Tube cathodique -Cathode-ray tube

Tube à rayons cathodiques utilisant la focalisation et la déviation électromagnétiques. Les pièces illustrées ne sont pas à l'échelle.
Un tube cathodique tel qu'on le trouve dans un oscilloscope
Rendu en coupe d'un CRT couleur :
1. Trois émetteurs d'électrons (pour les points de phosphore  rouge, vert et bleu )
2. Faisceaux d'  électrons
3. Bobines de  focalisation
4. Bobines de  déviation
5.  Connexion pour les anodes finales (appelées "ultor" dans certains manuels de tube de réception)
6.  Masque pour séparer les faisceaux pour la partie rouge, verte et bleue de l'image affichée
7.  Couche de phosphore (écran) avec des zones rouges, vertes et bleues
8.  Gros plan de la face intérieure revêtue de phosphore de l'écran
Rendu en coupe d'un CRT monochrome :
1. Bobines de  déviation
2.  Faisceau d'électrons
3.  Bobine de focalisation
4.  Couche de phosphore sur la face interne de l'écran ; émet de la lumière lorsqu'il est frappé par le faisceau d'électrons
5.  Filament pour chauffer la cathode
6.  Couche de graphite sur la face interne du tube
7.  Joint en caoutchouc ou en silicone où le fil de tension d'anode entre dans le tube (coupelle d'anode)
8.  Cathode
9.  Air -corps en verre étanche du tube
10.  Écran
11.  Bobines dans la culasse
12.  Électrode de commande régulant l'intensité du faisceau d'électrons et donc la lumière émise par le luminophore
13.  Broches de contact pour la cathode, le filament et l'électrode de commande
14.  Fil pour l'anode haute tension.
Les seules différences visibles sont le canon à électrons unique, le revêtement de phosphore blanc uniforme et l'absence de masque d'ombre.

Un tube cathodique ( CRT ) est un tube à vide contenant un ou plusieurs canons à électrons , qui émettent des faisceaux d'électrons qui sont manipulés pour afficher des images sur un écran phosphorescent . Les images peuvent représenter des formes d' ondes électriques ( oscilloscope ), des images ( téléviseur , écran d'ordinateur ), des cibles radar ou d'autres phénomènes. Un CRT sur un téléviseur est communément appelé un tube image . Les CRT ont également été utilisés comme dispositifs de mémoire , auquel cas l'écran n'est pas destiné à être visible pour un observateur. Le terme rayon cathodique a été utilisé pour décrire les faisceaux d'électrons lorsqu'ils ont été découverts pour la première fois, avant qu'il ne soit compris que ce qui était émis par la cathode était un faisceau d'électrons.

Dans les téléviseurs CRT et les moniteurs d'ordinateur, toute la zone avant du tube est balayée de manière répétée et systématique selon un motif fixe appelé trame . Dans les appareils couleur, une image est produite en contrôlant l'intensité de chacun des trois faisceaux d'électrons , un pour chaque couleur primaire additive (rouge, vert et bleu) avec un signal vidéo comme référence. Dans les moniteurs CRT et les téléviseurs modernes, les faisceaux sont courbés par déviation magnétique , à l'aide d'un joug de déviation . La déviation électrostatique est couramment utilisée dans les oscilloscopes .

L'arrière d'un tube cathodique couleur de 14 pouces montrant ses bobines de déviation et ses canons à électrons
Téléviseur monochrome typique des années 1950 aux États-Unis
Instantané d'un téléviseur CRT montrant la ligne de lumière tracée de gauche à droite dans un motif raster
Animation de la construction de l'image avec la méthode d'entrelacement
Canon à électrons pour écran d'ordinateur couleur

Un tube cathodique est une enveloppe de verre profonde (c'est-à-dire longue de la face avant à l'arrière), lourde et fragile. L'intérieur est évacué à environ 0,01 pascals (9,9 × 10 -8  atm) à 133 nanopascals (1,31 × 10 -12  atm), pour faciliter le vol libre des électrons du (des) pistolet (s) vers la face du tube sans diffusion due aux collisions avec les molécules d'air. En tant que tel, la manipulation d'un CRT comporte un risque d' implosion violente qui peut projeter le verre à grande vitesse. La face est généralement faite de verre au plomb épais ou de verre spécial baryum-strontium pour être incassable et bloquer la plupart des émissions de rayons X. Les CRT représentent la majeure partie du poids des téléviseurs CRT et des écrans d'ordinateur.

Depuis le début des années 2010, les écrans cathodiques ont été remplacés par des technologies d' affichage à écran plat telles que les écrans LCD , plasma et OLED qui sont moins chers à fabriquer et à utiliser, ainsi que beaucoup plus légers et moins encombrants. Les écrans plats peuvent également être fabriqués dans de très grandes tailles alors que 40 pouces (100 cm) à 45 pouces (110 cm) était à peu près la plus grande taille d'un CRT.

Un CRT fonctionne en chauffant électriquement une bobine de tungstène qui à son tour chauffe une cathode à l'arrière du CRT, l'amenant à émettre des électrons qui sont modulés et focalisés par des électrodes. Les électrons sont dirigés par des bobines ou des plaques de déviation, et une anode les accélère vers l' écran revêtu de phosphore , qui génère de la lumière lorsqu'il est touché par les électrons.

Histoire

CRT à cathode froide original de Braun, 1897

Les rayons cathodiques ont été découverts par Julius Plücker et Johann Wilhelm Hittorf . Hittorf a observé que certains rayons inconnus étaient émis par la cathode (électrode négative) qui pouvait projeter des ombres sur la paroi incandescente du tube, indiquant que les rayons se déplaçaient en lignes droites. En 1890, Arthur Schuster a démontré que les rayons cathodiques pouvaient être déviés par des champs électriques , et William Crookes a montré qu'ils pouvaient être déviés par des champs magnétiques. En 1897, JJ Thomson réussit à mesurer le rapport charge-masse des rayons cathodiques, montrant qu'ils étaient constitués de particules chargées négativement plus petites que les atomes, les premières « particules subatomiques », qui avaient déjà été nommées électrons par le physicien irlandais George Johnstone Stoney en 1891. La première version du CRT était connue sous le nom de "tube de Braun", inventé par le physicien allemand Ferdinand Braun en 1897. C'était une diode à cathode froide , une modification du tube de Crookes avec un écran recouvert de phosphore . Braun a été le premier à concevoir l'utilisation d'un CRT comme dispositif d'affichage.

En 1908, Alan Archibald Campbell-Swinton , membre de la Royal Society (Royaume-Uni), publia une lettre dans la revue scientifique Nature , dans laquelle il décrivait comment la "vision électrique à distance" pouvait être obtenue en utilisant un tube à rayons cathodiques (ou " Braun") à la fois comme dispositif de transmission et de réception. Il a développé sa vision dans un discours prononcé à Londres en 1911 et rapporté dans The Times et le Journal of the Röntgen Society .

Le premier tube cathodique à utiliser une cathode chaude a été développé par John Bertrand Johnson (qui a donné son nom au terme bruit de Johnson ) et Harry Weiner Weinhart de Western Electric , et est devenu un produit commercial en 1922. L'introduction des cathodes chaudes a permis pour des tensions d'anode d'accélération plus faibles et des courants de faisceau d'électrons plus élevés, puisque l'anode n'accélérait plus que les électrons émis par la cathode chaude, et n'avait plus besoin d'avoir une tension très élevée pour induire l'émission d'électrons de la cathode froide.

En 1926, Kenjiro Takayanagi a fait la démonstration d'un téléviseur CRT qui recevait des images avec une résolution de 40 lignes. En 1927, il améliora la résolution à 100 lignes, ce qui était inégalé jusqu'en 1931. En 1928, il fut le premier à transmettre des visages humains en demi-teintes sur un écran CRT. En 1927, Philo Farnsworth a créé un prototype de télévision. Le CRT a été nommé en 1929 par l'inventeur Vladimir K. Zworykin . RCA a obtenu une marque pour le terme (pour son tube à rayons cathodiques) en 1932; il a volontairement publié le terme dans le domaine public en 1950.

Dans les années 1930, Allen B. DuMont a fabriqué les premiers CRT capables de durer 1 000 heures d'utilisation, ce qui a été l'un des facteurs qui ont conduit à l'adoption généralisée de la télévision.

Les premiers téléviseurs électroniques fabriqués dans le commerce avec des tubes cathodiques ont été fabriqués par Telefunken en Allemagne en 1934.

En 1947, le dispositif de divertissement à tube cathodique , le premier jeu électronique interactif connu ainsi que le premier à incorporer un écran à tube cathodique, a été créé.

De 1949 au début des années 1960, il y a eu un passage des CRT circulaires aux CRT rectangulaires, bien que les premiers CRT rectangulaires aient été fabriqués en 1938 par Telefunken. Alors que les CRT circulaires étaient la norme, les téléviseurs européens bloquaient souvent des parties de l'écran pour le faire apparaître quelque peu rectangulaire tandis que les téléviseurs américains laissaient souvent tout l'avant du CRT exposé ou ne bloquaient que les parties supérieure et inférieure du CRT.

En 1954, RCA a produit certains des premiers CRT couleur, les 15GP22 CRT utilisés dans le CT-100 , le premier téléviseur couleur à être produit en série. Les premiers CRT couleur rectangulaires ont également été fabriqués en 1954. Cependant, les premiers CRT couleur rectangulaires à être proposés au public ont été fabriqués en 1963. L'un des défis à résoudre pour produire le CRT couleur rectangulaire était la convergence aux coins de le CRT. En 1965, des luminophores de terres rares plus brillants ont commencé à remplacer les luminophores rouges et verts contenant du cadmium et des gradateurs. Finalement, les luminophores bleus ont également été remplacés.

La taille des CRT a augmenté au fil du temps, passant de 20 pouces en 1938 à 21 pouces en 1955, 35 pouces en 1985 et 43 pouces en 1989. Cependant, des CRT expérimentaux de 31 pouces ont été fabriqués dès 1938.

En 1960, le tube Aiken a été inventé. C'était un CRT dans un format d'affichage à écran plat avec un seul canon à électrons. La déviation était électrostatique et magnétique, mais en raison de problèmes de brevets, elle n'a jamais été mise en production. Il a également été envisagé comme un affichage tête haute dans les avions. Au moment où les problèmes de brevets ont été résolus, RCA avait déjà investi massivement dans les CRT conventionnels.

1968 marque la sortie de la marque Sony Trinitron avec le modèle KV-1310, qui était basé sur la technologie Aperture Grille. Il a été acclamé pour avoir amélioré la luminosité de sortie. L'écran Trinitron était identique avec sa forme cylindrique verticale en raison de sa construction unique à triple cathode et à un seul pistolet.

En 1987, des CRT à écran plat ont été développés par Zenith pour les moniteurs d'ordinateur, réduisant les reflets et aidant à augmenter le contraste et la luminosité de l'image. Ces CRT étaient chers, ce qui limitait leur utilisation aux écrans d'ordinateur. Des tentatives ont été faites pour produire des CRT à écran plat en utilisant du verre flotté peu coûteux et largement disponible .

En 1990, les premiers CRT avec une résolution HD ont été lancés sur le marché par Sony.

Au milieu des années 1990, quelque 160 millions de CRT étaient fabriqués chaque année.

Les écrans plats ont chuté de prix et ont commencé à remplacer considérablement les tubes cathodiques dans les années 2000. Après plusieurs prévisions, les ventes de moniteurs LCD ont commencé à dépasser celles des CRT en 2003-2004 et les ventes de téléviseurs LCD ont commencé à dépasser celles des CRT aux États-Unis en 2005, au Japon en 2005-2006, en Europe en 2006, dans le monde en 2007-2008, et en Inde en 2013.

Au milieu des années 2000, Canon et Sony ont respectivement présenté l' écran à émission d'électrons à conduction de surface et les écrans à émission de champ . Ils étaient tous deux des écrans plats qui avaient un (SED) ou plusieurs (FED) émetteurs d'électrons par sous-pixel à la place des canons à électrons. Les émetteurs d'électrons ont été placés sur une feuille de verre et les électrons ont été accélérés vers une feuille de verre voisine avec des luminophores en utilisant une tension d'anode. Les électrons n'étaient pas focalisés, faisant de chaque sous-pixel essentiellement un CRT à faisceau d'inondation. Ils n'ont jamais été mis en production de masse car la technologie LCD était nettement moins chère, éliminant le marché de ces écrans.

Le dernier fabricant à grande échelle de CRT (dans ce cas, recyclés), Videocon , a cessé en 2015. Les téléviseurs CRT ont cessé d'être fabriqués à peu près au même moment.

En 2015, plusieurs fabricants de CRT ont été condamnés aux États-Unis pour entente sur les prix . La même chose s'est produite au Canada en 2018.

Disparition

Les ventes mondiales d'écrans d'ordinateur CRT ont culminé en 2000, à 90 millions d'unités, tandis que celles des téléviseurs CRT ont culminé en 2005 à 130 millions d'unités.

De la fin des années 90 au début des années 2000, les CRT ont commencé à être remplacés par des écrans LCD, en commençant d'abord par des écrans d'ordinateur de moins de 15 pouces, principalement en raison de leur faible encombrement. Hitachi en 2001 a été parmi les premiers fabricants à arrêter la production de CRT , suivi de Sony au Japon en 2004, Thomson aux États-Unis en 2004, Matsushita Toshiba picture display en 2005 aux États-Unis, 2006 en Malaisie et 2007 en Chine, Sony aux États-Unis. en 2006, Sony à Singapour et en Malaisie pour les marchés d'Amérique latine et d'Asie en 2008, Samsung SDI en 2007 et 2012 et Cathode Ray Technology (anciennement Philips) en 2012 et Videocon en 2015-16. Ekranas en Lituanie et LG.Philips Displays ont fait faillite en 2005 et 2006, respectivement. Matsushita Toshiba s'est arrêté aux États-Unis en 2004 en raison de pertes de 109 millions de dollars, et en Malaisie en 2006 en raison de pertes presque égales à leurs ventes. Les derniers téléviseurs CRT au CES ont été présentés par Samsung en 2007 et le dernier modèle produit en série a été introduit par LG en 2008 pour les marchés en développement en raison de son faible prix. Le dernier téléviseur CRT d'un grand fabricant a été introduit par LG en 2010.

Les CRT ont été remplacés pour la première fois par des écrans LCD dans les pays du premier monde tels que le Japon et l'Europe dans les années 2000 et ont continué à être populaires dans les pays du tiers monde tels que l'Amérique latine, la Chine, l'Asie et le Moyen-Orient en raison de leur faible prix par rapport aux téléviseurs à écran plat contemporains. , et plus tard sur des marchés comme l'Inde rurale. Cependant, vers 2014, même les marchés ruraux ont commencé à privilégier le LCD au CRT, entraînant la disparition de la technologie.

Bien qu'ils aient été un pilier de la technologie d'affichage pendant des décennies, les moniteurs d'ordinateur et les téléviseurs à tube cathodique sont désormais pratiquement une technologie morte. La demande d'écrans CRT a chuté à la fin des années 2000. Les progrès rapides et la chute des prix de la technologie des écrans plats LCD - d'abord pour les moniteurs d'ordinateur, puis pour les téléviseurs - ont sonné le glas des technologies d'affichage concurrentes telles que CRT, rétroprojection et écran plasma . Malgré les efforts de Samsung et LG pour rendre les CRT compétitifs avec leurs homologues LCD et plasma, offrant des modèles plus minces et moins chers pour concurrencer les LCD de taille similaire et plus chers, les CRT sont finalement devenus obsolètes et ont été relégués aux marchés en développement une fois que les LCD ont chuté de prix, avec leur moins d'encombrement, de poids et de possibilité d'être fixé au mur comme atouts.

La plupart des productions CRT haut de gamme avaient cessé vers 2010, y compris les gammes de produits haut de gamme Sony et Panasonic. Au Canada et aux États-Unis, la vente et la production de téléviseurs CRT haut de gamme (écrans de 30 pouces (76 cm)) sur ces marchés avaient pratiquement pris fin en 2007. Quelques années plus tard, des téléviseurs CRT "combo" bon marché (écrans de 20 pouces (51 cm) avec lecteur VHS intégré) ont disparu des magasins discount.

Les détaillants d'électronique tels que Best Buy ont régulièrement réduit les espaces de magasin pour les CRT. En 2005, Sony a annoncé qu'il arrêterait la production d'écrans d'ordinateur CRT. Samsung n'a présenté aucun modèle CRT pour l'année modèle 2008 au Consumer Electronics Show 2008 ; le 4 février 2008, ils ont retiré leurs CRT à écran large de 30 pouces de leur site Web nord-américain et ne les ont pas remplacés par de nouveaux modèles.

Au Royaume-Uni, DSG (Dixons) , le plus grand détaillant d'équipements électroniques domestiques, a signalé que les modèles CRT représentaient 80 à 90 % du volume des téléviseurs vendus à Noël 2004, et 15 à 20 % un an plus tard, et que ils devaient être inférieurs à 5% à la fin de 2006. Dixons a cessé de vendre des téléviseurs CRT en 2006.

La disparition des CRT a rendu difficile la maintenance des machines d'arcade fabriquées avant l'adoption généralisée des écrans plats, en raison d'un manque de CRT de rechange. (Les CRT peuvent avoir besoin d'être remplacés en raison de l'usure, comme expliqué ci-dessous.) La réparation des CRT, bien que possible, nécessite un haut niveau de compétence.

Utilisations actuelles

Les CRT existants sont encore utilisés pour quelques applications de niche.

Certaines industries utilisent encore des CRT parce que leur remplacement demande trop d'efforts, de temps d'arrêt et/ou de coûts, ou qu'il n'y a pas de substitut disponible ; un exemple notable est l'industrie du transport aérien. Des avions tels que le Boeing 747-400 et l' Airbus A320 utilisaient des instruments CRT dans leurs cockpits en verre au lieu d'instruments mécaniques. Les compagnies aériennes telles que Lufthansa utilisent toujours la technologie CRT, qui utilise également des disquettes pour les mises à jour de navigation. Ils sont également utilisés dans certains équipements militaires pour des raisons similaires.

À partir de 2022, au moins une entreprise fabrique de nouveaux CRT pour ces marchés.

Une utilisation populaire des CRT par les consommateurs est le rétrogaming . Certains jeux sont impossibles à jouer sans matériel d'affichage CRT, et certains jeux fonctionnent mieux. Les raisons à cela incluent :

  • Les CRT se rafraîchissent plus rapidement que les LCD, car ils utilisent des lignes entrelacées.
  • Les CRT sont capables d'afficher correctement certaines résolutions bizarres, telles que la résolution 256x224 de la Nintendo Entertainment System (NES).
  • Les pistolets légers ne fonctionnent que sur les CRT car ils dépendent des propriétés de synchronisation progressive des CRT.

Comparaison avec d'autres technologies

  • Avantages de l'écran LCD par rapport au CRT : encombrement, consommation d'énergie et génération de chaleur réduits, taux de rafraîchissement plus élevés (jusqu'à 360 Hz), rapports de contraste plus élevés
  • Avantages du tube cathodique par rapport à l'écran LCD : meilleure reproduction des couleurs, pas de flou de mouvement, multisynchronisation disponible sur de nombreux moniteurs, pas de décalage d'entrée
  • Avantages OLED par rapport au tube cathodique : encombrement réduit, reproduction des couleurs similaire, taux de contraste plus élevés, taux de rafraîchissement similaires (plus de 60 Hz, jusqu'à 120 Hz) mais pas sur les écrans d'ordinateur, souffre également de flou de mouvement

Sur les CRT, le taux de rafraîchissement dépend de la résolution, qui sont toutes deux finalement limitées par la fréquence de balayage horizontale maximale du CRT. Le flou de mouvement dépend également du temps de décroissance des luminophores. Les phosphores qui se désintègrent trop lentement pour un taux de rafraîchissement donné peuvent provoquer des bavures ou un flou de mouvement sur l'image. En pratique, les CRT sont limités à un taux de rafraîchissement de 160 Hz. Les écrans LCD qui peuvent rivaliser avec les écrans LCD OLED (double couche et mini-LED) ne sont pas disponibles dans des taux de rafraîchissement élevés, bien que les écrans LCD à points quantiques (QLED) soient disponibles dans des taux de rafraîchissement élevés (jusqu'à 144 Hz) et sont compétitifs dans la reproduction des couleurs avec OLED.

Les moniteurs CRT peuvent toujours surpasser les moniteurs LCD et OLED en décalage d'entrée, car il n'y a pas de traitement de signal entre le CRT et le connecteur d'affichage du moniteur, car les moniteurs CRT utilisent souvent VGA qui fournit un signal analogique qui peut être directement transmis à un CRT. Les cartes vidéo conçues pour être utilisées avec les CRT peuvent avoir un RAMDAC pour générer les signaux analogiques nécessaires au CRT. De plus, les moniteurs CRT sont souvent capables d'afficher des images nettes à plusieurs résolutions, une capacité connue sous le nom de multisynchronisation . Pour ces raisons, les CRT sont parfois préférés par les joueurs sur PC malgré leur encombrement, leur poids et leur génération de chaleur.

Les écrans CRT ont tendance à être plus durables que leurs homologues à écran plat, bien qu'il existe également des écrans LCD spécialisés qui ont une durabilité similaire.

Construction

Corps

Petits CRT circulaires lors de la fabrication en 1947 (écrans recouverts de phosphore)
Un téléviseur CRT monochrome portable
Un écran d'ordinateur Trinitron CRT
Un CRT monochrome vu à l'intérieur d'un téléviseur. Le CRT est le plus grand composant d'un téléviseur CRT.
Un CRT monochrome vu à l'intérieur d'un ordinateur Macintosh Plus

Le corps d'un tube cathodique est généralement composé de trois parties : un écran/une façade/un panneau, un cône/un entonnoir et un col. L'écran, l'entonnoir et le col joints sont connus sous le nom d'ampoule ou d'enveloppe.

Le col est fabriqué à partir d'un tube de verre tandis que l'entonnoir et l'écran sont fabriqués en versant puis en pressant le verre dans un moule. Le verre, connu sous le nom de verre CRT ou verre TV, a besoin de propriétés spéciales pour se protéger contre les rayons X tout en assurant une transmission lumineuse adéquate dans l'écran ou en étant très isolant électriquement dans l'entonnoir et le col. La formulation qui confère au verre ses propriétés est également connue sous le nom de fonte. Le verre est de très haute qualité, étant presque exempt de contaminants et de défauts. La plupart des coûts associés à la production de verre proviennent de l'énergie utilisée pour faire fondre les matières premières en verre. Les fours verriers pour la production de verre CRT disposent de plusieurs piquages ​​pour permettre le remplacement des moules sans arrêter le four, pour permettre la production de CRT de plusieurs tailles. Seul le verre utilisé sur l'écran doit avoir des propriétés optiques précises. Les propriétés optiques du verre utilisé sur l'écran affectent la reproduction et la pureté des couleurs dans les CRT couleur. La transmission, ou la transparence du verre, peut être ajustée pour être plus transparente à certaines couleurs (longueurs d'onde) de la lumière. La transmission est mesurée au centre de l'écran avec une lumière de longueur d'onde de 546 nm et un écran de 10,16 mm d'épaisseur. La transmission diminue avec l'augmentation de l'épaisseur. Les transmissions standard pour les écrans CRT couleur sont de 86 %, 73 %, 57 %, 46 %, 42 % et 30 %. Des transmittances plus faibles sont utilisées pour améliorer le contraste de l'image, mais elles mettent plus de pression sur le canon à électrons, nécessitant plus de puissance sur le canon à électrons pour une puissance de faisceau d'électrons plus élevée pour éclairer les luminophores plus brillamment pour compenser la transmittance réduite. La transmission doit être uniforme sur tout l'écran pour garantir la pureté des couleurs. Le rayon (courbure) des écrans a augmenté (moins incurvé) au fil du temps, passant de 30 à 68 pouces, évoluant finalement vers des écrans complètement plats, réduisant les reflets. L'épaisseur des écrans incurvés et plats augmente progressivement du centre vers l'extérieur, et avec elle, la transmission est progressivement réduite. Cela signifie que les CRT à écran plat peuvent ne pas être complètement plats à l'intérieur. Le verre utilisé dans les CRT arrive de l'usine de verre à l'usine de CRT sous forme d'écrans et d'entonnoirs séparés avec des cols fusionnés, pour les CRT couleur, ou d'ampoules composées d'un écran, d'un entonnoir et d'un col fusionnés. Il existait plusieurs formulations de verre pour différents types de CRT, qui étaient classées à l'aide de codes spécifiques à chaque fabricant de verre. Les compositions des masses fondues étaient également spécifiques à chaque fabricant. Ceux optimisés pour une pureté et un contraste de couleur élevés étaient dopés au néodyme, tandis que ceux des CRT monochromes étaient teintés à différents niveaux, selon la formulation utilisée et avaient des transmittances de 42% ou 30%. La pureté garantit que les bonnes couleurs sont activées (par exemple, en s'assurant que le rouge s'affiche uniformément sur l'écran) tandis que la convergence garantit que les images ne sont pas déformées. La convergence peut être modifiée à l'aide d'un motif de hachures croisées.

Le verre CRT était autrefois fabriqué par des sociétés spécialisées telles que AGC Inc. , OI Glass , Samsung Corning Precision Materials, Corning Inc. et Nippon Electric Glass ; d'autres comme Videocon, Sony pour le marché américain et Thomson fabriquaient leur propre verre.

L'entonnoir et le col sont en verre de potasse-soude au plomb ou en verre de silicate de plomb pour protéger contre les rayons X générés par les électrons à haute tension lorsqu'ils décélèrent après avoir heurté une cible, comme l'écran au phosphore ou le masque d'ombre d'un CRT couleur. La vitesse des électrons dépend de la tension d'anode du CRT ; plus la tension est élevée, plus la vitesse est élevée. La quantité de rayons X émis par un CRT peut également être réduite en réduisant la luminosité de l'image. Le verre au plomb est utilisé car il est peu coûteux, tout en protégeant fortement contre les rayons X, bien que certains entonnoirs puissent également contenir du baryum. L'écran est généralement fabriqué à partir d'une formulation spéciale de verre de silicate sans plomb avec du baryum et du strontium pour protéger contre les rayons X. Une autre formulation de verre utilise 2 à 3 % de plomb sur l'écran. Les CRT monochromes peuvent avoir une formulation de verre baryum-plomb teinté à la fois dans l'écran et l'entonnoir, avec un verre au plomb potasse-soude dans le col; les formulations potasse-soude et baryum-plomb ont des coefficients de dilatation thermique différents. Le verre utilisé dans le col doit être un excellent isolant électrique pour contenir les tensions utilisées dans l'optique électronique du canon à électrons, comme les lentilles de focalisation. Le plomb dans le verre le fait brunir (assombrir) avec l'utilisation en raison des rayons X, généralement la cathode CRT s'use en raison d'un empoisonnement de la cathode avant que le brunissement ne devienne apparent. La formulation du verre détermine la tension d'anode la plus élevée possible et donc la taille d'écran CRT maximale possible. Pour la couleur, les tensions maximales sont souvent de 24 à 32 kV, tandis que pour le monochrome, elles sont généralement de 21 ou 24,5 kV, limitant la taille des CRT monochromes à 21 pouces, soit env. 1 kV par pouce. La tension nécessaire dépend de la taille et du type de CRT. Les formulations étant différentes, elles doivent être compatibles entre elles, ayant des coefficients de dilatation thermique similaires. L'écran peut également avoir un revêtement antireflet ou antireflet, ou être meulé pour éviter les reflets. Les tubes cathodiques peuvent également avoir un revêtement antistatique.

Le verre au plomb dans les entonnoirs des tubes cathodiques peut contenir de 21 à 25 % d'oxyde de plomb (PbO), le col peut contenir de 30 à 40 % d'oxyde de plomb et l'écran peut contenir 12 % d' oxyde de baryum et 12 % d' oxyde de strontium . . Un CRT typique contient plusieurs kilogrammes de plomb sous forme d'oxyde de plomb dans le verre en fonction de sa taille; Les CRT de 12 pouces contiennent 0,5 kg de plomb au total tandis que les CRT de 32 pouces contiennent jusqu'à 3 kg. L'oxyde de strontium a commencé à être utilisé dans les CRT, sa principale application, dans les années 1970.

Certains premiers CRT utilisaient un entonnoir métallique isolé avec du polyéthylène au lieu de verre avec un matériau conducteur. D'autres avaient de la céramique ou du pyrex soufflé au lieu d'entonnoirs en verre pressé. Les premiers CRT n'avaient pas de connexion de capuchon d'anode dédiée; l'entonnoir était la connexion de l'anode, il était donc sous tension pendant le fonctionnement.

L'entonnoir est recouvert à l'intérieur et à l'extérieur d'un revêtement conducteur, faisant de l'entonnoir un condensateur, aidant à stabiliser et à filtrer la tension d'anode du CRT et réduisant considérablement le temps nécessaire pour allumer un CRT. La stabilité fournie par le revêtement a résolu les problèmes inhérents aux premières conceptions d'alimentation électrique, car elles utilisaient des tubes à vide. Étant donné que l'entonnoir est utilisé comme condensateur, le verre utilisé dans l'entonnoir doit être un excellent isolant électrique (diélectrique). Le revêtement intérieur a une tension positive (la tension d'anode qui peut être de plusieurs kV) tandis que le revêtement extérieur est relié à la terre. Les CRT alimentés par des alimentations plus modernes n'ont pas besoin d'être connectés à la terre, en raison de la conception plus robuste des alimentations modernes. La valeur du condensateur formé par l'entonnoir est de 0,005 à 0,01 uF, bien qu'à la tension avec laquelle l'anode est normalement alimentée. Le condensateur formé par l'entonnoir peut également souffrir d' absorption diélectrique , comme d'autres types de condensateurs. Pour cette raison, les CRT doivent être déchargés avant toute manipulation pour éviter les blessures.

La profondeur d'un CRT est liée à sa taille d'écran. Les angles de déviation habituels étaient de 90 ° pour les moniteurs CRT d'ordinateur et les petits CRT et de 110 °, ce qui était la norme dans les grands téléviseurs CRT, 120 ou 125 ° étant utilisés dans les CRT minces fabriqués depuis 2001–2005 dans le but de concurrencer les téléviseurs LCD. Au fil du temps, les angles de déviation ont augmenté au fur et à mesure qu'ils devenaient pratiques, passant de 50° en 1938 à 110° en 1959 et 125° dans les années 2000. Des tubes cathodiques à déviation de 140 ° ont été étudiés mais jamais commercialisés, car les problèmes de convergence n'ont jamais été résolus.

Taille et poids

La taille de l'écran d'un CRT est mesurée de deux manières : la taille de l'écran ou la diagonale du visage, et la taille/zone d'image visible ou la diagonale de l'écran visible, qui est la partie de l'écran avec du phosphore. La taille de l'écran correspond à la taille de l'image visible plus ses bords noirs qui ne sont pas recouverts de phosphore. L'image visible peut être parfaitement carrée ou rectangulaire tandis que les bords du CRT sont noirs et ont une courbure (comme dans les CRT à bande noire) ou les bords peuvent être noirs et vraiment plats (comme dans les CRT Flatron), ou les bords de l'image peut suivre la courbure des bords du CRT, ce qui peut être le cas dans les CRT sans et avec bords noirs et bords incurvés. Les CRT à bande noire ont été fabriqués pour la première fois par Toshiba en 1972.

De petits CRT de moins de 3 pouces ont été conçus pour les téléviseurs portables tels que le MTV-1 et les viseurs des caméscopes. Dans ceux-ci, il n'y a peut-être pas de bords noirs, qui sont cependant vraiment plats.

La majeure partie du poids d'un tube cathodique provient de l'écran en verre épais, qui représente 65 % du poids total d'un tube cathodique. L'entonnoir et le col en verre représentent respectivement les 30 % et 5 % restants. Le verre dans l'entonnoir est plus fin que sur l'écran. Du verre trempé chimiquement ou thermiquement peut être utilisé pour réduire le poids du verre CRT.

Anode

Le revêtement conducteur externe est connecté à la terre tandis que le revêtement conducteur interne est connecté à l'aide du bouton / capuchon d'anode via une série de condensateurs et de diodes (un générateur Cockcroft – Walton ) au transformateur flyback haute tension ; le revêtement intérieur est l'anode du CRT, qui, avec une électrode dans le canon à électrons, est également connue sous le nom d'anode finale. Le revêtement intérieur est relié à l'électrode à l'aide de ressorts. L'électrode fait partie d'une lentille bipotentielle. Les condensateurs et les diodes servent de multiplicateur de tension pour le courant délivré par le flyback.

Pour le revêtement de l'entonnoir interne, les CRT monochromes utilisent de l'aluminium tandis que les CRT couleur utilisent de l'aquadag ; Certains CRT peuvent utiliser de l'oxyde de fer à l'intérieur. À l'extérieur, la plupart des CRT (mais pas tous) utilisent aquadag. Aquadag est une peinture à base de graphite électriquement conductrice. Dans les CRT couleur, l'aquadag est pulvérisé à l'intérieur de l'entonnoir alors qu'historiquement l'aquadag était peint à l'intérieur des CRT monochromes.

L'anode sert à accélérer les électrons vers l'écran et collecte également les électrons secondaires qui sont émis par les particules de luminophore dans le vide du CRT.

La connexion du capuchon d'anode dans les CRT modernes doit être capable de gérer jusqu'à 55–60 kV selon la taille et la luminosité du CRT. Des tensions plus élevées permettent des CRT plus grands, une luminosité d'image plus élevée ou un compromis entre les deux. Il se compose d'un clip métallique qui se dilate à l'intérieur d'un bouton d'anode qui est intégré sur le verre de l'entonnoir du CRT. La connexion est isolée par une ventouse en silicone, éventuellement également en utilisant de la graisse silicone pour éviter les décharges corona .

Le bouton d'anode doit être spécialement formé pour établir un joint hermétique entre le bouton et l'entonnoir. Les rayons X peuvent fuir à travers le bouton d'anode, bien que ce ne soit peut-être pas le cas dans les nouveaux CRT de la fin des années 1970 au début des années 1980, grâce à une nouvelle conception de bouton et de clip. Le bouton peut être constitué d'un ensemble de 3 coupelles emboîtées, la coupelle la plus à l'extérieur étant constituée d'un alliage nickel-chrome-fer contenant 40 à 49 % de nickel et 3 à 6 % de chrome pour faciliter la fusion du bouton avec l'entonnoir verre, avec une première coupelle intérieure en fer épais bon marché pour se protéger contre les rayons X, et la deuxième coupelle la plus à l'intérieur étant également en fer ou en tout autre métal électriquement conducteur pour se connecter au clip. Les gobelets doivent être suffisamment résistants à la chaleur et avoir des coefficients de dilatation thermique similaires à ceux du verre à entonnoir pour résister à la fusion avec le verre à entonnoir. Le côté intérieur du bouton est connecté au revêtement conducteur intérieur du CRT. Le bouton d'anode peut être fixé à l'entonnoir pendant qu'il est pressé en forme dans un moule. En variante, le blindage contre les rayons X peut à la place être intégré dans le clip.

Le transformateur flyback est également appelé IHVT (Integrated High Voltage Transformer) s'il comprend un multiplicateur de tension. Le flyback utilise un noyau en céramique ou en poudre de fer pour permettre un fonctionnement efficace à hautes fréquences. Le flyback contient un enroulement primaire et de nombreux enroulements secondaires qui fournissent plusieurs tensions différentes. L'enroulement secondaire principal fournit au multiplicateur de tension des impulsions de tension pour finalement fournir au CRT la tension d'anode élevée qu'il utilise, tandis que les enroulements restants fournissent la tension de filament du CRT, les impulsions de manipulation, la tension de mise au point et les tensions dérivées de la trame de balayage. Lorsque le transformateur est éteint, le champ magnétique du flyback s'effondre rapidement, ce qui induit une haute tension dans ses enroulements. La vitesse à laquelle le champ magnétique s'effondre détermine la tension induite, de sorte que la tension augmente parallèlement à sa vitesse. Un condensateur (Retrace Timing Capacitor) ou une série de condensateurs (pour assurer la redondance) est utilisé pour ralentir l'effondrement du champ magnétique.

La conception de l'alimentation haute tension d'un produit utilisant un CRT a une influence sur la quantité de rayons X émis par le CRT. La quantité de rayons X émis augmente à la fois avec des tensions et des courants plus élevés. Si le produit tel qu'un téléviseur utilise une alimentation haute tension non régulée, ce qui signifie que la tension d'anode et de mise au point diminue avec l'augmentation du courant d'électrons lors de l'affichage d'une image lumineuse, la quantité de rayons X émis est la plus élevée lorsque le CRT affiche a des images modérément lumineuses, car lors de l'affichage d'images sombres ou lumineuses, la tension d'anode plus élevée contrecarre le courant de faisceau d'électrons inférieur et vice versa respectivement. Les tubes à vide du régulateur et du redresseur haute tension de certains anciens téléviseurs à tube cathodique peuvent également émettre des rayons X.

Canon à électrons

Le canon à électrons émet les électrons qui finissent par frapper les luminophores sur l'écran du CRT. Le canon à électrons contient un élément chauffant, qui chauffe une cathode, qui génère des électrons qui, à l'aide de grilles, sont focalisés et finalement accélérés dans l'écran du CRT. L'accélération se produit en conjonction avec le revêtement intérieur en aluminium ou Aquadag du CRT. Le canon à électrons est positionné de manière à viser le centre de l'écran. Il se trouve à l'intérieur du col du CRT, et il est maintenu ensemble et monté sur le col à l'aide de billes de verre ou de tiges de support en verre, qui sont les bandes de verre sur le canon à électrons. Le canon à électrons est fabriqué séparément puis placé à l'intérieur du col par un processus appelé "enroulement", ou scellement. Le canon à électrons a une plaquette de verre qui est fusionnée au col du CRT. Les connexions au canon à électrons pénètrent dans la tranche de verre. Une fois que le canon à électrons est à l'intérieur du cou, ses parties métalliques (grilles) sont arquées entre elles en utilisant une haute tension pour lisser les bords rugueux dans un processus appelé cognement ponctuel, pour empêcher les bords rugueux des grilles de générer des électrons secondaires.

Construction et mode de fonctionnement

Il a une cathode chaude qui est chauffée par un élément chauffant à filament de tungstène ; le réchauffeur peut consommer de 0,5 à 2 A de courant selon le CRT. La tension appliquée à l'élément chauffant peut affecter la durée de vie du CRT. Le chauffage de la cathode dynamise les électrons qu'elle contient, facilitant l'émission d'électrons, tandis qu'en même temps le courant est fourni à la cathode; généralement entre 140 mA à 1,5 V et 600 mA à 6,3 V. La cathode crée un nuage d'électrons (émet des électrons) dont les électrons sont extraits, accélérés et focalisés en un faisceau d'électrons. Les CRT couleur ont trois cathodes : une pour le rouge, le vert et le bleu. L'élément chauffant se trouve à l'intérieur de la cathode mais ne la touche pas ; la cathode a sa propre connexion électrique séparée. La cathode est enduite sur un morceau de nickel qui fournit la connexion électrique et le support structurel ; le radiateur se trouve à l'intérieur de cette pièce sans la toucher.

Plusieurs courts-circuits peuvent survenir dans un canon à électrons CRT. L'un est un court-circuit de l'élément chauffant à la cathode, qui provoque l'émission permanente d'électrons par la cathode, ce qui peut provoquer une image avec une teinte rouge vif, verte ou bleue avec des lignes de retour, selon la ou les cathodes affectées. Alternativement, la cathode peut court-circuiter la grille de commande, provoquant éventuellement des effets similaires, ou la grille de commande et la grille d'écran (G2) peuvent court-circuiter, provoquant une image très sombre ou aucune image du tout. La cathode peut être entourée d'un écran pour empêcher la pulvérisation .

La cathode est en oxyde de baryum qu'il faut activer par chauffage pour lui permettre de libérer des électrons. L'activation est nécessaire car l'oxyde de baryum n'est pas stable dans l'air, il est donc appliqué à la cathode sous forme de carbonate de baryum, qui ne peut pas émettre d'électrons. L'activation chauffe le carbonate de baryum pour le décomposer en oxyde de baryum et en dioxyde de carbone tout en formant une fine couche de baryum métallique sur la cathode. L'activation se produit pendant l'évacuation (en même temps qu'un vide se forme dans) le CRT. Après activation, l'oxyde peut être endommagé par plusieurs gaz courants tels que la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone et l'oxygène. En variante, le carbonate de baryum, de strontium et de calcium peut être utilisé à la place du carbonate de baryum, produisant des oxydes de baryum, de strontium et de calcium après activation. Pendant le fonctionnement, l'oxyde de baryum est chauffé à 800-1000°C, moment auquel il commence à libérer des électrons.

Puisqu'il s'agit d'une cathode chaude, elle est sujette à l'empoisonnement de la cathode, qui est la formation d'une couche d'ions positifs qui empêche la cathode d'émettre des électrons, réduisant la luminosité de l'image de manière significative ou complète et provoquant une focalisation et une intensité affectées par la fréquence de la signal vidéo empêchant l'affichage d'images détaillées par le CRT. Les ions positifs proviennent des restes de molécules d'air à l'intérieur du CRT ou de la cathode elle-même qui réagissent au fil du temps avec la surface de la cathode chaude. Des métaux réducteurs tels que le manganèse, le zirconium, le magnésium, l'aluminium ou le titane peuvent être ajoutés à la pièce de nickel pour allonger la durée de vie de la cathode, car lors de l'activation, les métaux réducteurs diffusent dans l'oxyde de baryum, améliorant sa durée de vie, en particulier à haute électron courants de faisceau. Dans les CRT couleur à cathodes rouge, verte et bleue, une ou plusieurs cathodes peuvent être affectées indépendamment des autres, entraînant une perte totale ou partielle d'une ou plusieurs couleurs. Les CRT peuvent s'user ou brûler en raison d'un empoisonnement de la cathode. L'empoisonnement cathodique est accéléré par l'augmentation du courant cathodique (overdrive). Dans les CRT couleur, puisqu'il y a trois cathodes, une pour le rouge, le vert et le bleu, une seule ou plusieurs cathodes empoisonnées peuvent entraîner la perte partielle ou complète d'une ou plusieurs couleurs, teintant l'image. La couche peut également agir comme un condensateur en série avec la cathode, induisant un retard thermique. La cathode peut à la place être constituée d'oxyde de scandium ou l'incorporer comme dopant, pour retarder l'empoisonnement de la cathode, prolongeant la durée de vie de la cathode jusqu'à 15 %.

La quantité d'électrons générés par les cathodes est liée à leur surface. Une cathode avec plus de surface crée plus d'électrons, dans un nuage d'électrons plus grand, ce qui rend plus difficile la focalisation du nuage d'électrons en un faisceau d'électrons. Normalement, seule une partie de la cathode émet des électrons à moins que le CRT n'affiche des images avec des parties à pleine luminosité d'image; seules les parties à pleine luminosité font émettre des électrons à toute la cathode. La zone de la cathode qui émet des électrons augmente du centre vers l'extérieur à mesure que la luminosité augmente, de sorte que l'usure de la cathode peut être inégale. Lorsque seul le centre de la cathode est usé, le CRT peut éclairer fortement les parties des images qui ont une luminosité d'image complète mais ne pas montrer du tout les parties les plus sombres des images, dans un tel cas, le CRT affiche une mauvaise caractéristique gamma.

La deuxième grille (écran) du canon (G2) accélère les électrons vers l'écran en utilisant plusieurs centaines de volts continus. Un courant négatif est appliqué à la première grille (de contrôle) (G1) pour faire converger le faisceau d'électrons. G1 est en pratique un cylindre de Wehnelt . La luminosité de l'écran n'est pas contrôlée en faisant varier la tension d'anode ni le courant du faisceau d'électrons (ils ne varient jamais) bien qu'ils aient une influence sur la luminosité de l'image, la luminosité de l'image est plutôt contrôlée en faisant varier la différence de tension entre la cathode et le G1 grille de contrôle. Une troisième grille (G3) focalise électrostatiquement le faisceau d'électrons avant qu'il ne soit dévié et accéléré par la tension d'anode sur l'écran. La focalisation électrostatique du faisceau d'électrons peut être réalisée à l'aide d'une lentille d'Einzel alimentée jusqu'à 600 volts. Avant la focalisation électrostatique, la focalisation du faisceau d'électrons nécessitait un système de focalisation mécanique important, lourd et complexe placé à l'extérieur du canon à électrons.

Cependant, la focalisation électrostatique ne peut pas être accomplie près de l'anode finale du CRT en raison de sa haute tension dans les dizaines de kilovolts, donc une électrode haute tension (≈600 à 8000 volts), ainsi qu'une électrode à la tension d'anode finale du CRT , peut être utilisé pour la mise au point à la place. Un tel agencement est appelé lentille bipotentielle, qui offre également des performances supérieures à celles d'une lentille Einzel, ou la focalisation peut être réalisée à l'aide d'une bobine de focalisation magnétique associée à une tension d'anode élevée de plusieurs dizaines de kilovolts. Cependant, la focalisation magnétique est coûteuse à mettre en œuvre, elle est donc rarement utilisée en pratique. Certains CRT peuvent utiliser deux grilles et lentilles pour focaliser le faisceau d'électrons. La tension de focalisation est générée dans le flyback à l'aide d'un sous-ensemble de l'enroulement haute tension du flyback en conjonction avec un diviseur de tension résistif. L'électrode de mise au point est connectée le long des autres connexions qui se trouvent dans le col du CRT.

Il existe une tension appelée tension de coupure qui est la tension qui crée du noir sur l'écran puisqu'elle fait disparaître l'image sur l'écran créée par le faisceau d'électrons, la tension est appliquée sur G1. Dans un CRT couleur avec trois pistolets, les pistolets ont des tensions de coupure différentes. De nombreux CRT partagent la grille G1 et G2 sur les trois pistolets, augmentant la luminosité de l'image et simplifiant le réglage car sur ces CRT, il existe une seule tension de coupure pour les trois pistolets (puisque G1 est partagé entre tous les pistolets). mais en plaçant une contrainte supplémentaire sur l'amplificateur vidéo utilisé pour alimenter la vidéo dans les cathodes du canon à électrons, car la tension de coupure devient plus élevée. Les CRT monochromes ne souffrent pas de ce problème. Dans les CRT monochromes, la vidéo est envoyée au pistolet en faisant varier la tension sur la première grille de contrôle.

Pendant le retraçage du faisceau d'électrons, le préamplificateur qui alimente l'amplificateur vidéo est désactivé et l'amplificateur vidéo est polarisé à une tension supérieure à la tension de coupure pour empêcher l'affichage des lignes de retraçage, ou G1 peut avoir une grande tension négative appliquée pour empêcher électrons de sortir de la cathode. C'est ce qu'on appelle le masquage. (voir Intervalle de suppression verticale et Intervalle de suppression horizontale .) Une polarisation incorrecte peut entraîner des lignes de retour visibles sur une ou plusieurs couleurs, créant des lignes de retour teintées ou blanches (par exemple, teintées de rouge si la couleur rouge est affectée, teintées de magenta si le les couleurs rouge et bleu sont affectées, et le blanc si toutes les couleurs sont affectées). Alternativement, l'amplificateur peut être piloté par un processeur vidéo qui introduit également un OSD (affichage à l'écran) dans le flux vidéo qui est introduit dans l'amplificateur, en utilisant un signal de suppression rapide. Les téléviseurs et les moniteurs d'ordinateur qui intègrent des CRT ont besoin d'un circuit de restauration CC pour fournir un signal vidéo au CRT avec une composante CC, restaurant la luminosité d'origine des différentes parties de l'image.

Le faisceau d'électrons peut être affecté par le champ magnétique terrestre, l'amenant à entrer normalement dans la lentille de focalisation de manière décentrée; cela peut être corrigé à l'aide des commandes d'astigmatisme. Les commandes d'astigmatisme sont à la fois magnétiques et électroniques (dynamiques); le magnétique fait la majeure partie du travail tandis que l'électronique est utilisée pour les réglages fins. L'une des extrémités du canon à électrons comporte un disque de verre dont les bords sont fusionnés avec le bord du col du CRT, éventuellement à l'aide de fritte ; les fils métalliques qui relient le canon à électrons à l'extérieur traversent le disque.

Certains canons à électrons ont une lentille quadripolaire avec mise au point dynamique pour modifier la forme et ajuster la mise au point du faisceau d'électrons, en faisant varier la tension de mise au point en fonction de la position du faisceau d'électrons pour maintenir la netteté de l'image sur tout l'écran, en particulier dans les coins. Ils peuvent également avoir une résistance de fuite pour dériver des tensions pour les grilles à partir de la tension d'anode finale.

Une fois les tubes cathodiques fabriqués, ils ont été vieillis pour permettre à l'émission cathodique de se stabiliser.

Les canons à électrons des CRT couleur sont pilotés par un amplificateur vidéo qui prend un signal par canal de couleur et l'amplifie à 40-170 V par canal, pour l'alimenter dans les cathodes du canon à électrons ; chaque canon à électrons a son propre canal (un par couleur) et tous les canaux peuvent être pilotés par le même amplificateur, qui possède en interne trois canaux séparés. Les capacités de l'amplificateur limitent la résolution, le taux de rafraîchissement et le rapport de contraste du CRT, car l'amplificateur doit fournir simultanément une bande passante élevée et des variations de tension ; des résolutions et des taux de rafraîchissement plus élevés nécessitent des bandes passantes plus élevées (vitesse à laquelle la tension peut varier et donc basculer entre le noir et le blanc) et des rapports de contraste plus élevés nécessitent des variations de tension ou une amplitude plus élevées pour des niveaux de noir inférieurs et de blanc supérieurs. Une bande passante de 30 MHz peut généralement fournir une résolution de 720p ou 1080i, tandis que 20 MHz fournit généralement environ 600 lignes de résolution (horizontales, de haut en bas), par exemple. La différence de tension entre la cathode et la grille de commande est ce qui module le faisceau d'électrons, modulant son courant et donc la luminosité de l'image. Les luminophores utilisés dans les CRT couleur produisent différentes quantités de lumière pour une quantité d'énergie donnée, donc pour produire du blanc sur un CRT couleur, les trois pistolets doivent produire des quantités d'énergie différentes. Le pistolet qui produit le plus d'énergie est le pistolet rouge car le phosphore rouge émet le moins de lumière.

Gamma

Les CRT ont une caractéristique de triode prononcée , ce qui se traduit par un gamma significatif (une relation non linéaire dans un canon à électrons entre la tension vidéo appliquée et l'intensité du faisceau).

Déviation

Il existe deux types de déviation : magnétique et électrostatique. Le magnétique est généralement utilisé dans les téléviseurs et les moniteurs car il permet des angles de déviation plus élevés (et donc des CRT moins profonds) et une puissance de déviation (qui permet un courant de faisceau d'électrons plus élevé et donc des images plus lumineuses) tout en évitant le besoin de hautes tensions pour une déviation jusqu'à 2000 volts, tandis que les oscilloscopes utilisent souvent la déviation électrostatique puisque les formes d'onde brutes capturées par l'oscilloscope peuvent être appliquées directement (après amplification) aux plaques de déviation électrostatique verticale à l'intérieur du CRT.

Déviation magnétique

Ceux qui utilisent la déviation magnétique peuvent utiliser une culasse qui a deux paires de bobines de déviation ; une paire pour la déviation verticale et une autre pour la déviation horizontale. La culasse peut être collée (être intégrale) ou amovible. Ceux qui étaient collés utilisaient de la colle ou un plastique pour coller le joug à la zone entre le col et l'entonnoir du CRT tandis que ceux avec des jougs amovibles sont serrés. La culasse génère de la chaleur dont l'évacuation est essentielle puisque la conductivité du verre augmente avec l'augmentation de la température, le verre doit être isolant pour que le CRT reste utilisable comme condensateur. La température du verre sous la culasse est ainsi contrôlée lors de la conception d'une nouvelle culasse. La culasse contient les bobines de déviation et de convergence avec un noyau de ferrite pour réduire la perte de force magnétique ainsi que les anneaux magnétisés utilisés pour aligner ou ajuster les faisceaux d'électrons dans les CRT couleur (les anneaux de pureté et de convergence des couleurs, par exemple) et les CRT monochromes. La culasse peut être connectée à l'aide d'un connecteur, l'ordre dans lequel les bobines de déviation de la culasse sont connectées détermine l'orientation de l'image affichée par le CRT. Les bobines de déviation peuvent être maintenues en place à l'aide de colle polyuréthane.

Les bobines de déviation sont pilotées par des signaux en dents de scie qui peuvent être délivrés via VGA sous forme de signaux de synchronisation horizontale et verticale. Un CRT a besoin de deux circuits de déviation : un circuit horizontal et un circuit vertical, qui sont similaires, sauf que le circuit horizontal fonctionne à une fréquence beaucoup plus élevée (une fréquence de balayage horizontale ) de 15 à 240 kHz en fonction du taux de rafraîchissement du CRT et du nombre de lignes horizontales à tracer (la résolution verticale du CRT). La fréquence plus élevée le rend plus sensible aux interférences, de sorte qu'un circuit de contrôle automatique de fréquence (AFC) peut être utilisé pour verrouiller la phase du signal de déviation horizontale sur celle d'un signal de synchronisation, afin d'éviter que l'image ne soit déformée en diagonale. La fréquence verticale varie en fonction du taux de rafraîchissement du CRT. Ainsi, un CRT avec un taux de rafraîchissement de 60 Hz a un circuit de déviation verticale fonctionnant à 60 Hz. Les signaux de déviation horizontale et verticale peuvent être générés à l'aide de deux circuits qui fonctionnent différemment ; le signal de déviation horizontale peut être généré à l'aide d'un oscillateur commandé en tension (VCO) tandis que le signal vertical peut être généré à l'aide d'un oscillateur à relaxation déclenché. Dans de nombreux téléviseurs, les fréquences auxquelles fonctionnent les bobines de déviation sont en partie déterminées par la valeur d'inductance des bobines. Les CRT avaient des angles de déviation différents; plus l'angle de déviation est élevé, plus le CRT est peu profond pour une taille d'écran donnée, mais au prix d'une plus grande puissance de déviation et de performances optiques inférieures.

Une puissance de déviation plus élevée signifie que plus de courant est envoyé aux bobines de déviation pour plier le faisceau d'électrons à un angle plus élevé, ce qui peut à son tour générer plus de chaleur ou nécessiter une électronique capable de gérer l'augmentation de puissance. La chaleur est générée en raison des pertes résistives et du noyau. La puissance de déviation est mesurée en mA par pouce. Les bobines de déviation verticale peuvent nécessiter environ 24 volts tandis que les bobines de déviation horizontale nécessitent env. 120 volts pour fonctionner.

Les bobines de déviation sont pilotées par des amplificateurs de déviation. Les bobines de déviation horizontale peuvent également être pilotées en partie par l'étage de sortie horizontal d'un téléviseur. L'étage contient un condensateur en série avec les bobines de déviation horizontale qui remplit plusieurs fonctions, parmi lesquelles : la mise en forme du signal de déviation en dents de scie pour correspondre à la courbure du CRT et le centrage de l'image en empêchant une polarisation CC de se développer sur la bobine. Au début du retracement, le champ magnétique de la bobine s'effondre, provoquant le retour du faisceau d'électrons au centre de l'écran, tandis qu'en même temps la bobine renvoie de l'énergie dans des condensateurs, dont l'énergie est ensuite utilisée pour forcer l'électron faisceau pour aller à gauche de l'écran.

En raison de la fréquence élevée à laquelle les bobines de déviation horizontale fonctionnent, l'énergie dans les bobines de déviation doit être recyclée pour réduire la dissipation thermique. Le recyclage se fait en transférant l'énergie du champ magnétique des bobines de déviation à un ensemble de condensateurs. La tension sur les bobines de déviation horizontale est négative lorsque le faisceau d'électrons est sur le côté gauche de l'écran et positive lorsque le faisceau d'électrons est sur le côté droit de l'écran. L'énergie nécessaire à la déviation dépend de l'énergie des électrons. Les faisceaux d'électrons à haute énergie (tension et/ou courant) ont besoin de plus d'énergie pour être déviés et sont utilisés pour obtenir une luminosité d'image plus élevée.

Déviation électrostatique

Principalement utilisé dans les oscilloscopes. La déviation est effectuée en appliquant une tension sur deux paires de plaques, l'une pour la déviation horizontale et l'autre pour la déviation verticale. Le faisceau d'électrons est dirigé en faisant varier la différence de tension entre les plaques d'une paire; Par exemple, appliquer une tension de 200 volts sur la plaque supérieure de la paire de déflexion verticale, tout en maintenant la tension dans la plaque inférieure à 0 volt, provoquera une déviation du faisceau d'électrons vers la partie supérieure de l'écran ; augmenter la tension dans la plaque supérieure tout en maintenant la plaque inférieure à 0 entraînera la déviation du faisceau d'électrons vers un point plus élevé de l'écran (cela entraînera la déviation du faisceau à un angle de déviation plus élevé). Il en va de même pour les plaques de déviation horizontale. L'augmentation de la longueur et de la proximité entre les plaques d'une paire peut également augmenter l'angle de déviation.

Rodage

Le rodage se produit lorsque les images sont physiquement «gravées» sur l'écran du CRT; cela se produit en raison de la dégradation des luminophores due au bombardement électronique prolongé des luminophores, et se produit lorsqu'une image ou un logo fixe reste trop longtemps sur l'écran, le faisant apparaître comme une image "fantôme" ou, dans les cas graves, également lorsque le CRT est éteint. Pour contrer cela, des économiseurs d'écran ont été utilisés dans les ordinateurs pour minimiser le burn-in. Le rodage n'est pas exclusif aux CRT, car il arrive également aux écrans plasma et aux écrans OLED.

Évacuation

Les tubes cathodiques sont évacués ou épuisés (un vide se forme) à l'intérieur d'un four à env. 375–475 ° C, dans un processus appelé cuisson ou étuvage. Le processus d'évacuation dégaze également tous les matériaux à l'intérieur du CRT, tout en en décomposant d'autres tels que l'alcool polyvinylique utilisé pour appliquer les luminophores. Le chauffage et le refroidissement se font progressivement pour éviter d'induire des contraintes, de rigidifier et éventuellement de fissurer le verre ; le four chauffe les gaz à l'intérieur du CRT, augmentant la vitesse des molécules de gaz, ce qui augmente les chances qu'elles soient aspirées par la pompe à vide. La température du CRT est maintenue en dessous de celle du four, et le four commence à refroidir juste après que le CRT ait atteint 400 °C, ou, le CRT a été maintenu à une température supérieure à 400 °C pendant 15 à 55 minutes . Le CRT a été chauffé pendant ou après l'évacuation, et la chaleur peut avoir été utilisée simultanément pour faire fondre la fritte dans le CRT, joignant l'écran et l'entonnoir. La pompe utilisée est une pompe turbomoléculaire ou une pompe à diffusion . Autrefois, des pompes à vide au mercure étaient également utilisées. Après la cuisson, le CRT est déconnecté ("scellé ou déconnecté") de la pompe à vide. Le getter est ensuite activé à l'aide d'une bobine RF (induction). Le getter se trouve généralement dans l'entonnoir ou dans le col du CRT. Le matériau getter, qui est souvent à base de baryum, capte toutes les particules de gaz restantes lorsqu'il s'évapore en raison du chauffage induit par la bobine RF (qui peut être combiné avec un chauffage exothermique dans le matériau) ; la vapeur remplit le CRT, piégeant toutes les molécules de gaz qu'elle rencontre et se condense à l'intérieur du CRT formant une couche qui contient des molécules de gaz piégées. De l'hydrogène peut être présent dans le matériau pour aider à répartir la vapeur de baryum. Le matériau est chauffé à des températures supérieures à 1000 °C, provoquant son évaporation. Une perte partielle de vide dans un CRT peut entraîner une image floue, une lueur bleue dans le col du CRT, des flashovers, une perte d'émission cathodique ou des problèmes de mise au point. Le vide à l'intérieur d'un CRT fait que la pression atmosphérique exerce (dans un CRT de 27 pouces) une pression de 5 800 livres (2 600 kg) au total.

Reconstitution

Les CRT étaient autrefois reconstruits; réparé ou remis à neuf. Le processus de reconstruction comprenait le démontage du CRT, le démontage et la réparation ou le remplacement du ou des canons à électrons, l'élimination et la redéposition des luminophores et de l' aquadag , etc. La reconstruction était populaire jusque dans les années 1960 car les CRT étaient chers et s'usaient rapidement, faire réparer en vaut la peine. Le dernier reconstructeur CRT aux États-Unis a fermé en 2010, et le dernier en Europe, RACS, qui était situé en France, a fermé en 2013.

Réactivation

Aussi connu sous le nom de rajeunissement, l'objectif est de restaurer temporairement la luminosité d'un CRT usé. Cela se fait souvent en augmentant soigneusement la tension sur le réchauffeur de cathode et le courant et la tension sur les grilles de commande du canon à électrons, soit manuellement, soit à l'aide d'un dispositif spécial appelé régénérateur CRT. Certains régénérateurs peuvent également réparer les courts-circuits entre le réchauffeur et la cathode en exécutant une décharge capacitive à travers le court-circuit.

Phosphores

Les phosphores dans les CRT émettent des électrons secondaires car ils se trouvent à l'intérieur du vide du CRT. Les électrons secondaires sont collectés par l'anode du CRT. Les électrons secondaires générés par les luminophores doivent être collectés pour empêcher les charges de se développer dans l'écran, ce qui conduirait à une luminosité réduite de l'image puisque la charge repousserait le faisceau d'électrons.

Les luminophores utilisés dans les CRT contiennent souvent des métaux de terres rares , remplaçant les anciens luminophores de gradateur. Les premiers luminophores rouges et verts contenaient du cadmium, et certains luminophores CRT noirs et blancs contenaient également de la poudre de béryllium, bien que des luminophores blancs contenant du cadmium, du zinc et du magnésium avec de l'argent, du cuivre ou du manganèse comme dopants aient également été utilisés. Les luminophores de terres rares utilisés dans les CRT sont plus efficaces (produisent plus de lumière) que les luminophores antérieurs. Les luminophores adhèrent à l'écran à cause de Van der Waals et des forces électrostatiques. Les phosphores composés de particules plus petites adhèrent plus fortement à l'écran. Les luminophores ainsi que le carbone utilisé pour empêcher le saignement de la lumière (dans les CRT couleur) peuvent être facilement éliminés par grattage.

Plusieurs dizaines de types de luminophores étaient disponibles pour les CRT. Les phosphores ont été classés en fonction de la couleur, de la persistance, des courbes de montée et de descente de la luminance, de la couleur en fonction de la tension d'anode (pour les phosphores utilisés dans les CRT à pénétration), de l'utilisation prévue, de la composition chimique, de la sécurité, de la sensibilité au rodage et des propriétés d'émission secondaires. Des exemples de luminophores de terres rares sont l'oxyde d'yittrium pour le rouge et le siliciure d'yittrium pour le bleu, tandis que des exemples de luminophores antérieurs sont le sulfure de cuivre et de cadmium pour le rouge,

Les luminophores SMPTE-C ont des propriétés définies par la norme SMPTE-C, qui définit un espace colorimétrique du même nom. La norme donne la priorité à une reproduction précise des couleurs, rendue difficile par les différents luminophores et espaces colorimétriques utilisés dans les systèmes de couleurs NTSC et PAL. Les téléviseurs PAL ont une reproduction des couleurs subjectivement meilleure en raison de l'utilisation de luminophores verts saturés, qui ont des temps de décroissance relativement longs qui sont tolérés en PAL car il y a plus de temps en PAL pour que les luminophores se désintègrent, en raison de sa fréquence d'images plus faible. Les luminophores SMPTE-C ont été utilisés dans les moniteurs vidéo professionnels.

Le revêtement de phosphore sur les CRT monochromes et couleur peut avoir un revêtement en aluminium sur sa face arrière utilisé pour réfléchir la lumière vers l'avant, fournir une protection contre les ions pour empêcher la brûlure des ions par des ions négatifs sur le phosphore, gérer la chaleur générée par les électrons entrant en collision avec le phosphore, empêcher l'électricité statique s'accumuler qui pourrait repousser les électrons de l'écran, faire partie de l'anode et collecter les électrons secondaires générés par les luminophores dans l'écran après avoir été touchés par le faisceau d'électrons, fournissant aux électrons un chemin de retour. Le faisceau d'électrons traverse le revêtement en aluminium avant de toucher les luminophores de l'écran ; l'aluminium atténue la tension du faisceau d'électrons d'environ 1 kv. Un film ou un vernis peut être appliqué sur les luminophores pour réduire la rugosité de surface de la surface formée par les luminophores pour permettre au revêtement d'aluminium d'avoir une surface uniforme et l'empêcher de toucher le verre de l'écran. C'est ce qu'on appelle filmer. La laque contient des solvants qui sont ensuite évaporés ; la laque peut être rendue chimiquement rugueuse pour provoquer la création d'un revêtement d'aluminium avec des trous pour permettre aux solvants de s'échapper.

Persistance du phosphore

Divers luminophores sont disponibles en fonction des besoins de l'application de mesure ou d'affichage. La luminosité, la couleur et la persistance de l'éclairage dépendent du type de luminophore utilisé sur l'écran CRT. Les phosphores sont disponibles avec des persistances allant de moins d'une microseconde à plusieurs secondes. Pour l'observation visuelle d'événements transitoires brefs, un luminophore à longue persistance peut être souhaitable. Pour les événements rapides et répétitifs, ou à haute fréquence, un luminophore à courte persistance est généralement préférable. La persistance du phosphore doit être suffisamment faible pour éviter les artefacts de maculage ou d'image fantôme à des taux de rafraîchissement élevés.

Limitations et solutions de contournement

Épanouissement

Les variations de tension d'anode peuvent entraîner des variations de luminosité dans certaines parties ou dans l'ensemble de l'image, en plus de la floraison, du rétrécissement ou de l'agrandissement ou de la réduction de l'image. Des tensions plus basses entraînent une floraison et un zoom avant, tandis que des tensions plus élevées font le contraire. Une certaine floraison est inévitable, ce qui peut être vu comme des zones claires d'une image qui s'agrandissent, se déforment ou écartent les zones plus sombres environnantes de la même image. La floraison se produit parce que les zones lumineuses ont un courant de faisceau d'électrons plus élevé provenant du canon à électrons, ce qui rend le faisceau plus large et plus difficile à focaliser. Une mauvaise régulation de la tension entraîne une baisse de la focalisation et de la tension de l'anode avec l'augmentation du courant du faisceau d'électrons.

Domage

Le doming est un phénomène que l'on retrouve sur certains téléviseurs à tube cathodique dans lequel des parties du masque perforé s'échauffent. Dans les téléviseurs qui présentent ce comportement, il a tendance à se produire dans des scènes à contraste élevé dans lesquelles il y a une scène largement sombre avec un ou plusieurs points lumineux localisés. Lorsque le faisceau d'électrons frappe le masque perforé dans ces zones, il chauffe de manière inégale. Le masque perforé se déforme en raison des différences de chaleur, ce qui fait que le canon à électrons frappe les mauvais luminophores colorés et que des couleurs incorrectes s'affichent dans la zone affectée. La dilatation thermique entraîne une dilatation du masque perforé d'environ 100 microns.

En fonctionnement normal, le masque perforé est chauffé à environ 80–90 °C. Les zones lumineuses des images chauffent le masque perforé plus que les zones sombres, ce qui entraîne un chauffage irrégulier du masque perforé et une déformation (efflorescence) due à la dilatation thermique causée par le chauffage par un courant de faisceau d'électrons accru. Le masque d'ombre est généralement en acier, mais il peut être en Invar (un alliage nickel-fer à faible dilatation thermique) car il résiste deux à trois fois plus de courant que les masques conventionnels sans déformation notable, tout en facilitant l'obtention de CRT à plus haute résolution. . Des revêtements qui dissipent la chaleur peuvent être appliqués sur le masque d'ombre pour limiter la floraison dans un processus appelé noircissement.

Des ressorts bimétalliques peuvent être utilisés dans les CRT utilisés dans les téléviseurs pour compenser la déformation qui se produit lorsque le faisceau d'électrons chauffe le masque perforé, provoquant une dilatation thermique. Le masque d'ombre est installé sur l'écran à l'aide de pièces métalliques ou d'un rail ou d'un cadre qui est fusionné à l'entonnoir ou au verre de l'écran respectivement, maintenant le masque d'ombre en tension pour minimiser le gauchissement (si le masque est plat, utilisé dans les écrans plats CRT écrans d'ordinateur) et permettant une luminosité et un contraste d'image plus élevés.

Les écrans à grille d'ouverture sont plus lumineux car ils laissent passer plus d'électrons, mais ils nécessitent des fils de support. Ils sont également plus résistants à la déformation. Les CRT couleur nécessitent des tensions d'anode plus élevées que les CRT monochromes pour obtenir la même luminosité, car le masque d'ombre bloque la majeure partie du faisceau d'électrons. Les masques à fente et spécialement les grilles d'ouverture ne bloquent pas autant d'électrons, ce qui donne une image plus lumineuse pour une tension d'anode donnée, mais les CRT à grille d'ouverture sont plus lourds. Les masques d'ombre bloquent 80 à 85% du faisceau d'électrons tandis que les grilles d'ouverture permettent à plus d'électrons de passer.

Haute tension

La luminosité de l'image est liée à la tension d'anode et à la taille des tubes cathodiques, de sorte que des tensions plus élevées sont nécessaires à la fois pour les écrans plus grands et pour une luminosité d'image plus élevée. La luminosité de l'image est également contrôlée par le courant du faisceau d'électrons. Des tensions d'anode et des courants de faisceau d'électrons plus élevés signifient également des quantités plus élevées de rayons X et de génération de chaleur puisque les électrons ont une vitesse et une énergie plus élevées. Le verre au plomb et le verre spécial baryum-strontium sont utilisés pour bloquer la plupart des émissions de rayons X.

Taille

La taille est limitée par la tension d'anode, car elle nécessiterait une résistance diélectrique plus élevée pour empêcher la formation d'arc (décharge corona) et les pertes électriques et la génération d'ozone qu'elle provoque, sans sacrifier la luminosité de l'image. Le poids du CRT, qui provient du verre épais nécessaire pour maintenir un vide en toute sécurité, impose une limite pratique à la taille d'un CRT. Le moniteur Sony PVM-4300 CRT de 43 pouces pèse 440 livres (200 kg). Les CRT plus petits pèsent beaucoup moins, par exemple, les CRT de 32 pouces pèsent jusqu'à 163 livres (74 kg) et les CRT de 19 pouces pèsent jusqu'à 60 livres (27 kg). A titre de comparaison, un téléviseur à écran plat de 32 pouces ne pèse qu'env. 18 livres (8,2 kg) et un téléviseur à écran plat de 19 pouces pèse 6,5 livres (2,9 kg).

Les masques d'ombre deviennent plus difficiles à créer avec l'augmentation de la résolution et de la taille.

Limites imposées par la flèche

À des angles de déviation, des résolutions et des taux de rafraîchissement élevés (puisque des résolutions et des taux de rafraîchissement plus élevés nécessitent des fréquences nettement plus élevées à appliquer aux bobines de déviation horizontale), la culasse de déviation commence à produire de grandes quantités de chaleur, en raison de la nécessité de déplacer le faisceau d'électrons à un angle plus élevé, ce qui nécessite à son tour des quantités de puissance exponentiellement plus grandes. A titre d'exemple, pour augmenter l'angle de déviation de 90 à 120°, la consommation électrique de la culasse doit également passer de 40 watts à 80 watts, et pour l'augmenter encore de 120 à 150°, la puissance de déviation doit à nouveau passer de 80 watts à 160 watts. Cela rend normalement les CRT qui vont au-delà de certains angles de déviation, résolutions et taux de rafraîchissement peu pratiques, car les bobines généreraient trop de chaleur en raison de la résistance causée par l' effet de peau , les pertes de courant de surface et de Foucault , et/ou pouvant causer le verre sous la bobine devenir conducteur (car la conductivité électrique du verre diminue avec l'augmentation de la température). Certaines culasses de déviation sont conçues pour dissiper la chaleur qui provient de leur fonctionnement. Des angles de déviation plus élevés dans les CRT couleur affectent directement la convergence aux coins de l'écran, ce qui nécessite des circuits de compensation supplémentaires pour gérer la puissance et la forme du faisceau d'électrons, ce qui entraîne des coûts et une consommation d'énergie plus élevés. Des angles de déviation plus élevés permettent à un CRT d'une taille donnée d'être plus mince, mais ils imposent également plus de contraintes sur l'enveloppe du CRT, en particulier sur le panneau, le joint entre le panneau et l'entonnoir et sur l'entonnoir. L'entonnoir doit être suffisamment long pour minimiser le stress, car un entonnoir plus long peut être mieux façonné pour réduire le stress.

Les types

Les tubes cathodiques ont été produits dans deux grandes catégories, les tubes image et les tubes d'affichage. Les tubes image étaient utilisés dans les téléviseurs tandis que les tubes d'affichage étaient utilisés dans les écrans d'ordinateur. Les tubes d'affichage n'avaient pas de surbalayage et avaient une résolution plus élevée. Les CRT à tube image ont un surbalayage, ce qui signifie que les bords réels de l'image ne sont pas affichés; ceci est délibéré pour permettre des variations de réglage entre les téléviseurs CRT, empêchant les bords irréguliers (dus à la floraison) de l'image d'être affichés à l'écran. Le masque perforé peut avoir des rainures qui réfléchissent les électrons qui n'atteignent pas l'écran en raison d'un surbalayage. Les tubes cathodiques couleur utilisés dans les téléviseurs étaient également connus sous le nom de CPT. Les tubes cathodiques sont aussi parfois appelés tubes de Braun.

CRT monochromes

Un CRT monochrome aluminisé. Le revêtement noir mat est Aquadag.
Le joug de déviation sur le col d'un CRT monochrome. Il a deux paires de bobines de déviation.

Si le tube cathodique est un tube cathodique noir et blanc (noir et blanc ou monochrome), il y a un seul canon à électrons dans le col et l'entonnoir est recouvert à l'intérieur d'aluminium qui a été appliqué par évaporation ; l'aluminium est évaporé sous vide et laissé se condenser à l'intérieur du CRT. L'aluminium élimine le besoin de pièges à ions , nécessaires pour empêcher la brûlure des ions sur le luminophore, tout en réfléchissant la lumière générée par le luminophore vers l'écran, en gérant la chaleur et en absorbant les électrons en leur fournissant un chemin de retour ; auparavant, les entonnoirs étaient enduits à l'intérieur d'aquadag, utilisé car il peut être appliqué comme de la peinture; les luminophores ont été laissés sans revêtement. L'aluminium a commencé à être appliqué sur les CRT dans les années 1950, recouvrant l'intérieur du CRT, y compris les luminophores, ce qui a également augmenté la luminosité de l'image puisque l'aluminium réfléchissait la lumière (qui serait autrement perdue à l'intérieur du CRT) vers l'extérieur du CRT. Dans les CRT monochromes aluminisés, Aquadag est utilisé à l'extérieur. Il y a un seul revêtement en aluminium recouvrant l'entonnoir et l'écran.

L'écran, l'entonnoir et le col sont fusionnés en une seule enveloppe, éventuellement à l'aide de joints en émail au plomb, un trou est fait dans l'entonnoir sur lequel le capuchon d'anode est installé et le phosphore, l'aquadag et l'aluminium sont ensuite appliqués. Auparavant, les CRT monochromes utilisaient des pièges à ions qui nécessitaient des aimants; l'aimant a été utilisé pour dévier les électrons des ions les plus difficiles à dévier, laissant passer les électrons tout en laissant les ions entrer en collision avec une feuille de métal à l'intérieur du canon à électrons. La brûlure ionique entraîne une usure prématurée du luminophore. Étant donné que les ions sont plus difficiles à dévier que les électrons, la brûlure ionique laisse un point noir au centre de l'écran.

Le revêtement intérieur en aquadag ou en aluminium était l'anode et servait à accélérer les électrons vers l'écran, à les collecter après avoir heurté l'écran tout en servant de condensateur avec le revêtement extérieur en aquadag. L'écran a un seul revêtement de phosphore uniforme et aucun masque d'ombre, n'ayant techniquement aucune limite de résolution.

Les CRT monochromes peuvent utiliser des aimants annulaires pour ajuster le centrage du faisceau d'électrons et des aimants autour de la culasse de déviation pour ajuster la géométrie de l'image.

CRT couleur

Vue agrandie d'un CRT couleur à masque d'ombre delta-gun
À gauche : vue agrandie des triades de luminophores en ligne (un masque de fente) CRT. À droite : vue agrandie des triades de phosphore du canon Delta.
Vue agrandie d'un CRT couleur Trinitron (grille d'ouverture). Un fin fil de support horizontal est visible.
Types de triade et de masque CRT
Spectres des luminophores bleus, verts et rouges constitutifs dans un CRT commun
Les canons à électrons en ligne d'un téléviseur CRT couleur

Les CRT couleur utilisent trois luminophores différents qui émettent respectivement une lumière rouge, verte et bleue. Ils sont regroupés en bandes (comme dans les conceptions de grille d'ouverture ) ou en grappes appelées «triades» (comme dans les CRT à masque d'ombre ).

Les CRT couleur ont trois canons à électrons, un pour chaque couleur primaire (rouge, vert et bleu) disposés soit en ligne droite (en ligne), soit dans une configuration triangulaire équilatérale (les canons sont généralement construits comme une seule unité). (La configuration triangulaire est souvent appelée "delta-gun", en raison de sa relation avec la forme de la lettre grecque delta Δ.) La disposition des luminophores est la même que celle des canons à électrons. Une grille ou un masque absorbe les électrons qui, autrement, frapperaient le mauvais luminophore.

Un tube de masque d'ombre utilise une plaque métallique avec de minuscules trous, généralement dans une configuration delta, placée de sorte que le faisceau d'électrons n'éclaire que les bons luminophores sur la face du tube; bloquer tous les autres électrons. Les masques d'ombre qui utilisent des fentes au lieu de trous sont appelés masques de fente. Les trous ou les fentes sont effilés de sorte que les électrons qui frappent l'intérieur de n'importe quel trou seront réfléchis, s'ils ne sont pas absorbés (par exemple en raison d'une accumulation de charge locale), au lieu de rebondir à travers le trou pour frapper un (mauvais) endroit aléatoire sur l'écran. Un autre type de CRT couleur (Trinitron) utilise une grille d'ouverture de fils verticaux tendus pour obtenir le même résultat. Le masque d'ombre a un seul trou pour chaque triade. Le masque d'ombre est généralement à 1/2 pouce derrière l'écran.

Les CRT Trinitron étaient différents des autres CRT couleur en ce qu'ils avaient un seul canon à électrons avec trois cathodes, une grille d'ouverture qui laisse passer plus d'électrons, augmentant la luminosité de l'image (puisque la grille d'ouverture ne bloque pas autant d'électrons) et un écran cylindrique vertical , plutôt qu'un écran incurvé.

Les trois canons à électrons sont dans le cou (sauf pour les Trinitrons) et les luminophores rouge, vert et bleu sur l'écran peuvent être séparés par une grille ou matrice noire (appelée bande noire par Toshiba).

L'entonnoir est recouvert d'aquadag des deux côtés tandis que l'écran a un revêtement en aluminium séparé appliqué sous vide. Le revêtement en aluminium protège le luminophore des ions, absorbe les électrons secondaires, leur fournissant un chemin de retour, les empêchant de charger électrostatiquement l'écran qui repousserait alors les électrons et réduirait la luminosité de l'image, réfléchit la lumière des luminophores vers l'avant et aide à gérer la chaleur. Il sert également d'anode du CRT avec le revêtement intérieur Aquadag. Le revêtement interne est relié électriquement à une électrode du canon à électrons à l'aide de ressorts, formant l'anode finale. Le revêtement extérieur de l'aquadag est relié à la terre, éventuellement à l'aide d'une série de ressorts ou d'un harnais qui entre en contact avec l'aquadag.

Masque d'ombre

Le masque d'ombre absorbe ou réfléchit les électrons qui, autrement, frapperaient les mauvais points de phosphore, provoquant des problèmes de pureté des couleurs (décoloration des images) ; en d'autres termes, lorsqu'il est configuré correctement, le masque d'ombre aide à garantir la pureté des couleurs. Lorsque les électrons frappent le masque perforé, ils libèrent leur énergie sous forme de chaleur et de rayons X. Si les électrons ont trop d'énergie en raison d'une tension d'anode trop élevée par exemple, le masque perforé peut se déformer à cause de la chaleur, ce qui peut également se produire lors de la cuisson Lehr à env. 435 °C du joint en fritte entre la plaque frontale et l'entonnoir du CRT.

Les masques d'ombre ont été remplacés dans les téléviseurs par des masques à fente dans les années 1970, car les masques à fente laissent passer plus d'électrons, augmentant la luminosité de l'image. Les masques perforés peuvent être connectés électriquement à l'anode du CRT. Trinitron a utilisé un seul canon à électrons avec trois cathodes au lieu de trois canons complets. Les moniteurs CRT PC utilisent généralement des masques d'ombre, à l'exception du Trinitron de Sony, du Diamondtron de Mitsubishi et du Cromaclear de NEC ; Trinitron et Diamondtron utilisent des grilles d'ouverture tandis que Cromaclear utilise un masque de fente. Certains CRT à masque perforé ont des luminophores de couleur dont le diamètre est inférieur à celui des faisceaux d'électrons utilisés pour les éclairer, l'intention étant de couvrir tout le luminophore, augmentant la luminosité de l'image. Les masques d'ombre peuvent être pressés dans une forme incurvée.

Fabrication d'écrans

Les premiers CRT couleur n'avaient pas de matrice noire, qui a été introduite par Zenith en 1969 et Panasonic en 1970. La matrice noire élimine la fuite de lumière d'un luminophore à un autre puisque la matrice noire isole les points de phosphore les uns des autres, donc une partie du faisceau d'électrons touche la matrice noire. Ceci est également rendu nécessaire par le gauchissement du masque d'ombre. Un saignement léger peut toujours se produire en raison d'électrons parasites frappant de mauvais points de phosphore. À des résolutions et des taux de rafraîchissement élevés, les luminophores ne reçoivent qu'une très petite quantité d'énergie, ce qui limite la luminosité de l'image.

Plusieurs méthodes ont été utilisées pour créer la matrice noire. Un procédé recouvrait l'écran d'un photorésist tel qu'un photorésist d'alcool polyvinylique sensibilisé au dichromate qui était ensuite séché et exposé; les zones non exposées ont été supprimées et l'écran entier a été recouvert de graphite colloïdal pour créer un film de carbone, puis du peroxyde d'hydrogène a été utilisé pour éliminer la résine photosensible restante à côté du carbone qui se trouvait dessus, créant des trous qui à leur tour ont créé la matrice noire . La résine photosensible devait être de la bonne épaisseur pour assurer une adhérence suffisante à l'écran, tandis que l'étape d'exposition devait être contrôlée pour éviter les trous trop petits ou trop grands avec des bords irréguliers causés par la diffraction de la lumière, limitant finalement la résolution maximale des grandes couleurs CRT. Les trous ont ensuite été remplis de phosphore en utilisant la méthode décrite ci-dessus. Une autre méthode utilisait des luminophores en suspension dans un sel de diazonium aromatique qui adhérait à l'écran lorsqu'il était exposé à la lumière; les luminophores ont été appliqués, puis exposés pour les faire adhérer à l'écran, en répétant le processus une fois pour chaque couleur. Ensuite, du carbone a été appliqué sur les zones restantes de l'écran tout en exposant tout l'écran à la lumière pour créer la matrice noire, et un processus de fixation utilisant une solution polymère aqueuse a été appliqué à l'écran pour rendre les luminophores et la matrice noire résistants à l'eau. Le chrome noir peut être utilisé à la place du carbone dans la matrice noire. D'autres méthodes ont également été utilisées.

Les luminophores sont appliqués par photolithographie . La face interne de l'écran est recouverte de particules de phosphore en suspension dans une suspension de résine photosensible PVA, qui est ensuite séchée à l'aide d'une lumière infrarouge, exposée et développée. L'exposition se fait à l'aide d'un "phare" qui utilise une source de lumière ultraviolette avec une lentille correctrice pour permettre au CRT d'atteindre la pureté des couleurs. Des masques d'ombre amovibles avec des clips à ressort sont utilisés comme photomasques. Le processus est répété avec toutes les couleurs. Habituellement, le luminophore vert est le premier à être appliqué. Après l'application du luminophore, l'écran est cuit pour éliminer tous les produits chimiques organiques (tels que le PVA qui a été utilisé pour déposer le luminophore) qui peuvent rester sur l'écran. Alternativement, les luminophores peuvent être appliqués dans une chambre à vide en les évaporant et en les laissant se condenser sur l'écran, créant un revêtement très uniforme. Les premiers CRT couleur avaient leurs luminophores déposés par sérigraphie. Les luminophores peuvent être recouverts de filtres de couleur (face au spectateur), contenir un pigment de la couleur émise par le luminophore ou être encapsulés dans des filtres de couleur pour améliorer la pureté et la reproduction des couleurs tout en réduisant l'éblouissement. Une mauvaise exposition due à une lumière insuffisante entraîne une mauvaise adhérence du phosphore à l'écran, ce qui limite la résolution maximale d'un CRT, car les points de phosphore plus petits nécessaires pour des résolutions plus élevées ne peuvent pas recevoir autant de lumière en raison de leur taille plus petite.

Une fois l'écran recouvert de phosphore et d'aluminium et le masque perforé installé dessus, l'écran est collé à l'entonnoir à l'aide d'une fritte de verre pouvant contenir 65 à 88% d'oxyde de plomb en poids. L'oxyde de plomb est nécessaire pour que la fritte de verre ait une basse température de fusion. L'oxyde de bore (III) peut également être présent pour stabiliser la fritte, avec de la poudre d'alumine comme poudre de charge pour contrôler la dilatation thermique de la fritte. La fritte peut être appliquée sous forme de pâte constituée de particules de fritte en suspension dans de l'acétate d' amyle ou dans un polymère avec un monomère de méthacrylate d'alkyle avec un solvant organique pour dissoudre le polymère et le monomère. Le CRT est ensuite cuit dans un four dans ce qu'on appelle une cuisson Lehr, pour durcir la fritte, scellant l'entonnoir et l'écran ensemble. La fritte contient une grande quantité de plomb, ce qui fait que les CRT couleur contiennent plus de plomb que leurs homologues monochromes. Les CRT monochromes, en revanche, ne nécessitent pas de fritte; l'entonnoir peut être fusionné directement au verre en faisant fondre et en joignant les bords de l'entonnoir et de l'écran à l'aide de flammes de gaz. La fritte est utilisée dans les CRT couleur pour empêcher la déformation du masque perforé et de l'écran pendant le processus de fusion. Les bords de l'écran et de l'entonnoir du CRT ne sont jamais fondus. Un apprêt peut être appliqué sur les bords de l'entonnoir et du tamis avant l'application de la pâte de fritte pour améliorer l'adhérence. La cuisson Lehr consiste en plusieurs étapes successives qui chauffent puis refroidissent progressivement le CRT jusqu'à ce qu'il atteigne une température de 435 à 475 °C (d'autres sources peuvent indiquer des températures différentes, telles que 440 °C) Après la cuisson Lehr, le CRT est rincé avec de l'air ou de l'azote pour éliminer les contaminants, le canon à électrons est inséré et scellé dans le col du CRT, et un vide est formé sur le CRT.

Convergence et pureté des CRT couleur

En raison des limitations de la précision dimensionnelle avec laquelle les CRT peuvent être fabriqués de manière économique, il n'a pas été pratiquement possible de construire des CRT couleur dans lesquels trois faisceaux d'électrons pourraient être alignés pour frapper des luminophores de couleur respective dans une coordination acceptable, uniquement sur la base de la géométrie. configuration des axes du canon à électrons et des positions d'ouverture du canon, des ouvertures du masque perforé, etc. Le masque perforé garantit qu'un faisceau n'atteindra que des points de certaines couleurs de luminophores, mais des variations infimes de l'alignement physique des pièces internes entre les CRT individuels entraîneront des variations dans l'alignement exact des faisceaux à travers le masque perforé, permettant à certains électrons du faisceau rouge, par exemple, de frapper, par exemple, des luminophores bleus, à moins qu'une compensation individuelle ne soit effectuée pour la variance entre les tubes individuels.

La convergence des couleurs et la pureté des couleurs sont deux aspects de ce problème unique. Premièrement, pour un rendu correct des couleurs, il est nécessaire que, quel que soit l'endroit où les faisceaux sont déviés sur l'écran, tous les trois atteignent le même point (et passent nominalement par le même trou ou la même fente) sur le masque perforé. C'est ce qu'on appelle la convergence. Plus précisément, la convergence au centre de l'écran (sans champ de déviation appliqué par la culasse) est appelée convergence statique, et la convergence sur le reste de la zone de l'écran (en particulier sur les bords et les coins) est appelée convergence dynamique. Les faisceaux peuvent converger au centre de l'écran et pourtant s'écarter l'un de l'autre en étant déviés vers les bords ; on dira qu'un tel CRT a une bonne convergence statique mais une mauvaise convergence dynamique. Deuxièmement, chaque faisceau ne doit frapper que les luminophores de la couleur qu'il est destiné à frapper et aucun autre. C'est ce qu'on appelle la pureté. Comme la convergence, il y a la pureté statique et la pureté dynamique, avec les mêmes sens de « statique » et « dynamique » que pour la convergence. La convergence et la pureté sont des paramètres distincts ; un CRT peut avoir une bonne pureté mais une mauvaise convergence, ou vice versa. Une mauvaise convergence provoque des "ombres" ou des "fantômes" de couleur le long des bords et des contours affichés, comme si l'image à l'écran était imprimée en taille -douce avec un mauvais repérage. Une mauvaise pureté fait apparaître les objets sur l'écran hors couleur tandis que leurs bords restent nets. Les problèmes de pureté et de convergence peuvent se produire en même temps, dans la même zone ou dans des zones différentes de l'écran ou les deux sur tout l'écran, et soit uniformément, soit à des degrés plus ou moins importants sur différentes parties de l'écran.

Un aimant utilisé sur un téléviseur CRT. Notez la déformation de l'image.

La solution aux problèmes de convergence statique et de pureté est un ensemble d'aimants annulaires d'alignement des couleurs installés autour du col du CRT. Ces aimants permanents faibles mobiles sont généralement montés à l'arrière de l'ensemble de culasse de déviation et sont réglés en usine pour compenser toute erreur de pureté statique et de convergence intrinsèque au tube non ajusté. Typiquement, il y a deux ou trois paires de deux aimants sous forme d'anneaux en matière plastique imprégnée d'un matériau magnétique, avec leurs champs magnétiques parallèles aux plans des aimants, qui sont perpendiculaires aux axes du canon à électrons. Souvent, un anneau a deux pôles, un autre en a 4 et l'anneau restant a 6 pôles. Chaque paire d'anneaux magnétiques forme un seul aimant effectif dont le vecteur de champ peut être entièrement et librement ajusté (en direction et en amplitude). En faisant tourner une paire d'aimants l'un par rapport à l'autre, leur alignement de champ relatif peut être modifié, en ajustant l'intensité de champ effective de la paire. (Comme ils tournent l'un par rapport à l'autre, le champ de chaque aimant peut être considéré comme ayant deux composants opposés à angle droit, et ces quatre composants [deux chacun pour deux aimants] forment deux paires, une paire se renforçant l'une l'autre et l'autre paire opposée et En s'éloignant de l'alignement, les composants de champ se renforçant mutuellement des aimants diminuent au fur et à mesure qu'ils sont échangés contre des composants opposés croissants s'annulant mutuellement.) En faisant tourner une paire d'aimants ensemble, en préservant l'angle relatif entre eux, la direction de leur le champ magnétique peut varier. Dans l'ensemble, le réglage de tous les aimants de convergence/pureté permet d'appliquer une légère déviation du faisceau d'électrons ou un décalage latéral finement réglé, ce qui compense les erreurs mineures de convergence statique et de pureté intrinsèques au tube non calibré. Une fois fixés, ces aimants sont généralement collés en place, mais ils peuvent normalement être libérés et réajustés sur le terrain (par exemple par un atelier de réparation de téléviseurs) si nécessaire.

Sur certains CRT, des aimants réglables fixes supplémentaires sont ajoutés pour la convergence dynamique ou la pureté dynamique à des points spécifiques de l'écran, généralement près des coins ou des bords. Un réglage supplémentaire de la convergence dynamique et de la pureté ne peut généralement pas être effectué de manière passive, mais nécessite des circuits de compensation actifs, un pour corriger la convergence horizontalement et un autre pour la corriger verticalement. La culasse de déviation contient des bobines de convergence, un ensemble de deux par couleur, enroulées sur le même noyau, auxquelles les signaux de convergence sont appliqués. Cela signifie 6 bobines de convergence par groupes de 3, avec 2 bobines par groupe, avec une bobine pour la correction de convergence horizontale et une autre pour la correction de convergence verticale, chaque groupe partageant un noyau. Les groupes sont séparés de 120° les uns des autres. La convergence dynamique est nécessaire car l'avant du CRT et le masque d'ombre ne sont pas sphériques, ce qui compense la défocalisation et l'astigmatisme du faisceau d'électrons. Le fait que l'écran CRT ne soit pas sphérique entraîne des problèmes de géométrie qui peuvent être corrigés à l'aide d'un circuit. Les signaux utilisés pour la convergence sont des formes d'onde paraboliques dérivées de trois signaux provenant d'un circuit de sortie vertical. Le signal parabolique est introduit dans les bobines de convergence, tandis que les deux autres sont des signaux en dents de scie qui, lorsqu'ils sont mélangés aux signaux paraboliques, créent le signal nécessaire à la convergence. Une résistance et une diode sont utilisées pour verrouiller le signal de convergence au centre de l'écran pour l'empêcher d'être affecté par la convergence statique. Les circuits de convergence horizontale et verticale sont similaires. Chaque circuit comporte deux résonateurs, l'un généralement accordé à 15 625 Hz et l'autre à 31 250 Hz, qui fixent la fréquence du signal envoyé aux bobines de convergence. La convergence dynamique peut être réalisée en utilisant des champs quadripolaires électrostatiques dans le canon à électrons. La convergence dynamique signifie que le faisceau d'électrons ne se déplace pas en ligne parfaitement droite entre les bobines de déviation et l'écran, car les bobines de convergence le font se courber pour se conformer à l'écran.

Le signal de convergence peut au contraire être un signal en dents de scie avec un léger aspect sinusoïdal, la partie sinusoïdale est créée à l'aide d'un condensateur en série avec chaque bobine de déviation. Dans ce cas, le signal de convergence est utilisé pour piloter les bobines de déviation. La partie sinusoïdale du signal fait que le faisceau d'électrons se déplace plus lentement près des bords de l'écran. Les condensateurs utilisés pour créer le signal de convergence sont connus sous le nom de condensateurs s. Ce type de convergence est nécessaire en raison des angles de déviation élevés et des écrans plats de nombreux moniteurs d'ordinateur CRT. La valeur des condensateurs s doit être choisie en fonction du taux de balayage du CRT, de sorte que les moniteurs à synchronisation multiple doivent avoir différents ensembles de condensateurs s, un pour chaque taux de rafraîchissement.

La convergence dynamique peut à la place être réalisée dans certains CRT en utilisant uniquement les aimants annulaires, les aimants collés au CRT, et en faisant varier la position de la culasse de déviation, dont la position peut être maintenue à l'aide de vis de réglage, d'une pince et de cales en caoutchouc. Les CRT à angle de déviation de 90 ° peuvent utiliser une «auto-convergence» sans convergence dynamique, ce qui, avec la disposition en triade en ligne, élimine le besoin de bobines de convergence séparées et de circuits associés, ce qui réduit les coûts. complexité et profondeur CRT de 10 millimètres. L'auto-convergence fonctionne au moyen de champs magnétiques "non uniformes". La convergence dynamique est nécessaire dans les CRT à angle de déviation de 110 °, et des enroulements quadripolaires sur la culasse de déviation à une certaine fréquence peuvent également être utilisés pour la convergence dynamique.

La convergence et la pureté dynamiques des couleurs sont l'une des principales raisons pour lesquelles jusqu'à la fin de leur histoire, les CRT étaient à long cou (profonds) et avaient des faces incurvées biaxialement; ces caractéristiques de conception géométrique sont nécessaires pour la convergence et la pureté intrinsèques des couleurs dynamiques passives. Ce n'est qu'à partir des années 1990 que des circuits sophistiqués de compensation de convergence dynamique active sont devenus disponibles, ce qui a rendu les CRT à col court et à face plate utilisables. Ces circuits de compensation actifs utilisent la culasse de déviation pour ajuster finement la déviation du faisceau en fonction de l'emplacement cible du faisceau. Les mêmes techniques (et les principaux composants du circuit) permettent également le réglage de la rotation de l'image d'affichage, de l'inclinaison et d'autres paramètres de géométrie de trame complexes via l'électronique sous le contrôle de l'utilisateur.

Les canons sont alignés les uns avec les autres (convergés) à l'aide d'anneaux de convergence placés juste à l'extérieur du cou; il y a un anneau par canon. Les anneaux ont des pôles nord et sud. Il y a 4 ensembles d'anneaux, un pour ajuster la convergence RVB, un second pour ajuster la convergence rouge et bleu, un troisième pour ajuster le décalage de trame vertical et un quatrième pour ajuster la pureté. Le décalage de trame vertical ajuste la rectitude de la ligne de balayage. Les CRT peuvent également utiliser des circuits de convergence dynamique, qui assurent une convergence correcte aux bords du CRT. Des aimants en permalloy peuvent également être utilisés pour corriger la convergence sur les bords. La convergence est réalisée à l'aide d'un motif hachuré (grille). D'autres CRT peuvent utiliser à la place des aimants qui sont enfoncés et sortis au lieu d'anneaux. Dans les premiers CRT couleur, les trous dans le masque d'ombre devenaient progressivement plus petits à mesure qu'ils s'étendaient vers l'extérieur à partir du centre de l'écran, pour faciliter la convergence.

Blindage magnétique et démagnétisation

Une démagnétisation en cours
Boucliers magnétiques en métal Mu pour les CRT d'oscilloscope

Si le masque perforé ou la grille d'ouverture devient magnétisé, son champ magnétique modifie les trajets des faisceaux d'électrons. Cela provoque des erreurs de "pureté de couleur" car les électrons ne suivent plus uniquement leurs chemins prévus, et certains heurteront des luminophores de couleurs autres que celle prévue. Par exemple, certains électrons du faisceau rouge peuvent frapper des luminophores bleus ou verts, imposant une teinte magenta ou jaune à des parties de l'image censées être du rouge pur. (Cet effet est localisé sur une zone spécifique de l'écran si la magnétisation est localisée.) Par conséquent, il est important que le masque perforé ou la grille d'ouverture ne soit pas magnétisé. Le champ magnétique terrestre peut avoir un effet sur la pureté des couleurs du CRT. Pour cette raison, certains CRT ont des écrans magnétiques externes sur leurs entonnoirs. Le blindage magnétique peut être en fer doux ou en acier doux et contenir une bobine de démagnétisation. Le blindage magnétique et le masque perforé peuvent être magnétisés en permanence par le champ magnétique terrestre, ce qui affecte négativement la pureté des couleurs lorsque le CRT est déplacé. Ce problème est résolu avec une bobine de démagnétisation intégrée, que l'on trouve dans de nombreux téléviseurs et écrans d'ordinateur. La démagnétisation peut être automatique, se produisant chaque fois que le CRT est allumé. Le blindage magnétique peut également être interne, étant à l'intérieur de l'entonnoir du CRT.

La plupart des écrans CRT couleur (ceux utilisés dans les téléviseurs et les moniteurs d'ordinateur) ont un circuit de démagnétisation (démagnétisation) intégré, dont le composant principal est une bobine de démagnétisation qui est montée autour du périmètre de la face CRT à l'intérieur de la lunette . Lors de la mise sous tension de l'écran CRT, le circuit de démagnétisation produit un bref courant alternatif à travers la bobine de démagnétisation qui décroît progressivement en force (disparaît) jusqu'à zéro sur une période de quelques secondes, produisant un champ magnétique alternatif décroissant à partir de la bobine . Ce champ de démagnétisation est suffisamment puissant pour éliminer la magnétisation du masque d'ombre dans la plupart des cas, en maintenant la pureté des couleurs. Dans des cas inhabituels de forte magnétisation où le champ de démagnétisation interne n'est pas suffisant, le masque perforé peut être démagnétisé de manière externe avec un démagnétiseur ou un démagnétiseur portable plus puissant. Cependant, un champ magnétique trop fort, qu'il soit alternatif ou constant, peut déformer (plier) mécaniquement le masque d'ombre, provoquant une distorsion permanente des couleurs sur l'écran qui ressemble beaucoup à un effet de magnétisation.

Le circuit de démagnétisation est souvent constitué d'un dispositif thermoélectrique (non électronique) contenant un petit élément chauffant en céramique et une résistance à coefficient thermique positif ( PTC ) , connecté directement à la ligne d'alimentation CA commutée avec la résistance en série avec la bobine de démagnétisation. Lorsque l'alimentation est allumée, l'élément chauffant chauffe la résistance PTC, augmentant sa résistance à un point où le courant de démagnétisation est minimal, mais pas réellement nul. Dans les écrans CRT plus anciens, ce courant de bas niveau (qui ne produit aucun champ de démagnétisation significatif) est maintenu avec l'action de l'élément chauffant tant que l'écran reste allumé. Pour répéter un cycle de démagnétisation, l'écran CRT doit être éteint et laissé éteint pendant au moins plusieurs secondes pour réinitialiser le circuit de démagnétisation en permettant à la résistance PTC de refroidir à la température ambiante ; éteindre et rallumer immédiatement l'affichage entraînera un cycle de démagnétisation faible ou effectivement aucun cycle de démagnétisation.

Cette conception simple est efficace et peu coûteuse à construire, mais elle gaspille continuellement de l'énergie. Les modèles plus récents, en particulier ceux classés Energy Star , utilisent un relais pour allumer et éteindre l'ensemble du circuit de démagnétisation, de sorte que le circuit de démagnétisation n'utilise de l'énergie que lorsqu'il est fonctionnellement actif et nécessaire. La conception du relais permet également la démagnétisation à la demande de l'utilisateur via les commandes du panneau avant de l'appareil, sans éteindre et rallumer l'appareil. Ce relais peut souvent être entendu s'éteindre à la fin du cycle de démagnétisation quelques secondes après la mise sous tension du moniteur, et s'allumer et s'éteindre pendant un cycle de démagnétisation lancé manuellement.

Résolution

Le pas de point définit la résolution maximale de l'affichage, en supposant des CRT delta-gun. Dans ceux-ci, lorsque la résolution numérisée se rapproche de la résolution du pas de point, un moiré apparaît, car le détail affiché est plus fin que ce que le masque d'ombre peut rendre. Cependant, les moniteurs à grille d'ouverture ne souffrent pas de moiré vertical, car leurs bandes de phosphore n'ont aucun détail vertical. Dans les CRT plus petits, ces bandes maintiennent leur position par elles-mêmes, mais les CRT à grille d'ouverture plus grande nécessitent une ou deux bandes de support transversales (horizontales); un pour les petits CRT et deux pour les plus grands. Les fils de support bloquent les électrons, rendant les fils visibles. Dans les CRT à grille d'ouverture, le pas des points est remplacé par le pas des rayures. Hitachi a développé le masque d'ombre Enhanced Dot Pitch (EDP), qui utilise des trous ovales au lieu de trous circulaires, avec des points de phosphore ovales respectifs. Le moiré est réduit dans les CRT à masque d'ombre en disposant les trous dans le masque d'ombre selon un motif en nid d'abeille.

CRT de projection

Les CRT de projection ont été utilisés dans les projecteurs CRT et les téléviseurs à rétroprojection CRT , et sont généralement petits (de 7 à 9 pouces de diamètre); ont un luminophore qui génère de la lumière rouge, verte ou bleue, ce qui en fait des CRT monochromes ; et sont de construction similaire à d'autres CRT monochromes. Les CRT de projection plus grands duraient en général plus longtemps et étaient capables de fournir des niveaux de luminosité et une résolution plus élevés, mais étaient également plus chers. Les CRT de projection ont une tension d'anode inhabituellement élevée pour leur taille (comme 27 ou 25 kV pour un CRT de projection de 5 ou 7 pouces respectivement), et une cathode en tungstène / baryum spécialement conçue (au lieu de l'oxyde de baryum pur normalement utilisé) qui se compose d'atomes de baryum noyés dans 20 % de tungstène poreux ou d'aluminates de baryum et de calcium ou d'oxydes de baryum, de calcium et d'aluminium enrobés sur du tungstène poreux ; le baryum diffuse à travers le tungstène pour émettre des électrons. La cathode spéciale peut fournir 2 mA de courant au lieu des 0,3 mA des cathodes normales, ce qui les rend suffisamment brillantes pour être utilisées comme sources de lumière pour la projection. La tension d'anode élevée et la cathode spécialement conçue augmentent la tension et le courant, respectivement, du faisceau d'électrons, ce qui augmente la lumière émise par les luminophores, ainsi que la quantité de chaleur générée pendant le fonctionnement ; cela signifie que les CRT des projecteurs doivent être refroidis. L'écran est généralement refroidi à l'aide d'un récipient (l'écran fait partie du récipient) avec du glycol ; le glycol peut lui-même être teinté, ou du glycol incolore peut être utilisé à l'intérieur d'un récipient qui peut être coloré (formant une lentille appelée c-element). Les lentilles colorées ou le glycol sont utilisés pour améliorer la reproduction des couleurs au détriment de la luminosité, et ne sont utilisés que sur les CRT rouges et verts. Chaque CRT a son propre glycol, qui a accès à une bulle d'air pour permettre au glycol de rétrécir et de se dilater à mesure qu'il se refroidit et se réchauffe. Les CRT de projecteur peuvent avoir des bagues de réglage, tout comme les CRT couleur, pour régler l'astigmatisme, qui est l'évasement du faisceau d'électrons (lumière parasite similaire aux ombres). Ils ont trois bagues de réglage ; un à deux pôles, un à quatre pôles et un autre à 6 pôles. Lorsqu'il est correctement réglé, le projecteur peut afficher des points parfaitement ronds sans s'évaser. Les écrans utilisés dans les CRT de projection étaient plus transparents que d'habitude, avec une transmittance de 90 %. Les premiers CRT de projection ont été fabriqués en 1933.

Les CRT de projecteur étaient disponibles avec une focalisation électrostatique et électromagnétique, cette dernière étant plus chère. La focalisation électrostatique utilisait l'électronique pour focaliser le faisceau d'électrons, ainsi que des aimants de focalisation autour du col du CRT pour des réglages de focalisation fins. Ce type de mise au point s'est dégradé avec le temps. La focalisation électromagnétique a été introduite au début des années 1990 et comprenait une bobine de focalisation électromagnétique en plus des aimants de focalisation déjà existants. La mise au point électromagnétique était beaucoup plus stable pendant toute la durée de vie du CRT, conservant 95% de sa netteté à la fin de la vie du CRT.

Tube d'indice de faisceau

Les tubes à indice de faisceau , également connus sous le nom d'Uniray, Apple CRT ou Indextron, étaient une tentative dans les années 1950 par Philco de créer un CRT couleur sans masque d'ombre, éliminant les problèmes de convergence et de pureté, et permettant des CRT moins profonds avec des angles de déviation plus élevés. Il nécessitait également une alimentation électrique à plus faible tension pour l'anode finale car il n'utilisait pas de masque perforé, qui bloque normalement environ 80% des électrons générés par le canon à électrons. L'absence de masque d'ombre l'a également rendu insensible au champ magnétique terrestre tout en rendant la démagnétisation inutile et en augmentant la luminosité de l'image. Il a été construit de la même manière qu'un CRT monochrome, avec un revêtement extérieur aquadag, un revêtement intérieur en aluminium et un seul canon à électrons, mais avec un écran avec un motif alterné de bandes de phosphore rouges, vertes, bleues et UV (indice) (similaire à un Trinitron) avec un tube photomultiplicateur monté sur le côté ou une photodiode pointée vers l'arrière de l'écran et montée sur l'entonnoir du CRT, pour suivre le faisceau d'électrons afin d'activer les luminophores séparément les uns des autres en utilisant le même faisceau d'électrons. Seule la bande de phosphore d'indice a été utilisée pour le suivi, et c'était le seul phosphore qui n'était pas recouvert d'une couche d'aluminium. Il a été abandonné en raison de la précision requise pour le produire. Il a été relancé par Sony dans les années 1980 sous le nom d'Indextron, mais son adoption a été limitée, du moins en partie en raison du développement des écrans LCD. Les CRT à indice de faisceau souffraient également de faibles rapports de contraste d'environ 50: 1 seulement, car une certaine émission de lumière par les luminophores était nécessaire à tout moment par les photodiodes pour suivre le faisceau d'électrons. Il a permis des projecteurs CRT couleur CRT uniques en raison d'un manque de masque d'ombre; normalement, les projecteurs CRT utilisent trois CRT, un pour chaque couleur, car beaucoup de chaleur est générée en raison de la tension d'anode élevée et du courant de faisceau, ce qui rend un masque d'ombre peu pratique et inefficace car il se déformerait sous la chaleur produite (les masques d'ombre absorbent la plupart de le faisceau d'électrons, et donc la plus grande partie de l'énergie transportée par les électrons relativistes) ; les trois CRT signifiaient qu'une procédure d'étalonnage et de réglage impliquée devait être effectuée lors de l'installation du projecteur, et le déplacement du projecteur nécessiterait qu'il soit recalibré. Un seul CRT signifiait que le besoin d'étalonnage était éliminé, mais la luminosité était réduite car l'écran CRT devait être utilisé pour trois couleurs au lieu que chaque couleur ait son propre écran CRT. Un motif à rayures impose également une limite de résolution horizontale ; en revanche, les projecteurs CRT à trois écrans n'ont pas de limite de résolution théorique, car ils ont des revêtements de phosphore uniques et uniformes.

CRT plats

L'avant d'un CRT monochrome Sony Watchman
Un assemblage CRT monochrome plat à l'intérieur d'un téléviseur portable Sinclair TV80 de 1984

Les CRT plats sont ceux qui ont un écran plat. Bien qu'ils aient un écran plat, ils peuvent ne pas être complètement plats, en particulier à l'intérieur, mais avoir une courbure considérablement accrue. Une exception notable est le LG Flatron (fabriqué par LG.Philips Displays , plus tard les écrans LP) qui est vraiment plat à l'extérieur et à l'intérieur mais a une vitre collée sur l'écran avec une bande de jante tendue pour fournir une protection contre l'implosion. Ces CRT complètement plats ont été introduits pour la première fois par Zenith en 1986 et utilisent des masques d'ombre tendus plats, où le masque d'ombre est maintenu sous tension, offrant une résistance accrue à la floraison. Les CRT plats présentent un certain nombre de défis, comme la déviation. Des amplificateurs de déviation verticale sont nécessaires pour augmenter la quantité de courant envoyée aux bobines de déviation verticale afin de compenser la courbure réduite. Les CRT utilisés dans le Sinclair TV80 et dans de nombreux Sony Watchman étaient plats en ce sens qu'ils n'étaient pas profonds et que leurs écrans avant étaient plats, mais leurs canons à électrons étaient placés sur un côté de l'écran. Le TV80 utilisait une déviation électrostatique tandis que le Watchman utilisait une déviation magnétique avec un écran au phosphore incurvé vers l'intérieur. Des CRT similaires ont été utilisés dans les sonnettes vidéo.

CRT radar

Les CRT radar tels que le 7JP4 avaient un écran circulaire et balayaient le faisceau du centre vers l'extérieur. L'écran avait souvent deux couleurs, souvent une couleur brillante à courte persistance qui n'apparaissait que lorsque le faisceau balayait l'affichage et une longue rémanence de phosphore à persistance. Lorsque le faisceau frappe le luminophore, le luminophore s'illumine vivement, et lorsque le faisceau part, la rémanence à longue persistance du gradateur resterait allumée là où le faisceau a frappé le luminophore, à côté des cibles radar qui ont été "écrites" par le faisceau, jusqu'à ce que le faisceau re -frappé le phosphore. La culasse de déviation tournait, faisant tourner le faisceau de manière circulaire.

Oscilloscope CRT

Un oscilloscope montrant une courbe de Lissajous
Le canon à électrons d'un oscilloscope. Une paire de plaques de déviation est visible sur la gauche.

Dans les oscilloscopes CRT, la déviation électrostatique est utilisée, plutôt que la déviation magnétique couramment utilisée avec la télévision et d'autres grands CRT. Le faisceau est dévié horizontalement en appliquant un champ électrique entre une paire de plaques à sa gauche et à sa droite, et verticalement en appliquant un champ électrique aux plaques au-dessus et au-dessous. Les téléviseurs utilisent une déviation magnétique plutôt qu'électrostatique car les plaques de déviation obstruent le faisceau lorsque l'angle de déviation est aussi grand que nécessaire pour des tubes relativement courts pour leur taille. Certains CRT d'oscilloscope intègrent des anodes de post-déviation (PDA) qui sont en forme de spirale pour assurer un potentiel d'anode uniforme sur le CRT et fonctionnent jusqu'à 15 000 volts. Dans les PDA CRT, le faisceau d'électrons est dévié avant d'être accéléré, ce qui améliore la sensibilité et la lisibilité, en particulier lors de l'analyse d'impulsions de tension avec des cycles de service courts.

Plaque microcanal

Lors de l'affichage d'événements ponctuels rapides, le faisceau d'électrons doit dévier très rapidement, avec peu d'électrons frappant l'écran, conduisant à une image faible ou invisible sur l'écran. Les CRT d'oscilloscope conçus pour des signaux très rapides peuvent donner un affichage plus lumineux en faisant passer le faisceau d'électrons à travers une plaque à micro-canaux juste avant qu'il n'atteigne l'écran. Grâce au phénomène d' émission secondaire , cette plaque multiplie le nombre d'électrons atteignant l'écran luminophore, ce qui améliore considérablement le taux d'écriture (luminosité) et améliore également la sensibilité et la taille du spot.

Réticules

La plupart des oscilloscopes ont un réticule dans le cadre de l'affichage visuel, pour faciliter les mesures. Le réticule peut être marqué de manière permanente à l'intérieur de la face du CRT, ou il peut s'agir d'une plaque externe transparente en verre ou en plastique acrylique . Un réticule interne élimine l' erreur de parallaxe , mais ne peut pas être modifié pour s'adapter à différents types de mesures. Les oscilloscopes fournissent généralement un moyen pour que le réticule soit éclairé par le côté, ce qui améliore sa visibilité.

Tubes de stockage d'images

Le Tektronix Type 564 : premier oscilloscope analogique à stockage de phosphore produit en série

Ceux-ci se trouvent dans les oscilloscopes analogiques à mémoire de phosphore . Ceux-ci sont distincts des oscilloscopes à stockage numérique qui s'appuient sur une mémoire numérique à semi-conducteurs pour stocker l'image.

Lorsqu'un seul événement bref est surveillé par un oscilloscope, un tel événement ne sera affiché par un tube conventionnel que lorsqu'il se produit réellement. L'utilisation d'un luminophore à longue persistance peut permettre d'observer l'image après l'événement, mais seulement pendant quelques secondes au mieux. Cette limitation peut être surmontée par l'utilisation d'un tube cathodique à stockage à vue directe (tube de stockage). Un tube de stockage continuera d'afficher l'événement après qu'il se soit produit jusqu'à ce qu'il soit effacé. Un tube de stockage est similaire à un tube classique sauf qu'il est équipé d'une grille métallique recouverte d'une couche diélectrique située immédiatement derrière l'écran luminophore. Une tension appliquée de l'extérieur au maillage garantit initialement que l'ensemble du maillage est à un potentiel constant. Ce maillage est constamment exposé à un faisceau d'électrons à faible vitesse provenant d'un "canon d'inondation" qui fonctionne indépendamment du canon principal. Ce canon d'inondation n'est pas dévié comme le canon principal mais « illumine » en permanence l'ensemble de la maille de stockage. La charge initiale sur la maille de stockage est telle qu'elle repousse les électrons du canon d'inondation qui sont empêchés de heurter l'écran luminophore.

Lorsque le canon à électrons principal écrit une image sur l'écran, l'énergie dans le faisceau principal est suffisante pour créer un "relief potentiel" sur le maillage de stockage. Les zones où ce relief est créé ne repoussent plus les électrons du canon à crue qui traversent désormais la maille et illuminent l'écran luminophore. Par conséquent, l'image qui a été brièvement tracée par le canon principal continue d'être affichée après qu'elle s'est produite. L'image peut être « effacée » en réalimentant la tension externe du maillage en restaurant son potentiel constant. Le temps d'affichage de l'image était limité car, en pratique, le canon à eau neutralise lentement la charge sur la maille de stockage. Une façon de permettre à l'image d'être conservée plus longtemps est d'éteindre temporairement le pistolet d'inondation. Il est alors possible que l'image soit conservée plusieurs jours. La majorité des tubes de stockage permettent d'appliquer une tension plus faible au maillage de stockage qui restaure lentement l'état de charge initial. En faisant varier cette tension on obtient une persistance variable. L'arrêt du pistolet d'inondation et de l'alimentation en tension du maillage de stockage permet à un tel tube de fonctionner comme un tube d'oscilloscope classique.

Moniteurs vectoriels

Les moniteurs vectoriels ont été utilisés dans les premiers systèmes de conception assistée par ordinateur et sont présents dans certains jeux d'arcade de la fin des années 1970 au milieu des années 1980 tels que Asteroids . Ils dessinent des graphiques point à point, plutôt que de numériser un raster. Les CRT monochromes ou couleur peuvent être utilisés dans les affichages vectoriels, et les principes essentiels de la conception et du fonctionnement des CRT sont les mêmes pour les deux types d'affichage; la principale différence réside dans les modèles et les circuits de déviation du faisceau.

Tubes de stockage de données

Le tube Williams ou tube Williams-Kilburn était un tube à rayons cathodiques utilisé pour stocker électroniquement des données binaires. Il était utilisé dans les ordinateurs des années 1940 comme périphérique de stockage numérique à accès aléatoire. Contrairement aux autres CRT de cet article, le tube Williams n'était pas un dispositif d'affichage et ne pouvait en fait pas être visualisé car une plaque métallique recouvrait son écran.

Oeil de chat

Dans certains postes de radio à tube à vide , un tube «Magic Eye» ou «Tuning Eye» était fourni pour aider à régler le récepteur. Le réglage serait ajusté jusqu'à ce que la largeur d'une ombre radiale soit minimisée. Cela a été utilisé à la place d'un compteur électromécanique plus cher, qui a ensuite été utilisé sur des tuners haut de gamme lorsque les ensembles de transistors manquaient de la haute tension requise pour piloter l'appareil. Le même type d'appareil a été utilisé avec des magnétophones comme indicateur de niveau d'enregistrement et pour diverses autres applications, y compris l'équipement de test électrique.

Caractères

Certains écrans pour les premiers ordinateurs (ceux qui devaient afficher plus de texte que ce qui était pratique en utilisant des vecteurs, ou qui nécessitaient une vitesse élevée pour la sortie photographique) utilisaient des CRT Charactron. Ceux-ci intègrent un masque de caractère en métal perforé ( pochoir ), qui façonne un large faisceau d'électrons pour former un caractère sur l'écran. Le système sélectionne un caractère sur le masque à l'aide d'un ensemble de circuits de déviation, mais cela fait que le faisceau extrudé est dirigé hors de l'axe, de sorte qu'un deuxième ensemble de plaques de déviation doit réorienter le faisceau afin qu'il soit dirigé vers le centre de l'écran. Un troisième ensemble de plaques place le personnage là où il le faut. Le faisceau est démasqué (allumé) brièvement pour dessiner le caractère à cette position. Les graphiques pouvaient être dessinés en sélectionnant la position sur le masque correspondant au code d'un espace (en pratique, ils n'étaient tout simplement pas dessinés), qui avait un petit trou rond au centre; cela a effectivement désactivé le masque de caractère et le système est revenu au comportement vectoriel normal. Les charactrons avaient des cous exceptionnellement longs, en raison de la nécessité de trois systèmes de déviation.

Nimo

Tube Nimo BA0000-P31

Nimo était la marque d'une famille de petits CRT spécialisés fabriqués par Industrial Electronic Engineers . Ceux-ci avaient 10 canons à électrons qui produisaient des faisceaux d'électrons sous forme de chiffres d'une manière similaire à celle du charactron. Les tubes étaient soit de simples afficheurs à un chiffre, soit des afficheurs plus complexes à 4 ou 6 chiffres réalisés au moyen d'un système de déviation magnétique adapté. Ayant peu de complexités d'un CRT standard, le tube nécessitait un circuit de commande relativement simple, et comme l'image était projetée sur la face en verre, il offrait un angle de vision beaucoup plus large que les types concurrents (par exemple, les tubes Nixie ). Cependant, leur besoin de plusieurs tensions et leur haute tension les rendaient peu courants.

CRT à faisceau large

Les CRT à faisceau d'inondation sont de petits tubes disposés en pixels pour les grands murs vidéo comme les Jumbotrons . Le premier écran utilisant cette technologie (appelé Diamond Vision par Mitsubishi Electric) a été introduit par Mitsubishi Electric pour le match des étoiles de la Ligue majeure de baseball de 1980 . Il diffère d'un CRT normal en ce que le canon à électrons à l'intérieur ne produit pas de faisceau contrôlable focalisé. Au lieu de cela, les électrons sont pulvérisés dans un large cône sur toute la face avant de l'écran au phosphore, faisant en sorte que chaque unité agisse comme une seule ampoule. Chacun est recouvert d'un luminophore rouge, vert ou bleu, pour constituer les sous-pixels de couleur. Cette technologie a été largement remplacée par des écrans à diodes électroluminescentes . Les CRT non focalisés et non déviés ont été utilisés comme lampes stroboscopiques contrôlées par grille depuis 1958. Les lampes à luminescence stimulée par électrons (ESL), qui utilisent le même principe de fonctionnement, ont été lancées en 2011.

Tête d'impression CRT

Les CRT avec une vitre frontale non phosphorée mais avec des fils fins incorporés ont été utilisés comme têtes d'impression électrostatiques dans les années 1960. Les fils feraient passer le courant du faisceau d'électrons à travers le verre sur une feuille de papier où le contenu souhaité était donc déposé sous forme de motif de charge électrique. Le papier a ensuite été passé près d'un bassin d'encre liquide avec la charge opposée. Les zones chargées du papier attirent l'encre et forment ainsi l'image.

Zeus – écran CRT fin

À la fin des années 1990 et au début des années 2000 , les laboratoires de recherche Philips ont expérimenté un type de tube cathodique fin connu sous le nom d' écran Zeus , qui contenait des fonctionnalités de type CRT dans un écran plat . Les appareils ont été démontrés mais jamais commercialisés.

CRT plus fin

Une comparaison entre le CRT Superslim et Ultraslim de 21 pouces

Certains fabricants de CRT, à la fois LG.Philips Displays (plus tard LP Displays) et Samsung SDI, ont innové la technologie CRT en créant un tube plus fin. Slimmer CRT avait les noms commerciaux Superslim, Ultraslim, Vixlim (par Samsung) et Cybertube et Cybertube + (tous deux par des écrans LG Philips). Un CRT plat de 21 pouces (53 cm) a une profondeur de 447,2 millimètres (17,61 pouces). La profondeur de Superslim était de 352 millimètres (13,86 pouces) et Ultraslim était de 295,7 millimètres (11,64 pouces).

Problèmes de santé

Rayonnement ionisant

Les CRT peuvent émettre une petite quantité de rayons X ; ceci est le résultat du bombardement par le faisceau d'électrons du masque perforé / grille d'ouverture et des luminophores, qui produit un bremsstrahlung (rayonnement de freinage) lorsque les électrons à haute énergie sont décélérés. La quantité de rayonnement s'échappant de l'avant du moniteur est largement considérée comme non nocive. Les réglementations de la Food and Drug Administration dans 21 CFR 1020.10 sont utilisées pour limiter strictement, par exemple, les récepteurs de télévision à 0,5 milliroentgens par heure à une distance de 5 cm (2 pouces) de toute surface externe; depuis 2007, la plupart des CRT ont des émissions bien inférieures à cette limite. Notez que le roentgen est une unité obsolète et ne tient pas compte de l'absorption de la dose. Le taux de conversion est d'environ 0,877 roentgen par rem . En supposant que le téléspectateur absorbe la totalité de la dose (ce qui est peu probable) et qu'il regarde la télévision pendant 2 heures par jour, une dose horaire de 0,5 milliroentgen augmenterait la dose annuelle du téléspectateur de 320 millirem . À titre de comparaison, le rayonnement de fond moyen aux États-Unis est de 310 millirems par an. Les effets négatifs des rayonnements chroniques ne sont généralement perceptibles qu'à des doses supérieures à 20 000 millirems.

La densité des rayons X qui seraient générés par un CRT est faible car le balayage raster d'un CRT typique distribue l'énergie du faisceau d'électrons sur tout l'écran. Des tensions supérieures à 15 000 volts suffisent à générer des rayons X "mous". Cependant, étant donné que les CRT peuvent rester allumés pendant plusieurs heures à la fois, la quantité de rayons X générée par le CRT peut devenir importante, d'où l'importance d'utiliser des matériaux pour se protéger contre les rayons X, tels que le verre au plomb épais et le baryum. verre de strontium utilisé dans les tubes cathodiques.

Les inquiétudes concernant les rayons X émis par les CRT ont commencé en 1967 lorsqu'il a été découvert que les téléviseurs fabriqués par General Electric émettaient des «rayons X dépassant les niveaux souhaitables». Il a été découvert plus tard que les téléviseurs de tous les fabricants émettaient également des radiations. Cela a amené des représentants de l'industrie de la télévision à être traduits devant un comité du Congrès américain, qui a ensuite proposé un projet de loi fédéral sur la réglementation des rayonnements, qui est devenu le Radiation Control for Health and Safety Act de 1968. Il a été recommandé aux propriétaires de téléviseurs de toujours être à une distance d'au moins 6 pieds de l'écran du téléviseur et d'éviter une "exposition prolongée" sur les côtés, à l'arrière ou sous un téléviseur. On a découvert que la plupart des radiations étaient dirigées vers le bas. Les propriétaires ont également été invités à ne pas modifier les composants internes de leur appareil pour éviter l'exposition aux radiations. Les gros titres sur les téléviseurs "radioactifs" ont continué jusqu'à la fin des années 1960. Il y avait une fois une proposition de deux membres du Congrès de New York qui aurait forcé les fabricants de téléviseurs à "entrer dans les maisons pour tester tous les 15 millions de téléviseurs couleur du pays et y installer des appareils à rayonnement". La FDA a finalement commencé à réglementer les émissions de rayonnement de tous les produits électroniques aux États-Unis.

Toxicité

Les CRT couleur et monochromes plus anciens peuvent avoir été fabriqués avec des substances toxiques, telles que le cadmium , dans les luminophores. Le tube de verre arrière des tubes cathodiques modernes peut être fabriqué à partir de verre au plomb , qui représente un danger pour l'environnement s'il est éliminé de manière inappropriée. Depuis 1970, le verre du panneau avant (la partie visible du CRT) utilisait de l'oxyde de strontium plutôt que du plomb, bien que l'arrière du CRT soit toujours fabriqué à partir de verre au plomb. Les CRT monochromes ne contiennent généralement pas assez de verre au plomb pour échouer aux tests EPA TCLP. Alors que le procédé TCLP broie le verre en fines particules afin de les exposer à des acides faibles pour tester le lixiviat, le verre CRT intact ne lixivie pas (le plomb est vitrifié , contenu à l'intérieur du verre lui-même, semblable à la cristallerie de verre au plomb ).

Vaciller

À des taux de rafraîchissement faibles (60  Hz et moins), le balayage périodique de l'écran peut produire un scintillement que certaines personnes perçoivent plus facilement que d'autres, en particulier lorsqu'elles sont vues avec une vision périphérique . Le scintillement est généralement associé au CRT car la plupart des téléviseurs fonctionnent à 50 Hz (PAL) ou 60 Hz (NTSC), bien qu'il existe des téléviseurs PAL 100 Hz qui sont sans scintillement . En règle générale, seuls les moniteurs bas de gamme fonctionnent à des fréquences aussi basses, la plupart des moniteurs d'ordinateur prenant en charge au moins 75 Hz et les moniteurs haut de gamme capables de 100 Hz ou plus pour éliminer toute perception de scintillement. Bien que le PAL 100 Hz ait souvent été obtenu à l'aide d'un balayage entrelacé, divisant le circuit et le balayage en deux faisceaux de 50 Hz. Les CRT non informatiques ou les CRT pour sonar ou radar peuvent avoir un phosphore à longue persistance et sont donc sans scintillement. Si la persistance est trop longue sur un affichage vidéo, les images animées seront floues.

Bruit audible à haute fréquence

Les CRT 50 Hz/60 Hz utilisés pour la télévision fonctionnent avec des fréquences de balayage horizontal de 15 750 et 15 734,25 Hz (pour les systèmes NTSC ) ou 15 625 Hz (pour les systèmes PAL ). Ces fréquences se situent dans la plage supérieure de l'audition humaine et sont inaudibles pour de nombreuses personnes. cependant, certaines personnes (en particulier les enfants) percevront une tonalité aiguë à proximité d'un téléviseur CRT en fonctionnement. Le son est dû à la magnétostriction dans le noyau magnétique et au mouvement périodique des enroulements du transformateur flyback, mais le son peut également être créé par le mouvement des bobines de déviation, de la culasse ou des billes de ferrite.

Ce problème ne se produit pas sur les téléviseurs 100/120 Hz et sur les écrans d'ordinateur non CGA (adaptateur graphique couleur), car ils utilisent des fréquences de balayage horizontal beaucoup plus élevées qui produisent un son inaudible pour les humains (22 kHz à plus de 100 kHz).

Implosion

Un CRT lors d'une implosion

Un vide poussé à l'intérieur des tubes cathodiques à parois de verre permet aux faisceaux d'électrons de voler librement, sans entrer en collision avec les molécules d'air ou d'autres gaz. Si le verre est endommagé, la pression atmosphérique peut réduire le tube à vide en fragments dangereux qui accélèrent vers l'intérieur puis pulvérisent à grande vitesse dans toutes les directions. Bien que les tubes à rayons cathodiques modernes utilisés dans les téléviseurs et les écrans d'ordinateur aient des plaques frontales liées à l' époxy ou d'autres mesures pour empêcher l'éclatement de l'enveloppe, les CRT doivent être manipulés avec précaution pour éviter les blessures.

Protection contre les implosions

Terminal Datapoint 1500 avec châssis exposé, avec son CRT souffrant d'une "cataracte" due au vieillissement du PVA

Les premiers CRT avaient une plaque de verre sur l'écran qui y était collée à l'aide de colle, créant un écran en verre feuilleté : initialement, la colle était de l'acétate de polyvinyle (PVA), tandis que les versions ultérieures telles que le LG Flatron utilisaient une résine, peut-être un UV-durcissable résine. Le PVA se dégrade avec le temps, créant une "cataracte", un anneau de colle dégradée autour des bords du CRT qui ne laisse pas passer la lumière de l'écran. Les CRT ultérieurs utilisent à la place une bande de jante métallique tendue montée autour du périmètre qui fournit également des points de montage pour que le CRT soit monté sur un boîtier. Dans un CRT de 19 pouces, la contrainte de traction dans la bande de jante est de 70 kg/cm2. Les CRT plus anciens étaient montés sur le téléviseur à l'aide d'un cadre. La bande est tendue en la chauffant, puis en la montant sur le CRT, la bande se refroidit ensuite, se rétrécissant, ce qui met le verre sous compression, renforçant le verre en réduisant l'épaisseur nécessaire (et donc le poids) du verre. Cela fait de la bande un composant intégral qui ne doit jamais être retiré d'un tube cathodique intact qui a encore un vide ; tenter de le supprimer peut provoquer l'implosion du CRT. La bande de jante empêche le tube cathodique d'imploser en cas de bris de l'écran. La bande de jante peut être collée au périmètre du CRT à l'aide d'époxy, empêchant les fissures de se propager au-delà de l'écran et dans l'entonnoir.

Choc électrique

Pour accélérer les électrons de la cathode à l'écran avec suffisamment d'énergie pour obtenir une luminosité d'image suffisante, une très haute tension (EHT ou extra-haute tension) est nécessaire, de quelques milliers de volts pour un petit oscilloscope CRT à des dizaines de milliers pour un TV couleur grand écran. Ceci est plusieurs fois supérieur à la tension d'alimentation domestique. Même après la mise hors tension de l'alimentation, certains condensateurs associés et le CRT lui-même peuvent conserver une charge pendant un certain temps et donc dissiper cette charge soudainement à travers une masse telle qu'un humain inattentif mettant à la terre un fil de décharge de condensateur. Un CRT monochrome moyen peut utiliser 1 à 1,5 kV de tension d'anode par pouce.

Problèmes de sécurité

Dans certaines circonstances, le signal émis par les canons à électrons , les circuits de balayage et le câblage associé d'un CRT peut être capturé à distance et utilisé pour reconstruire ce qui est affiché sur le CRT à l'aide d'un processus appelé Van Eck phreaking . Un blindage spécial TEMPEST peut atténuer cet effet. Un tel rayonnement d'un signal potentiellement exploitable, cependant, se produit également avec d'autres technologies d'affichage et avec l'électronique en général.

Recyclage

En raison des toxines contenues dans les moniteurs CRT , l' Agence de protection de l'environnement des États-Unis a créé des règles (en octobre 2001) stipulant que les CRT doivent être apportés à des installations spéciales de recyclage des déchets électroniques . En novembre 2002, l' EPA a commencé à infliger des amendes aux entreprises qui éliminaient les tubes cathodiques dans des décharges ou par incinération . Les organismes de réglementation, locaux et à l'échelle de l'État, surveillent l'élimination des CRT et autres équipements informatiques.

En tant que déchets électroniques , les CRT sont considérés comme l'un des types les plus difficiles à recycler. Les tubes cathodiques ont une concentration relativement élevée de plomb et de luminophores , qui sont tous deux nécessaires à l'affichage. Il existe plusieurs entreprises aux États-Unis qui facturent une somme modique pour collecter les tubes cathodiques, puis subventionnent leur main-d'œuvre en vendant le cuivre, les fils et les cartes de circuits imprimés récoltés . L' Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis inclut les moniteurs CRT mis au rebut dans sa catégorie de "déchets ménagers dangereux", mais considère les CRT qui ont été mis de côté pour les tests comme des marchandises s'ils ne sont pas jetés, accumulés de manière spéculative ou laissés sans protection contre les intempéries et autres dommages.

Divers États participent au recyclage des tubes cathodiques, chacun avec ses exigences de déclaration pour les collecteurs et les installations de recyclage. Par exemple, en Californie, le recyclage des CRT est régi par CALRecycle, le California Department of Resources Recycling and Recovery via leur système de paiement. Les installations de recyclage qui acceptent les appareils CRT du secteur commercial et résidentiel doivent obtenir des informations de contact telles que l'adresse et le numéro de téléphone pour s'assurer que les CRT proviennent d'une source californienne afin de participer au système de paiement de recyclage CRT.

En Europe, l'élimination des téléviseurs et moniteurs CRT est couverte par la directive DEEE .

Plusieurs méthodes ont été proposées pour le recyclage du verre CRT. Les méthodes impliquent des processus thermiques, mécaniques et chimiques. Toutes les méthodes proposées éliminent la teneur en oxyde de plomb du verre. Certaines entreprises exploitaient des fours pour séparer le plomb du verre. Une coalition appelée le projet Recytube a été formée par plusieurs entreprises européennes pour concevoir une méthode de recyclage des tubes cathodiques. Les luminophores utilisés dans les CRT contiennent souvent des métaux de terres rares. Un tube cathodique contient environ 7 g de luminophore.

L'entonnoir peut être séparé de l'écran du CRT à l'aide d'une découpe au laser, de scies ou de fils diamantés ou à l'aide d'un fil nichrome chauffé par résistance.

Le verre CRT au plomb était vendu pour être refondu dans d'autres CRT, ou même décomposé et utilisé dans la construction de routes ou utilisé dans les tuiles, le béton, les briques de béton et de ciment, l'isolation en fibre de verre ou utilisé comme fondant dans la fusion des métaux.

Une partie considérable du verre CRT est mise en décharge, où elle peut polluer l'environnement environnant. Il est plus courant que le verre CRT soit éliminé plutôt que recyclé.

Voir également

Références

Brevets sélectionnés

Liens externes