
Algunos cañones de electrones tienen una lente cuadrupolo con enfoque dinámico para alterar la forma y ajustar el enfoque del haz de electrones, variando el voltaje de enfoque según la posición del haz de electrones para mantener la nitidez de la imagen en toda la pantalla, especialmente en las esquinas. [163] [301] [302] [303] [304] También pueden tener una resistencia de purga para derivar los voltajes para las rejillas a partir del voltaje del ánodo final. [305] [306] [307]
Una vez fabricados los CRT, se envejecieron para permitir que se estabilizara la emisión del cátodo. [308] [309]
Los cañones de electrones en los CRT de color son accionados por un amplificador de video que toma una señal por canal de color y la amplifica a 40-170v por canal, para ser alimentada a los cátodos del cañón de electrones; [295] cada cañón de electrones tiene su propio canal (uno por color) y todos los canales pueden ser controlados por el mismo amplificador, que internamente tiene tres canales separados. [310] Las capacidades del amplificador limitan la resolución, la frecuencia de actualización y la relación de contraste del CRT, ya que el amplificador necesita proporcionar un gran ancho de banda y variaciones de voltaje al mismo tiempo; Las resoluciones y frecuencias de actualización más altas necesitan anchos de banda más altos (velocidad a la que se puede variar el voltaje y, por lo tanto, cambiar entre blanco y negro) y las relaciones de contraste más altas necesitan variaciones de voltaje o amplitud más altas para niveles de blanco más bajos y más bajos. 30Mhz de ancho de banda generalmente pueden proporcionar una resolución de 720p o 1080i, mientras que 20Mhz generalmente proporciona alrededor de 600 (horizontales, de arriba a abajo) líneas de resolución, por ejemplo. [311] [295] La diferencia de voltaje entre el cátodo y la rejilla de control es lo que modula el haz de electrones, modula su corriente y por lo tanto el brillo de la imagen. [273] Los fósforos utilizados en los CRT de color producen diferentes cantidades de luz para una cantidad determinada de energía, por lo que para producir blanco en un CRT de color, las tres pistolas deben generar diferentes cantidades de energía. La pistola que emite la mayor cantidad de energía es la pistola roja, ya que el fósforo rojo emite la menor cantidad de luz. [295]
Gama
Los CRT tienen una característica de triodo pronunciada , que da como resultado un gamma significativo (una relación no lineal en un cañón de electrones entre el voltaje de video aplicado y la intensidad del haz). [312]
Desviación
Hay dos tipos de deflexión: magnética y electrostática. El magnético se usa generalmente en televisores y monitores, ya que permite ángulos de deflexión más altos (y, por lo tanto, CRT menos profundos) y potencia de deflexión (que permite una corriente de haz de electrones más alta y, por lo tanto, imágenes más brillantes) [313], al tiempo que evita la necesidad de altos voltajes para la deflexión de hasta 2000 voltios, [217] [314] mientras que los osciloscopios a menudo usan deflexión electrostática ya que las formas de onda sin procesar capturadas por el osciloscopio se pueden aplicar directamente (después de la amplificación) a las placas de deflexión electrostática vertical dentro del CRT. [315]
Deflexión magnética
Aquellos que usan deflexión magnética pueden usar un yugo que tiene dos pares de bobinas de deflexión; un par para vertical y otro para deflexión horizontal. [316] El yugo puede estar unido (ser integral) o removible. Aquellos que fueron adheridos usaron pegamento [317] o plástico [318] para unir el yugo al área entre el cuello y el embudo del CRT mientras que aquellos con yugos removibles se sujetan con abrazaderas. [319] [169] El yugo genera calor cuya remoción es esencial ya que la conductividad del vidrio aumenta con el aumento de temperatura, el vidrio necesita ser aislante para que el CRT siga siendo utilizable como capacitor. La temperatura del vidrio debajo del yugo se verifica así durante el diseño de un nuevo yugo. [191] El yugo contiene las bobinas de deflexión y convergencia con un núcleo de ferrita para reducir la pérdida de fuerza magnética [320] [316] , así como los anillos magnetizados utilizados para alinear o ajustar los haces de electrones en los CRT de color (la pureza y la convergencia del color anillos, por ejemplo) [321] y CRT monocromáticos. [322] [323] El yugo puede conectarse usando un conector, el orden en el que se conectan las bobinas de deflexión del yugo determina la orientación de la imagen mostrada por el CRT. [214] Las bobinas de deflexión se pueden mantener en su lugar con cola de poliuretano. [317]
Las bobinas de deflexión son impulsadas por señales de diente de sierra [324] [325] [295] que pueden ser entregadas a través de VGA como señales de sincronización horizontal y vertical. [326] Un CRT necesita dos circuitos de deflexión: un circuito horizontal y uno vertical, que son similares, excepto que el circuito horizontal se ejecuta a una frecuencia mucho más alta (una frecuencia de exploración horizontal ) de 15 a 240 kHz, dependiendo de la frecuencia de actualización del CRT. y el número de líneas horizontales que se dibujarán (la resolución vertical del CRT). La frecuencia más alta la hace más susceptible a las interferencias, por lo que se puede usar un circuito de control automático de frecuencia (AFC) para bloquear la fase de la señal de desviación horizontal a la de una señal de sincronización, para evitar que la imagen se distorsione en diagonal. La frecuencia vertical varía según la frecuencia de actualización del CRT. Entonces, un CRT con una frecuencia de actualización de 60 Hz tiene un circuito de deflexión vertical que funciona a 60 Hz. Las señales de deflexión horizontal y vertical se pueden generar utilizando dos circuitos que funcionan de manera diferente; la señal de deflexión horizontal puede generarse usando un oscilador controlado por voltaje (VCO) mientras que la señal vertical puede generarse usando un oscilador de relajación activado. En muchos televisores, las frecuencias a las que funcionan las bobinas de deflexión están determinadas en parte por el valor de inductancia de las bobinas. [327] [295] Los TRC tenían diferentes ángulos de deflexión; cuanto mayor sea el ángulo de deflexión, menor será el CRT [328] para un tamaño de pantalla dado, pero a costa de mayor potencia de deflexión y menor rendimiento óptico. [191] [329]
Una mayor potencia de deflexión significa que se envía más corriente [330] a las bobinas de deflexión para doblar el haz de electrones en un ángulo mayor, [163] que a su vez puede generar más calor o requerir componentes electrónicos que puedan manejar el aumento de potencia. [329] El calor se genera debido a las pérdidas resistivas y del núcleo. [331] La potencia de deflexión se mide en mA por pulgada. [295] Las bobinas de deflexión vertical pueden requerir aproximadamente 24 voltios mientras que las bobinas de deflexión horizontal requieren aprox. 120 voltios para operar. [314]
Las bobinas de deflexión son impulsadas por amplificadores de deflexión. [332] Las bobinas de deflexión horizontal también pueden ser accionadas en parte por la etapa de salida horizontal de un televisor. La etapa contiene un capacitor que está en serie con las bobinas de deflexión horizontal que realiza varias funciones, entre ellas: dar forma a la señal de deflexión en diente de sierra para que coincida con la curvatura del CRT y centrar la imagen evitando que se desarrolle una polarización de CC en la bobina. Al comienzo del retroceso, el campo magnético de la bobina colapsa, lo que hace que el haz de electrones regrese al centro de la pantalla, mientras que al mismo tiempo la bobina devuelve energía a los condensadores, cuya energía se utiliza para forzar el electrón. haz para ir a la izquierda de la pantalla. [252]
Debido a la alta frecuencia a la que operan las bobinas de deflexión horizontal, la energía en las bobinas de deflexión debe reciclarse para reducir la disipación de calor. El reciclaje se realiza transfiriendo la energía del campo magnético de las bobinas de deflexión a un conjunto de condensadores. [252] El voltaje en las bobinas de deflexión horizontal es negativo cuando el haz de electrones está en el lado izquierdo de la pantalla y positivo cuando el haz de electrones está en el lado derecho de la pantalla. La energía requerida para la deflexión depende de la energía de los electrones. [333] Los haces de electrones de mayor energía (voltaje y / o corriente) necesitan más energía para ser desviados, [184] y se utilizan para lograr un mayor brillo de la imagen. [334] [335] [244]
Deflexión electrostática
Se utiliza principalmente en osciloscopios. La deflexión se lleva a cabo aplicando un voltaje en dos pares de placas, una para la deflexión horizontal y la otra para la deflexión vertical. El haz de electrones se dirige variando la diferencia de voltaje entre las placas de un par; Por ejemplo, si se aplica un voltaje de 200 voltios a la placa superior del par de deflexión vertical, mientras se mantiene el voltaje en la placa inferior a 0 voltios, el haz de electrones se desviará hacia la parte superior de la pantalla; aumentar el voltaje en la placa superior mientras se mantiene la placa inferior en 0 provocará que el haz de electrones se desvíe hacia un punto más alto de la pantalla (hará que el haz se desvíe a un ángulo de deflexión más alto). Lo mismo se aplica a las placas deflectoras horizontales. El aumento de la longitud y la proximidad entre placas en un par también puede aumentar el ángulo de deflexión. [336]
Quemado
El quemado es cuando las imágenes se "graban" físicamente en la pantalla del CRT; esto ocurre debido a la degradación de los fósforos debido al bombardeo prolongado de electrones de los fósforos, y ocurre cuando una imagen fija o un logotipo se deja demasiado tiempo en la pantalla, haciendo que aparezca como una imagen "fantasma" o, en casos severos, también cuando el CRT está apagado. Para contrarrestar esto, se utilizaron protectores de pantalla en las computadoras para minimizar el desgaste. [337] El quemado no es exclusivo de los CRT, como también ocurre con las pantallas de plasma y las pantallas OLED.
Evacuación
Los CRT se evacuan o se agotan (se forma un vacío) dentro de un horno a aprox. 375-475 ° C, en un proceso llamado horneado u horneado. [338] El proceso de evacuación también desgasifica cualquier material dentro del CRT, mientras que descompone otros como el alcohol polivinílico utilizado para aplicar los fósforos. [339] El calentamiento y enfriamiento se realizan gradualmente para evitar inducir tensión, endurecimiento y posiblemente agrietamiento del vidrio; el horno calienta los gases dentro del CRT, aumentando la velocidad de las moléculas de gas, lo que aumenta las posibilidades de que sean extraídas por la bomba de vacío. La temperatura del CRT se mantiene por debajo de la del horno y el horno comienza a enfriarse justo después de que el CRT alcanza los 400 ° C, o bien, el CRT se mantuvo a una temperatura superior a 400 ° C durante un máximo de 15 a 55 minutos. . El CRT se calentó durante o después de la evacuación, y el calor puede haberse utilizado simultáneamente para fundir la frita en el CRT, uniendo la pantalla y el embudo. [340] [341] [342] La bomba utilizada es una bomba turbomolecular o una bomba de difusión . [343] [344] [345] [346] Anteriormente también se utilizaban bombas de vacío de mercurio. [347] [348] Después de hornear, el CRT se desconecta ("sella o se inclina") de la bomba de vacío. [349] [350] [351] El getter luego se dispara usando una bobina de RF (inducción). El captador suele estar en el embudo o en el cuello del CRT. [352] [353] El material absorbente, que a menudo es a base de bario, atrapa cualquier partícula de gas restante a medida que se evapora debido al calentamiento inducido por la bobina de RF (que puede combinarse con un calentamiento exotérmico dentro del material); el vapor llena el CRT, atrapando cualquier molécula de gas que encuentre y se condensa en el interior del CRT formando una capa que contiene moléculas de gas atrapadas. Puede haber hidrógeno presente en el material para ayudar a distribuir el vapor de bario. El material se calienta a temperaturas superiores a 1000 ° C, lo que hace que se evapore. [354] [355] [276] La pérdida parcial de vacío en un TRC puede resultar en una imagen borrosa, azul brillante en el cuello del TRC, descargas disruptivas, pérdida de la emisión del cátodo o problemas de enfoque. [208] El vacío dentro de un CRT hace que la presión atmosférica ejerza (en un CRT de 27 pulgadas) una presión de 5.800 libras (2.600 kg) en total. [356]
Reconstrucción
Los CRT solían ser reconstruidos; reparado o reacondicionado. El proceso de reconstrucción incluyó el desmontaje del CRT, el desmontaje y reparación o reemplazo de la (s) pistola (s) de electrones, la remoción y redeposición de fósforos y aquadag , etc. La reconstrucción fue popular hasta la década de 1960 porque los CRT eran costosos y se desgastaban rápidamente. haciendo que la reparación valga la pena. [352] El último reconstructor de CRT en los Estados Unidos cerró en 2010, [357] y el último en Europa, RACS, que estaba ubicado en Francia, cerró en 2013. [358]
Reactivación
También conocido como rejuvenecimiento, el objetivo es restaurar temporalmente el brillo de un CRT gastado. Esto se hace a menudo aumentando cuidadosamente el voltaje en el calentador del cátodo y la corriente y voltaje en las rejillas de control del cañón de electrones, ya sea manualmente [359] o usando un dispositivo especial llamado rejuvenecedor CRT. [360] [279] Algunos rejuvenecedores también pueden reparar los cortocircuitos entre el calentador y el cátodo ejecutando una descarga capacitiva a través del corto. [273]
Fosforos
Los fósforos en los CRT emiten electrones secundarios debido a que están dentro del vacío del CRT. Los electrones secundarios son recogidos por el ánodo del CRT. [243] Los electrones secundarios generados por los fósforos deben recolectarse para evitar que se desarrollen cargas en la pantalla, lo que conduciría a una reducción del brillo de la imagen [23] ya que la carga repelería el haz de electrones.
Los fósforos utilizados en los CRT a menudo contienen metales de tierras raras, [361] [362] [337] reemplazando a los fósforos más tenues anteriores. Los primeros fósforos rojos y verdes contenían cadmio, [363] y algunos fósforos CRT blancos y negros también contenían berilio en polvo, [48] aunque también se usaron fósforos blancos que contenían cadmio, zinc y magnesio con plata, cobre o manganeso como dopantes. [23] Los fósforos de tierras raras utilizados en los CRT son más eficientes (producen más luz) que los fósforos anteriores. [364] Los fósforos se adhieren a la pantalla debido a Van der Waals y las fuerzas electrostáticas. Los fósforos compuestos por partículas más pequeñas se adhieren con más fuerza a la pantalla. Los fósforos junto con el carbón utilizado para evitar el sangrado leve (en los CRT de color) se pueden eliminar fácilmente rascándolos. [188] [365]
Había varias docenas de tipos de fósforos disponibles para los TRC. [366] Los fósforos se clasificaron según el color, la persistencia, las curvas de aumento y disminución de la luminancia, el color según el voltaje del ánodo (para los fósforos utilizados en los TRC de penetración), el uso previsto, la composición química, la seguridad, la sensibilidad al quemado y las propiedades de emisión secundaria . [367] Ejemplos de fósforos de tierras raras son el óxido de itrio para el rojo y el siliciuro de itrio para el azul, [368] mientras que los ejemplos de fósforos anteriores son el sulfuro de cobre y cadmio para el rojo,
Los fósforos SMPTE-C tienen propiedades definidas por el estándar SMPTE-C, que define un espacio de color del mismo nombre. El estándar prioriza la reproducción precisa del color, lo que se vio dificultado por los diferentes fósforos y espacios de color utilizados en los sistemas de color NTSC y PAL. Los televisores PAL tienen una reproducción de color subjetivamente mejor debido al uso de fósforos verdes saturados, que tienen tiempos de caída relativamente largos que se toleran en PAL, ya que hay más tiempo en PAL para que los fósforos decaigan, debido a su menor velocidad de fotogramas. Los fósforos SMPTE-C se utilizaron en monitores de video profesionales. [369] [370]
El recubrimiento de fósforo de los TRC monocromáticos y de color puede tener un recubrimiento de aluminio en la parte posterior que se utiliza para reflejar la luz hacia adelante, brindar protección contra los iones para evitar la quema de iones por iones negativos en el fósforo, controlar el calor generado por los electrones que chocan contra el fósforo, [371 ] previenen la acumulación de estática que podría repeler los electrones de la pantalla, formar parte del ánodo y recoger los electrones secundarios generados por los fósforos en la pantalla después de ser golpeados por el haz de electrones, proporcionando a los electrones una ruta de retorno. [372] [191] [373] [371] [23] El haz de electrones atraviesa el revestimiento de aluminio antes de golpear los fósforos en la pantalla; el aluminio atenúa el voltaje del haz de electrones en aproximadamente 1 kv. [374] [23] [367] Se puede aplicar una película o laca a los fósforos para reducir la rugosidad de la superficie formada por los fósforos para permitir que el revestimiento de aluminio tenga una superficie uniforme y evitar que toque el vidrio de la pantalla. [375] [376] Esto se conoce como filmación. [224] La laca contiene disolventes que luego se evaporan; la laca puede endurecerse químicamente para producir un revestimiento de aluminio con orificios que se deben crear para permitir que los disolventes escapen. [376]
Persistencia del fósforo
Hay varios fósforos disponibles según las necesidades de la aplicación de medición o visualización. El brillo, el color y la persistencia de la iluminación dependen del tipo de fósforo utilizado en la pantalla CRT. Los fósforos están disponibles con persistencias que van desde menos de un microsegundo hasta varios segundos. [377] Para la observación visual de eventos transitorios breves, puede ser deseable un fósforo de larga persistencia. Para eventos que son rápidos y repetitivos, o de alta frecuencia, generalmente es preferible un fósforo de corta persistencia. [378] La persistencia del fósforo debe ser lo suficientemente baja para evitar manchas o artefactos fantasma a altas frecuencias de actualización. [163]
Limitaciones y soluciones
Floreciente
Las variaciones en el voltaje del ánodo pueden provocar variaciones en el brillo en partes o en la totalidad de la imagen, además de florecer, encoger o ampliar o reducir la imagen. Los voltajes más bajos conducen a la floración y el acercamiento, mientras que los voltajes más altos hacen lo contrario. [379] [380] Es inevitable algo de floración, que puede verse como áreas brillantes de una imagen que se expanden, distorsionan o apartan las áreas circundantes más oscuras de la misma imagen. La floración ocurre porque las áreas brillantes tienen una corriente de haz de electrones más alta del cañón de electrones, lo que hace que el haz sea más ancho y más difícil de enfocar. Una mala regulación de voltaje hace que el voltaje del foco y del ánodo disminuya con el aumento de la corriente del haz de electrones. [254]
Doming
El doming es un fenómeno que se encuentra en algunos televisores CRT en el que partes de la máscara de sombra se calientan. En los televisores que exhiben este comportamiento, tiende a ocurrir en escenas de alto contraste en las que hay una escena mayormente oscura con uno o más puntos brillantes localizados. Cuando el haz de electrones golpea la máscara de sombra en estas áreas, se calienta de manera desigual. La máscara de sombra se deforma debido a las diferencias de calor, lo que hace que el cañón de electrones golpee los fósforos de colores incorrectos y se muestren colores incorrectos en el área afectada. [381] La expansión térmica hace que la máscara de sombra se expanda alrededor de 100 micrones. [382] [383] [384] [385]
Durante el funcionamiento normal, la máscara de sombra se calienta a unos 80-90 ° C. [386] Las áreas brillantes de las imágenes calientan la máscara de sombra más que las áreas oscuras, lo que provoca un calentamiento desigual de la máscara de sombra y deformaciones (floración) debido a la expansión térmica causada por el calentamiento por el aumento de la corriente del haz de electrones. [387] [388] La máscara de sombra generalmente está hecha de acero, pero puede estar hecha de Invar [168] (una aleación de níquel-hierro de baja expansión térmica) ya que resiste de dos a tres veces más corriente que las máscaras convencionales sin que se note deformación, [163] [389] [62] al tiempo que hace que los CRT de mayor resolución sean más fáciles de lograr. [390] Se pueden aplicar recubrimientos que disipan el calor en la máscara de sombra para limitar la floración [391] [392] en un proceso llamado ennegrecimiento. [393] [394]
Los resortes bimetálicos se pueden usar en los CRT que se usan en los televisores para compensar la deformación que se produce cuando el haz de electrones calienta la máscara de sombra, lo que provoca la expansión térmica. [61] La máscara de sombra se instala en la pantalla utilizando piezas de metal [395] o un riel o marco [396] [397] [398] que se fusiona con el embudo o el cristal de la pantalla, respectivamente, [302] sujetando la máscara de sombra en tensión para minimizar la deformación (si la máscara es plana, se usa en monitores de computadora CRT de pantalla plana) y permite un mayor brillo y contraste de la imagen.
Las pantallas de rejilla de apertura son más brillantes ya que permiten el paso de más electrones, pero requieren cables de soporte. También son más resistentes a la deformación. [163] Los CRT de color necesitan voltajes de ánodo más altos que los CRT monocromos para lograr el mismo brillo, ya que la máscara de sombra bloquea la mayor parte del haz de electrones. Las máscaras de ranura [49] y especialmente las rejillas de apertura no bloquean tantos electrones, lo que da como resultado una imagen más brillante para un voltaje de ánodo dado, pero los CRT de rejilla de apertura son más pesados. [168] Las máscaras de sombra bloquean [399] 80-85% [387] [386] del haz de electrones, mientras que las rejillas de apertura permiten que pasen más electrones. [400]
Alto voltaje
El brillo de la imagen está relacionado con el voltaje del ánodo y con el tamaño de los TRC, por lo que se necesitan voltajes más altos tanto para pantallas más grandes [401] como para un brillo de imagen más alto. El brillo de la imagen también se controla mediante la corriente del haz de electrones. [281] Los voltajes de ánodo y las corrientes de haz de electrones más altos también significan cantidades más altas de rayos X y generación de calor, ya que los electrones tienen una velocidad y energía más altas. [254] El vidrio con plomo y el vidrio especial de bario-estroncio se utilizan para bloquear la mayoría de las emisiones de rayos X.
Tamaño
El tamaño está limitado por el voltaje del ánodo, ya que requeriría una mayor rigidez dieléctrica para evitar el arco (descarga de corona) y las pérdidas eléctricas y la generación de ozono que causa. El peso del CRT, que se origina en el vidrio grueso necesario para sostener un vacío de forma segura, impone un límite práctico al tamaño de un CRT. [402] El monitor Sony PVM-4300 CRT de 43 pulgadas pesa 440 libras (200 kg). [403] Los CRT más pequeños pesan significativamente menos, por ejemplo, los CRT de 32 pulgadas pesan hasta 163 libras (74 kg) y los CRT de 19 pulgadas pesan hasta 60 libras (27 kg). A modo de comparación, un televisor de pantalla plana de 32 pulgadas solo pesa aprox. 18 libras (8,2 kg) y un televisor de pantalla plana de 19 pulgadas pesa 6,5 libras (2,9 kg). [404]
Las máscaras de sombras se vuelven más difíciles de hacer al aumentar la resolución y el tamaño. [390]
Límites impuestos por deflexión
En ángulos de deflexión altos, resoluciones y frecuencias de actualización (dado que las resoluciones y frecuencias de actualización más altas requieren que se apliquen frecuencias significativamente más altas a las bobinas de deflexión horizontal), el yugo de deflexión comienza a producir grandes cantidades de calor, debido a la necesidad de mover el haz de electrones. en un ángulo más alto, lo que a su vez requiere cantidades exponencialmente mayores de potencia. Por ejemplo, para aumentar el ángulo de deflexión de 90 a 120 °, el consumo de energía del yugo también debe aumentar de 40 vatios a 80 vatios, y para aumentarlo aún más de 120 a 150 °, la potencia de deflexión debe volver a subir de 80 vatios a 160 vatios. [314] Esto normalmente hace que los CRT que van más allá de ciertos ángulos de deflexión, resoluciones y frecuencias de actualización sean poco prácticos, ya que las bobinas generarían demasiado calor debido a la resistencia causada por el efecto piel , las pérdidas de superficie y de corrientes parásitas , así como las pérdidas por histéresis en el núcleo magnético, derritiendo el aislamiento en las bobinas del CRT y / o posiblemente haciendo que el vidrio debajo de la bobina se vuelva conductor (ya que la conductividad eléctrica del vidrio disminuye con el aumento de temperatura). Algunos yugos de deflexión están diseñados para disipar el calor que proviene de su funcionamiento. [167] [405] [331] [406] [407] [408] Los ángulos de deflexión más altos en los CRT de color afectan directamente la convergencia en las esquinas de la pantalla, lo que requiere un circuito de compensación adicional para manejar la potencia y la forma del haz de electrones, lo que genera costos más altos y consumo de energía. [409] [410] Los ángulos de deflexión más altos permiten que un CRT de un tamaño determinado sea más delgado, sin embargo, también imponen más tensión en la envolvente del CRT, especialmente en el panel, el sello entre el panel y el embudo y en el embudo. El embudo debe ser lo suficientemente largo para minimizar el estrés, ya que un embudo más largo puede tener una mejor forma para tener menos estrés. [151] [411]
Tipos
Los CRT se produjeron en dos categorías principales, tubos de imagen y tubos de visualización. [66] Los tubos de imagen se usaron en televisores, mientras que los tubos de visualización se usaron en monitores de computadora. Los tubos de visualización no tenían sobreexploración y eran de mayor resolución. Los CRT de tubo de imagen tienen sobreexploración, lo que significa que no se muestran los bordes reales de la imagen; esto es deliberado para permitir variaciones de ajuste entre televisores CRT, evitando que los bordes irregulares (debido a la floración) de la imagen se muestren en la pantalla. La máscara de sombra puede tener surcos que reflejan los electrones que no golpean la pantalla debido a la sobreexploración. [412] [163] Los tubos de imagen en color utilizados en los televisores también se conocían como CPT. [413]
CRT monocromáticos
Si el CRT es un CRT en blanco y negro (B&N o monocromo), hay un solo cañón de electrones en el cuello y el embudo está recubierto por dentro con aluminio que ha sido aplicado por evaporación; el aluminio se evapora al vacío y se deja condensar en el interior del CRT. [224] El aluminio elimina la necesidad de trampas de iones , necesarias para evitar la quema de iones en el fósforo, al tiempo que refleja la luz generada por el fósforo hacia la pantalla, administrando el calor y absorbiendo los electrones proporcionándoles una ruta de retorno; anteriormente los embudos se recubrieron por dentro con aquadag, utilizado porque se puede aplicar como pintura; [213] los fósforos se dejaron sin recubrir. [23] El aluminio comenzó a aplicarse a los CRT en la década de 1950, recubriendo el interior del CRT, incluidos los fósforos, lo que también aumentó el brillo de la imagen ya que el aluminio reflejaba la luz (que de otro modo se perdería dentro del CRT) hacia el exterior del CRT. [23] [414] [415] [416] En los CRT monocromáticos aluminizados, Aquadag se utiliza en el exterior. Hay un solo revestimiento de aluminio que cubre el embudo y la pantalla. [224]
La pantalla, el embudo y el cuello se fusionan en un solo sobre, posiblemente utilizando sellos de esmalte de plomo, se hace un orificio en el embudo sobre el que se instala la tapa del ánodo y luego se aplican el fósforo, el agua y el aluminio. [64] Anteriormente, los TRC monocromáticos usaban trampas de iones que requerían imanes; el imán se utilizó para desviar los electrones de los iones más difíciles de desviar, dejando que los electrones pasen mientras los iones chocan en una hoja de metal dentro del cañón de electrones. [417] [208] [371] La quema de iones da como resultado un desgaste prematuro del fósforo. Dado que los iones son más difíciles de desviar que los electrones, la quema de iones deja un punto negro en el centro de la pantalla. [208] [371]
El aquadag interior o revestimiento de aluminio era el ánodo y servía para acelerar los electrones hacia la pantalla, recolectarlos después de golpear la pantalla mientras actuaba como condensador junto con el revestimiento de aquadag exterior. La pantalla tiene un solo recubrimiento de fósforo uniforme y no tiene máscara de sombra, técnicamente no tiene límite de resolución. [418] [215] [419]
Los CRT monocromáticos pueden usar imanes de anillo para ajustar el centrado del haz de electrones e imanes alrededor del yugo de deflexión para ajustar la geometría de la imagen. [323] [420]
CRT monocromo más antiguo [421] sin aluminio, solo aquadag
El cañón de electrones de un CRT monocromo
CRT de color
Los CRT de color utilizan tres fósforos diferentes que emiten luz roja, verde y azul respectivamente. Están empaquetados en franjas (como en los diseños de rejillas de apertura ) o en grupos llamados "tríadas" (como en los CRT de máscara de sombra ). [422] [423]
Los CRT de color tienen tres cañones de electrones, uno para cada color primario (rojo, verde y azul) dispuestos en línea recta (en línea) o en una configuración triangular equilátera (los cañones generalmente se construyen como una sola unidad). [235] [316] [424] [425] [426] (La configuración triangular a menudo se llama "delta-gun", en función de su relación con la forma de la letra griega delta Δ.) La disposición de los fósforos es la igual que el de los cañones de electrones. [235] [427] Una rejilla o máscara absorbe los electrones que de otro modo chocarían con el fósforo incorrecto. [428]
Un tubo de máscara de sombra usa una placa de metal con pequeños orificios, típicamente en una configuración delta, colocada de manera que el haz de electrones solo ilumine los fósforos correctos en la cara del tubo; [422] bloqueando todos los demás electrones. [152] Las máscaras de sombra que usan ranuras en lugar de agujeros se conocen como máscaras de ranura. [429] Los agujeros o ranuras están ahusados [430] [431] de modo que los electrones que golpean el interior de cualquier agujero se reflejen hacia atrás, si no se absorben (por ejemplo, debido a la acumulación de carga local), en lugar de rebotar a través del agujero para golpear un lugar aleatorio (incorrecto) en la pantalla. Otro tipo de CRT de color (Trinitron) utiliza una rejilla de apertura de cables verticales tensados para lograr el mismo resultado. [428] La máscara de sombra tiene un solo agujero para cada tríada. [235] La máscara de sombra suele estar 1/2 pulgada detrás de la pantalla. [168]
Los CRT de Trinitron eran diferentes de otros CRT de color en que tenían un solo cañón de electrones con tres cátodos, una rejilla de apertura que deja pasar más electrones, lo que aumenta el brillo de la imagen (ya que la rejilla de apertura no bloquea tantos electrones) y una rejilla verticalmente cilíndrica, en lugar de una pantalla curva. [432]
Los tres cañones de electrones están en el cuello (excepto los Trinitrones) y los fósforos rojo, verde y azul en la pantalla pueden estar separados por una rejilla o matriz negra (llamada raya negra por Toshiba). [63]
El embudo está recubierto con aquadag en ambos lados, mientras que la pantalla tiene un recubrimiento de aluminio separado aplicado al vacío. [235] [167] El revestimiento de aluminio protege el fósforo de los iones, absorbe los electrones secundarios, proporcionándoles una ruta de retorno, evitando que carguen electrostáticamente la pantalla que luego repele los electrones y reduce el brillo de la imagen, refleja la luz de los fósforos hacia adelante. y ayuda a controlar el calor. También sirve como ánodo del CRT junto con el revestimiento interior de aquadag. El revestimiento interior está conectado eléctricamente a un electrodo del cañón de electrones mediante resortes, formando el ánodo final. [236] [235] El revestimiento exterior del aquadag está conectado a tierra, posiblemente mediante una serie de resortes o un arnés que hace contacto con el aquadag. [433] [434]
Máscara de sombra
La máscara de sombra absorbe o refleja electrones que de otro modo golpearían los puntos de fósforo incorrectos, [419] causando problemas de pureza del color (decoloración de las imágenes); en otras palabras, cuando se configura correctamente, la máscara de sombra ayuda a garantizar la pureza del color. [235] Cuando los electrones chocan contra la máscara de sombra, liberan su energía en forma de calor y rayos X. Si los electrones tienen demasiada energía debido a un voltaje de ánodo demasiado alto, por ejemplo, la máscara de sombra puede deformarse debido al calor, lo que también puede ocurrir durante la cocción Lehr a aprox. 435 ° C del sello de frita entre la placa frontal y el embudo del CRT. [399] [435]
Las máscaras de sombras fueron reemplazadas en los televisores por máscaras de ranura en la década de 1970, ya que las máscaras de ranura dejaban pasar más electrones, aumentando el brillo de la imagen. Las máscaras de sombra se pueden conectar eléctricamente al ánodo del CRT. [436] [49] [437] [438] Trinitron usó un solo cañón de electrones con tres cátodos en lugar de tres cañones completos. Monitores CRT de PC suelen utilizar máscaras de sombra, a excepción de Sony Trinitron, Diamondtron de Mitsubishi y de NEC Cromaclear ; Trinitron y Diamondtron usan rejillas de apertura, mientras que Cromaclear usa una máscara de ranura. Algunos CRT de máscara de sombra tienen fósforos de color que son más pequeños en diámetro que los haces de electrones utilizados para iluminarlos, [439] con la intención de cubrir todo el fósforo, aumentando el brillo de la imagen. [440] Las máscaras de sombras se pueden presionar en una forma curva. [441] [442] [443]
Fabricación de pantallas
Los primeros CRT de color no tenían una matriz negra, que fue introducida por Zenith en 1969 y Panasonic en 1970. [440] [444] [183] La matriz negra elimina la fuga de luz de un fósforo a otro ya que la matriz negra aísla el fósforo puntos entre sí, por lo que parte del haz de electrones toca la matriz negra. Esto también se hace necesario al deformar la máscara de sombra. [63] [439] Aún puede ocurrir un ligero sangrado debido a que los electrones perdidos chocan con puntos de fósforo incorrectos. A altas resoluciones y frecuencias de actualización, los fósforos solo reciben una cantidad muy pequeña de energía, lo que limita el brillo de la imagen. [390]
Se utilizaron varios métodos para crear la matriz negra. Un método revistió la pantalla con un fotorresistente tal como un fotorresistente de alcohol polivinílico sensibilizado con dicromato que luego se secó y expuso; Se eliminaron las áreas no expuestas y toda la pantalla se recubrió con grafito coloidal para crear una película de carbono, y luego se utilizó peróxido de hidrógeno para eliminar el fotorresistente restante junto con el carbono que estaba encima, creando agujeros que a su vez crearon la matriz negra. . La fotorresistencia tenía que ser del grosor correcto para garantizar una adhesión suficiente a la pantalla, mientras que el paso de exposición debía controlarse para evitar agujeros demasiado pequeños o grandes con bordes irregulares causados por la difracción de la luz, limitando en última instancia la resolución máxima de colores grandes. CRT. [439] A continuación, los agujeros se rellenaron con fósforo utilizando el método descrito anteriormente. Otro método utiliza fósforos suspendidos en una sal de diazonio aromática que se adhiere a la pantalla cuando se expone a la luz; se aplicaron los fósforos y luego se expusieron para que se adhirieran a la pantalla, repitiendo el proceso una vez para cada color. Luego se aplicó carbón a las áreas restantes de la pantalla mientras se exponía toda la pantalla a la luz para crear la matriz negra, y se aplicó un proceso de fijación con una solución de polímero acuoso a la pantalla para hacer que los fósforos y la matriz negra fueran resistentes al agua. [444] Puede utilizarse cromo negro en lugar de carbono en la matriz negra. [439] También se utilizaron otros métodos. [445] [446] [447] [448]
Los fósforos se aplican mediante fotolitografía . El lado interior de la pantalla se recubre con partículas de fósforo suspendidas en una suspensión fotorresistente de PVA, [449] [450] que luego se seca usando luz infrarroja, [451] expuesta y revelada. La exposición se realiza mediante un "faro" que utiliza una fuente de luz ultravioleta con una lente correctora para permitir que el CRT logre la pureza del color. Las máscaras de sombra extraíbles con clips de resorte se utilizan como fotomáscaras. El proceso se repite con todos los colores. Por lo general, el fósforo verde es el primero en aplicarse. [235] [452] [453] [454] Después de la aplicación de fósforo, la pantalla se hornea para eliminar cualquier químico orgánico (como el PVA que se utilizó para depositar el fósforo) que pueda permanecer en la pantalla. [444] [455] Alternativamente, los fósforos se pueden aplicar en una cámara de vacío al evaporarlos y permitir que se condensen en la pantalla, creando un recubrimiento muy uniforme. [282] Los primeros CRT de color tenían sus fósforos depositados mediante serigrafía. [41] Los fósforos pueden tener filtros de color sobre ellos (de cara al espectador), contener pigmento del color emitido por el fósforo, [456] [362] o estar encapsulados en filtros de color para mejorar la pureza y reproducción del color mientras se reduce el deslumbramiento. [453] [438] Una exposición deficiente debido a luz insuficiente conduce a una adhesión deficiente del fósforo a la pantalla, lo que limita la resolución máxima de un CRT, ya que los puntos de fósforo más pequeños necesarios para resoluciones más altas no pueden recibir tanta luz debido a su tamaño más pequeño. [457]
Después de que la pantalla esté recubierta con fósforo y aluminio y la máscara de sombra instalada en ella, la pantalla se adhiere al embudo usando una frita de vidrio que puede contener 65 a 88% de óxido de plomo en peso. El óxido de plomo es necesario para que la frita de vidrio tenga una temperatura de fusión baja. También puede estar presente óxido de boro (III) para estabilizar la frita, con polvo de alúmina como polvo de relleno para controlar la expansión térmica de la frita. [458] [197] [7] La frita se puede aplicar como una pasta que consiste en partículas de frita suspendidas en acetato de amilo o en un polímero con un monómero de metacrilato de alquilo junto con un disolvente orgánico para disolver el polímero y el monómero. [459] [460] Luego, el CRT se cuece en un horno en lo que se llama horneado Lehr, para curar la frita, sellando el embudo y la pantalla juntos. La frita contiene una gran cantidad de plomo, lo que hace que los CRT de color contengan más plomo que sus homólogos monocromáticos. Los CRT monocromáticos, por otro lado, no requieren frita; el embudo se puede fusionar directamente al vidrio [152] fundiendo y uniendo los bordes del embudo y la pantalla con llamas de gas. Frit se utiliza en CRT de color para evitar la deformación de la máscara de sombra y la pantalla durante el proceso de fusión. Los bordes de la pantalla y el embudo del CRT nunca se derriten. [235] Se puede aplicar una imprimación en los bordes del embudo y la pantalla antes de aplicar la pasta de frita para mejorar la adherencia. [461] El horneado de Lehr consta de varios pasos sucesivos que calientan y luego enfrían el CRT gradualmente hasta que alcanza una temperatura de 435 a 475 ° C [459] (otras fuentes pueden indicar temperaturas diferentes, como 440 ° C) [462] Después del horneado Lehr, el CRT se lava con aire o nitrógeno para eliminar los contaminantes, se inserta el cañón de electrones y se sella en el cuello del CRT, y se forma un vacío en el CRT. [463] [258]
Convergencia y pureza en los CRT de color
Debido a las limitaciones en la precisión dimensional con la que se pueden fabricar los CRT de manera económica, no ha sido prácticamente posible construir CRT de color en los que tres haces de electrones se podrían alinear para golpear fósforos de color respectivo en una coordinación aceptable, únicamente sobre la base de la geometría. configuración de los ejes del cañón de electrones y las posiciones de apertura del cañón, las aperturas de la máscara de sombra, etc. La máscara de sombra asegura que un rayo solo golpeará puntos de ciertos colores de fósforos, pero pequeñas variaciones en la alineación física de las partes internas entre los CRT individuales causarán variaciones en la alineación exacta de los rayos a través de la máscara de sombra, permitiendo que algunos electrones de, por ejemplo, el rayo rojo golpeen, digamos, fósforos azules, a menos que se haga alguna compensación individual por la variación entre tubos individuales.
La convergencia y la pureza del color son dos aspectos de este único problema. En primer lugar, para una reproducción cromática correcta es necesario que, independientemente de dónde se desvíen los rayos en la pantalla, los tres golpeen el mismo punto (y pasen nominalmente por el mismo orificio o ranura) en la máscara de sombra. [ aclaración necesaria ] Esto se llama convergencia. [464] Más específicamente, la convergencia en el centro de la pantalla (sin campo de deflexión aplicado por el yugo) se llama convergencia estática, y la convergencia sobre el resto del área de la pantalla (especialmente en los bordes y esquinas) se llama dinámica. convergencia. [169] Los rayos pueden converger en el centro de la pantalla y, sin embargo, desviarse entre sí a medida que se desvían hacia los bordes; se diría que tal CRT tiene una buena convergencia estática pero una convergencia dinámica deficiente. En segundo lugar, cada rayo solo debe incidir en los fósforos del color que se pretende incidir y no en los demás. A esto se le llama pureza. Al igual que la convergencia, hay pureza estática y pureza dinámica, con los mismos significados de "estático" y "dinámico" que para la convergencia. La convergencia y la pureza son parámetros distintos; un CRT puede tener buena pureza pero poca convergencia, o viceversa. Una convergencia deficiente provoca "sombras" o "fantasmas" de color a lo largo de los bordes y contornos mostrados, como si la imagen en la pantalla estuviera impresa en huecograbado con un registro deficiente. La baja pureza hace que los objetos en la pantalla aparezcan descoloridos mientras que sus bordes permanecen nítidos. Los problemas de pureza y convergencia pueden ocurrir al mismo tiempo, en la misma o diferentes áreas de la pantalla o en ambas en toda la pantalla, y de manera uniforme o en mayor o menor grado en diferentes partes de la pantalla.
La solución a los problemas de pureza y convergencia estática es un conjunto de imanes de anillo de alineación de color instalados alrededor del cuello del CRT. [465] Estos imanes permanentes débiles móviles generalmente se montan en el extremo posterior del conjunto del yugo de deflexión y se configuran en la fábrica para compensar cualquier pureza estática y errores de convergencia que sean intrínsecos al tubo no ajustado. Normalmente hay dos o tres pares de dos imanes en forma de anillos hechos de plástico impregnado con un material magnético, con sus campos magnéticos paralelos a los planos de los imanes, que son perpendiculares a los ejes del cañón de electrones. A menudo, un anillo tiene dos polos, otro tiene 4 y el anillo restante tiene 6 polos. [466] Cada par de anillos magnéticos forma un único imán eficaz cuyo vector de campo se puede ajustar completa y libremente (tanto en dirección como en magnitud). Al girar un par de imanes entre sí, se puede variar su alineación relativa de campo, ajustando la intensidad de campo efectiva del par. (A medida que giran entre sí, se puede considerar que el campo de cada imán tiene dos componentes opuestos en ángulos rectos, y estos cuatro componentes [dos cada uno para dos imanes] forman dos pares, un par que se refuerza entre sí y el otro par opuesto y Los componentes del campo que se refuerzan mutuamente disminuyen a medida que se intercambian por componentes opuestos que se cancelan mutuamente. Al girar un par de imanes juntos, preservando el ángulo relativo entre ellos, la dirección de su el campo magnético se puede variar. En general, el ajuste de todos los imanes de convergencia / pureza permite aplicar una ligera desviación del haz de electrones finamente ajustada o un desplazamiento lateral, lo que compensa los errores menores de convergencia estática y pureza intrínsecos al tubo no calibrado. Una vez colocados, estos imanes generalmente se pegan en su lugar, pero normalmente se pueden liberar y reajustar en el campo (por ejemplo, en un taller de reparación de televisores) si es necesario.
En algunos CRT, se agregan imanes fijos ajustables adicionales para una convergencia dinámica o pureza dinámica en puntos específicos de la pantalla, generalmente cerca de las esquinas o bordes. El ajuste adicional de la convergencia dinámica y la pureza normalmente no se puede realizar de forma pasiva, sino que requiere circuitos de compensación activos, uno para corregir la convergencia horizontalmente y otro para corregirla verticalmente. El yugo de deflexión contiene bobinas de convergencia, un conjunto de dos por color, enrolladas en el mismo núcleo, a las que se aplican las señales de convergencia. Eso significa 6 bobinas de convergencia en grupos de 3, con 2 bobinas por grupo, con una bobina para corrección de convergencia horizontal y otra para corrección de convergencia vertical, con cada grupo compartiendo un núcleo. Los grupos están separados 120 ° entre sí. La convergencia dinámica es necesaria porque la parte frontal del CRT y la máscara de sombra no son esféricas, lo que compensa el desenfoque del haz de electrones y el astigmatismo. El hecho de que la pantalla CRT no sea esférica [467] conduce a problemas de geometría que pueden corregirse mediante un circuito. [468] Las señales utilizadas para la convergencia son formas de onda parabólicas derivadas de tres señales procedentes de un circuito de salida vertical. La señal parabólica se alimenta a las bobinas de convergencia, mientras que las otras dos son señales de diente de sierra que, cuando se mezclan con las señales parabólicas, crean la señal necesaria para la convergencia. Se utilizan una resistencia y un diodo para bloquear la señal de convergencia en el centro de la pantalla para evitar que se vea afectada por la convergencia estática. Los circuitos de convergencia horizontal y vertical son similares. Cada circuito tiene dos resonadores, uno generalmente sintonizado a 15,625 Hz y el otro a 31,250 Hz, que establecen la frecuencia de la señal enviada a las bobinas de convergencia. [469] La convergencia dinámica se puede lograr usando campos de cuadrupolo electrostático en el cañón de electrones. [470] Convergencia dinámica significa que el haz de electrones no viaja en una línea perfectamente recta entre las bobinas de deflexión y la pantalla, ya que las bobinas de convergencia hacen que se curve para adaptarse a la pantalla.
En cambio, la señal de convergencia puede ser una señal de diente de sierra con una ligera apariencia de onda sinusoidal, la parte de onda sinusoidal se crea utilizando un condensador en serie con cada bobina de deflexión. En este caso, la señal de convergencia se utiliza para impulsar las bobinas de deflexión. La parte de onda sinusoidal de la señal hace que el haz de electrones se mueva más lentamente cerca de los bordes de la pantalla. Los condensadores utilizados para crear la señal de convergencia se conocen como condensadores s. Este tipo de convergencia es necesario debido a los altos ángulos de deflexión y las pantallas planas de muchos monitores de computadora CRT. El valor de los condensadores S debe elegirse en función de la frecuencia de exploración del CRT, por lo que los monitores de sincronización múltiple deben tener diferentes conjuntos de condensadores S, uno para cada frecuencia de actualización. [163]
En cambio, la convergencia dinámica se puede lograr en algunos CRT utilizando solo los imanes anulares, los imanes pegados al CRT y variando la posición del yugo de deflexión, cuya posición se puede mantener utilizando tornillos de fijación, una abrazadera y cuñas de goma. [169] [471] Los CRT con ángulo de deflexión de 90 ° pueden usar "autoconvergencia" sin convergencia dinámica, lo que junto con la disposición de tríada en línea, elimina la necesidad de bobinas de convergencia separadas y circuitos relacionados, reduciendo costos. complejidad y profundidad CRT en 10 milímetros. La autoconvergencia funciona mediante campos magnéticos "no uniformes". La convergencia dinámica es necesaria en los TRC con ángulo de deflexión de 110 °, y los devanados de cuadrupolo en el yugo de deflexión a una cierta frecuencia también pueden usarse para la convergencia dinámica. [472]
La convergencia y la pureza dinámicas del color son una de las principales razones por las que, hasta el final de su historia, los CRT eran de cuello largo (profundo) y tenían caras curvadas biaxialmente; estas características de diseño geométrico son necesarias para la convergencia y pureza de color dinámicas pasivas intrínsecas. Solo a partir de la década de 1990 se dispuso de sofisticados circuitos de compensación de convergencia dinámica activa que hicieron que los CRT de cuello corto y cara plana funcionaran. Estos circuitos de compensación activa utilizan el yugo de deflexión para ajustar con precisión la deflexión del haz de acuerdo con la ubicación del objetivo del haz. Las mismas técnicas (y los principales componentes del circuito) también hacen posible el ajuste de la rotación de la imagen de la pantalla, el sesgo y otros parámetros de geometría de trama compleja a través de la electrónica bajo el control del usuario. [163]
Las pistolas se alinean entre sí (convergen) mediante anillos de convergencia colocados justo fuera del cuello; hay un anillo por arma. Los anillos tienen polos norte y sur. Hay 4 conjuntos de anillos, uno para ajustar la convergencia RGB, un segundo para ajustar la convergencia roja y azul, un tercero para ajustar el desplazamiento vertical de la trama y un cuarto para ajustar la pureza. El desplazamiento vertical de la trama ajusta la rectitud de la línea de exploración. Los CRT también pueden emplear circuitos de convergencia dinámica, que aseguran una convergencia correcta en los bordes del CRT. También se pueden usar imanes de permalloy para corregir la convergencia en los bordes. La convergencia se lleva a cabo con la ayuda de un patrón de cuadrícula (cuadrícula). [473] [474] En su lugar, otros CRT pueden usar imanes que se empujan hacia adentro y hacia afuera en lugar de anillos. [434] En los primeros CRT de color, los agujeros en la máscara de sombra se hicieron progresivamente más pequeños a medida que se extendían hacia afuera desde el centro de la pantalla, para ayudar en la convergencia. [440]
Blindaje magnético y desmagnetización
Si la máscara de sombra o la rejilla de apertura se magnetizan, su campo magnético altera las trayectorias de los haces de electrones. Esto provoca errores de "pureza de color", ya que los electrones ya no siguen sólo sus caminos previstos, y algunos chocarán con fósforos de colores distintos a los previstos. Por ejemplo, algunos electrones del rayo rojo pueden golpear fósforos azules o verdes, imponiendo un tinte magenta o amarillo a partes de la imagen que se supone que son de color rojo puro. (Este efecto se localiza en un área específica de la pantalla si la magnetización está localizada). Por lo tanto, es importante que la máscara de sombra o la rejilla de apertura no estén magnetizadas. El campo magnético de la tierra puede tener un efecto sobre la pureza del color del CRT. [473] Debido a esto, algunos CRT tienen escudos magnéticos externos sobre sus embudos. El escudo magnético puede estar hecho de hierro dulce o acero dulce y contener una bobina de desmagnetización. [475] El escudo magnético y la máscara de sombra pueden estar permanentemente magnetizados por el campo magnético de la tierra, lo que afecta negativamente la pureza del color cuando se mueve el CRT. Este problema se resuelve con una bobina de desmagnetización incorporada, que se encuentra en muchos televisores y monitores de computadora. La desmagnetización puede ser automática y se produce siempre que se enciende el CRT. [476] [235] El escudo magnético también puede ser interno, estando en el interior del embudo del CRT. [477] [478] [163] [479] [480] [481]
La mayoría de las pantallas CRT en color (las que se utilizan en televisores y monitores de computadora) tienen un circuito de desmagnetización (desmagnetización) incorporado , cuyo componente principal es una bobina de desmagnetización que se monta alrededor del perímetro de la cara del CRT dentro del bisel . Al encender la pantalla CRT, el circuito de desmagnetización produce una breve corriente alterna a través de la bobina de desmagnetización que disminuye suavemente su fuerza (se desvanece) a cero durante un período de unos pocos segundos, produciendo un campo magnético alterno en decadencia de la bobina. . Este campo de desmagnetización es lo suficientemente fuerte como para eliminar la magnetización de la máscara de sombra en la mayoría de los casos, manteniendo la pureza del color. [482] [483] En casos inusuales de fuerte magnetización donde el campo de desmagnetización interno no es suficiente, la máscara de sombra se puede desmagnetizar externamente con un desmagnetizador o desmagnetizador portátil más potente. Sin embargo, un campo magnético excesivamente fuerte, ya sea alterno o constante, puede deformar mecánicamente (doblar) la máscara de sombra, provocando una distorsión de color permanente en la pantalla que se parece mucho a un efecto de magnetización.
El circuito de desmagnetización a menudo se construye con un dispositivo termoeléctrico (no electrónico) que contiene un pequeño elemento calefactor de cerámica y una resistencia de coeficiente térmico positivo (PTC) , conectados directamente a la línea de alimentación de CA conmutada con la resistencia en serie con la bobina de desmagnetización. Cuando se enciende la energía, el elemento calefactor calienta la resistencia PTC, aumentando su resistencia a un punto donde la corriente de desmagnetización es mínima, pero no realmente cero. En las pantallas CRT más antiguas, esta corriente de bajo nivel (que no produce un campo de desmagnetización significativo) se mantiene junto con la acción del elemento calefactor mientras la pantalla permanezca encendida. Para repetir un ciclo de desmagnetización, la pantalla CRT se debe apagar y dejar durante al menos varios segundos para restablecer el circuito de desmagnetización permitiendo que la resistencia PTC se enfríe a la temperatura ambiente ; apagar la pantalla y volver a encenderla inmediatamente dará como resultado un ciclo de desmagnetización débil o, de hecho, ningún ciclo de desmagnetización.
Este diseño simple es efectivo y económico de construir, pero desperdicia algo de energía continuamente. Los modelos posteriores, especialmente los con calificación Energy Star , usan un relé para encender y apagar todo el circuito de desmagnetización, de modo que el circuito de desmagnetización use energía solo cuando esté funcionalmente activo y sea necesario. El diseño del relé también permite la desmagnetización a petición del usuario a través de los controles del panel frontal de la unidad, sin apagar y encender la unidad. Este relé a menudo se puede escuchar haciendo clic al final del ciclo de desmagnetización unos segundos después de que se enciende el monitor, y se enciende y apaga durante un ciclo de desmagnetización iniciado manualmente.
Resolución
Dot pitch define la resolución máxima de la pantalla, asumiendo CRT de pistola delta. En estos, a medida que la resolución escaneada se acerca a la resolución de tamaño de punto, aparece el efecto muaré , ya que el detalle que se muestra es más fino de lo que puede representar la máscara de sombra. [484] Los monitores de rejilla de apertura no sufren de muaré vertical, sin embargo, porque sus rayas de fósforo no tienen detalles verticales. En los CRT más pequeños, estas tiras mantienen su posición por sí mismas, pero los CRT con rejilla de mayor apertura requieren una o dos tiras de soporte transversales (horizontales); uno para CRT más pequeños y dos para los más grandes. Los cables de soporte bloquean los electrones, lo que hace que los cables sean visibles. [485] En los CRT de rejilla de apertura, el paso de puntos se reemplaza por el paso de rayas. Hitachi desarrolló la máscara de sombra Enhanced Dot Pitch (EDP), que utiliza orificios ovalados en lugar de circulares, con puntos de fósforo ovalados respetables. [438] El moiré se reduce en los CRT de máscara de sombra colocando los agujeros en la máscara de sombra en un patrón similar a un panal. [163]
CRT de proyección
CRTs de proyección se utilizaron en proyectores CRT y CRT televisor de proyección trasera , y son generalmente pequeños (siendo 7 a 9 pulgadas de ancho); [311] tienen un fósforo que genera luz roja, verde o azul, lo que los convierte en CRT monocromáticos; [486] y son similares en construcción a otros CRT monocromáticos. Los CRT de proyección más grandes en general duraban más y podían proporcionar niveles de brillo y resolución más altos, pero también eran más costosos. [487] [488] Los CRT de proyección tienen un voltaje de ánodo inusualmente alto para su tamaño (como 27 a 25 kV para un CRT de proyección de 5 a 7 pulgadas), [489] [490] y un cátodo de tungsteno / bario especialmente hecho ( en lugar del óxido de bario puro normalmente utilizado) que consiste en átomos de bario embebidos en tungsteno poroso al 20% o aluminatos de bario y calcio o de óxidos de bario, calcio y aluminio recubiertos de tungsteno poroso; el bario se difunde a través del tungsteno para emitir electrones. [491] El cátodo especial puede suministrar 2 mA de corriente en lugar de los 0,3 mA de los cátodos normales, [492] [491] [275] [215] lo que los hace lo suficientemente brillantes como para ser utilizados como fuentes de luz para proyección. El alto voltaje del ánodo y el cátodo especialmente hecho aumentan el voltaje y la corriente, respectivamente, del haz de electrones, lo que aumenta la luz emitida por los fósforos, y también la cantidad de calor generado durante la operación; esto significa que los CRT del proyector necesitan refrigeración. La pantalla se suele enfriar mediante un recipiente (la pantalla forma parte del recipiente) con glicol; el glicol en sí mismo puede teñirse, [493] o puede usarse glicol incoloro dentro de un recipiente que puede teñirse (formando una lente conocida como elemento c). Las lentes de color o el glicol se utilizan para mejorar la reproducción del color a costa del brillo, y solo se utilizan en CRT de color rojo y verde. [494] [495] Cada TRC tiene su propio glicol, que tiene acceso a una burbuja de aire para permitir que el glicol se contraiga y expanda a medida que se enfría y se calienta. Los CRT del proyector pueden tener anillos de ajuste como los CRT de color para ajustar el astigmatismo, [496] que es el destello del haz de electrones (luz parásita similar a las sombras). [497] Tienen tres anillos de ajuste; uno con dos postes, uno con cuatro postes y otro con 6 postes. Cuando se ajusta correctamente, el proyector puede mostrar puntos perfectamente redondos sin destellos. [498] Las pantallas utilizadas en los CRT de proyección eran más transparentes de lo habitual, con un 90% de transmitancia. [167] Los primeros CRT de proyección se realizaron en 1933. [499]
Los CRT para proyectores estaban disponibles con enfoque electrostático y electromagnético, siendo este último más caro. El enfoque electrostático utilizó componentes electrónicos para enfocar el haz de electrones, junto con imanes de enfoque alrededor del cuello del CRT para realizar ajustes de enfoque precisos. Este tipo de enfoque se degradó con el tiempo. El enfoque electromagnético se introdujo a principios de la década de 1990 e incluía una bobina de enfoque electromagnético además de los imanes de enfoque ya existentes. El enfoque electromagnético fue mucho más estable durante la vida útil del CRT, conservando el 95% de su nitidez al final de la vida útil del CRT. [500]
Tubo de índice de haz
Los tubos de índice de haz , también conocidos como Uniray, Apple CRT o Indextron, [501] fue un intento de Philco en la década de 1950 de crear un CRT de color sin máscara de sombra, eliminando los problemas de convergencia y pureza, y permitiendo CRT menos profundos con mayor deflexión. anglos. [502] También requería una fuente de alimentación de voltaje más bajo para el ánodo final, ya que no usaba una máscara de sombra, que normalmente bloquea alrededor del 80% de los electrones generados por el cañón de electrones. La falta de una máscara de sombra también lo hizo inmune al campo magnético de la tierra, al tiempo que hizo innecesario el desmagnetismo y aumentó el brillo de la imagen. [503] Se construyó de manera similar a un CRT monocromo, con un revestimiento exterior aquadag, un revestimiento interior de aluminio y un solo cañón de electrones, pero con una pantalla con un patrón alterno de rayas de fósforo rojo, verde, azul y UV (índice) ( similar a un Trinitron) con un tubo fotomultiplicador montado lateralmente [504] [503] o fotodiodo apuntando hacia la parte posterior de la pantalla y montado en el embudo del CRT, para rastrear el haz de electrones para activar los fósforos por separado unos de otros usando el mismo rayo de electrones. Solo se utilizó la franja de índice de fósforo para el seguimiento, y fue el único fósforo que no estaba cubierto por una capa de aluminio. [374] Se archivó debido a la precisión requerida para producirlo. [505] [506] Sony lo revivió en la década de 1980 como Indextron, pero su adopción fue limitada, al menos en parte debido al desarrollo de las pantallas LCD. Los CRT de índice de haz también adolecían de relaciones de contraste deficientes de solo alrededor de 50: 1, ya que los fotodiodos requerían en todo momento alguna emisión de luz de los fósforos para rastrear el haz de electrones. Permitió proyectores CRT de un solo color CRT debido a la falta de máscara de sombra; normalmente los proyectores CRT utilizan tres CRT, uno para cada color, [507] ya que se genera mucho calor debido al alto voltaje del ánodo y la corriente del haz, lo que hace que una máscara de sombra sea poco práctica e ineficiente ya que se deformaría con el calor producido (máscaras de sombra absorber la mayor parte del haz de electrones y, por tanto, la mayor parte de la energía transportada por los electrones relativistas); los tres CRT significaron que se tuvo que llevar a cabo un procedimiento de calibración y ajuste complicado [508] durante la instalación del proyector, y mover el proyector requeriría volver a calibrarlo. Un solo CRT significó que se eliminó la necesidad de calibración, pero se redujo el brillo ya que la pantalla CRT tuvo que usarse para tres colores en lugar de que cada color tuviera su propia pantalla CRT. [501] Un patrón de rayas también impone un límite de resolución horizontal; por el contrario, los proyectores CRT de tres pantallas no tienen un límite de resolución teórico, debido a que tienen recubrimientos de fósforo uniformes y únicos.
CRT planos
Los CRT planos son los que tienen una pantalla plana. A pesar de tener una pantalla plana, es posible que no sean completamente planas, especialmente en el interior, sino que tienen una curvatura mucho mayor. Una excepción notable es el LG Flatron (fabricado por LG.Philips Displays , pantallas LP posteriores) que es realmente plano por fuera y por dentro, pero tiene un panel de vidrio adherido en la pantalla con una banda de borde tensada para brindar protección contra implosiones. Estos CRT completamente planos fueron introducidos por primera vez por Zenith en 1986, y utilizan máscaras de sombra tensas planas, donde la máscara de sombra se mantiene bajo tensión, proporcionando una mayor resistencia a la floración. [509] [510] [511] [302] [396] [512] Los TRC planos tienen varios desafíos, como la desviación. Se requieren amplificadores de deflexión vertical para aumentar la cantidad de corriente que se envía a las bobinas de deflexión vertical para compensar la curvatura reducida. [330] Los CRT utilizados en el Sinclair TV80 y en muchos Sony Watchmans eran planos en el sentido de que no eran profundos y sus pantallas frontales eran planas, pero sus cañones de electrones se colocaron a un lado de la pantalla. [513] [514] El TV80 utilizó deflexión electrostática [515] mientras que Watchman utilizó deflexión magnética con una pantalla de fósforo que se curvó hacia adentro. Se utilizaron CRT similares en timbres de videoporteros. [516]
El lateral de un CRT monocromo Sony Watchman. Uno de los pares de bobinas de deflexión se nota fácilmente.
CRT de radar
Los CRT de radar como el 7JP4 tenían una pantalla circular y escaneaban el haz desde el centro hacia afuera. La pantalla a menudo tenía dos colores, a menudo un color de persistencia corta y brillante que solo aparecía cuando el rayo escaneaba la pantalla y un resplandor de fósforo de larga persistencia. Cuando el rayo golpea el fósforo, el fósforo se ilumina brillantemente, y cuando el rayo se va, el resplandor de persistencia prolongada más tenue permanecería encendido donde el rayo golpea el fósforo, junto con los objetivos de radar que fueron "escritos" por el rayo, hasta que el rayo se vuelve -golpeó el fósforo. [517] [518] El yugo de deflexión giró, haciendo que la viga girara en forma circular. [519]
CRT de osciloscopio
En los CRT de osciloscopio , se usa la deflexión electrostática , en lugar de la deflexión magnética que se usa comúnmente con la televisión y otros CRT grandes. El haz se desvía horizontalmente aplicando un campo eléctrico entre un par de placas a su izquierda y derecha, y verticalmente aplicando un campo eléctrico a las placas de arriba y de abajo. Los televisores utilizan deflexión magnética en lugar de electrostática porque las placas deflectoras obstruyen el haz cuando el ángulo de deflexión es tan grande como se requiere para los tubos que son relativamente cortos para su tamaño. Algunos CRT de osciloscopio incorporan ánodos de post deflexión (PDA) que tienen forma de espiral para garantizar un potencial de ánodo uniforme a través del CRT y funcionan a hasta 15.000 voltios. En los CRT de PDA, el haz de electrones se desvía antes de que se acelere, lo que mejora la sensibilidad y la legibilidad, especialmente cuando se analizan pulsos de voltaje con ciclos de trabajo cortos. [520] [207] [521]
Placa de microcanal
Cuando se muestran eventos rápidos de un solo disparo, el haz de electrones debe desviarse muy rápidamente, con pocos electrones incidiendo en la pantalla, lo que genera una imagen débil o invisible en la pantalla. Los CRT de osciloscopio diseñados para señales muy rápidas pueden proporcionar una pantalla más brillante al pasar el haz de electrones a través de una placa de microcanales justo antes de que llegue a la pantalla. Mediante el fenómeno de la emisión secundaria , esta placa multiplica la cantidad de electrones que llegan a la pantalla de fósforo, lo que proporciona una mejora significativa en la velocidad de escritura (brillo) y también mejora la sensibilidad y el tamaño del punto. [522] [523]
Retículas
La mayoría de los osciloscopios tienen una retícula como parte de la pantalla visual para facilitar las mediciones. La retícula puede estar marcada permanentemente dentro de la cara del CRT, o puede ser una placa externa transparente hecha de vidrio o plástico acrílico . Una retícula interna elimina el error de paralaje , pero no se puede cambiar para adaptarse a diferentes tipos de medidas. [524] Los osciloscopios suelen proporcionar un medio para que la retícula se ilumine desde un lado, lo que mejora su visibilidad. [525]
Tubos de almacenamiento de imágenes
Estos se encuentran en osciloscopios de almacenamiento de fósforo analógico . Estos son distintos de los osciloscopios de almacenamiento digital que dependen de la memoria digital de estado sólido para almacenar la imagen.
Cuando un solo evento breve es monitoreado por un osciloscopio, tal evento será mostrado por un tubo convencional solo mientras ocurre realmente. El uso de un fósforo de larga persistencia puede permitir que la imagen se observe después del evento, pero solo durante unos segundos en el mejor de los casos. Esta limitación se puede superar mediante el uso de un tubo de almacenamiento de rayos catódicos de visión directa (tubo de almacenamiento). Un tubo de almacenamiento continuará mostrando el evento después de que haya ocurrido hasta el momento en que se borre. Un tubo de almacenamiento es similar a un tubo convencional excepto que está equipado con una rejilla metálica recubierta con una capa dieléctrica ubicada inmediatamente detrás de la pantalla de fósforo. Un voltaje aplicado externamente a la malla inicialmente asegura que toda la malla tenga un potencial constante. Esta malla está constantemente expuesta a un haz de electrones de baja velocidad procedente de un "cañón de inundación" que funciona independientemente del cañón principal. Esta pistola de inundación no se desvía como la pistola principal, sino que "ilumina" constantemente toda la malla de almacenamiento. La carga inicial en la malla de almacenamiento es tal que repele los electrones de la pistola de inundación que no pueden golpear la pantalla de fósforo.
Cuando el cañón de electrones principal escribe una imagen en la pantalla, la energía del haz principal es suficiente para crear un "alivio potencial" en la malla de almacenamiento. Las áreas donde se crea este relieve ya no repelen los electrones de la pistola de inundación que ahora pasan a través de la malla e iluminan la pantalla de fósforo. En consecuencia, la imagen que fue trazada brevemente por el arma principal continúa mostrándose después de que ha ocurrido. La imagen se puede 'borrar' reabasteciendo el voltaje externo a la malla restaurando su potencial constante. El tiempo durante el cual se puede mostrar la imagen fue limitado porque, en la práctica, la pistola de inundación neutraliza lentamente la carga en la malla de almacenamiento. Una forma de permitir que la imagen se retenga por más tiempo es apagar temporalmente la pistola de inundación. Entonces es posible que la imagen se conserve durante varios días. La mayoría de los tubos de almacenamiento permiten aplicar un voltaje más bajo a la malla de almacenamiento, lo que restaura lentamente el estado de carga inicial. Variando este voltaje se obtiene una persistencia variable. Apagar la pistola de inundación y el suministro de voltaje a la malla de almacenamiento permite que dicho tubo funcione como un tubo de osciloscopio convencional. [526]
Monitores vectoriales
Los monitores vectoriales se utilizaron en los primeros sistemas de diseño asistido por ordenador [527] y se encuentran en algunos juegos de arcade de finales de los setenta a mediados de los ochenta, como Asteroids . [528] Dibujan gráficos punto a punto, en lugar de escanear una trama. Se pueden utilizar CRT monocromáticos o de color en pantallas vectoriales, y los principios esenciales del diseño y funcionamiento de CRT son los mismos para cualquier tipo de pantalla; la principal diferencia está en los patrones y circuitos de deflexión del haz.
Tubos de almacenamiento de datos
El tubo de Williams o el tubo de Williams-Kilburn era un tubo de rayos catódicos que se utilizaba para almacenar electrónicamente datos binarios. Se utilizó en las computadoras de la década de 1940 como un dispositivo de almacenamiento digital de acceso aleatorio. A diferencia de otros CRT de este artículo, el tubo Williams no era un dispositivo de visualización y, de hecho, no se podía ver porque una placa de metal cubría su pantalla.
Ojo de gato
En algunos aparatos de radio de tubo de vacío , se proporcionó un tubo "Magic Eye" o "Tuning Eye" para ayudar a sintonizar el receptor. La afinación se ajustaría hasta que se minimizara el ancho de una sombra radial. Esto se usó en lugar de un medidor electromecánico más caro, que luego se usó en sintonizadores de gama alta cuando los conjuntos de transistores carecían del alto voltaje requerido para impulsar el dispositivo. [529] El mismo tipo de dispositivo se utilizó con grabadoras de cinta como medidor de nivel de grabación y para varias otras aplicaciones, incluido el equipo de prueba eléctrica.
Charactrones
Algunas pantallas de las primeras computadoras (aquellas que necesitaban mostrar más texto del que era práctico usando vectores, o que requerían alta velocidad para la salida fotográfica) usaban CRT de Charactron. Estos incorporan una máscara de personaje de metal perforado ( plantilla ), que da forma a un amplio haz de electrones para formar un personaje en la pantalla. El sistema selecciona un carácter en la máscara usando un conjunto de circuitos de deflexión, pero eso hace que el haz extruido apunte fuera del eje, por lo que un segundo conjunto de placas de deflexión tiene que reorientar el haz de modo que se dirija hacia el centro de la pantalla. Un tercer juego de placas coloca al personaje donde sea necesario. El rayo se abre (se enciende) brevemente para dibujar el personaje en esa posición. Los gráficos se podían dibujar seleccionando la posición en la máscara correspondiente al código de un espacio (en la práctica, simplemente no estaban dibujados), que tenía un pequeño orificio redondo en el centro; esto efectivamente desactivó la máscara de carácter y el sistema volvió al comportamiento de vector regular. Los charactrones tenían cuellos excepcionalmente largos, debido a la necesidad de tres sistemas de deflexión. [530] [531]
Nimo
Nimo era la marca comercial de una familia de pequeños CRT especializados fabricados por ingenieros en electrónica industrial. Estos tenían 10 cañones de electrones que producían haces de electrones en forma de dígitos de una manera similar a la del charactron. Los tubos eran pantallas simples de un solo dígito o pantallas más complejas de 4 o 6 dígitos producidas por medio de un sistema de deflexión magnética adecuado. Al tener pocas de las complejidades de un CRT estándar, el tubo requería un circuito de conducción relativamente simple y, como la imagen se proyectaba en la cara de vidrio, proporcionaba un ángulo de visión mucho más amplio que los tipos de la competencia (p. Ej., Tubos nixie ). [532] Sin embargo, su requerimiento de varios voltajes y su alto voltaje los hizo poco comunes.
CRT de haz de inundación
Los CRT de haz de inundación son pequeños tubos que están dispuestos como píxeles para grandes paredes de video como Jumbotrons . La primera pantalla que utiliza esta tecnología (llamada Diamond Vision de Mitsubishi Electric) fue presentada por Mitsubishi Electric para el Juego de Estrellas de las Grandes Ligas de 1980 . Se diferencia de un CRT normal en que el cañón de electrones que contiene no produce un haz controlable enfocado. En cambio, los electrones se rocían en un cono ancho a lo largo de todo el frente de la pantalla de fósforo, básicamente haciendo que cada unidad actúe como una sola bombilla. [533] Cada uno está recubierto con un fósforo rojo, verde o azul, para formar los subpíxeles de color. Esta tecnología ha sido reemplazada en gran medida por pantallas de diodos emisores de luz . Los TRC no enfocados y sin desviaciones se utilizaron como lámparas estroboscópicas controladas por rejilla desde 1958. [534] Las lámparas de luminiscencia estimulada por electrones (ESL), que utilizan el mismo principio de funcionamiento, se lanzaron en 2011. [535]
Cabezal de impresión CRT
Los CRT con un cristal frontal sin fosforar pero con hilos finos incrustados en él se utilizaron como cabezales de impresión electrostáticos en la década de 1960. Los cables pasarían la corriente del haz de electrones a través del vidrio a una hoja de papel donde, por lo tanto, se depositaba el contenido deseado como un patrón de carga eléctrica. Luego, el papel se pasó cerca de un charco de tinta líquida con la carga opuesta. Las áreas cargadas del papel atraen la tinta y forman así la imagen. [536] [537]
Pantalla CRT delgada de Zeus
A finales de la década de 1990 y principios de la de 2000, Philips Research Laboratories experimentó con un tipo de CRT delgado conocido como pantalla Zeus que contenía una funcionalidad similar a la de CRT en una pantalla plana . [538] [539] [540] [541] [542] Los dispositivos se demostraron pero nunca se comercializaron.
CRT más delgado
Algunos fabricantes de CRT, tanto LG.Philips Displays (más tarde LP Displays) como Samsung SDI, innovaron la tecnología CRT al crear un tubo más delgado. Slimmer CRT tenía los nombres comerciales Superslim, [543] Ultraslim, [115] Vixlim (de Samsung) [544] y Cybertube y Cybertube + (ambos de LG Philips). [545] [546] Un CRT plano de 21 pulgadas (53 cm) tiene una profundidad de 447,2 milímetros (17,61 pulgadas). La profundidad de Superslim era de 352 milímetros (13,86 pulgadas) [547] y de Ultraslim era de 295,7 milímetros (11,64 pulgadas). [548]
Preocupaciones de salud
Radiación ionizante
Los CRT pueden emitir una pequeña cantidad de radiación de rayos X ; esto es el resultado del bombardeo del haz de electrones de la máscara de sombra / rejilla de apertura y fósforos, que produce bremsstrahlung (radiación de frenado) a medida que se desaceleran los electrones de alta energía. En general, se considera que la cantidad de radiación que escapa por la parte frontal del monitor no es dañina. Las regulaciones de la Administración de Alimentos y Medicamentos en 21 CFR 1020.10 se utilizan para limitar estrictamente, por ejemplo, los receptores de televisión a 0,5 miliroentgenos por hora (mR / h) (0,13 µC / (kg · h) o 36 pA / kg) a una distancia de 5 cm (2 pulgadas) de cualquier superficie externa; desde 2007, la mayoría de los CRT tienen emisiones muy por debajo de este límite. [549]
La densidad de los rayos X que generaría un CRT es baja porque la exploración de trama de un CRT típico distribuye la energía del haz de electrones por toda la pantalla. Los voltajes superiores a 15.000 voltios son suficientes para generar rayos X "suaves". Sin embargo, dado que los CRT pueden permanecer encendidos durante varias horas seguidas, la cantidad de rayos X generados por el CRT puede llegar a ser significativa, de ahí la importancia de usar materiales para proteger contra los rayos X, como el vidrio grueso con plomo y el bario. vidrio de estroncio utilizado en CRT. [187]
Las preocupaciones sobre los rayos X emitidos por los CRT comenzaron en 1967 cuando se descubrió que los televisores fabricados por General Electric emitían “radiación X en exceso de los niveles deseables”. Más tarde se descubrió que los televisores de todos los fabricantes también emitían radiación. Esto provocó que los representantes de la industria de la televisión fueran llevados ante un comité del Congreso de los EE. UU., Que luego propuso un proyecto de ley de regulación de la radiación federal, que se convirtió en la Ley de Control de Radiación para la Salud y la Seguridad de 1968. Se recomendó a los propietarios de televisores estar siempre a una distancia de al menos 6 pies de la pantalla del televisor y evitar una "exposición prolongada" a los lados, la parte trasera o debajo del televisor. Se descubrió que la mayor parte de la radiación se dirigía hacia abajo. También se les dijo a los propietarios que no modificaran las partes internas de su equipo para evitar la exposición a la radiación. Los titulares sobre televisores "radiactivos" continuaron hasta finales de la década de 1960. Una vez hubo una propuesta de dos congresistas de Nueva York que habría obligado a los fabricantes de televisores a "ir a los hogares para probar los 15 millones de aparatos en color del país e instalar dispositivos de radiación en ellos". La FDA finalmente comenzó a regular las emisiones de radiación de todos los productos electrónicos en los EE. UU. [550]
Toxicidad
Es posible que los TRC monocromáticos y de colores más antiguos se hayan fabricado con sustancias tóxicas, como cadmio , en los fósforos. [48] [551] [552] [553] El tubo de vidrio trasero de los CRT modernos puede estar hecho de vidrio emplomado , que representa un peligro para el medio ambiente si se desecha de manera incorrecta. [554] Desde 1970, el vidrio del panel frontal (la parte visible del CRT) usaba óxido de estroncio en lugar de plomo, aunque la parte posterior del CRT todavía se fabricaba con vidrio emplomado. Los CRT monocromáticos generalmente no contienen suficiente vidrio con plomo para fallar las pruebas EPA TCLP. Mientras que el proceso de TCLP muele el vidrio en partículas finas para exponerlas a ácidos débiles para detectar lixiviados, el vidrio CRT intacto no se lixivia (el plomo está vitrificado, contenido dentro del vidrio mismo, similar a la cristalería de vidrio con plomo).
Parpadeo
A frecuencias de actualización bajas (60 Hz e inferiores), el escaneo periódico de la pantalla puede producir un parpadeo que algunas personas perciben más fácilmente que otras, especialmente cuando se ven con visión periférica . El parpadeo se asocia comúnmente con CRT ya que la mayoría de los televisores funcionan a 50 Hz (PAL) o 60 Hz (NTSC), aunque hay algunos televisores PAL de 100 Hz que no parpadean . Por lo general, solo los monitores de gama baja funcionan a frecuencias tan bajas, con la mayoría de los monitores de computadora que admiten al menos 75 Hz y los monitores de gama alta capaces de 100 Hz o más para eliminar cualquier percepción de parpadeo. [555] Aunque el PAL de 100 Hz a menudo se lograba mediante exploración intercalada, dividiendo el circuito y la exploración en dos haces de 50 Hz. Los CRT que no son de computadora o CRT para sonar o radar pueden tener fósforo de larga persistencia y, por lo tanto, no parpadean. Si la persistencia es demasiado larga en una pantalla de video, las imágenes en movimiento aparecerán borrosas.
Ruido audible de alta frecuencia
Los CRT de 50 Hz / 60 Hz utilizados para televisión funcionan con frecuencias de exploración horizontal de 15,734 Hz (para sistemas NTSC ) o 15,625 Hz (para sistemas PAL ). [556] Estas frecuencias se encuentran en el rango superior del oído humano y son inaudibles para muchas personas; sin embargo, algunas personas (especialmente los niños) percibirán un tono agudo cerca de un televisor CRT en funcionamiento. [557] El sonido se debe a la magnetoestricción en el núcleo magnético y al movimiento periódico de los devanados del transformador de retorno [558], pero el sonido también se puede crear mediante el movimiento de las bobinas de desviación, el yugo o las perlas de ferrita. [559]
Este problema no ocurre en televisores de 100/120 Hz y en pantallas de computadora que no son CGA (Adaptador de gráficos en color), porque usan frecuencias de exploración horizontal mucho más altas que producen un sonido que es inaudible para los humanos (22 kHz a más de 100 kHz).
Implosion
El alto vacío dentro de los tubos de rayos catódicos con paredes de vidrio permite que los haces de electrones vuelen libremente, sin chocar con moléculas de aire u otros gases. Si el vidrio está dañado, la presión atmosférica puede colapsar el tubo de vacío en peligrosos fragmentos que se aceleran hacia adentro y luego rocían a alta velocidad en todas las direcciones. Aunque los tubos de rayos catódicos modernos utilizados en televisores y pantallas de computadora tienen placas frontales adheridas con epoxi u otras medidas para evitar que se rompa el sobre, los CRT deben manipularse con cuidado para evitar lesiones personales. [560]
Protección contra la implosión
Los primeros CRT tenían una placa de vidrio sobre la pantalla que estaba unida a ella con pegamento, [191] creando una pantalla de vidrio laminado: inicialmente el pegamento era pegamento PVA [561] mientras que las versiones posteriores, como el LG Flatron, usaban una resina, tal vez un UV. -resina curable. [562] [396] El pegamento PVA se degrada con el tiempo creando una "catarata", un anillo de pegamento degradado alrededor de los bordes del CRT que no permite que pase la luz de la pantalla. [561] En cambio, los CRT posteriores utilizan una banda de borde de metal tensada montada alrededor del perímetro que también proporciona puntos de montaje para que el CRT se monte en una carcasa. En un CRT de 19 pulgadas, la tensión de tracción en la banda de la llanta es de 70 kg / cm2. [563] Los CRT más antiguos se montaron en el televisor mediante un marco. La banda se tensa calentándola, luego montándola en el CRT, la banda se enfría luego, encogiéndose de tamaño lo que pone el vidrio bajo compresión, [564] [191] fortaleciendo el vidrio reduciendo el espesor necesario (y por lo tanto el peso) del vidrio. Esto hace que la banda sea un componente integral que nunca debe quitarse; intentar quitarlo puede hacer que el CRT implosione. [371] La banda de la llanta evita que el CRT implosione en caso de que se rompa la pantalla. La banda de la llanta se pega al perímetro del CRT con epoxi, lo que evita que las grietas se extiendan más allá de la pantalla y hacia el embudo. [565]
Descarga eléctrica
Para acelerar los electrones del cátodo a la pantalla con la velocidad suficiente para lograr un brillo de imagen suficiente, se requiere un voltaje muy alto (EHT o tensión extra alta), [566] desde unos pocos miles de voltios para un pequeño osciloscopio CRT hasta decenas de miles para un televisor en color de pantalla más grande. Esto es muchas veces mayor que el voltaje de la fuente de alimentación doméstica. Incluso después de que se apaga la fuente de alimentación, algunos condensadores asociados y el propio CRT pueden retener una carga durante algún tiempo y, por lo tanto, disipar esa carga repentinamente a través de una tierra, como una persona desatendida que conecta a tierra un cable de descarga de un condensador. Un CRT monocromático promedio puede usar de 1 a 1,5 kV de voltaje de ánodo por pulgada. [567] [323]
Preocupaciones de seguridad
En algunas circunstancias, la señal irradiada por los cañones de electrones , los circuitos de exploración y el cableado asociado de un CRT se puede capturar de forma remota y utilizar para reconstruir lo que se muestra en el CRT mediante un proceso llamado van Eck phreaking . [568] El blindaje especial TEMPEST puede mitigar este efecto. Sin embargo, esta radiación de una señal potencialmente explotable también se produce con otras tecnologías de visualización [569] y con la electrónica en general. [ cita requerida ]
Reciclaje
Debido a las toxinas contenidas en los monitores CRT, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos creó reglas (en octubre de 2001) que establecen que los CRT deben llevarse a instalaciones especiales de reciclaje de desechos electrónicos . En noviembre de 2002, la EPA comenzó a multar a las empresas que se deshacían de los CRT en vertederos o incineración . Las agencias reguladoras, locales y estatales, monitorean la eliminación de CRT y otros equipos informáticos. [570]
Como desechos electrónicos , los CRT se consideran uno de los tipos más difíciles de reciclar. [571] Los TRC tienen una concentración relativamente alta de plomo y fósforo (no fósforo), los cuales son necesarios para la visualización. Hay varias empresas en los Estados Unidos que cobran una pequeña tarifa por recolectar los CRT y luego subsidian su trabajo vendiendo el cobre, los cables y las placas de circuito impreso recolectadas . La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) incluye los monitores CRT desechados en su categoría de "desechos domésticos peligrosos" [572], pero considera que los CRT que se han reservado para pruebas son productos básicos si no se descartan, se acumulan especulativamente o se dejan desprotegidos. del clima y otros daños. [573]
Varios estados participan en el reciclaje de CRT, cada uno con sus requisitos de informes para recolectores e instalaciones de reciclaje. Por ejemplo, en California, el reciclaje de CRT se rige por CALRecycle, el Departamento de Reciclaje y Recuperación de Recursos de California a través de su Sistema de Pago. [574] Las instalaciones de reciclaje que aceptan dispositivos CRT del sector comercial y residencial deben obtener información de contacto como la dirección y el número de teléfono para asegurarse de que los CRT provienen de una fuente de California para poder participar en el Sistema de Pago de Reciclaje CRT.
En Europa, la eliminación de televisores y monitores CRT está cubierta por la Directiva WEEE . [575]
Se han propuesto múltiples métodos para el reciclaje de vidrio CRT. Los métodos involucran procesos térmicos, mecánicos y químicos. [576] [577] [578] [579] Todos los métodos propuestos eliminan el contenido de óxido de plomo del vidrio. Algunas empresas operaban hornos para separar el plomo del vidrio. [580] Una coalición llamada proyecto Recytube fue formada una vez por varias empresas europeas para idear un método para reciclar CRT. [6] Los fósforos utilizados en los CRT a menudo contienen metales de tierras raras. [581] [582] [583] [361] Un CRT contiene aproximadamente 7 g de fósforo. [584]
El embudo se puede separar de la pantalla del CRT usando corte por láser, sierras de diamante o alambres o usando un alambre de nicromo calentado resistivamente . [585] [586] [587] [588] [589]
El vidrio CRT con plomo se vendió para su refundición en otros CRT, [87] o incluso se rompió y se utilizó en la construcción de carreteras o se utilizó en tejas, [108] [590] hormigón, ladrillos de hormigón y cemento, [591] aislamiento de fibra de vidrio o se utilizó como fundente en fundición de metales. [592] [593]
Una parte considerable del vidrio CRT se deposita en vertederos, donde puede contaminar el medio ambiente circundante. [6] Es más común desechar el vidrio CRT que reciclarlo. [594]
Ver también
Conceptos básicos de los rayos catódicos y la descarga en gas a baja presión:
- Rayo catódico
- Tubo vacío
Producción de luz por rayos catódicos:
- Catodoluminiscencia
- Tubo de Crookes
- Fósforo
- Centelleo (física)
Manipulación del haz de electrones:
- Blanking (video)
- Intervalo de supresión horizontal
- Intervalo de supresión vertical
- Yugo de deflexión
- Procesamiento de haz de electrones
- Deflexión electrostática
- Lente electrostática
- Deflexión magnética
- Lente magnética
Aplicar CRT en diferentes propósitos de visualización:
- Televisión analógica
- Visualización de imágenes
- Comparación de CRT, LCD, plasma y OLED
- Comparación de tecnología de visualización
- Monitor de computadora
- Proyector CRT
- Disector de imágenes
- Monitor monocromo
- Monoscopio
- Osciloscopio
- Osciloscopio de rayos catódicos
- Overscan
- Escaneo de trama
- Línea de exploración
Fenómenos varios:
- Ruido (video)
Aspectos históricos:
- Tubo de almacenamiento biestable de visión directa
- Monitor de pantalla plana
- Tubo de Geer
- Historia de la tecnología de visualización
- Disector de imágenes
- Televisión LCD , LCD con retroiluminación LED , pantalla LED
- Penetron
- Pantalla emisora de electrones de conducción superficial
- Trinitron
Seguridad y precauciones:
- Filtro de monitor
- Epilepsia fotosensible
- Certificación TCO
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Patentes seleccionadas
- U.S. Patent 1,691,324: Zworykin Television System
enlaces externos
- "Cathode Ray Tube Monitors". PCTechGuide.
- "CRTs". Virtual Valve Museum.
- Goldwasser, Samuel M. (28 February 2006). "TV and Monitor CRT (Picture Tube) Information". repairfaq.org. Archived from the original on 26 September 2006.
- "The Cathode Ray Tube site". crtsite.com.