Pantalla de televisión
La pantalla de tubo de rayos catódicos (CRT) es la tecnología de visualización más antigua y más utilizada. Tiene las ventajas de una tecnología madura, colores de imagen ricos, buena reducibilidad, colores completos, alta definición, bajo costo y ricas capacidades de ajuste de distorsión geométrica. Se utiliza principalmente en equipos de visualización de terminales como televisores, monitores de computadora, monitores industriales y. proyectores.
Una pantalla de tubo de rayos catódicos (CRT) es una pantalla que utiliza un tubo de rayos catódicos y consta principalmente de cinco partes: cañón de electrones, bobina de desviación, máscara de sombra, fósforo y bombilla de vidrio. Este es uno de los monitores más utilizados. Los monitores de pantalla plana CRT tienen ventajas que son difíciles de superar con los monitores LCD, como grandes ángulos de visión, ausencia de píxeles muertos, alta reproducción de color, cromaticidad uniforme, modos de resolución múltiple ajustables, tiempo de respuesta corto, etc. Además, los monitores CRT son mucho más más baratos que los monitores LCD.
Un tubo de rayos catódicos (CRT) es un tubo de vacío que contiene uno o más cañones de electrones y una pantalla fluorescente para mostrar imágenes. Ajusta, acelera y desvía el haz de electrones para producir una imagen en la pantalla. Las imágenes pueden representar formas de onda (osciloscopios), imágenes (televisión, monitores de computadora), objetivos de radar u otros fenómenos. Los tubos de rayos catódicos también se utilizan como dispositivos de almacenamiento. En este caso, la luz visible emitida por el material fluorescente, si la hay, significa poco para un observador visual (aunque el patrón visible en la superficie del tubo puede representar de manera encubierta los datos almacenados).
En televisores y monitores de ordenador, toda la zona frontal del tubo de imagen se escanea repetida y sistemáticamente en un patrón fijo llamado rasterizado. En los dispositivos de color, las imágenes se producen controlando la intensidad de cada uno de tres haces de electrones, cada uno correspondiente a uno de los colores primarios aditivos (rojo, verde, azul), con la señal de vídeo utilizada como referencia. Si bien la deflexión electrostática se usa comúnmente en los osciloscopios de instrumentos de prueba electrónicos, en todos los monitores CRT y televisores modernos, el haz de electrones se desvía mediante la deflexión magnética.
La deflexión magnética es el campo magnético cambiante producido por una bobina, impulsada por un circuito electrónico alrededor del cuello del tubo.
Típico televisor americano en blanco y negro de los años 50.
Televisión de tubo de rayos catódicos rodada a cámara lenta. Los rayos se dibujan de izquierda a derecha en modo ráster.
El conjunto CRT plano del televisor de bolsillo Sinclair FTV1 de 1984
Cañón de electrones
El tubo de rayos catódicos consta de una envoltura de vidrio grande y profunda. Muy largo desde la superficie de la luneta hasta la parte trasera), relativamente pesado y frágil. El interior del CRT se evacua a aproximadamente 0,01 Pascal (9,9 × 10? 8 atm) [3] a 133 nm Pascal (1,31 × 10? 12 atm), [4] para promover el vuelo libre de los electrones desde el electrón pistola a la superficie del tubo, es necesaria la evacuación. Al tratarse de un vacío, manipular un tubo de rayos catódicos completo es potencialmente peligroso, ya que podría romper el tubo y provocar una implosión violenta, que podría expulsar fragmentos de vidrio a velocidades muy altas. Por razones de seguridad, la superficie suele estar hecha de vidrio de plomo grueso, que es muy resistente a roturas y bloquea la mayoría de las emisiones de rayos X, especialmente cuando se utilizan tubos de rayos catódicos en productos de consumo.
Desde finales de la década de 2000, los CRT han sido reemplazados por nuevas tecnologías de visualización de "pantalla plana", como LCD, pantallas de plasma y diodos emisores de luz orgánicos, que son más baratos de fabricar, consumen menos energía y Son más ligeros en peso y volumen. Las pantallas planas también se pueden fabricar en tamaños muy grandes; 38 a 40 pulgadas (97 a 102 cm) son los tamaños más grandes para los televisores CRT, y hay disponibles televisores de pantalla plana de 85 pulgadas (220 cm) e incluso más grandes.
Julius Plank y John Williams Hittorff descubrieron los rayos catódicos. [5] Hitov observó algunos rayos desconocidos emitidos por el cátodo (electrodo negativo). Estos rayos pueden proyectar sombras en la pared del tubo emisor de luz, lo que indica que estos rayos se propagan en línea recta. En 1890, Arthur Schuster demostró que los rayos catódicos podían desviarse mediante un campo eléctrico y William Crookes demostró que los rayos catódicos podían desviarse mediante un campo magnético.
En 1897, John Thomson midió con éxito la relación carga-masa de los rayos catódicos y demostró que los rayos catódicos están compuestos de partículas cargadas negativamente más pequeñas que los átomos. Estas son las primeras "partículas subatómicas" que el físico irlandés George John Hiiraji Stolny las llamó electrones. en 1891. La primera versión de CRT se llamó tubo de Braun, inventado por el físico alemán Ferdinand Braun en 1897. Es un diodo de cátodo frío, una mejora del tubo de Crookes con pantalla fluorescente.
El primer tubo de rayos catódicos que utilizaba un cátodo caliente fue desarrollado por John Bertrand Johnson (llamado así por Johnson Noise) y Harry Werner Wernerhardt de la Western Electric Company, y se convirtió en un producto comercial en 1922. [cita requerida]
En 1926, Kenjiro Takayanagi demostró un televisor CRT que recibía imágenes de resolución de 40 líneas. En 1927, aumentó la resolución a 100 líneas, algo sin precedentes antes de 1931. En 1928, se convirtió en la primera persona en transmitir un rostro humano en semitonos en un monitor CRT. En 1935, había inventado uno de los primeros televisores de tubo de imagen totalmente electrónicos.
Fue nombrado en 1929 [12] por el inventor Vladimir K. Zvorykin, quien fue influenciado por los primeros trabajos de Takano Agi. 1932 [10] La Corporación RCA obtuvo la marca "tubo de rayos catódicos"; en 1950 tomó la iniciativa de hacer público el término.
En 1934, Telefunken fabricó el primer televisor electrónico comercial con tubo de rayos catódicos.
A principios del siglo XXI, las pantallas planas comenzaron a sustituir significativamente a los tubos de rayos catódicos a medida que los precios caían. En 2008, las pantallas LCD superaron a las CRT. Videocon, el último fabricante conocido de tubos de imagen (reciclados), dejó de producir en 2015.
En los tubos de rayos catódicos de los osciloscopios, se utiliza deflexión electrostática en lugar de la desviación magnética que se utiliza normalmente en televisores y otros tubos de rayos catódicos de gran tamaño. En dirección horizontal, el haz se desvía aplicando un campo eléctrico entre un par de placas izquierda y derecha; en dirección vertical, aplicando un campo eléctrico a las placas superior e inferior, el haz de electrones se desvía. Los televisores utilizan deflexión magnética en lugar de deflexión electrostática porque las placas de deflexión obstaculizan el haz de electrones cuando el ángulo de deflexión alcanza las dimensiones requeridas para tubos de electrones relativamente cortos.
Hay disponible una variedad de fósforos para medición o visualización, según sea necesario. La persistencia del brillo, el color y la iluminación depende del tipo de fósforo utilizado en la pantalla CRT. El resplandor del fósforo varía desde menos de un microsegundo hasta varios segundos. Para la observación visual de eventos transitorios, es posible que se requieran fósforos persistentes. Para eventos rápidos, repetitivos o de alta frecuencia, los fósforos de corta persistencia suelen ser ideales.
Cuando se muestra un evento rápido de una sola vez, el haz de electrones debe desviarse muy rápidamente para que solo unos pocos electrones lleguen a la pantalla, lo que da como resultado una imagen débil o invisible en la pantalla. Los osciloscopios CRT diseñados para señales muy rápidas pueden hacer pasar el haz de electrones a través de la placa de microcanal antes de que llegue a la pantalla, haciendo que ésta sea más brillante. A través del fenómeno de emisión secundaria, se duplica el número de electrones que llegan a la pantalla fluorescente, la velocidad de escritura (brillo) aumenta significativamente y se mejoran la sensibilidad y el tamaño del punto.
La mayoría de los osciloscopios tienen una mira como parte de la pantalla visual para facilitar las mediciones. La rejilla puede estar marcada permanentemente en el interior de la cara del tubo de rayos catódicos o puede ser una placa exterior transparente hecha de vidrio o plástico acrílico. La rejilla interna elimina el paralaje pero no se puede cambiar para adaptarse a diferentes tipos de mediciones. Los visores suelen ofrecer una forma de iluminar la mira desde un lado para aumentar su visibilidad.
Se pueden encontrar en osciloscopios analógicos de almacenamiento de fosforescencia. Se diferencia de los osciloscopios de almacenamiento digital, que dependen de una memoria digital de estado sólido para almacenar imágenes.
Mientras que un evento simple es monitoreado por un osciloscopio, dicho evento solo será mostrado por un tubo convencional si realmente ocurre. Utilizando fósforos de larga persistencia es posible observar imágenes a posteriori, pero sólo durante unos segundos como máximo. Esta limitación se puede superar mediante el uso de tubos de rayos catódicos de almacenamiento de visualización directa (tubos de almacenamiento). Después de que ocurre un evento, el tubo de memoria continuará mostrando el evento hasta que se borre.
El tubo de memoria es similar a un tubo de electrones convencional excepto que está equipado con una rejilla metálica recubierta con una capa dieléctrica detrás de una pantalla fluorescente. Un voltaje externo aplicado a la puerta inicialmente asegura que toda la puerta esté a un potencial constante. La rejilla está constantemente expuesta a un haz de electrones de baja velocidad procedente de una "pistola de agua" que funciona independientemente del cañón principal. Esta pistola pulverizadora no se desvía como la pistola principal, sino que "ilumina" constantemente toda la red de almacenamiento. La carga inicial en la red de almacenamiento es tal que los electrones son repelidos por la pistola de desbordamiento para evitar que golpeen la pantalla fluorescente.
Cuando el cañón de electrones principal escribe una imagen en la pantalla, la energía en el haz de electrones principal es suficiente para crear una "liberación potencial" en la red de almacenamiento. Esta área ya no repele los electrones del cañón de electrones y ahora pasa a través de la rejilla e ilumina la pantalla fluorescente. Por lo tanto, la imagen del arma principal brevemente representada continúa mostrándose después del suceso. Al volver a suministrar un voltaje externo a la puerta, la imagen se puede "borrar" para volver a su potencial constante. La imagen se muestra durante un tiempo limitado porque, en funcionamiento real, la pistola de agua neutraliza lentamente la carga en la red de almacenamiento de energía. Una forma de conservar una imagen por más tiempo es apagar temporalmente el aerógrafo. Entonces es posible conservar la imagen durante unos días. La mayoría de los tubos de almacenamiento permiten aplicar un voltaje más bajo a la red de almacenamiento para restaurar lentamente el estado de carga inicial. Variando este voltaje se puede obtener una persistencia variable. Cortar el voltaje a la pistola de inyección de agua y a la red de almacenamiento permite que el tubo funcione como un tubo de osciloscopio normal.
Los tubos de imágenes en color utilizan tres fósforos diferentes para emitir luz roja, verde y azul respectivamente. Están dispuestos en tiras (como los diseños de rejilla de apertura) o en grupos (como los tubos de rayos catódicos con máscara de sombra). [26] Un tubo de rayos catódicos de color tiene tres cañones de electrones, cada uno de los cuales corresponde a un color primario, dispuestos en línea recta o en un triángulo equilátero (el cañón de electrones suele ser un todo). (La configuración triangular a menudo se llama "cañón triangular", por la letra griega que designa su forma). La rejilla o máscara absorbe electrones que de otro modo impactarían en el fósforo equivocado. [27] El tubo de máscara de sombra utiliza una placa de metal con pequeños orificios y está colocado de manera que el haz de electrones solo golpee la superficie correcta de fósforo en el tubo; [26] los electrones en forma de cono atacan el interior de cualquier orificio si no son absorbidos (p. ej. debido a la acumulación de carga local) se reflejará en lugar de saltar a través de agujeros para alcanzar puntos aleatorios (erróneos) en la pantalla. Otro tipo de tubo de rayos catódicos de color utiliza una rejilla de apertura de cables verticales bajo tensión para lograr el mismo efecto.
Vista en sección transversal de un tubo de rayos catódicos en color;
Debido a las limitaciones de la precisión dimensional del CRT, se puede fabricar de forma económica. Es casi imposible construir un CRT en color en el que los tres haces de electrones logren una aceptación consistente de sus respectivos colores de fósforo, así como de la configuración geométrica del eje del cañón de electrones y la ubicación de la apertura del cañón, la apertura de la máscara de sombra, etc. De forma completa. La máscara de sombra garantiza que el haz de electrones entre en contacto sólo con puntos de un fósforo de color específico, pero pequeñas diferencias en la alineación física de los componentes internos en un CRT individual causarán variaciones en la alineación precisa del haz de electrones a través de la máscara de sombra, permitiendo algunas electrones, como un haz de electrones rojo, incidan, por ejemplo, en fósforos azules, a menos que se compensen individualmente mediante diferencias entre los distintos tubos de imagen.
La convergencia del color y la pureza del color son dos aspectos de este único problema. Primero, para desarrollar el color correctamente, los tres haces deben llegar al mismo punto de la máscara de sombra (es decir, pasar por el mismo orificio o ranura) sin importar dónde se desvíe el haz en la pantalla. [Se necesita aclaración] Esto se llama agregación. Más específicamente, la convergencia en el centro de la pantalla (donde se aplica el campo de deflexión sin una bobina de deflexión) se denomina convergencia estática y la convergencia en el resto de la pantalla se denomina convergencia dinámica. Los haces pueden converger en el centro de la pantalla, pero divergen entre sí cuando se desvían hacia los bordes; un CRT de este tipo tiene una buena convergencia estática pero una pobre convergencia dinámica. En segundo lugar, cada luz debe iluminar sólo el fósforo del color que pretende iluminar, y ningún otro. Esto es pureza. Al igual que la convergencia, también existe pureza estática y pureza dinámica. Los significados "estático" y "dinámico" de convergencia son los mismos. La convergencia y la pureza son parámetros completamente diferentes; un tubo de rayos catódicos puede tener buena pureza pero mala convergencia, y viceversa. Una mala convergencia provoca "sombreado" o "efecto fantasma" de color a lo largo de los bordes y contornos de la pantalla, como si la imagen grabada en la pantalla no estuviera bien alineada. La mala pureza hace que los objetos en la pantalla cambien de color, mientras que sus bordes permanecen nítidos.
Las cuestiones de pureza y convergencia surgen simultáneamente, con mayores o menores grados de uniformidad en diferentes partes de la pantalla, en la misma o diferentes áreas de la pantalla, o en toda la pantalla.
Archivo: TV.webm imanes
Imanes para televisores de tubos de rayos catódicos. Observe la distorsión de la imagen.
Para resolver los problemas de convergencia estática y pureza, se propuso un conjunto de CRT con imanes de alineación de colores montados en el cuello. Estos imanes permanentes débiles móviles generalmente se montan en el extremo posterior del conjunto de la bobina de desviación y se configuran en fábrica para compensar cualquier pureza estática y errores de convergencia inherentes a los tubos no ajustables. Suelen ser dos o tres pares de dos imanes, que son anillos de plástico impregnados de material magnético. El campo magnético es paralelo al plano del imán, que es perpendicular al eje del cañón de electrones. Cada par de anillos magnéticos forma un imán eficaz cuyo vector del campo magnético se puede ajustar con total libertad (dirección y tamaño). Al girar un par de imanes entre sí, se puede cambiar la alineación relativa de su campo magnético, ajustando así la intensidad efectiva del campo magnético del par de imanes. (Cuando giran entre sí, se puede considerar que el campo magnético de cada imán tiene dos componentes en ángulos rectos y direcciones opuestas. Estos cuatro componentes [dos imanes cada uno] forman dos pares, un par se fortalece entre sí y el otro El par es opuesto y se cancela mutuamente. Cuando los imanes se alejan de la dirección de calibración, los componentes del campo magnético que se refuerzan mutuamente disminuirán porque se intercambian por componentes opuestos crecientes y que se cancelan mutuamente al girar un par de imanes y mantener su ángulo relativo. Cambiar la dirección de su campo magnético común. En general, ajustar todos los imanes de convergencia/pureza permite un ajuste fino de la desviación o desviación lateral del haz de electrones, lo que compensa los pequeños errores estáticos de convergencia y pureza inherentes a los tubos no alineados. Por lo general, permanecerá atascado en su lugar, pero generalmente se puede liberar y reajustar en el campo (como en un taller de reparación de televisores) si es necesario.
En algunos tubos de rayos catódicos, se colocan imanes ajustables fijos adicionales en puntos específicos de Puntos (generalmente en esquinas o bordes) para aumentar la convergencia dinámica o la pureza dinámica. No se pueden realizar ajustes adicionales a la convergencia dinámica y la pureza de forma pasiva, sino que requieren un circuito de compensación activa.
La convergencia dinámica del color y la pureza son rayos catódicos. Más adelante en su historia, ha sido una de las razones principales del cuello largo (profundo) y las curvas biaxiales. Estas características de diseño geométrico son necesarias para que la fuerza pasiva inherente de una campana o rejilla de apertura cambie. trayectoria del haz de electrones. Esto provoca un error en la "pureza del color", porque los electrones ya no siguen el camino esperado y algunos electrones chocan contra fósforos de otro color, por ejemplo algunos del haz rojo. golpear un fósforo azul o verde, lo que hace que partes de la imagen que deberían ser de color rojo puro se vuelvan magenta o amarilla (si la magnetización está localizada, este efecto se localizará en áreas específicas de la pantalla. De ahí la máscara de sombra. Es importante que la rejilla de apertura no está magnetizada
La mayoría de las pantallas de tubos de rayos catódicos en color, como televisores y monitores de computadora, tienen un circuito desmagnetizador incorporado, cuyo componente principal es la bobina desmagnetizadora, instalada en el tubo de rayos catódicos en el marco alrededor de la superficie Cuando el monitor CRT está encendido, el circuito de desmagnetización genera una corriente alterna corta a través de la bobina de desmagnetización, cuya intensidad decae suavemente hasta cero en unos pocos segundos, produciendo un corriente alterna decreciente de la bobina. Campo magnético En la mayoría de los casos, este campo desmagnetizador es suficiente para eliminar la magnetización de la máscara de sombra. En los casos en que se producen fuertes anomalías de magnetización debido a campos desmagnetizantes internos insuficientes, se puede utilizar un desmagnetizador o desmagnetizador portátil potente. Se utiliza para desmagnetizar externamente la máscara de sombra, pero un campo magnético demasiado fuerte, ya sea un campo magnético alterno o un campo magnético constante, provocará una deformación mecánica (flexión) de la máscara de sombra, provocando una distorsión permanente del color en la pantalla. que parece un efecto de magnetización.
El circuito de desmagnetización generalmente consiste en un dispositivo termoeléctrico (no electrónico) que consta de un pequeño elemento calefactor cerámico y una resistencia de coeficiente térmico positivo (PTC) en serie con la bobina de desmagnetización. y conectado directamente a la línea de alimentación conmutada de CA. Cuando se enciende, el elemento calefactor calienta la resistencia PTC, lo que hace que su resistencia aumente hasta el punto en que la corriente de desmagnetización es mínima, pero en realidad no es cero. En los monitores CRT más antiguos, esta es baja. corriente (no produce corriente significativa) mientras el monitor permanezca encendido (campo de desmagnetización) continuará con la acción del elemento calefactor.
Para repetir el ciclo de desmagnetización, la pantalla del tubo de rayos catódicos debe apagarse durante al menos unos segundos para permitir que el circuito de desmagnetización se reinicie enfriando la resistencia PTC a temperatura ambiente, cambiando la pantalla y la recuperación inmediata da como resultado un estado débil o; efectivamente no hay período de desmagnetización.
Este diseño simple es eficiente y barato de construir, pero desperdicia algo de energía continuamente. Los modelos posteriores, especialmente aquellos con Energy Star, usan un relé para encender y apagar todo el circuito de desmagnetización, de modo que el circuito de desmagnetización solo usa energía cuando está funcionalmente activo y es necesario. El diseño del relé también puede controlar la desmagnetización a través del panel frontal de la máquina según las necesidades del usuario, sin tener que cambiar el interruptor de la máquina nuevamente. La pantalla se enciende unos segundos después de que finaliza el ciclo de desmagnetización; este relé a menudo se apaga de forma audible para iniciar manualmente el ciclo de desmagnetización.
A altas frecuencias de actualización y altas resoluciones, el yugo/yugo de deflexión comienza a generar mucho calor, lo que a su vez requiere mucho calor debido a la necesidad de mover el haz de electrones muy rápidamente (porque el El haz de electrones escanea más líneas por segundo) fuerza para generar rápidamente un fuerte campo magnético. Esto hace que los tubos de rayos catódicos no sean prácticos por encima de una determinada resolución y frecuencia de actualización, ya que las bobinas requieren enfriamiento activo para evitar que el calor de las bobinas derrita el pegamento utilizado para fijar el cuello del tubo de rayos catódicos.
Los monitores vectoriales se utilizaron en los primeros sistemas de diseño asistido por ordenador y en algunos juegos arcade desde finales de los 70 hasta mediados de los 80, como Asteroids. Dibujan punto por punto en lugar de escanear rásteres. Las pantallas vectoriales pueden utilizar tubos de rayos catódicos monocromáticos o en color, y los principios básicos de diseño y funcionamiento son los mismos; las principales diferencias son la forma en que se desvían los rayos y los circuitos;
Aunque han sido un pilar de la tecnología de visualización durante décadas, los monitores de computadora y televisores basados en CRT son ahora efectivamente una tecnología obsoleta. A finales de la década de 2000, la demanda de pantallas de tubos de rayos catódicos disminuyó. El rápido desarrollo y la caída de los precios de la tecnología LCD (primero para monitores de computadora y luego para televisores) significaron el fin de tecnologías de visualización competidoras como CRT, retroproyección y pantallas de plasma.
La producción de la mayoría de los tubos de imagen de alta gama se detuvo alrededor de 2010, incluidas[48] las líneas de producción de alta gama de Sony y Panasonic. En Canadá y Estados Unidos, las ventas y producción de televisores CRT de alta gama (pantallas de 30 pulgadas (76 cm)) casi terminaron en 2007. Pocos años más tarde, los televisores CRT combinados y baratos (pantalla de 20 pulgadas (51 cm) y reproductor VHS integrado) desaparecieron de las tiendas de descuento.
Los minoristas electrónicos como Best Buy han reducido constantemente el espacio de almacenamiento para los monitores de tubos de rayos catódicos (CRT). En 2005, Sony anunció que dejaría de producir monitores de computadora CRT. En el Consumer Electronics Show de 2008, Samsung no lanzó ningún modelo CRT en 2008; el 4 de febrero de 2008, retiraron sus tubos de pantalla ancha de 30 pulgadas del sitio web norteamericano y no los reemplazaron con nuevos modelos.
En el Reino Unido, DSG (Dixons), el minorista de equipos electrónicos más grande de China, informó que en la Navidad de 2004, los modelos CRT representaron entre el 80 y el 90% de las ventas de televisores, y un año después representaron 65.438 05- 20. Se espera que para finales de 2006 esta relación sea inferior a 5. Dixons dejó de vender televisores con tubos de rayos catódicos en 2006.
Sin embargo, la desaparición del tubo de rayos catódicos se produjo más lentamente en los países en desarrollo. Según iSupply, la producción de LCD no superó la producción de tubos de rayos catódicos hasta el cuarto trimestre de 2007, debido principalmente a la producción de tubos de rayos catódicos en las fábricas chinas. [cita requerida]