Braun tube

Japanese: ブラウン管 - ぶらうんかん（英語表記）Braun tube

A cathode ray tube changes an electric signal into a visible image by changing the position and intensity of the electron beam that strikes the phosphor screen. It is named after its inventor, K.F. Brown, and is also called CRT, an abbreviation of the English word cathode ray tube, as it is a representative type of cathode ray tube. It has been widely used in television receivers and video equipment displays, as well as in peripheral devices such as computers and personal computers, for observing images in medical electronic devices and scientific equipment, for observation in oscilloscopes, radar, sonar, and as monitors for broadcasting stations.

CRTs have maintained a monopoly on the market as analog observation instruments for physical phenomena and as display devices for information devices such as televisions, but with the advent of digital information processing technology in the 21st century, they have been losing their position to lightweight, shallow LCD and plasma displays.

The market for television cathode ray tubes has been rapidly taken over by LCDs since 2003, and domestic production has been disappearing.

[Michinori Iwata]

history

The cathode ray tube was invented in 1897 by K. F. Brown of the University of Strasbourg (Brown was awarded the Nobel Prize in Physics in 1909 for his research into wireless communication). It was a simple magnetic deflection tube, with a mica plate on the front of the Crookes tube coated with a fluorescent material. Later, an electrostatic deflection type was devised, with the deflection electrode attached to the outside of the discharge tube, and this was further improved by placing the deflection electrode inside the tube and using a hot cathode. Early versions had a photographic plate placed inside the tube to record observations and used a vacuum pump, but in the 1920s, advances in vacuum technology, fluorescent materials, and electronic geometric optics led to the development of today's small, simple cathode ray tube.

CRTs were originally used for observation, but as they began to be used for television, the deflection angle also increased, and from the second half of the 1940s, inventions and improvements continued to appear, such as metal-backed picture tubes, rectangular CRTs, 90-degree deflection tubes, and the shadow mask color CRT in 1951. The idea of arranging phosphors of the three primary colors was first conceived by Baird in England in 1944, but it was not until Zwolikin of RCA's research laboratory (USA) put it to practical use that H.B. Law and others responded to an in-house call for proposals and completed the shadow mask type in 1951, which became the mainstream product.

[Michinori Iwata]

structure

A cathode ray tube uses a deflection coil or electrostatic electrodes to deflect the electron beam emitted from an electron gun, changing the beam position and drawing brightness information on a fluorescent screen. The electron gun used is made up of a first lens (cathode grid lens), which changes the electrons emitted from a hot cathode with an electric signal to narrow the beam, and a second lens (main focusing lens), which focuses the electron beam on the fluorescent screen. The first lens, including the control grid, can be of triode or tetrode type. The tetrode type has excellent focusing ability because the electron beam is not affected by fluctuations in the anode voltage. The second lens that uses an electrostatic lens can be of unipotential or bipotential type. The unipotential type can reduce the potential of the central electrode voltage of the main focusing electrode to nearly zero, so it is less affected by power supply fluctuations and is used in general television picture tubes. However, its focusing ability is inferior to that of the bipotential type or those using electromagnetic focusing. There are two types of deflection of electron beams: electrostatic deflection and electromagnetic deflection. The former is used for observation because it is easy to deflect at high frequencies, while the latter can only be used at a relatively low frequency of 10 kHz because it requires a deflection coil outside the tube, but it is used in television picture tubes because it is easy to accelerate the electron beam and deflect it over a wide angle. In either case, when electrons are shot out of the electron gun, a high voltage (about 5,000 to 30,000 volts) is applied to them to turn them into an electron beam. The higher this voltage, the greater the energy, so the brighter the image will be but the more difficult it will be to deflect.

In a shadow mask type color CRT, three electron beams carrying red, blue, and green electrical signals are passed simultaneously through small holes in a metal shadow mask about one centimeter away from the phosphor screen, and the geometrically corresponding red, blue, and green phosphors are illuminated and lighted, creating a color image. There are two types of CRTs: one with a triangular arrangement of three electron guns, and one with an in-line arrangement, with the former having round phosphors and the latter having stripes for red, green, and blue (the stripes are brighter). For large high-definition PDPs, there are CRTs that have improved the shadow mask method beyond that of small PDPs with the help of system technology and peripheral circuit technology, and those that use an aperture grill method made with a striped grill. The latter uses a focusing lens (Diamondtron) for each of the three electron beams emitted from the in-line type triple cathode, or a single focusing lens for all of them, and a deflector is designed so that the three beams intersect exactly at the same point on the aperture grill. This allows for good beam focusing and the use of a grill with a narrow horizontal stripe pitch and no horizontal frames, resulting in bright, high-definition images.

Observation cathode ray tubes, which offer superior analog displays, have also shifted from round to square, and many are monochrome and 5-inch in size. Electrostatic deflection is used for broadband applications, but to further expand the frequency band, the deflection electrodes are divided into small pieces and a distributed constant delay circuit configuration is used. This allows observations up to about 500 MHz, and a traveling wave delay circuit configuration using a helical coil allows observations up to 5 GHz. In addition, to increase deflection sensitivity, a post-acceleration method is used in which the accelerating voltage of the electron beam is lowered and the electrons are accelerated near the phosphor screen to brighten the image. Radar tubes are round for scanning purposes, and use a yellow-green afterglow phosphor that glows for a while after being hit by electrons (afterglow time is 0.4 seconds).

In addition to the above, cathode ray tubes are used for film recording, re-shooting, broadcast station monitors, projection, etc., especially for high quality images, but here too they are being overtaken by flat panel displays.

[Michinori Iwata]

"Electronics, Information and Communication Handbook" edited by the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers (1988, Ohmsha)" ▽ "Image Displays" by Iwao Oishi et al. (1975, Coronasha)

[References] | Zwolikin | Electron gun | Brown | Baird

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

電気信号を蛍光面に衝突する電子ビームの位置、強度によって変化させ、可視像に変える陰極線管。発明者のK・F・ブラウンにちなんでブラウン管とよばれ、また、陰極線管の代表的なものとして、その英語cathode ray tubeの頭文字をとってCRTともいう。テレビジョンの受像機やビデオ機器のディスプレーのほか、コンピュータ、パーソナルコンピュータ（パソコン）などの周辺機器の表示に、医用電子機器や理化学機器の画像観察、オシロスコープ、レーダー、ソナーなどの観測、放送局などのモニターなどに広く利用されてきた。

　ブラウン管は、物理現象に対するアナログ的な観測機器や、テレビなど情報機器のディスプレー装置として、独占的な市場を維持してきたが、21世紀になるとデジタル情報処理技術の発達とともに、軽量で奥行のない液晶やプラズマディスプレーにその座を奪われてきている。

　テレビ用ブラウン管の市場は2003年から急速に液晶に市場を奪われ、国内生産は消滅してきている。

［岩田倫典］

歴史

ブラウン管はストラスブール大学のK・F・ブラウンにより1897年に発明された（ブラウンは1909年に無線通信の研究でノーベル物理学賞受賞）。これは磁気偏向でクルックス管前面の雲母(うんも)板に蛍光物質を塗った簡単なものであった。のち偏向電極を放電管外につけた静電偏向型が考えられ、さらに偏向電極を管内に入れるとともに、熱陰極を使用したものに改良された。初期のものは観測記録のために写真乾板を管内に入れ、真空ポンプを使っていたが、1920年代になると、真空技術、蛍光物質、電子幾何光学などの進展に伴い、小型で簡単な今日の形のブラウン管が生まれた。

　ブラウン管は最初は観測用であったが、テレビジョンに利用されるようになってからは偏向角も増大し、1940年代後半からメタルバック受像管、角形ブラウン管、90度角偏向管、1951年にはシャドーマスク式カラーブラウン管と、発明、改良が続いた。三原色の蛍光体を配置するのは、1944年イギリスのベアードのアイデアであるが、実用になったのは、RCA社の研究所（アメリカ）のツウォリキンが社内募集をし、これに応じたH・B・ローらが1951年に完成したシャドーマスク方式のもので、主流製品になっていた。

［岩田倫典］

構造

ブラウン管は、電子銃から放射される電子ビームを、偏向コイルか静電電極により偏向してビーム位置を変え、輝度情報を蛍光面上で描くものである。使用される電子銃は、熱陰極から放出された電子を電気信号で変化させて細く絞る第一のレンズ（陰極格子レンズ）と、この電子ビームを蛍光面に集束する第二のレンズ（主集束レンズ）で形成される。第一のレンズは制御格子を含めて三極管型と四極管型があり、四極管型の場合は陽極電圧の変動が電子ビームに影響せず、集束性が優れたものである。第二のレンズに静電レンズを用いたものには、ユニポテンシャル型とバイポテンシャル型があり、ユニポテンシャル型は主集束電極の中央電極電圧の電位をゼロ近くまで低めることができるため、電源変動の影響が少なく、一般のテレビ受像管に用いられている。しかし、集束性はバイポテンシャル型や電磁集束を用いたものに劣る。電子ビームを偏向するには、静電偏向と電磁偏向とがある。前者は高い周波数で偏向が容易なため観測用に、後者は管外に偏向コイルをつける必要から10キロヘルツと比較的低い周波数にしか使えないが、電子ビームの加速と広角度偏向が容易なので、テレビ受像管に利用される。いずれにしても、電子は電子銃から打ち出すとき、高い電圧（5000～30000ボルトぐらい）をかけて電子ビームとなる。この電圧が大きいほどエネルギーが大きいから、像は明るいが偏向はむずかしくなる。

　シャドーマスク方式のカラーブラウン管は、赤、青、緑の電気信号をもつ3本の電子ビームを、蛍光面から約1センチメートル離れた鉄板のシャドーマスクの小孔(あな)に同時に通し、幾何学的に対応する赤、青、緑の蛍光体を照射して発光させ、カラー画像をつくる。三電子銃は三角形に配置したものと、直線的に配置したインライン型のものがあり、蛍光体は前者は丸形で、後者は短冊形のものを赤、緑、青と配置してある（短冊形のほうが明るい）。大形高精細PDPには、シャドーマスク方式をシステム技術と周辺回路技術の助けによって小型用以上に改善したものと、縞状のグリルでつくったアパーチャグリル方式によるブラウン管がある。後者は、インライン型の三陰極から放出された3個の電子ビームにそれぞれ集束レンズを（ダイヤモンドトロン）、またはまとめて1個の集束レンズを用いるとともに、3ビームがアパーチャグリルの同じ箇所に正確に交わるよう偏向器にくふうが加えられている。このため、ビームの集束性はよく、水平方向には縞のピッチの狭い横枠のないグリルが使えるので、高精細で明るい映像が得られる。

　アナログ表示に優れた観測用ブラウン管も丸形から角形に移行し、モノカラーで5インチ型のものが多い。広帯域用として静電偏向方式が用いられるが、さらに周波数帯域を広げるには、偏向電極を小片に分け、分布定数型の遅延回路構成としている。これは、500メガヘルツ程度までの観測が可能であり、さらにヘリカルコイルを用いた進行波遅延回路構成では、5ギガヘルツまでの観測が可能である。また、偏向感度をあげるために電子ビームの加速電圧を低くして、蛍光面近くで加速し画像を明るくする後段加速方式も用いられる。レーダー管は走査の関係で丸形管とし、電子が当たったあとしばらく光る（残光時間が0.4秒）黄緑の残光性蛍光体を用いている。

　以上のほか、フィルム録画、再撮影、放送局モニター、投写などには、とくに高品質用のブラウン管が用いられている。しかし、ここでも薄型ディスプレーにその座を奪われつつある。

［岩田倫典］

『電子情報通信学会編『電子情報通信ハンドブック』（1988・オーム社）』▽『大石巖他著『画像ディスプレイ』（1975・コロナ社）』

[参照項目] | ツウォリキン | 電子銃 | ブラウン | ベアード

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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