Kathodenstrahlröhre

Kathodenstrahlröhre mit elektromagnetischer Fokussierung und Ablenkung. Die abgebildeten Teile sind nicht maßstabsgetreu. ⓘ

Eine Kathodenstrahlröhre, wie sie in einem Oszilloskop zu finden ist ⓘ

Schnittdarstellung einer Farb-Kathodenstrahlröhre:
1. Drei Elektronenemitter (für rote, grüne und blaue Leuchtstoffpunkte)
2. Elektronenstrahlen
3. Fokussierungsspulen
4. Ablenkungsspulen
5. Anschluss für Endanoden (in einigen Handbüchern für Empfangsröhren als "ultor" bezeichnet)
6. Maske zur Trennung der Strahlen für den roten, grünen und blauen Teil des angezeigten Bildes
7. Phosphorschicht (Bildschirm) mit roten, grünen und blauen Zonen
8. Nahaufnahme der phosphorbeschichteten Innenseite des Bildschirms ⓘ

Schnittdarstellung einer monochromen CRT:
1. Ablenkspulen
2. Elektronenstrahl
3. Fokussierungsspule
4. Phosphorschicht auf der Innenseite des Bildschirms; gibt Licht ab, wenn sie vom Elektronenstrahl getroffen wird
5. Glühfaden zur Beheizung der Kathode
6. Graphitschicht auf der Innenseite der Röhre
7. Gummi- oder Silikondichtung an der Stelle, wo der Anodenspannungsdraht in die Röhre eintritt (Anodenbecher)
8. Kathode
9. Luftdichter Glaskörper der Röhre
10. Schirm
11. Spulen im Joch
12. Steuerelektrode zur Regulierung der Intensität des Elektronenstrahls und damit des vom Leuchtstoff ausgestrahlten Lichts
13. Kontaktstifte für Kathode, Glühfaden und Steuerelektrode
14. Draht für die Hochspannung der Anode.
Die einzigen sichtbaren Unterschiede sind die einzelne Elektronenkanone, die einheitliche weiße Leuchtstoffbeschichtung und das Fehlen einer Schattenmaske. ⓘ

Eine Kathodenstrahlröhre (CRT) ist eine Vakuumröhre mit einer oder mehreren Elektronenkanonen, die Elektronenstrahlen aussenden, die so manipuliert werden, dass sie Bilder auf einem phosphoreszierenden Bildschirm anzeigen. Die Bilder können elektrische Wellenformen (Oszilloskop), Bilder (Fernsehgerät, Computermonitor), Radarziele oder andere Phänomene darstellen. Eine Kathodenstrahlröhre in einem Fernsehgerät wird gemeinhin als Bildröhre bezeichnet. Kathodenstrahlröhren wurden auch als Speichergeräte verwendet, wobei der Bildschirm für den Betrachter nicht sichtbar sein sollte. Der Begriff Kathodenstrahl wurde verwendet, um Elektronenstrahlen zu beschreiben, als sie zum ersten Mal entdeckt wurden, bevor man verstand, dass das, was von der Kathode ausgestrahlt wurde, ein Elektronenstrahl war. ⓘ

Bei CRT-Fernsehgeräten und Computermonitoren wird die gesamte Vorderseite der Röhre wiederholt und systematisch in einem festen Muster, dem so genannten Raster, abgetastet. Bei Farbgeräten wird ein Bild erzeugt, indem die Intensität jedes der drei Elektronenstrahlen gesteuert wird, einer für jede additive Primärfarbe (Rot, Grün und Blau), wobei ein Videosignal als Referenz dient. In modernen CRT-Monitoren und -Fernsehern werden die Strahlen durch magnetische Ablenkung mit Hilfe eines Ablenkjochs gekrümmt. Die elektrostatische Ablenkung wird üblicherweise in Oszilloskopen verwendet. ⓘ

Die Rückseite einer 14-Zoll-Farbkathodenstrahlröhre mit ihren Ablenkspulen und Elektronenkanonen ⓘ

Typisches monochromes Fernsehgerät aus den Vereinigten Staaten der 1950er Jahre ⓘ

Schnappschuss eines Röhrenfernsehers, der zeigt, wie die Lichtlinie in einem Rastermuster von links nach rechts gezogen wird ⓘ

Animation des Bildaufbaus mit Zeilensprungverfahren ⓘ

Elektronenkanone eines Farb-Computermonitors ⓘ

Eine Kathodenstrahlröhre (CRT) ist eine Glashülle, die tief (d. h. lang von der Vorderseite des Bildschirms bis zum hinteren Ende), schwer und zerbrechlich ist. Das Innere ist auf etwa 0,01 Pascal (9,9×10-8 atm) bis 133 Nanopascal (1,31×10-12 atm) evakuiert, um den freien Flug der Elektronen von der/den Kanone(n) zur Oberfläche der Röhre ohne Streuung durch Zusammenstöße mit Luftmolekülen zu ermöglichen. Beim Umgang mit einer Kathodenstrahlröhre besteht daher die Gefahr einer heftigen Implosion, bei der Glas mit großer Geschwindigkeit weggeschleudert werden kann. Die Vorderseite besteht in der Regel aus dickem Bleiglas oder speziellem Barium-Strontium-Glas, das bruchsicher ist und die meisten Röntgenstrahlen abblockt. CRTs machen den größten Teil des Gewichts von CRT-Fernsehern und Computermonitoren aus. ⓘ

Seit Anfang der 2010er Jahre wurden Röhrenbildschirme durch Flachbildschirmtechnologien wie LCD-, Plasma- und OLED-Bildschirme ersetzt, die billiger in der Herstellung und im Betrieb sind und zudem deutlich leichter und weniger sperrig. Flachbildschirme können auch in sehr großen Größen hergestellt werden, während CRTs mit 100 bis 110 cm (40 Zoll) die größte Größe hatten. ⓘ

Eine Kathodenstrahlröhre funktioniert, indem eine Wolframspule elektrisch aufgeheizt wird, die wiederum eine Kathode im hinteren Teil der Röhre aufheizt, so dass diese Elektronen aussendet, die durch Elektroden moduliert und fokussiert werden. Die Elektronen werden durch Ablenkspulen oder -platten gelenkt, und eine Anode beschleunigt sie in Richtung des mit Phosphor beschichteten Bildschirms, der beim Auftreffen der Elektronen Licht erzeugt. ⓘ

Die bekannteste Anwendung ist die Bildröhre in Fernsehgeräten, bei denen sie aber inzwischen weitgehend durch Plasma- und Flüssigkristall (LC)-Bildschirme abgelöst worden ist. ⓘ

9″-Schwarz-Weiß-Bildröhre mit zugehöriger Ablenkeinheit aus einem Kassenmonitor ⓘ

Geschichte

Brauns ursprüngliche Kaltkathoden-Röhre, 1897 ⓘ

Die Kathodenstrahlen wurden von Julius Plücker und Johann Wilhelm Hittorf entdeckt. Hittorf beobachtete, dass von der Kathode (negative Elektrode) einige unbekannte Strahlen ausgingen, die Schatten auf die glühende Wand der Röhre werfen konnten, was darauf hindeutete, dass sich die Strahlen in geraden Linien bewegten. Im Jahr 1890 wies Arthur Schuster nach, dass Kathodenstrahlen durch elektrische Felder abgelenkt werden können, und William Crookes zeigte, dass sie durch Magnetfelder abgelenkt werden können. 1897 gelang es J. J. Thomson, das Ladungs-Masse-Verhältnis von Kathodenstrahlen zu messen, und er zeigte, dass sie aus negativ geladenen Teilchen bestanden, die kleiner als Atome waren, den ersten "subatomaren Teilchen", die bereits 1891 von dem irischen Physiker George Johnstone Stoney als Elektronen bezeichnet worden waren. Die früheste Version der Kathodenstrahlröhre war als Braunsche Röhre" bekannt und wurde 1897 von dem deutschen Physiker Ferdinand Braun erfunden. Es handelte sich um eine Kaltkathoden-Diode, eine Modifikation der Crookes-Röhre mit einem phosphorbeschichteten Schirm. Braun war der erste, der auf die Idee kam, eine Kathodenstrahlröhre als Anzeigegerät zu verwenden. ⓘ

1908 veröffentlichte Alan Archibald Campbell-Swinton, Mitglied der Royal Society (UK), in der Fachzeitschrift Nature einen Brief, in dem er beschrieb, wie durch die Verwendung einer Kathodenstrahlröhre (oder Braunschen Röhre) als Sende- und Empfangsgerät eine "elektrische Fernsicht" erreicht werden könnte. In einer Rede, die er 1911 in London hielt und über die in The Times und im Journal of the Röntgen Society berichtet wurde, erläuterte er seine Vision. ⓘ

Die erste Kathodenstrahlröhre mit Glühkathode wurde von John Bertrand Johnson (der dem Begriff Johnson-Rauschen seinen Namen gab) und Harry Weiner Weinhart von Western Electric entwickelt und 1922 kommerziell eingeführt. Die Einführung von Glühkathoden ermöglichte niedrigere Beschleunigungsanodenspannungen und höhere Elektronenstrahlströme, da die Anode nun nur noch die von der Glühkathode emittierten Elektronen beschleunigte und nicht mehr eine sehr hohe Spannung benötigt wurde, um die Elektronenemission der Kaltkathode zu induzieren. ⓘ

1926 demonstrierte Kenjiro Takayanagi einen Röhrenfernseher, der Bilder mit einer Auflösung von 40 Zeilen empfing. Bis 1927 verbesserte er die Auflösung auf 100 Zeilen, was bis 1931 unübertroffen blieb. 1928 war er der erste, der menschliche Gesichter in Halbtönen auf einem Röhrenfernseher darstellte. 1927 entwickelte Philo Farnsworth einen Prototyp eines Fernsehers. Die CRT wurde 1929 von dem Erfinder Vladimir K. Zworykin benannt. RCA erhielt 1932 ein Warenzeichen für den Begriff (für seine Kathodenstrahlröhre); 1950 gab das Unternehmen den Begriff freiwillig für die Öffentlichkeit frei. ⓘ

In den 1930er Jahren stellte Allen B. DuMont die ersten Kathodenstrahlröhren her, die 1.000 Betriebsstunden hielten, was einer der Faktoren war, die zur breiten Einführung des Fernsehens führten. ⓘ

Die ersten kommerziell hergestellten elektronischen Fernsehgeräte mit Kathodenstrahlröhren wurden 1934 von Telefunken in Deutschland hergestellt. ⓘ

1947 wurde das Kathodenstrahl-Unterhaltungsgerät entwickelt, das erste bekannte interaktive elektronische Spiel und das erste, das einen Kathodenstrahl-Bildschirm enthielt. ⓘ

Von 1949 bis in die frühen 1960er Jahre gab es einen Wechsel von runden zu rechteckigen Kathodenstrahlröhren, obwohl die ersten rechteckigen Kathodenstrahlröhren bereits 1938 von Telefunken hergestellt wurden. Während runde Bildröhren die Norm waren, verdeckten europäische Fernsehgeräte oft Teile des Bildschirms, um ihn etwas rechteckig erscheinen zu lassen, während amerikanische Geräte oft die gesamte Vorderseite der Bildröhre frei ließen oder nur den oberen und unteren Teil der Bildröhre verdeckten. ⓘ

1954 produzierte RCA einige der ersten Farb-CRTs, die 15GP22 CRTs, die im CT-100 verwendet wurden, dem ersten Farbfernsehgerät, das Massenproduktion. Die ersten rechteckigen Farb-CRTs wurden ebenfalls 1954 hergestellt. Die ersten rechteckigen Farb-CRTs, die der Öffentlichkeit angeboten wurden, stammen jedoch aus dem Jahr 1963. Eine der Herausforderungen, die bei der Herstellung der rechteckigen Farb-Kathodenstrahlröhre gelöst werden mussten, war die Konvergenz an den Ecken der Röhre. 1965 begannen hellere Seltene-Erden-Leuchtstoffe, die schwächeren und cadmiumhaltigen roten und grünen Leuchtstoffe zu ersetzen. Schließlich wurden auch die blauen Leuchtstoffe ersetzt. ⓘ

Die Größe der CRTs nahm im Laufe der Zeit zu, von 20 Zoll im Jahr 1938 auf 21 Zoll im Jahr 1955, 35 Zoll im Jahr 1985 und 43 Zoll im Jahr 1989. Experimentelle 31-Zoll-CRTs wurden jedoch bereits 1938 hergestellt. ⓘ

Im Jahr 1960 wurde die Aiken-Röhre erfunden. Es handelte sich um eine CRT im Flachbildschirmformat mit einer einzigen Elektronenkanone. Die Ablenkung erfolgte elektrostatisch und magnetisch, aber aufgrund von Patentproblemen wurde sie nie in Produktion genommen. Es war auch als Head-up-Display in Flugzeugen vorgesehen. Zu dem Zeitpunkt, als die Patentprobleme gelöst waren, hatte RCA bereits stark in konventionelle CRTs investiert. ⓘ

1968 wurde die Marke Sony Trinitron mit dem Modell KV-1310 eingeführt, das auf der Aperture Grille-Technologie basierte. Die Helligkeit des Bildschirms wurde als besser bezeichnet. Der Trinitron-Bildschirm war mit seiner aufrechten zylindrischen Form identisch, was auf seine einzigartige Dreifachkathoden-Einzelkanalkonstruktion zurückzuführen war. ⓘ

1987 wurden von Zenith Flachbildschirm-CRTs für Computermonitore entwickelt, die Reflexionen verringerten und dazu beitrugen, Kontrast und Helligkeit des Bildes zu erhöhen. Solche CRTs waren teuer, was ihre Verwendung auf Computermonitore beschränkte. Es wurden Versuche unternommen, Flachbildschirm-CRTs mit preiswertem und weithin verfügbarem Floatglas herzustellen. ⓘ

1990 wurden die ersten CRTs mit HD-Auflösung von Sony auf den Markt gebracht. ⓘ

Mitte der 1990er Jahre wurden etwa 160 Millionen CRTs pro Jahr hergestellt. ⓘ

Flachbildschirme fielen im Preis und begannen in den 2000er Jahren, Kathodenstrahlröhren deutlich zu verdrängen. Nach mehreren Vorhersagen begann der Absatz von LCD-Monitoren 2003-2004 den von Kathodenstrahlröhren zu übertreffen, und der Absatz von LCD-Fernsehern übertraf 2005 in den USA, 2005-2006 in Japan, 2006 in Europa, 2007-2008 weltweit und 2013 in Indien den von Kathodenstrahlröhren. ⓘ

Mitte der 2000er Jahre präsentierten Canon und Sony das Elektronenemissions-Display mit Oberflächenleitung bzw. das Feldemissions-Display. Bei beiden handelte es sich um Flachbildschirme, die anstelle von Elektronenkanonen einen (SED) oder mehrere (FED) Elektronenemitter pro Subpixel aufwiesen. Die Elektronenemitter befanden sich auf einer Glasplatte, und die Elektronen wurden mit Hilfe einer Anodenspannung auf eine benachbarte Glasplatte mit Leuchtstoffen beschleunigt. Die Elektronen wurden nicht fokussiert, so dass jedes Subpixel im Wesentlichen eine Flutlicht-Röhre war. Sie wurden nie in die Massenproduktion aufgenommen, da die LCD-Technologie wesentlich billiger war und der Markt für solche Bildschirme wegfiel. ⓘ

Der letzte große Hersteller von (in diesem Fall recycelten) Röhrenfernsehern, Videocon, stellte 2015 die Produktion ein. Etwa zur gleichen Zeit wurde die Produktion von Röhrenfernsehern eingestellt. ⓘ

Im Jahr 2015 wurden mehrere CRT-Hersteller in den USA wegen Preisabsprachen verurteilt. Das Gleiche geschah 2018 in Kanada. ⓘ

Max Dieckmann schlug bereits 1906 die Verwendung von Kathodenstrahlröhren für das Fernsehen vor, Braun tat diese Idee als „Unsinn wie das Perpetuum mobile“ ab. Das hinderte Dieckmann nicht daran, in einer Versuchsanordnung mittels Nipkow-Scheibe mechanisch abgetastete Metallvorlagen als Schattenbilder auf der Bildröhre darzustellen. ⓘ

Kenjiro Takayanagi baute im Jahre 1926 den ersten Schwarzweiß-Fernseher mit Bildröhre. (Zuvor gab es bereits Fernseher mit mechanischer Bildzerlegung, s. auch Mechanisches Fernsehen.) Er übertrug zuerst ein japanisches Schriftzeichen mit Hilfe einer Braunschen Röhre. Später gelang ihm die erste elektronische Übertragung eines menschlichen Gesichts. Daher gilt er als Vater des japanischen Fernsehens. ⓘ

Manfred von Ardenne erwarb sich große Verdienste bei der Weiterentwicklung der Braunschen Röhre zum Fernsehgerät, der Rasterelektronenmikroskope und von starken Elektronenstrahlquellen für industrielle Anwendungen. ⓘ

Niedergang

Die weltweiten Verkäufe von CRT-Computermonitoren erreichten im Jahr 2000 mit 90 Millionen Stück ihren Höhepunkt, während die Verkäufe von CRT-Fernsehern im Jahr 2005 mit 130 Millionen Stück ihren Höhepunkt erreichten. ⓘ

Ende der 90er bis Anfang der 2000er Jahre wurden Röhrenmonitore allmählich durch LCD-Monitore ersetzt, zunächst bei Computermonitoren mit einer Größe von weniger als 15 Zoll, vor allem wegen ihrer geringeren Masse. Zu den ersten Herstellern, die die CRT-Produktion einstellten, gehörte Hitachi im Jahr 2001, gefolgt von Sony in Japan im Jahr 2004, Thomson in den USA im Jahr 2004, Matsushita Toshiba picture display im Jahr 2005 in den USA, 2006 in Malaysia und 2007 in China, Sony in den USA im Jahr 2006, Sony in Singapur und Malaysia für den lateinamerikanischen und asiatischen Markt im Jahr 2008, Samsung SDI im Jahr 2007 und 2012 und Cathode Ray Technology (früher Philips) im Jahr 2012 und Videocon im Jahr 2015-16. Ekranas in Litauen und LG.Philips Displays gingen 2005 bzw. 2006 in Konkurs. Matsushita Toshiba stellte seine Tätigkeit in den USA 2004 aufgrund von Verlusten in Höhe von 109 Millionen Dollar und in Malaysia 2006 aufgrund von Verlusten ein, die fast dem Umsatz entsprachen. Die letzten CRT-Fernseher auf der CES wurden 2007 von Samsung vorgestellt, und das letzte in Serie gefertigte Modell wurde 2008 von LG aufgrund seines niedrigen Preises für Entwicklungsmärkte eingeführt. Der letzte Röhrenfernseher eines großen Herstellers wurde 2010 von LG vorgestellt. ⓘ

Röhrenfernseher wurden in den 2000er Jahren zunächst in Ländern der ersten Welt wie Japan und Europa durch LCD-Fernseher ersetzt und waren in Ländern der dritten Welt wie Lateinamerika, China, Asien und dem Nahen Osten aufgrund ihres niedrigen Preises im Vergleich zu modernen Flachbildfernsehern und später auch in Märkten wie dem ländlichen Indien weiterhin beliebt. Etwa ab 2014 begannen jedoch selbst ländliche Märkte, LCD gegenüber CRT zu bevorzugen, was zum Niedergang dieser Technologie führte. ⓘ

Obwohl sie jahrzehntelang eine tragende Säule der Displaytechnologie waren, sind Computermonitore und Fernsehgeräte auf CRT-Basis heute praktisch eine tote Technologie. Die Nachfrage nach CRT-Bildschirmen ging in den späten 2000er Jahren zurück. Die rasanten Fortschritte und die sinkenden Preise der LCD-Flachbildschirmtechnologie - zunächst für Computermonitore und dann für Fernsehgeräte - bedeuteten den Untergang für konkurrierende Bildschirmtechnologien wie CRT, Rückprojektion und Plasmabildschirm. Trotz der Bemühungen von Samsung und LG, Röhrenbildschirme mit ihren LCD- und Plasmabildschirmen konkurrenzfähig zu machen, indem sie dünnere und billigere Modelle anboten, um mit ähnlich großen und teureren LCDs zu konkurrieren, wurden Röhrenbildschirme schließlich überflüssig und wurden in die Entwicklungsmärkte verbannt, als die Preise für LCDs fielen, wobei ihre geringere Größe, ihr geringeres Gewicht und ihre Fähigkeit, an der Wand montiert zu werden, als Vorteile galten. ⓘ

Die meisten hochwertigen CRT-Fernseher wurden bis etwa 2010 nicht mehr produziert, einschließlich der hochwertigen Produktlinien von Sony und Panasonic. In Kanada und den Vereinigten Staaten wurden der Verkauf und die Produktion von hochwertigen CRT-Fernsehern (30-Zoll-Bildschirme) auf diesen Märkten bis 2007 fast vollständig eingestellt. Nur wenige Jahre später verschwanden preiswerte CRT-Fernseher (20-Zoll-Bildschirme (51 cm) mit integriertem VHS-Player) aus den Discountmärkten. ⓘ

Elektronikhändler wie Best Buy verringerten stetig die Ladenflächen für CRT-Fernseher. Im Jahr 2005 kündigte Sony an, dass es die Produktion von CRT-Computerbildschirmen einstellen würde. Samsung stellte auf der Consumer Electronics Show 2008 keine CRT-Modelle für das Modelljahr 2008 vor; am 4. Februar 2008 entfernte das Unternehmen seine 30-Zoll-Breitbild-CRTs von seiner nordamerikanischen Website und ersetzte sie nicht durch neue Modelle. ⓘ

Im Vereinigten Königreich berichtete DSG (Dixons), der größte Einzelhändler für elektronische Haushaltsgeräte, dass CRT-Modelle zu Weihnachten 2004 80-90 % der verkauften Fernsehgeräte ausmachten, ein Jahr später 15-20 %, und dass sie Ende 2006 voraussichtlich weniger als 5 % ausmachen würden. Dixons hat den Verkauf von Röhrenfernsehern im Jahr 2006 eingestellt. ⓘ

Das Ende der Röhrenfernseher hat die Wartung von Spielhallengeräten, die vor der breiten Einführung von Flachbildschirmen hergestellt wurden, schwierig gemacht, da es an Ersatzröhren mangelt. (CRTs müssen unter Umständen aufgrund von Verschleiß ersetzt werden, wie weiter unten erklärt wird.) Die Reparatur von CRTs ist zwar möglich, erfordert aber ein hohes Maß an Geschick. ⓘ

Derzeitige Verwendung

CRTs werden immer noch für einige wenige Nischenanwendungen genutzt. ⓘ

In einigen Branchen werden CRTs immer noch verwendet, weil es entweder zu viel Aufwand, Ausfallzeiten und/oder Kosten bedeutet, sie zu ersetzen, oder weil es keinen Ersatz gibt; ein bemerkenswertes Beispiel ist die Luftfahrtindustrie. Flugzeuge wie die Boeing 747-400 und der Airbus A320 verwenden CRT-Instrumente in ihren Glascockpits anstelle von mechanischen Instrumenten. Fluggesellschaften wie die Lufthansa nutzen noch immer die CRT-Technologie, die auch Disketten für Navigations-Updates verwendet. Aus ähnlichen Gründen werden sie auch in einigen militärischen Geräten eingesetzt. ⓘ

Ab 2022 stellt mindestens ein Unternehmen neue CRTs für diese Märkte her. ⓘ

Röhrenmonitore sind auch bei Liebhabern von Retrogames beliebt, da sich viele Spiele mit Röhrenmonitoren besser spielen lassen bzw. ohne sie gar nicht gespielt werden können. Da ein CRT-Bildschirm kein vollständiges Bild zeichnen muss und stattdessen Zeilensprungverfahren verwendet, ist ein CRT-Bildschirm schneller als ein LCD-Bildschirm, der das gesamte Bild zeichnet. Außerdem können Röhrenmonitore bestimmte Auflösungen korrekt darstellen, z. B. die Auflösung 256x224 des Nintendo Entertainment System (NES). Dies ist auch ein Beispiel für die häufigste Verwendung von CRTs durch Verbraucher, nämlich Retro-Videospiele. Einige Gründe hierfür sind:

• Röhrenmonitore sind in der Lage, die oft "merkwürdigen" Auflösungen, die viele ältere Konsolen verwenden, korrekt anzuzeigen.
• CRTs haben die beste Qualität, wenn sie analoge Programme wie VHS oder RF-Signale wiedergeben.
• Lichtkanonen hängen von den progressiven Timing-Eigenschaften von CRTs ab und funktionieren nicht auf anderen Bildschirmtypen. ⓘ

Röhrenmonitore sind in der Regel auch haltbarer als ihre Flachbildschirm-Gegenstücke, obwohl es auch spezielle LCD-Monitore gibt, die eine ähnliche Haltbarkeit aufweisen. ⓘ

Vergleich mit anderen Technologien

• Vorteile von LCD gegenüber CRT: Geringere Masse, geringerer Stromverbrauch und geringere Wärmeentwicklung, höhere Bildwiederholfrequenz (bis zu 360 Hz), höheres Kontrastverhältnis
• CRT-Vorteile gegenüber LCD: Bessere Farbwiedergabe, keine Bewegungsunschärfe, Multisynchronisation bei vielen Monitoren möglich, kein Input Lag
• Vorteile von OLED gegenüber CRT: Geringere Masse, ähnliche Farbwiedergabe, höhere Kontrastverhältnisse, ähnliche Bildwiederholfrequenzen (über 60 Hz, bis zu 120 Hz), jedoch nicht bei Computermonitoren, leidet auch unter Bewegungsunschärfe ⓘ

Bei Röhrenmonitoren hängt die Bildwiederholfrequenz von der Auflösung ab, wobei beide letztlich durch die maximale horizontale Abtastfrequenz des Röhrenmonitors begrenzt sind. Die Bewegungsunschärfe hängt auch von der Abklingzeit der Leuchtstoffe ab. Leuchtstoffe, die bei einer bestimmten Bildwiederholfrequenz zu langsam abklingen, können das Bild verwischen oder Bewegungsunschärfe verursachen. In der Praxis sind CRTs auf eine Bildwiederholfrequenz von 160 Hz beschränkt. LCDs, die mit OLED konkurrieren können (Dual-Layer- und Mini-LED-LCDs), sind nicht mit hohen Bildwiederholfrequenzen erhältlich, obwohl Quantenpunkt-LCDs (QLEDs) mit hohen Bildwiederholfrequenzen (bis zu 144 Hz) erhältlich sind und in der Farbwiedergabe mit OLEDs konkurrieren können. ⓘ

CRT-Monitore können LCD- und OLED-Monitore in Bezug auf die Eingangsverzögerung immer noch übertreffen, da zwischen dem CRT und dem Display-Anschluss des Monitors keine Signalverarbeitung stattfindet, da CRT-Monitore häufig VGA verwenden, das ein analoges Signal liefert, das direkt an einen CRT angeschlossen werden kann. Videokarten, die für die Verwendung mit Röhrenmonitoren konzipiert sind, können über einen RAMDAC verfügen, um die von den Röhrenmonitoren benötigten analogen Signale zu erzeugen. Außerdem sind CRT-Monitore oft in der Lage, scharfe Bilder in mehreren Auflösungen darzustellen, eine Fähigkeit, die als Multisyncing bekannt ist. Aus diesen Gründen werden CRT-Monitore trotz ihrer Größe, ihres Gewichts und ihrer Wärmeentwicklung manchmal von PC-Spielern bevorzugt. ⓘ

Aufbau

Externe Magnetfelder beeinflussen Ablenkung und Farbdarstellung einer Dreifarben-Kathodenstrahlröhre ⓘ

Die Kathodenstrahlröhre besteht aus einem geschlossenen, evakuierten Glaskolben mit einer Glühkathode, dem vor der Kathode sitzenden Wehneltzylinder, mehreren Fokussierelektroden und einer Anode. Der luftleere Glaskolben steht unter dem nicht unerheblichen Luftdruck von ca. 1 bar, was anschaulich einer Belastung von einem Kilogramm pro Quadratzentimeter des Kolbens entspricht. Je größer der Kolben der Röhre ist, desto stabiler muss er gebaut sein, was durch eine entsprechend dickere Glaskolbenwandung erreicht wird. ⓘ

Der Wehneltzylinder dient zur Helligkeitssteuerung, soll aber auch verhindern, dass der Elektronenstrahl gleich nach seiner Erzeugung divergiert (auseinander läuft). Er umgibt die Kathode wie ein Topf und hat in seinem Boden, zum Bildschirm hin, ein kleines Loch, durch das der Strahl austreten kann. ⓘ

In Kathodenstrahlröhren ist die Anode oft geteilt. Sie besteht aus:

• einer Vorbeschleunigungselektrode in Form eines Zylinders, dessen parallele Ebenen in der Strahlenbahn liegen,

bei Bild- und Oszilloskopröhren zusätzlich aus

• einer elektrisch leitenden Beschichtung (Aquadag) des Glaskolbens im inwandigen, konischen Teil des Kolbens sowie
• einem Schirm am anderen Ende des Kolbens. Dieser besteht aus Mineralien, die bei Elektronenbeschuss entweder sichtbares Licht aussenden oder in Sonderfällen auch von außen auftreffendes Licht stärker absorbieren. ⓘ

Der bei Bildröhren aluminiumhinterlegte Leuchtschirm, sowie (bei Farbbildröhren) die Loch- bzw. Schlitzmaske liegen ebenfalls auf Anodenpotential. Die Aluminiumschicht erhöht zum einen die erreichbare Helligkeit (nach innen fallendes Licht der Leuchtschicht wird reflektiert), zum anderen den erreichbaren Kontrast (dunkle Stellen werden nicht mehr durch Streulicht im Kolben aufgehellt). Außerdem verhindert sie die Bildung des Ionenflecks. ⓘ

Außen ist der Glaskolben je nach Röhrentyp am konischen Teil häufig mit einer dünnen, geerdeten Graphitschicht überzogen, um den Rest des Gerätes vor Ladungsausgleichsvorgängen (vgl. Faradayscher Käfig) zu schützen. Diese äußere Schicht bildet zusammen mit der inneren Anodenbeschichtung einen Kondensator zur Glättung der Anodenspannung. Es gibt auch Röhrenmodelle, bei denen der Konus selbst aus Metall besteht und seinerseits auf Anodenpotential liegt. Diese Konstruktion konnte sich aber wegen der schwierig zu beherrschenden, dauerhaften Abdichtung des Vakuums zwischen Metallkonus und Glasbildschirm sowie aus Isolationsgründen nicht durchsetzen. ⓘ

Bildaufbau bei einem Röhrenfernseher ⓘ

Zur Bilderzeugung wird auf der Schirmfläche ein Raster erzeugt. Der Elektronenstrahl wandert hier mit hoher Geschwindigkeit von links nach rechts, sowie mit einer geringeren Geschwindigkeit von oben nach unten und überstreicht dabei zeilenweise die Bildpunkte. Am Ende einer Zeile springt er an den Anfang der folgenden Zeile zurück. Ist das untere Ende des Bildschirms erreicht, springt der Strahl wieder an das obere Ende zurück, der Vorgang beginnt von neuem. So wird ein Raster erzeugt. Je schneller diese Vorgänge erfolgen, desto besser ergibt sich der durch die Trägheit des menschlichen Auges hervorgerufene Eindruck eines stehenden, flimmerfreien Bildes. ⓘ

Die Elektronenstrahlen können mit hoher Geschwindigkeit in ihrer Intensität beeinflusst werden. Die momentane Intensität bestimmt die Helligkeit der einzelnen Pixel. So kann die Gesamthelligkeit eines Pixels gesteuert, wie auch eine fast beliebige Farbmischung durchgeführt werden. Der Bildinhalt wird zeitsequentiell über die Helligkeit der Strahlflecke erzeugt. ⓘ

Kathodenstrahlröhren wurden in Fernsehgeräten und Computerbildschirmen verwendet. Hier sind sie jedoch fast vollständig durch Plasma- und Flüssigkristallbildschirme abgelöst worden, die prinzipbedingt einen wesentlich flacheren Aufbau besitzen. Auch in manchen digitalen Speicher-Oszilloskopen werden Rastergrafiken dargestellt, hier jedoch mit elektrostatischer Ablenkung wie bei deren Vorläufern mit Vektorgrafik-Darstellung. ⓘ

Fernsehkameraröhren, wie z. B. das Vidicon, verwenden zur Abtastung des Ladungsbildes ebenfalls ein der Kathodenstrahlröhre ähnliches Prinzip mit Rasterabtastung. ⓘ

In älteren Radargeräten werden Kathodenstrahlröhren zur Bilddarstellung in Polarkoordinaten verwendet, indem die Winkelablenkung durch ein rotierendes magnetisches Ablenksystem und die Entfernungsablenkung elektrostatisch erfolgt. ⓘ

Raster- und Transmissions-Elektronenmikroskope enthalten Kathodenstrahlröhren zur Elektronen„beleuchtung“ der Proben. ⓘ

Gehäuse

Kleine runde CRTs bei der Herstellung im Jahr 1947 (die Bildschirme sind mit Phosphor beschichtet) ⓘ

Ein tragbarer monochromer CRT-Fernseher ⓘ

Ein Trinitron CRT-Computermonitor ⓘ

Eine monochrome CRT im Inneren eines Fernsehers. Die CRT ist das größte Bauteil eines CRT-Fernsehers. ⓘ

Eine monochrome CRT im Inneren eines Macintosh Plus-Computers ⓘ

Das Gehäuse eines CRT-Monitors besteht normalerweise aus drei Teilen: Einem Bildschirm/Frontplatte/Panel, einem Kegel/Trichter und einem Hals. Die Verbindung von Bildschirm, Trichter und Hals wird als Kolben oder Umhüllung bezeichnet. ⓘ

Der Hals wird aus einem Glasrohr hergestellt, während der Trichter und der Schirm durch Gießen und anschließendes Pressen von Glas in eine Form hergestellt werden. Das Glas, das als CRT-Glas oder TV-Glas bezeichnet wird, muss besondere Eigenschaften aufweisen, um Röntgenstrahlen abzuschirmen und gleichzeitig eine ausreichende Lichtdurchlässigkeit im Bildschirm oder eine hohe elektrische Isolierung im Trichter und Hals zu gewährleisten. Die Formulierung, die dem Glas seine Eigenschaften verleiht, wird auch als Schmelze bezeichnet. Das Glas ist von sehr hoher Qualität, da es nahezu frei von Verunreinigungen und Fehlern ist. Der größte Teil der mit der Glasherstellung verbundenen Kosten entfällt auf die Energie, die für das Schmelzen der Rohstoffe zu Glas benötigt wird. Glasöfen für die Herstellung von CRT-Glas verfügen über mehrere Anzapfungen, so dass die Formen ausgetauscht werden können, ohne dass der Ofen angehalten werden muss, um die Produktion von CRTs in verschiedenen Größen zu ermöglichen. Nur das Glas, das für den Bildschirm verwendet wird, muss präzise optische Eigenschaften haben. Die optischen Eigenschaften des für den Bildschirm verwendeten Glases wirken sich auf die Farbwiedergabe und die Reinheit von Farb-KRTs aus. Der Transmissionsgrad, d. h. die Transparenz des Glases, kann so eingestellt werden, dass es für bestimmte Farben (Wellenlängen) des Lichts transparenter ist. Der Transmissionsgrad wird in der Mitte des Bildschirms bei einer Lichtwellenlänge von 546 nm und einer Bildschirmdicke von 10,16 mm gemessen. Die Durchlässigkeit nimmt mit zunehmender Dicke ab. Die Standard-Durchlässigkeit für Farb-CRT-Bildschirme beträgt 86 %, 73 %, 57 %, 46 %, 42 % und 30 %. Niedrigere Transmissionsgrade werden verwendet, um den Bildkontrast zu verbessern, aber sie belasten die Elektronenkanone stärker und erfordern eine höhere Leistung der Elektronenkanone, um die Leuchtstoffe heller zu beleuchten und so den geringeren Transmissionsgrad auszugleichen. Die Durchlässigkeit muss über den gesamten Bildschirm gleichmäßig sein, um die Farbreinheit zu gewährleisten. Der Radius (Krümmung) der Bildschirme hat sich im Laufe der Zeit vergrößert (weniger gekrümmt), von 30 auf 68 Zoll, und hat sich schließlich zu völlig flachen Bildschirmen entwickelt, was die Reflexionen reduziert. Die Dicke sowohl von gebogenen als auch von flachen Bildschirmen nimmt von der Mitte aus allmählich zu, und damit verringert sich auch die Lichtdurchlässigkeit allmählich. Das bedeutet, dass Flachbildschirm-CRTs im Inneren möglicherweise nicht ganz flach sind. Das in CRTs verwendete Glas wird von der Glasfabrik an die CRT-Fabrik geliefert, und zwar entweder in Form von separaten Bildschirmen und Trichtern mit verschmolzenen Hälsen (für Farb-CRTs) oder in Form von Glaskolben, die aus einem verschmolzenen Bildschirm, Trichter und Hals bestehen. Es gab mehrere Glasrezepturen für verschiedene Arten von Kathodenstrahlröhren, die mit spezifischen Codes für jeden Glashersteller klassifiziert wurden. Auch die Zusammensetzungen der Schmelzen waren für jeden Hersteller spezifisch. Die für eine hohe Farbreinheit und einen hohen Kontrast optimierten Gläser waren mit Neodym dotiert, während die Gläser für monochrome Kathodenstrahlröhren je nach Rezeptur unterschiedlich stark getönt waren und eine Lichtdurchlässigkeit von 42 % oder 30 % aufwiesen. Bei der Reinheit geht es darum, dass die richtigen Farben aktiviert werden (z. B. dass Rot gleichmäßig auf dem Bildschirm angezeigt wird), während die Konvergenz dafür sorgt, dass die Bilder nicht verzerrt werden. Die Konvergenz kann durch ein Kreuzschraffurmuster verändert werden. ⓘ

CRT-Glas wurde früher von speziellen Unternehmen wie AGC Inc., O-I Glass, Samsung Corning Precision Materials, Corning Inc. und Nippon Electric Glass hergestellt; andere wie Videocon, Sony für den US-Markt und Thomson stellten ihr eigenes Glas her. ⓘ

Der Trichter und der Hals bestehen aus verbleitem Kali-Natron-Glas oder Blei-Silikat-Glas, um die Röntgenstrahlen abzuschirmen, die von den Hochspannungselektronen beim Abbremsen nach dem Auftreffen auf ein Ziel, z. B. den Phosphorschirm oder die Schattenmaske einer Farbbildröhre, erzeugt werden. Die Geschwindigkeit der Elektronen hängt von der Anodenspannung der Kathodenstrahlröhre ab; je höher die Spannung, desto höher die Geschwindigkeit. Die Menge der von einer Kathodenstrahlröhre abgegebenen Röntgenstrahlen kann auch durch Verringerung der Bildhelligkeit verringert werden. Bleihaltiges Glas wird verwendet, weil es preiswert ist und gleichzeitig eine hohe Abschirmung gegen Röntgenstrahlen bietet, obwohl einige Trichter auch Barium enthalten können. Der Schirm wird in der Regel aus einer speziellen bleifreien Silikatglasmischung mit Barium und Strontium zur Abschirmung gegen Röntgenstrahlen hergestellt. Eine andere Glasformulierung verwendet 2-3 % Blei auf dem Bildschirm. Monochrome Kathodenstrahlröhren können sowohl im Bildschirm als auch im Trichter eine getönte Barium-Blei-Glasmischung und im Hals ein Kali-Natron-Bleiglas enthalten; die Kali-Natron- und Barium-Blei-Glasmischungen haben unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten. Das im Hals verwendete Glas muss ein hervorragender elektrischer Isolator sein, um die in der Elektronenoptik der Elektronenkanone verwendeten Spannungen, z. B. in den Fokussierlinsen, aufzunehmen. Das Blei im Glas führt dazu, dass es bei Gebrauch durch Röntgenstrahlen braun (dunkel) wird; normalerweise verschleißt die Kathode der Kathodenstrahlröhre aufgrund einer Kathodenvergiftung, bevor die Braunfärbung sichtbar wird. Die Glasrezeptur bestimmt die höchstmögliche Anodenspannung und damit die maximal mögliche CRT-Bildschirmgröße. Bei Farbbildschirmen liegt die Höchstspannung oft bei 24 bis 32 kV, während sie bei Monochrombildschirmen in der Regel 21 oder 24,5 kV beträgt, was die Größe von Monochrombildschirmen auf 21 Zoll bzw. ca. 1 kV pro Zoll begrenzt. Die benötigte Spannung hängt von der Größe und dem Typ der Kathodenstrahlröhre ab. Da die Formulierungen unterschiedlich sind, müssen sie miteinander kompatibel sein und ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben. Der Bildschirm kann auch eine Antireflexionsbeschichtung haben oder geschliffen sein, um Reflexionen zu verhindern. CRTs können auch eine antistatische Beschichtung haben. ⓘ

Das bleihaltige Glas in den Trichtern von Kathodenstrahlröhren kann 21 bis 25 % Bleioxid (PbO) enthalten. Der Hals kann 30 bis 40 % Bleioxid enthalten, und der Bildschirm kann 12 % Bariumoxid und 12 % Strontiumoxid enthalten. Eine typische Kathodenstrahlröhre enthält je nach Größe mehrere Kilogramm Blei in Form von Bleioxid im Glas; 12-Zoll-Röhren enthalten insgesamt 0,5 kg Blei, während 32-Zoll-Röhren bis zu 3 kg enthalten. Strontiumoxid wurde in den 1970er Jahren erstmals in CRTs verwendet, seiner Hauptanwendung. ⓘ

Einige frühe CRTs verwendeten einen mit Polyethylen isolierten Metalltrichter anstelle von Glas mit leitendem Material. Andere hatten Trichter aus Keramik oder geblasenem Pyrex anstelle von Pressglas. Frühe Kathodenstrahlröhren hatten keinen eigenen Anodenanschluss; der Trichter war der Anodenanschluss, so dass er während des Betriebs unter Spannung stand. ⓘ

Der Trichter ist auf der Innen- und Außenseite mit einer leitfähigen Beschichtung versehen, die den Trichter zu einem Kondensator macht, der dazu beiträgt, die Anodenspannung der Kathodenstrahlröhre zu stabilisieren und zu filtern, und der die zum Einschalten einer Kathodenstrahlröhre erforderliche Zeit erheblich verkürzt. Die durch die Beschichtung erzielte Stabilität löste die Probleme, die bei den frühen Stromversorgungskonzepten auftraten, da sie Vakuumröhren verwendeten. Da der Trichter als Kondensator verwendet wird, muss das im Trichter verwendete Glas ein ausgezeichneter elektrischer Isolator (Dielektrikum) sein. Die innere Beschichtung hat eine positive Spannung (die Anodenspannung, die mehrere kV betragen kann), während die äußere Beschichtung mit der Erde verbunden ist. CRTs, die von moderneren Netzteilen gespeist werden, brauchen nicht geerdet zu werden, da die modernen Netzteile robuster sind. Der Wert des vom Trichter gebildeten Kondensators beträgt .005-.01uF, obwohl bei der Spannung, mit der die Anode normalerweise versorgt wird. Der vom Trichter gebildete Kondensator kann auch unter dielektrischer Absorption leiden, ähnlich wie andere Arten von Kondensatoren. Aus diesem Grund müssen CRTs vor der Handhabung entladen werden, um Verletzungen zu vermeiden. ⓘ

Die Tiefe einer Kathodenstrahlröhre hängt mit ihrer Bildschirmgröße zusammen. Übliche Ablenkungswinkel waren 90° bei Computermonitor-CRTs und kleinen CRTs und 110°, was der Standard bei größeren TV-CRTs war, wobei 120 oder 125° bei schlanken CRTs verwendet wurden, die seit 2001-2005 hergestellt wurden, um mit LCD-Fernsehern zu konkurrieren.

Im Laufe der Zeit wurden die Ablenkungswinkel immer größer, je praktischer sie wurden, von 50° im Jahr 1938 auf 110° im Jahr 1959 und 125° in den 2000er Jahren. CRTs mit einem Ablenkwinkel von 140° wurden erforscht, aber nie auf den Markt gebracht, da die Konvergenzprobleme nie gelöst werden konnten. ⓘ

• 

  Eine monochrome CRT mit 110° Ablenkung

• 

  Eine monochrome CRT mit 90° Ablenkung ⓘ

Größe und Gewicht

Die Größe des Bildschirms einer Kathodenstrahlröhre wird auf zwei Arten gemessen: die Größe des Bildschirms oder die Diagonale der Vorderseite und die Größe des sichtbaren Bildes/Fläche oder die Diagonale des sichtbaren Bildschirms, d. h. der Teil des Bildschirms, der mit Phosphor beschichtet ist. Die Größe des Bildschirms ist die Größe des sichtbaren Bildes plus die schwarzen Ränder, die nicht mit Phosphor beschichtet sind. Das sichtbare Bild kann vollkommen quadratisch oder rechteckig sein, während die Ränder der Kathodenstrahlröhre schwarz sind und eine Krümmung aufweisen (wie bei Kathodenstrahlröhren mit schwarzen Streifen), oder die Ränder können schwarz und wirklich flach sein (wie bei Flatron-Kathodenstrahlröhren), oder die Ränder des Bildes können der Krümmung der Kanten der Kathodenstrahlröhre folgen, was bei Kathodenstrahlröhren ohne und mit schwarzen Rändern und gekrümmten Rändern der Fall sein kann. Schwarz gestreifte CRTs wurden erstmals 1972 von Toshiba hergestellt. ⓘ

Kleine CRTs unter 3 Zoll wurden für Handfernsehgeräte wie den MTV-1 und Sucher in Camcordern hergestellt. Bei diesen Geräten dürfen keine schwarzen Ränder vorhanden sein, sie sind jedoch wirklich flach. ⓘ

Der größte Teil des Gewichts einer Kathodenstrahlröhre entfällt auf den dicken Glasschirm, der 65 % des Gesamtgewichts einer Kathodenstrahlröhre ausmacht. Die restlichen 30 % bzw. 5 % entfallen auf den Trichter und das Halsglas. Das Glas des Trichters ist dünner als das des Bildschirms. Um das Gewicht des CRT-Glases zu verringern, kann chemisch oder thermisch gehärtetes Glas verwendet werden. ⓘ

Anode

Die äußere leitfähige Schicht ist mit Masse verbunden, während die innere leitfähige Schicht mit Hilfe des Anodenknopfes/der Anodenkappe über eine Reihe von Kondensatoren und Dioden (ein Cockcroft-Walton-Generator) mit dem Hochspannungs-Rücklauftransformator verbunden ist; die innere Schicht ist die Anode der CRT, die zusammen mit einer Elektrode in der Elektronenkanone auch als Endanode bezeichnet wird. Die Innenbeschichtung ist über Federn mit der Elektrode verbunden. Die Elektrode bildet einen Teil einer Bipotentiallinse. Die Kondensatoren und Dioden dienen als Spannungsvervielfacher für den vom Flyback gelieferten Strom. ⓘ

Für die innere Beschichtung des Trichters wird bei monochromen CRTs Aluminium und bei farbigen CRTs Aquadag verwendet; bei einigen CRTs kann die Innenseite mit Eisenoxid beschichtet sein. Auf der Außenseite verwenden die meisten CRTs (aber nicht alle) Aquadag. Aquadag ist eine elektrisch leitfähige Farbe auf Graphitbasis. Bei farbigen Kathodenstrahlröhren wird Aquadag auf die Innenseite des Trichters gesprüht, während Aquadag früher in das Innere von monochromen Kathodenstrahlröhren gemalt wurde. ⓘ

Die Anode dient dazu, die Elektronen auf den Bildschirm zu beschleunigen, und sammelt auch die Sekundärelektronen, die von den Leuchtstoffteilchen im Vakuum der Kathodenstrahlröhre emittiert werden. ⓘ

Der Anschluss der Anodenkappe in modernen CRTs muss je nach Größe und Helligkeit der CRT bis zu 55-60 kV aushalten können. Höhere Spannungen ermöglichen größere CRTs, eine höhere Bildhelligkeit oder einen Kompromiss zwischen beidem. Sie besteht aus einer Metallklammer, die sich auf der Innenseite eines Anodenknopfes ausdehnt, der in das Trichterglas der Kathodenstrahlröhre eingelassen ist. Die Verbindung wird durch einen Silikon-Saugnapf isoliert, eventuell auch mit Silikonfett, um eine Koronaentladung zu verhindern. ⓘ

Der Anodenknopf muss speziell geformt sein, um eine hermetische Abdichtung zwischen Knopf und Trichter herzustellen. Röntgenstrahlen können durch den Anodenknopf austreten, obwohl dies bei neueren Kathodenstrahlröhren ab Ende der 1970er bis Anfang der 1980er Jahre dank eines neuen Knopf- und Clipdesigns nicht mehr der Fall sein dürfte. Der Knopf kann aus einem Satz von drei ineinander geschachtelten Schalen bestehen, wobei die äußerste Schale aus einer Nickel-Chrom-Eisen-Legierung mit 40 bis 49 % Nickel und 3 bis 6 % Chrom besteht, damit der Knopf leicht mit dem Trichterglas verschmolzen werden kann, die erste innere Schale aus dickem, preiswertem Eisen zur Abschirmung gegen Röntgenstrahlen und die zweite innere Schale ebenfalls aus Eisen oder einem anderen elektrisch leitenden Metall zur Verbindung mit dem Clip. Die Schalen müssen ausreichend hitzebeständig sein und einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Trichterglas haben, um dem Verschmelzen mit dem Trichterglas standzuhalten. Die Innenseite des Knopfes ist mit der inneren leitenden Beschichtung der Kathodenstrahlröhre verbunden. Der Anodenknopf kann am Trichter befestigt werden, während er in einer Form in Form gepresst wird. Alternativ kann die Röntgenabschirmung auch in den Clip eingebaut werden. ⓘ

Der Rücklauftransformator wird auch als IHVT (Integrated High Voltage Transformer) bezeichnet, wenn er einen Spannungsvervielfacher enthält. Der Rücklauftransformator verwendet einen Keramik- oder Pulvereisenkern, um einen effizienten Betrieb bei hohen Frequenzen zu ermöglichen. Der Rücklauftransformator enthält eine Primär- und mehrere Sekundärwicklungen, die mehrere verschiedene Spannungen liefern. Die Hauptsekundärwicklung versorgt den Spannungsvervielfacher mit Spannungsimpulsen, um die Kathodenstrahlröhre mit der von ihr verwendeten hohen Anodenspannung zu versorgen, während die übrigen Wicklungen die Glühspannung der Kathodenstrahlröhre, die Tastimpulse, die Fokussierspannung und die vom Abtastraster abgeleiteten Spannungen liefern. Wenn der Transformator ausgeschaltet wird, bricht das Magnetfeld des Flybacks schnell zusammen, was eine hohe Spannung in den Wicklungen induziert. Die Geschwindigkeit, mit der das Magnetfeld zusammenbricht, bestimmt die Spannung, die induziert wird, so dass die Spannung mit der Geschwindigkeit zunimmt. Ein Kondensator (Retrace Timing Capacitor) oder eine Reihe von Kondensatoren (zur Gewährleistung der Redundanz) wird verwendet, um den Zusammenbruch des Magnetfelds zu verlangsamen. ⓘ

Die Auslegung der Hochspannungsversorgung in einem Produkt, das eine Kathodenstrahlröhre (CRT) verwendet, hat einen Einfluss auf die Menge der von der CRT emittierten Röntgenstrahlen. Die Menge der emittierten Röntgenstrahlen nimmt mit höheren Spannungen und Strömen zu. Wenn das Produkt, wie z. B. ein Fernsehgerät, eine ungeregelte Hochspannungsversorgung verwendet, was bedeutet, dass die Anoden- und Fokussierungsspannung mit zunehmendem Elektronenstrom bei der Anzeige eines hellen Bildes abnimmt, ist die Menge der emittierten Röntgenstrahlen am höchsten, wenn die CRT ein mäßig helles Bild anzeigt, da bei der Anzeige dunkler oder heller Bilder die höhere Anodenspannung dem niedrigeren Elektronenstrom entgegenwirkt und umgekehrt. Die Hochspannungsregler- und Gleichrichter-Vakuumröhren in einigen alten CRT-Fernsehern können ebenfalls Röntgenstrahlen aussenden. ⓘ

Elektronenkanone

Die Elektronenkanone emittiert die Elektronen, die schließlich auf die Leuchtstoffe auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre treffen. Die Elektronenkanone enthält einen Heizer, der eine Kathode erhitzt, die Elektronen erzeugt, die mit Hilfe von Gittern fokussiert und schließlich auf den Bildschirm der Kathodenstrahlröhre beschleunigt werden. Die Beschleunigung erfolgt in Verbindung mit der inneren Aluminium- oder Aquadag-Beschichtung der Bildröhre. Die Elektronenkanone ist so positioniert, dass sie auf die Mitte des Bildschirms zielt. Sie befindet sich im Inneren des Halses der Kathodenstrahlröhre und wird mit Hilfe von Glasperlen oder Glasstäben, den Glasstreifen der Elektronenkanone, zusammengehalten und am Hals befestigt. Die Elektronenkanone wird separat hergestellt und dann durch einen Prozess, der "Wickeln" oder Versiegeln genannt wird, in den Hals eingesetzt. Die Elektronenkanone besteht aus einem Glasplättchen, das mit dem Hals der CRT verschmolzen ist. Die Anschlüsse der Elektronenkanone durchdringen den Glaswafer. Sobald sich die Elektronenkanone im Hals befindet, werden die Metallteile (Gitter) unter Hochspannung miteinander verbunden, um raue Kanten zu glätten, was als "Spot-Klopfen" bezeichnet wird. ⓘ

Aufbau und Funktionsweise

Die Glühkathode wird durch ein Heizelement mit Wolframdraht beheizt; die Stromaufnahme des Heizelements beträgt je nach Röhre zwischen 0,5 und 2 A. Die an die Heizung angelegte Spannung kann die Lebensdauer der Kathodenstrahlröhre beeinflussen. Durch das Erhitzen der Kathode werden die Elektronen in der Kathode angeregt, wodurch die Elektronenemission gefördert wird, während gleichzeitig Strom an die Kathode geliefert wird; in der Regel zwischen 140 mA bei 1,5 V und 600 mA bei 6,3 V. Die Kathode erzeugt eine Elektronenwolke (emittiert Elektronen), deren Elektronen extrahiert, beschleunigt und zu einem Elektronenstrahl fokussiert werden. Farb-CRTs haben drei Kathoden: eine für Rot, Grün und Blau. Das Heizelement befindet sich innerhalb der Kathode, berührt sie aber nicht; die Kathode hat einen eigenen elektrischen Anschluss. Die Kathode ist auf einem Stück Nickel beschichtet, das die elektrische Verbindung und die strukturelle Unterstützung bietet; der Heizer sitzt in diesem Stück, ohne es zu berühren. ⓘ

Es gibt mehrere Kurzschlüsse, die in einer CRT-Elektronenkanone auftreten können. Einer davon ist ein Kurzschluss zwischen Heizung und Kathode, der dazu führt, dass die Kathode permanent Elektronen aussendet, was je nach betroffener(n) Kathode(n) zu einem Bild mit einem hellen Rot-, Grün- oder Blaustich mit Nachziehlinien führen kann. Alternativ kann die Kathode einen Kurzschluss mit dem Steuergitter verursachen, der möglicherweise ähnliche Effekte hervorruft, oder das Steuergitter und das Schirmgitter (G2) können kurzgeschlossen werden, was ein sehr dunkles Bild oder gar kein Bild zur Folge hat. Die Kathode kann von einer Abschirmung umgeben sein, um Sputtering zu verhindern. ⓘ

Die Kathode besteht aus Bariumoxid, das durch Erhitzen aktiviert werden muss, damit es Elektronen abgeben kann. Die Aktivierung ist notwendig, weil Bariumoxid an der Luft nicht stabil ist. Daher wird es als Bariumcarbonat auf die Kathode aufgebracht, das keine Elektronen abgeben kann. Bei der Aktivierung wird das Bariumcarbonat erhitzt, um es in Bariumoxid und Kohlendioxid zu zersetzen, wobei sich auf der Kathode eine dünne Schicht aus metallischem Barium bildet. Die Aktivierung erfolgt während der Evakuierung der Kathodenstrahlröhre (bei der gleichzeitig ein Vakuum entsteht). Nach der Aktivierung kann das Oxid durch verschiedene übliche Gase wie Wasserdampf, Kohlendioxid und Sauerstoff beschädigt werden. Alternativ kann anstelle von Bariumcarbonat auch Barium-Strontium-Calcium-Carbonat verwendet werden, das nach der Aktivierung Barium-, Strontium- und Calciumoxide ergibt. Während des Betriebs wird das Bariumoxid auf 800-1000 °C erhitzt und beginnt dann, Elektronen abzugeben. ⓘ

Da es sich um eine Heißkathode handelt, ist sie anfällig für eine Kathodenvergiftung, d. h. die Bildung einer Schicht positiver Ionen, die die Kathode daran hindert, Elektronen abzugeben, was die Bildhelligkeit erheblich oder vollständig verringert und dazu führt, dass Schärfe und Intensität durch die Frequenz des Videosignals beeinträchtigt werden, so dass die Bildröhre keine detaillierten Bilder anzeigen kann. Die positiven Ionen stammen von übrig gebliebenen Luftmolekülen im Inneren der Kathodenstrahlröhre oder von der Kathode selbst, die mit der Zeit mit der Oberfläche der heißen Kathode reagieren. Dem Nickelstück können reduzierende Metalle wie Mangan, Zirkonium, Magnesium, Aluminium oder Titan zugesetzt werden, um die Lebensdauer der Kathode zu verlängern, da die reduzierenden Metalle während der Aktivierung in das Bariumoxid diffundieren und dessen Lebensdauer, insbesondere bei hohen Elektronenstrahlströmen, verlängern. Bei Farb-Kathodenstrahlröhren mit roten, grünen und blauen Kathoden können eine oder mehrere Kathoden unabhängig von den anderen betroffen sein, so dass eine oder mehrere Farben ganz oder teilweise ausfallen. CRTs können aufgrund von Kathodenvergiftungen verschleißen oder durchbrennen. Die Kathodenvergiftung wird durch einen erhöhten Kathodenstrom (Übersteuerung) beschleunigt. Da bei Farb-Kathodenstrahlröhren drei Kathoden vorhanden sind, eine für Rot, Grün und Blau, kann eine einzelne oder mehrere vergiftete Kathoden den teilweisen oder vollständigen Verlust einer oder mehrerer Farben verursachen, wodurch das Bild verfärbt wird. Die Schicht kann auch wie ein Kondensator in Reihe mit der Kathode wirken und eine thermische Verzögerung verursachen. Die Kathode kann stattdessen aus Scandiumoxid bestehen oder dieses als Dotierstoff enthalten, um die Vergiftung der Kathode zu verzögern und die Lebensdauer der Kathode um bis zu 15 % zu verlängern. ⓘ

Die Menge der von den Kathoden erzeugten Elektronen hängt von ihrer Oberfläche ab. Eine Kathode mit größerer Oberfläche erzeugt mehr Elektronen in einer größeren Elektronenwolke, was die Fokussierung der Elektronenwolke zu einem Elektronenstrahl erschwert. Normalerweise emittiert nur ein Teil der Kathode Elektronen, es sei denn, die Kathodenstrahlröhre zeigt Bilder mit Teilen voller Bildhelligkeit an; nur die Teile mit voller Helligkeit bewirken, dass die gesamte Kathode Elektronen emittiert. Der Bereich der Kathode, der Elektronen emittiert, wächst mit zunehmender Helligkeit von der Mitte nach außen, so dass die Kathode ungleichmäßig abgenutzt sein kann. Wenn nur die Mitte der Kathode abgenutzt ist, leuchtet die Kathodenstrahlröhre möglicherweise die Teile der Bilder hell auf, die die volle Bildhelligkeit haben, zeigt aber die dunkleren Teile der Bilder überhaupt nicht an; in einem solchen Fall zeigt die Kathodenstrahlröhre eine schlechte Gamma-Charakteristik. ⓘ

Das zweite (Bildschirm-)Gitter der Kanone (G2) beschleunigt die Elektronen mit mehreren hundert Gleichspannungen auf den Bildschirm. An das erste (Steuer-)Gitter (G1) wird ein negativer Strom angelegt, um den Elektronenstrahl zu konvergieren. G1 ist in der Praxis ein Wehnelt-Zylinder. Die Helligkeit des Bildschirms wird nicht durch Veränderung der Anodenspannung oder des Elektronenstrahlstroms gesteuert (sie werden nie verändert), obwohl sie einen Einfluss auf die Bildhelligkeit haben, sondern die Bildhelligkeit wird durch Veränderung der Spannungsdifferenz zwischen der Kathode und dem Steuergitter G1 gesteuert. Ein drittes Gitter (G3) fokussiert den Elektronenstrahl elektrostatisch, bevor er durch die Anodenspannung abgelenkt und auf den Bildschirm beschleunigt wird. Die elektrostatische Fokussierung des Elektronenstrahls kann mit einer Einzellinse erfolgen, die mit einer Spannung von bis zu 600 Volt betrieben wird. Vor der elektrostatischen Fokussierung erforderte die Fokussierung des Elektronenstrahls ein großes, schweres und komplexes mechanisches Fokussierungssystem, das außerhalb der Elektronenkanone angebracht war. ⓘ

Die elektrostatische Fokussierung kann jedoch nicht in der Nähe der Endanode der Kathodenstrahlröhre erfolgen, da diese eine Hochspannung von einigen Dutzend Kilovolt aufweist. Daher kann stattdessen eine Hochspannungselektrode (≈600 bis 8000 Volt) zusammen mit einer Elektrode an der Endanodenspannung der Kathodenstrahlröhre zur Fokussierung verwendet werden. Eine solche Anordnung wird als Bipotentiallinse bezeichnet, die auch eine höhere Leistung als eine Einzellinse bietet. Die Fokussierung kann auch mit einer magnetischen Fokussierspule in Verbindung mit einer hohen Anodenspannung von Dutzenden von Kilovolt erfolgen. Die magnetische Fokussierung ist jedoch teuer, so dass sie in der Praxis nur selten eingesetzt wird. Einige CRTs verwenden zwei Gitter und Linsen zur Fokussierung des Elektronenstrahls. Die Fokussierungsspannung wird im Flyback mit einem Teil der Hochspannungswicklung des Flybacks in Verbindung mit einem ohmschen Spannungsteiler erzeugt. Die Fokussierungselektrode wird zusammen mit den anderen Anschlüssen im Hals der Kathodenstrahlröhre angeschlossen. ⓘ

An G1 liegt eine Spannung an, die als Abschaltspannung bezeichnet wird und die dazu führt, dass der Bildschirm schwarz wird, da das vom Elektronenstrahl erzeugte Bild auf dem Bildschirm verschwindet. Bei einer Farb-Kathodenstrahlröhre mit drei Kanonen haben die Kanonen unterschiedliche Abschaltspannungen. Bei vielen CRTs werden die Gitter G1 und G2 von allen drei Kanonen gemeinsam genutzt, was die Bildhelligkeit erhöht und die Einstellung vereinfacht, da es bei solchen CRTs nur eine einzige Abschaltspannung für alle drei Kanonen gibt (da G1 von allen Kanonen gemeinsam genutzt wird), aber den Videoverstärker, der das Video in die Kathoden der Elektronenkanone einspeist, zusätzlich belastet, da die Abschaltspannung höher wird. Monochrome CRTs leiden nicht unter diesem Problem. Bei monochromen CRTs wird die Videokanone durch Veränderung der Spannung am ersten Steuergitter gespeist. ⓘ

Während der Rückverfolgung des Elektronenstrahls wird der Vorverstärker, der den Videoverstärker speist, abgeschaltet und der Videoverstärker auf eine Spannung vorgespannt, die höher ist als die Abschaltspannung, um zu verhindern, dass Rückverfolgungslinien angezeigt werden, oder an G1 kann eine große negative Spannung angelegt werden, um zu verhindern, dass Elektronen aus der Kathode austreten. Dies wird als Austastung bezeichnet. (siehe Vertikale Austastlücke und Horizontale Austastlücke.) Eine falsche Vorspannung kann zu sichtbaren Retrace-Linien in einer oder mehreren Farben führen, wodurch Retrace-Linien entstehen, die eingefärbt oder weiß sind (z. B. rot eingefärbt, wenn die rote Farbe betroffen ist, magenta eingefärbt, wenn die rote und blaue Farbe betroffen sind, und weiß, wenn alle Farben betroffen sind). Alternativ kann der Verstärker von einem Videoprozessor angesteuert werden, der auch ein OSD (On Screen Display) in den Videostrom einfügt, der in den Verstärker eingespeist wird, wobei ein schnelles Austastsignal verwendet wird. Fernsehgeräte und Computermonitore mit Kathodenstrahlröhren (CRTs) benötigen einen Gleichstromwiederherstellungsschaltkreis, der ein Videosignal mit einer Gleichstromkomponente an die CRT liefert und so die ursprüngliche Helligkeit verschiedener Teile des Bildes wiederherstellt. ⓘ

Der Elektronenstrahl kann durch das Erdmagnetfeld beeinflusst werden, so dass er normalerweise außermittig in die Fokussierlinse eintritt; dies kann durch Astigmatisierungssteuerungen korrigiert werden. Die Astigmatisierungssteuerung ist sowohl magnetisch als auch elektronisch (dynamisch); die magnetische Steuerung übernimmt den größten Teil der Arbeit, während die elektronische Steuerung für Feineinstellungen verwendet wird. An einem Ende der Elektronenkanone befindet sich eine Glasscheibe, deren Ränder mit dem Hals der Kathodenstrahlröhre verschmolzen sind, eventuell unter Verwendung von Fritten; die Metallleitungen, die die Elektronenkanone mit der Außenwelt verbinden, führen durch die Scheibe. ⓘ

Einige Elektronenkanonen verfügen über eine Quadrupollinse mit dynamischer Fokussierung, um die Form und den Fokus des Elektronenstrahls zu verändern und die Fokussierungsspannung in Abhängigkeit von der Position des Elektronenstrahls zu variieren, damit die Bildschärfe über den gesamten Bildschirm, insbesondere in den Ecken, erhalten bleibt. Sie können auch einen Ableitwiderstand haben, um die Spannungen für die Gitter von der Anodenendspannung abzuleiten. ⓘ

Nach der Herstellung der CRTs wurden sie gealtert, damit sich die Kathodenemission stabilisieren konnte. ⓘ

Die Elektronenkanonen in Farb-CRTs werden von einem Videoverstärker angesteuert, der ein Signal pro Farbkanal aufnimmt und es auf 40-170 V pro Kanal verstärkt, um es in die Kathoden der Elektronenkanone einzuspeisen; jede Elektronenkanone hat ihren eigenen Kanal (einen pro Farbe), und alle Kanäle können von demselben Verstärker angesteuert werden, der intern drei separate Kanäle hat. Die Fähigkeiten des Verstärkers begrenzen die Auflösung, die Bildwiederholfrequenz und das Kontrastverhältnis der Kathodenstrahlröhre, da der Verstärker gleichzeitig eine hohe Bandbreite und Spannungsschwankungen bereitstellen muss; höhere Auflösungen und Bildwiederholfrequenzen erfordern höhere Bandbreiten (Geschwindigkeit, mit der die Spannung variiert werden kann und somit zwischen Schwarz und Weiß umgeschaltet werden kann) und höhere Kontrastverhältnisse erfordern höhere Spannungsschwankungen oder Amplituden für niedrigere Schwarz- und höhere Weißwerte. Eine Bandbreite von 30 MHz ermöglicht in der Regel eine Auflösung von 720p oder 1080i, während 20 MHz in der Regel eine Auflösung von etwa 600 Zeilen (horizontal, von oben nach unten) ermöglichen. Der Spannungsunterschied zwischen der Kathode und dem Steuergitter moduliert den Elektronenstrahl, wodurch der Strom und damit die Helligkeit des Bildes moduliert wird. Die in Farb-Kathodenstrahlröhren verwendeten Leuchtstoffe erzeugen für eine bestimmte Energiemenge unterschiedliche Lichtmengen, so dass zur Erzeugung von Weiß auf einer Farb-Kathodenstrahlröhre alle drei Kanonen unterschiedliche Energiemengen abgeben müssen. Die Kanone, die die meiste Energie abgibt, ist die rote Kanone, da der rote Leuchtstoff die geringste Lichtmenge emittiert. ⓘ

Ansicht eines Bildröhrenhalses mit schräg eingebautem System ⓘ

Die Geschwindigkeit der austretenden Elektronen lässt sich ansatzweise (nicht relativistisch) über folgende Annahme berechnen: Die gesamte elektrische Energie ausgehend vom elektrischen Feld, erzeugt durch eine Spannung $U$, wird bei Durchlaufen dieser Spannung in kinetische Energie umgewandelt:

$W_{\mathrm {el} }=W_{\mathrm {pot} }$ ⓘ

Für die elektrische Energie ergibt sich über die elektrische Feldstärke betragsmäßig folgende Formel:

$E={\frac {F}{Q}}={\frac {U}{d}}$ ⓘ

$W_{\mathrm {el} }=QU$ ⓘ

Durch Gleichsetzen mit $W_{\mathrm {kin} }={\tfrac {1}{2}}mv^{2}$ und Umstellen nach $v$ ergibt sich folgende Formel:

$v={\sqrt {\frac {2qU}{m}}}$ ⓘ

• $q$ entspricht bei Elektronen der Elementarladung $e^{-}$
• $U$ ist der Betrag der elektrischen Spannung, die im elektrischen Feld vorherrscht
• $m$ entspricht der Masse der Elektronen $m_{e}$ ⓘ

Im nebenstehenden Bild ist das Strahlsystem einer veralteten Fernsehbildröhre mit Ionenfalle zu sehen. Die bis zur Rotglut geheizte Kathode ist nicht zu sehen. Ganz rechts sind der Wehneltzylinder sowie die Vorbeschleunigungselektrode zu erkennen. Danach folgt links die Anode, in deren Verlauf das Strahlsystem axial zum Röhrenhals abknickt. Der Grund für diese Konstruktion ist die Separierung der ebenfalls beschleunigten Restgas-Ionen vom eigentlichen Elektronenstrahl, die ansonsten einen Ionenfleck (durch Ionenbombardement zerstörte Leuchtstoffschicht) hervorriefen. Spätere Röhren konnten darauf verzichten, da die aluminiumhinterlegten Bildschirme weniger empfindlich waren. ⓘ

Die notwendige Anodenspannung für eine ausreichende Anregung des Leuchtstoffes beträgt

• bei Oszilloskop-Röhren zwischen 500 und 8.000 Volt (vereinzelt bis 24.000 V),
• bei Schwarz-Weiß-Fernsehbildschirmen zwischen 14.000 und 18.000 Volt,
• bei Farb-Fernsehbildschirmen 25.000 bis 35.000 Volt,
• bei Spezialröhren zur nachträglichen optischen Vergrößerung des Bildes mittels optischer Linsen (Projektionsverfahren) bis 50.000 Volt,
• bei Elektronenstrahlen zur Materialbearbeitung und in Röntgenröhren oft über 100.000 Volt. ⓘ

Es fließen Ströme im Bereich unter 1 mA pro Kathode, sodass die Gesamtleistungsaufnahme einer Bildröhre einige Dutzend Watt erreichen kann. Ein einfacher Versuch zeigt, dass das Darstellen eines sehr hellen Flecks das Glas (vom Betrachter gesehen) vor der Leuchtschicht nach einigen Minuten leicht erwärmt, während dunkle Stellen vergleichsweise kühl bleiben. ⓘ

Zur Begrenzung der Intensität und der Quantenenergie der schädlichen Röntgenbremsstrahlung wurden für Schwarzweiß- und Farbfernsehröhren die Beschleunigungsspannung per technischer Norm limitiert. Geräte wurden im Verkauf mit ihrer niedrigen Beschleunigungsspannung, etwa per Aufkleber, beworben, die Beschleunigungsspannung wurde vorschriftsgemäß an der Gehäuserückwand vermerkt. Die Röhrenfrontscheibe ist aus Bleiglas, um die Röntgenstrahlung zu absorbieren, die beim Auftreffen der beschleunigten Elektronen auf den Bildschirm entsteht. ⓘ

Gamma

Kathodenstrahlröhren haben eine ausgeprägte Triodencharakteristik, die zu einem erheblichen Gamma führt (ein nichtlineares Verhältnis zwischen der angelegten Videospannung und der Strahlintensität). ⓘ

Ablenkung

Es gibt zwei Arten der Ablenkung: magnetisch und elektrostatisch. Die magnetische Ablenkung wird in der Regel in Fernsehgeräten und Monitoren verwendet, da sie höhere Ablenkwinkel (und damit flachere CRTs) und eine höhere Ablenkleistung (die einen höheren Elektronenstrahlstrom und damit hellere Bilder ermöglicht) ermöglicht und gleichzeitig die Notwendigkeit hoher Ablenkspannungen von bis zu 2000 Volt vermeidet, während Oszilloskope häufig die elektrostatische Ablenkung verwenden, da die vom Oszilloskop erfassten Rohwellenformen direkt (nach Verstärkung) an die vertikalen elektrostatischen Ablenkplatten im Inneren der CRT angelegt werden können. ⓘ

Magnetische Ablenkung

Bei Geräten mit magnetischer Ablenkung kann ein Joch mit zwei Ablenkspulenpaaren verwendet werden; ein Paar für die vertikale und ein weiteres für die horizontale Ablenkung. Das Joch kann eingeklebt (fest eingebaut) oder abnehmbar sein. Bei den geklebten Geräten wird das Joch mit Klebstoff oder Kunststoff an den Bereich zwischen dem Hals und dem Trichter der Kathodenstrahlröhre geklebt, während die Geräte mit abnehmbarem Joch geklemmt sind. Das Joch erzeugt Wärme, die unbedingt abgeführt werden muss, da die Leitfähigkeit von Glas mit steigender Temperatur zunimmt und das Glas isolierend sein muss, damit die Röhre als Kondensator verwendbar bleibt. Die Temperatur des Glases unterhalb des Jochs wird daher bei der Entwicklung eines neuen Jochs überprüft. Das Joch enthält die Ablenk- und Konvergenzspulen mit einem Ferritkern zur Verringerung der Magnetkraftverluste sowie die magnetisierten Ringe, die zur Ausrichtung oder Justierung der Elektronenstrahlen in Farb-CRTs (z. B. die Farbreinheits- und Konvergenzringe) und monochromen CRTs verwendet werden. Das Joch kann über einen Stecker angeschlossen werden, wobei die Reihenfolge, in der die Ablenkspulen des Jochs angeschlossen sind, die Ausrichtung des von der CRT angezeigten Bildes bestimmt. Die Ablenkspulen können mit Polyurethankleber befestigt werden. ⓘ

Die Ablenkspulen werden durch Sägezahnsignale angesteuert, die über VGA als horizontale und vertikale Synchronsignale geliefert werden können. Eine Kathodenstrahlröhre benötigt zwei Ablenkschaltungen: eine horizontale und eine vertikale Schaltung, die sich ähneln, mit der Ausnahme, dass die horizontale Schaltung mit einer viel höheren Frequenz (einer horizontalen Abtastrate) von 15 bis 240 kHz arbeitet, abhängig von der Bildwiederholfrequenz der Kathodenstrahlröhre und der Anzahl der zu zeichnenden horizontalen Zeilen (der vertikalen Auflösung der Kathodenstrahlröhre). Die höhere Frequenz macht sie störanfälliger, so dass eine automatische Frequenzregelung (AFC) verwendet werden kann, um die Phase des Horizontalablenkungssignals mit der eines Synchronsignals zu synchronisieren, um zu verhindern, dass das Bild diagonal verzerrt wird. Die Vertikalfrequenz hängt von der Bildwiederholfrequenz der Bildröhre ab. Bei einer Bildröhre mit einer Bildwiederholfrequenz von 60 Hz läuft die vertikale Ablenkschaltung also mit 60 Hz. Das horizontale und das vertikale Ablenkungssignal können mit zwei Schaltkreisen erzeugt werden, die unterschiedlich arbeiten; das horizontale Ablenkungssignal kann mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) erzeugt werden, während das vertikale Signal mit einem getriggerten Relaxationsoszillator erzeugt werden kann. Bei vielen Fernsehgeräten werden die Frequenzen, mit denen die Ablenkspulen arbeiten, zum Teil durch den Induktionswert der Spulen bestimmt. Röhrenbildschirme hatten unterschiedliche Ablenkungswinkel; je größer der Ablenkungswinkel, desto flacher ist der Röhrenbildschirm bei einer bestimmten Bildschirmgröße, allerdings um den Preis einer höheren Ablenkungsleistung und einer geringeren optischen Leistung. ⓘ

Eine höhere Ablenkleistung bedeutet, dass mehr Strom zu den Ablenkspulen geschickt wird, um den Elektronenstrahl in einem größeren Winkel abzulenken, was wiederum mehr Wärme erzeugen kann oder eine Elektronik erfordert, die mit der höheren Leistung umgehen kann. Die Wärme wird durch Widerstands- und Kernverluste erzeugt. Die Ablenkleistung wird in mA pro Zoll gemessen. Die vertikalen Ablenkspulen benötigen ca. 24 Volt, während die horizontalen Ablenkspulen ca. 120 Volt zum Betrieb benötigen. ⓘ

Die Ablenkspulen werden durch Ablenkverstärker betrieben. Die Horizontal-Ablenkspulen können zum Teil auch von der Horizontal-Ausgangsstufe eines Fernsehgeräts gespeist werden. Die Stufe enthält einen Kondensator, der mit den Horizontal-Ablenkspulen in Reihe geschaltet ist und mehrere Funktionen erfüllt, u. a. die Formung des Sägezahn-Ablenksignals, um es an die Krümmung der Kathodenstrahlröhre anzupassen, und die Zentrierung des Bildes, indem verhindert wird, dass eine Gleichstromvorspannung an der Spule entsteht. Zu Beginn des Rücklaufs bricht das Magnetfeld der Spule zusammen, so dass der Elektronenstrahl in die Mitte des Bildschirms zurückkehrt, während die Spule gleichzeitig Energie in Kondensatoren zurückführt, deren Energie dann dazu verwendet wird, den Elektronenstrahl zur linken Seite des Bildschirms zu bringen. ⓘ

Aufgrund der hohen Frequenz, mit der die Horizontalablenkspulen arbeiten, muss die Energie in den Ablenkspulen recycelt werden, um die Wärmeabgabe zu verringern. Dies geschieht, indem die Energie im Magnetfeld der Ablenkspulen auf eine Reihe von Kondensatoren übertragen wird. Die Spannung an den horizontalen Ablenkspulen ist negativ, wenn sich der Elektronenstrahl auf der linken Seite des Bildschirms befindet, und positiv, wenn sich der Elektronenstrahl auf der rechten Seite des Bildschirms befindet. Die erforderliche Energie für die Ablenkung ist abhängig von der Energie der Elektronen. Elektronenstrahlen mit höherer Energie (Spannung und/oder Stromstärke) benötigen mehr Energie, um abgelenkt zu werden, und werden verwendet, um eine höhere Bildhelligkeit zu erzielen. ⓘ

Elektrostatische Ablenkung

Wird meist in Oszilloskopen verwendet. Die Ablenkung erfolgt durch Anlegen einer Spannung an zwei Plattenpaare, eines für die horizontale und das andere für die vertikale Ablenkung. Der Elektronenstrahl wird gelenkt, indem die Spannungsdifferenz zwischen den Platten eines Paares variiert wird. Legt man z. B. eine Spannung von 200 Volt an die obere Platte des vertikalen Ablenkungspaares an, während die Spannung an der unteren Platte auf 0 Volt gehalten wird, so wird der Elektronenstrahl in Richtung des oberen Teils des Bildschirms abgelenkt; erhöht man die Spannung an der oberen Platte, während die untere Platte auf 0 gehalten wird, so wird der Elektronenstrahl zu einem höheren Punkt des Bildschirms abgelenkt (der Strahl wird mit einem größeren Ablenkungswinkel abgelenkt). Das Gleiche gilt für die horizontalen Ablenkplatten. Eine Vergrößerung der Länge und des Abstands zwischen den Platten eines Paares kann ebenfalls den Ablenkungswinkel vergrößern. ⓘ

Einbrennen

Von Einbrennen spricht man, wenn sich Bilder physisch in den Bildschirm der Kathodenstrahlröhre "einbrennen"; dies geschieht aufgrund der Zersetzung der Leuchtstoffe durch anhaltenden Elektronenbeschuss der Leuchtstoffe und tritt auf, wenn ein feststehendes Bild oder Logo zu lange auf dem Bildschirm verbleibt, so dass es als "Geisterbild" erscheint oder in schwerwiegenden Fällen auch, wenn die Kathodenstrahlröhre ausgeschaltet ist. Um dem entgegenzuwirken, wurden in Computern Bildschirmschoner eingesetzt, um das Einbrennen zu minimieren. Das Einbrennen ist nicht nur bei Röhrenbildschirmen, sondern auch bei Plasmabildschirmen und OLED-Bildschirmen zu beobachten. ⓘ

Evakuierung

Kathodenstrahlröhren werden in einem Ofen bei ca. 375-475 °C evakuiert oder abgesaugt (es entsteht ein Vakuum), und zwar in einem Prozess, der Backen oder Ausbacken genannt wird. Beim Evakuieren werden auch alle Materialien im Inneren der Kathodenstrahlröhre ausgegast, während andere, wie z. B. der Polyvinylalkohol, der zum Auftragen der Leuchtstoffe verwendet wird, zersetzt werden. Die Erwärmung und Abkühlung erfolgt schrittweise, um Spannungen, Versteifungen und mögliche Risse im Glas zu vermeiden; der Ofen erhitzt die Gase im Inneren der Kathodenstrahlröhre, wodurch sich die Geschwindigkeit der Gasmoleküle erhöht, was die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass sie von der Vakuumpumpe abgesaugt werden. Die Temperatur der Kathodenstrahlröhre wird unter der des Ofens gehalten, und der Ofen beginnt abzukühlen, sobald die Kathodenstrahlröhre 400 °C erreicht hat, oder die Kathodenstrahlröhre wurde bis zu 15-55 Minuten lang auf einer höheren Temperatur als 400 °C gehalten. Der Kathodenstrahlröhrchen wurde während oder nach dem Evakuieren erhitzt, und die Hitze kann gleichzeitig dazu verwendet worden sein, die Fritte im Kathodenstrahlröhrchen zu schmelzen und das Sieb und den Trichter zu verbinden. Die verwendete Pumpe ist eine Turbomolekularpumpe oder eine Diffusionspumpe. Früher wurden auch Quecksilber-Vakuumpumpen verwendet. Nach dem Brennen wird der CRT von der Vakuumpumpe getrennt ("versiegelt oder abgekippt"). Der Getter wird dann mit einer HF-Spule (Induktion) gezündet. Der Getter befindet sich normalerweise im Trichter oder im Hals des CRT. Das Gettermaterial, das häufig auf Barium basiert, fängt alle verbleibenden Gaspartikel auf, wenn es durch die von der HF-Spule induzierte Erwärmung (die mit einer exothermen Erwärmung innerhalb des Materials kombiniert sein kann) verdampft; der Dampf füllt die Kathodenstrahlröhre, schließt alle Gasmoleküle ein, auf die er trifft, und kondensiert an der Innenseite der Kathodenstrahlröhre und bildet eine Schicht, die eingeschlossene Gasmoleküle enthält. Wasserstoff kann im Material vorhanden sein, um die Verteilung des Bariumdampfes zu unterstützen. Das Material wird auf Temperaturen über 1000 °C erhitzt, wodurch es verdampft. Ein teilweiser Verlust des Vakuums in einer Kathodenstrahlröhre kann zu einem verschwommenen Bild, blauem Glühen im Hals der Röhre, Überschlägen, Verlust der Kathodenemission oder Fokussierungsproblemen führen. Das Vakuum im Inneren einer Kathodenstrahlröhre bewirkt, dass der atmosphärische Druck (bei einer 27-Zoll-Kathodenstrahlröhre) einen Druck von insgesamt 2.600 kg (5.800 Pfund) ausübt. ⓘ

Wiederaufbau

Früher wurden CRTs wiederaufgebaut, repariert oder überholt. Der Wiederaufbauprozess umfasste die Demontage der Kathodenstrahlröhre, die Demontage und Reparatur oder den Austausch der Elektronenkanone(n), die Entfernung und Wiederanbringung von Leuchtstoffen und Aquadag usw. Der Umbau war bis in die 1960er Jahre sehr beliebt, da Kathodenstrahlröhren teuer waren und sich schnell abnutzten, so dass sich die Reparatur lohnte. Der letzte CRT-Rebuilder in den USA schloss 2010, und der letzte in Europa, RACS, der in Frankreich ansässig war, schloss 2013. ⓘ

Reaktivierung

Bei der Reaktivierung, die auch als Rejuvenation bezeichnet wird, geht es darum, die Helligkeit einer abgenutzten Kathodenstrahlröhre vorübergehend wiederherzustellen. Dies geschieht häufig durch vorsichtiges Erhöhen der Spannung an der Kathodenheizung sowie des Stroms und der Spannung an den Steuergittern der Elektronenkanone, entweder manuell oder mit einem speziellen Gerät, dem so genannten CRT-Rejuvenator. Einige Rejuvenatoren können auch Kurzschlüsse zwischen Heizung und Kathode beheben, indem sie eine kapazitive Entladung durch den Kurzschluss leiten. ⓘ

Leuchtstoffe

Phosphore in CRTs geben Sekundärelektronen ab, da sie sich im Vakuum der CRT befinden. Die Sekundärelektronen werden von der Anode der Kathodenstrahlröhre aufgefangen. Die von den Leuchtstoffen erzeugten Sekundärelektronen müssen aufgefangen werden, um zu verhindern, dass sich auf dem Bildschirm Ladungen bilden, die zu einer geringeren Bildhelligkeit führen würden, da die Ladung den Elektronenstrahl abstoßen würde. ⓘ

Die in Kathodenstrahlröhren verwendeten Leuchtstoffe enthalten häufig Seltenerdmetalle und ersetzen frühere schwächere Leuchtstoffe. Frühe rote und grüne Leuchtstoffe enthielten Cadmium, und einige schwarze und weiße CRT-Leuchtstoffe enthielten auch Berylliumpulver, obwohl auch weiße Leuchtstoffe mit Cadmium, Zink und Magnesium mit Silber, Kupfer oder Mangan als Dotierstoffe verwendet wurden. Die in Kathodenstrahlröhren verwendeten Seltenerdleuchtstoffe sind effizienter (erzeugen mehr Licht) als frühere Leuchtstoffe. Die Leuchtstoffe haften aufgrund von Van-der-Waals- und elektrostatischen Kräften auf dem Bildschirm. Leuchtstoffe, die aus kleineren Teilchen bestehen, haften stärker auf dem Bildschirm. Die Leuchtstoffe können zusammen mit dem Kohlenstoff, der das Ausbluten des Lichts (bei Farb-Kathodenstrahlröhren) verhindert, leicht durch Kratzen entfernt werden. ⓘ

Für Kathodenstrahlröhren gab es mehrere Dutzend Leuchtstofftypen. Die Leuchtstoffe wurden nach Farbe, Beständigkeit, Anstiegs- und Abfallkurven der Leuchtdichte, Farbe in Abhängigkeit von der Anodenspannung (für Leuchtstoffe, die in Durchleuchtungsröhren verwendet werden), Verwendungszweck, chemischer Zusammensetzung, Sicherheit, Empfindlichkeit gegen Einbrennen und Sekundäremissionseigenschaften klassifiziert. Beispiele für Leuchtstoffe aus seltenen Erden sind Yittriumoxid für Rot und Yittriumsilicid für Blau, während Beispiele für frühere Leuchtstoffe Kupfercadmiumsulfid für Rot sind, ⓘ

SMPTE-C-Leuchtstoffe haben Eigenschaften, die durch die SMPTE-C-Norm definiert sind, die einen gleichnamigen Farbraum festlegt. Die Norm legt den Schwerpunkt auf eine genaue Farbwiedergabe, was durch die unterschiedlichen Leuchtstoffe und Farbräume der NTSC- und PAL-Farbsysteme erschwert wurde. PAL-Fernsehgeräte haben eine subjektiv bessere Farbwiedergabe aufgrund der Verwendung gesättigter grüner Leuchtstoffe, die relativ lange Abklingzeiten haben, die in PAL toleriert werden, da in PAL aufgrund der niedrigeren Bildwiederholrate mehr Zeit zum Abklingen der Leuchtstoffe zur Verfügung steht. SMPTE-C-Leuchtstoffe wurden in professionellen Videomonitoren verwendet. ⓘ

Die Phosphorbeschichtung auf monochromen und farbigen CRTs kann auf der Rückseite eine Aluminiumbeschichtung aufweisen, die dazu dient, das Licht nach vorne zu reflektieren, einen Schutz gegen Ionen zu bieten, um Ionenverbrennungen durch negative Ionen auf dem Phosphor zu verhindern, die von den auf den Phosphor auftreffenden Elektronen erzeugte Wärme zu steuern, statische Aufladung zu verhindern, die Elektronen vom Bildschirm abstoßen könnte, einen Teil der Anode zu bilden und die von den Phosphoren im Bildschirm erzeugten Sekundärelektronen aufzufangen, nachdem sie vom Elektronenstrahl getroffen wurden, und den Elektronen einen Rückweg zu bieten. Der Elektronenstrahl durchläuft die Aluminiumbeschichtung, bevor er auf die Leuchtstoffe auf dem Schirm trifft; das Aluminium schwächt die Spannung des Elektronenstrahls um etwa 1 kv ab. Auf die Leuchtstoffe kann ein Film oder Lack aufgetragen werden, um die Oberflächenrauhigkeit der von den Leuchtstoffen gebildeten Oberfläche zu verringern, damit die Aluminiumbeschichtung eine einheitliche Oberfläche erhält und nicht das Glas des Bildschirms berührt. Dies wird als Beschichtung bezeichnet. Der Lack enthält Lösungsmittel, die später verdampfen; der Lack kann chemisch aufgeraut werden, um eine Aluminiumbeschichtung mit Löchern zu erzeugen, damit die Lösungsmittel entweichen können. ⓘ

Beständigkeit des Phosphors

Je nach den Erfordernissen der Mess- oder Anzeigeanwendung sind verschiedene Leuchtstoffe erhältlich. Helligkeit, Farbe und Nachleuchtdauer der Beleuchtung hängen von der Art des auf dem CRT-Bildschirm verwendeten Leuchtstoffs ab. Es gibt Leuchtstoffe mit einer Leuchtdauer von weniger als einer Mikrosekunde bis zu mehreren Sekunden. Für die visuelle Beobachtung von kurzen, flüchtigen Ereignissen kann ein Leuchtstoff mit langer Nachleuchtdauer wünschenswert sein. Bei schnellen und sich wiederholenden Ereignissen oder bei hoher Frequenz ist ein kurzlebiger Leuchtstoff im Allgemeinen vorzuziehen. Die Nachleuchtdauer muss niedrig genug sein, um Verschmierungs- oder Geisterbilder bei hohen Bildwiederholfrequenzen zu vermeiden. ⓘ

Einschränkungen und Umgehungsmöglichkeiten

Blooming

Schwankungen der Anodenspannung können zu Helligkeitsschwankungen in Teilen des Bildes oder im gesamten Bild führen, zusätzlich zu Blooming, Schrumpfung oder Vergrößerung oder Verkleinerung des Bildes. Niedrigere Spannungen führen zu Blooming und Vergrößerung, während höhere Spannungen das Gegenteil bewirken. Ein gewisses Blooming ist unvermeidlich, was sich darin äußert, dass sich helle Bereiche eines Bildes ausdehnen und die umliegenden dunkleren Bereiche desselben Bildes verzerren oder verdrängen. Blooming tritt auf, weil helle Bereiche einen höheren Elektronenstrom von der Elektronenkanone erhalten, wodurch der Strahl breiter und schwieriger zu fokussieren ist. Eine schlechte Spannungsregelung führt dazu, dass die Fokussierung und die Anodenspannung mit zunehmendem Elektronenstrahlstrom abnehmen. ⓘ

Doming

Doming ist ein Phänomen, das bei einigen CRT-Fernsehern auftritt und bei dem sich Teile der Schattenmaske erhitzen. Bei Fernsehgeräten, die dieses Verhalten zeigen, tritt es in der Regel bei kontrastreichen Szenen auf, bei denen es eine weitgehend dunkle Szene mit einem oder mehreren lokalisierten hellen Punkten gibt. Wenn der Elektronenstrahl in diesen Bereichen auf die Schattenmaske trifft, erwärmt er sich ungleichmäßig. Die Schattenmaske verformt sich aufgrund der Wärmeunterschiede, was dazu führt, dass die Elektronenkanone auf die falsch gefärbten Leuchtstoffe trifft und in dem betroffenen Bereich falsche Farben angezeigt werden. Die thermische Ausdehnung führt dazu, dass sich die Schattenmaske um etwa 100 Mikrometer ausdehnt. ⓘ

Im Normalbetrieb wird die Schattenmaske auf etwa 80-90 °C erhitzt. Helle Bildbereiche erwärmen die Schattenmaske stärker als dunkle Bereiche, was zu einer ungleichmäßigen Erwärmung der Schattenmaske und zu einer Verformung (Blooming) aufgrund der thermischen Ausdehnung führt, die durch die Erwärmung durch den erhöhten Elektronenstrahlstrom verursacht wird. Die Schattenmaske besteht in der Regel aus Stahl, kann aber auch aus Invar (einer Nickel-Eisen-Legierung mit geringer Wärmeausdehnung) hergestellt werden, da sie zwei- bis dreimal so viel Strom wie herkömmliche Masken aushält, ohne sich merklich zu verziehen, und gleichzeitig eine höhere Auflösung von CRTs ermöglicht. Auf die Schattenmaske können Beschichtungen aufgebracht werden, die Wärme ableiten, um das Ausblühen zu begrenzen. ⓘ

In CRTs, die in Fernsehgeräten verwendet werden, können Bimetallfedern eingesetzt werden, um die Verformung auszugleichen, die durch die Erwärmung der Schattenmaske durch den Elektronenstrahl und die damit verbundene Wärmeausdehnung entsteht. Die Schattenmaske wird mit Hilfe von Metallteilen oder einer Schiene bzw. einem Rahmen, der mit dem Trichter bzw. dem Glas des Bildschirms verschmolzen ist, auf dem Bildschirm befestigt, wobei die Schattenmaske unter Spannung gehalten wird, um die Verformung zu minimieren (wenn die Maske flach ist, was bei CRT-Computermonitoren mit Flachbildschirm der Fall ist) und eine höhere Bildhelligkeit und einen höheren Kontrast zu ermöglichen. ⓘ

Bildschirme mit Blendengitter sind heller, da sie mehr Elektronen durchlassen, aber sie benötigen Stützdrähte. Außerdem sind sie widerstandsfähiger gegen Verformungen. Farb-CRTs benötigen höhere Anodenspannungen als Monochrom-CRTs, um die gleiche Helligkeit zu erreichen, da die Schattenmaske den größten Teil des Elektronenstrahls blockiert. Schlitzmasken und spezielle Aperture-Gitter blockieren nicht so viele Elektronen, was zu einem helleren Bild bei einer bestimmten Anodenspannung führt, aber Aperture-Gitter-KRTs sind schwerer. Schattenmasken blockieren 80-85 % des Elektronenstrahls, während Aperture-Gitter mehr Elektronen durchlassen. ⓘ

Hohe Spannung

Die Bildhelligkeit hängt von der Anodenspannung und der Größe der Kathodenstrahlröhre ab, so dass höhere Spannungen sowohl für größere Bildschirme als auch für eine höhere Bildhelligkeit erforderlich sind. Die Bildhelligkeit wird auch durch den Strom des Elektronenstrahls gesteuert. Höhere Anodenspannungen und Elektronenstrahlströme bedeuten auch mehr Röntgenstrahlung und Wärmeentwicklung, da die Elektronen eine höhere Geschwindigkeit und Energie haben. Bleiglas und spezielles Barium-Strontium-Glas werden verwendet, um die meisten Röntgenstrahlen zu blockieren. ⓘ

Größe

Die Größe wird durch die Anodenspannung begrenzt, da eine höhere Durchschlagsfestigkeit erforderlich ist, um Lichtbögen (Koronaentladungen) und die dadurch verursachten elektrischen Verluste und die Ozonbildung zu verhindern, ohne die Bildhelligkeit zu beeinträchtigen. Das Gewicht der Bildröhre, das sich aus dem dicken Glas ergibt, das erforderlich ist, um das Vakuum sicher aufrechtzuerhalten, setzt der Größe der Bildröhre eine praktische Grenze. Der 43-Zoll-CRT-Monitor PVM-4300 von Sony wiegt 200 kg (440 Pfund). Kleinere CRTs wiegen deutlich weniger, z. B. wiegen 32-Zoll-CRTs bis zu 74 kg (163 Pfund) und 19-Zoll-CRTs bis zu 27 kg (60 Pfund). Zum Vergleich: Ein 32-Zoll-Flachbildschirm wiegt nur ca. 8,2 kg (18 Pfund) und ein 19-Zoll-Flachbildschirm 6,5 Pfund (2,9 kg). ⓘ

Die Herstellung von Schattenmasken wird mit zunehmender Auflösung und Größe immer schwieriger. ⓘ

Grenzen durch Ablenkung

Bei hohen Ablenkungswinkeln, Auflösungen und Bildwiederholraten (da höhere Auflösungen und Bildwiederholraten deutlich höhere Frequenzen für die horizontalen Ablenkspulen erfordern) beginnt das Ablenkungsjoch große Mengen an Wärme zu erzeugen, da der Elektronenstrahl in einem größeren Winkel bewegt werden muss, was wiederum exponentiell mehr Energie erfordert. Um beispielsweise den Ablenkwinkel von 90 auf 120° zu erhöhen, muss die Leistungsaufnahme des Ablenkjochs von 40 Watt auf 80 Watt steigen, und um ihn weiter von 120 auf 150° zu erhöhen, muss die Ablenkleistung wiederum von 80 Watt auf 160 Watt steigen. Dies macht CRTs, die über bestimmte Ablenkwinkel, Auflösungen und Bildwiederholraten hinausgehen, normalerweise unpraktisch, da die Spulen aufgrund des durch den Skineffekt, Oberflächen- und Wirbelstromverluste verursachten Widerstands zu viel Wärme erzeugen würden und/oder das Glas unter der Spule möglicherweise leitfähig werden würde (da die elektrische Leitfähigkeit von Glas mit steigender Temperatur abnimmt). Einige Ablenkjoche sind so konstruiert, dass sie die durch ihren Betrieb entstehende Wärme ableiten. Höhere Ablenkungswinkel bei Farb-Kathodenstrahlröhren wirken sich direkt auf die Konvergenz in den Ecken des Bildschirms aus, was zusätzliche Kompensationsschaltungen erfordert, um die Leistung und Form des Elektronenstrahls zu steuern, was zu höheren Kosten und höherem Stromverbrauch führt. Höhere Ablenkungswinkel ermöglichen es, eine CRT einer bestimmten Größe schlanker zu machen, aber sie stellen auch eine größere Belastung für die CRT-Hülle dar, insbesondere für das Panel, die Dichtung zwischen dem Panel und dem Trichter und für den Trichter. Der Trichter muss lang genug sein, um die Belastung zu minimieren, da ein längerer Trichter besser geformt werden kann, um die Belastung zu verringern. ⓘ

Typen

CRTs wurden in zwei Hauptkategorien hergestellt: Bildröhren und Anzeigeröhren. Bildröhren wurden in Fernsehgeräten verwendet, während Anzeigeröhren in Computermonitoren eingesetzt wurden. Bildröhren hatten kein Overscan und eine höhere Auflösung. Bildröhren-CRTs haben einen Overscan, d. h. die tatsächlichen Kanten des Bildes werden nicht angezeigt; dies ist beabsichtigt, um Einstellungsvariationen zwischen CRT-Fernsehern zu ermöglichen und zu verhindern, dass die ausgefransten Kanten (aufgrund von Blooming) des Bildes auf dem Bildschirm angezeigt werden. Die Schattenmaske kann Rillen aufweisen, die die Elektronen reflektieren, die aufgrund des Overscans nicht auf den Bildschirm treffen. Die in Fernsehgeräten verwendeten Farbbildröhren wurden auch als CPTs bezeichnet. CRTs werden manchmal auch Braunsche Röhren genannt. ⓘ

Monochrome CRTs

Eine aluminisierte monochrome CRT. Die schwarze, matte Beschichtung ist Aquadag. ⓘ

Das Ablenkjoch über dem Hals einer monochromen CRT. Es hat zwei Paare von Ablenkspulen. ⓘ

Bei einer Schwarzweiß-Kathodenstrahlröhre befindet sich im Hals eine einzelne Elektronenkanone, und der Trichter ist auf der Innenseite mit Aluminium beschichtet, das durch Aufdampfen aufgebracht wurde; das Aluminium wird im Vakuum verdampft und kondensiert auf der Innenseite der Röhre. Aluminium macht Ionenfallen überflüssig, die notwendig sind, um Ionenverbrennungen auf dem Leuchtstoff zu verhindern, und reflektiert gleichzeitig das vom Leuchtstoff erzeugte Licht in Richtung des Bildschirms, lenkt die Wärme und absorbiert die Elektronen, um ihnen einen Rückweg zu bieten; früher waren die Trichter auf der Innenseite mit Aquadag beschichtet, das verwendet wurde, weil es wie Farbe aufgetragen werden kann; die Leuchtstoffe blieben unbeschichtet. In den 1950er Jahren begann man, CRTs mit Aluminium zu beschichten, wobei die Innenseite der CRTs einschließlich der Leuchtstoffe beschichtet wurde, was auch die Bildhelligkeit erhöhte, da das Aluminium das Licht (das sonst im Inneren der CRT verloren ginge) nach außen reflektierte. Bei aluminisierten monochromen CRTs wird Aquadag auf der Außenseite verwendet. Der Trichter und der Bildschirm sind mit einer einzigen Aluminiumschicht überzogen. ⓘ

Der Schirm, der Trichter und der Hals werden zu einer einzigen Hülle verschmolzen, möglicherweise unter Verwendung von Bleiemaille-Dichtungen, in den Trichter wird ein Loch gebohrt, auf das die Anodenkappe aufgesetzt wird, und anschließend werden Phosphor, Aquadag und Aluminium aufgetragen. Früher wurden bei monochromen Kathodenstrahlröhren Ionenfallen verwendet, die Magnete erforderten; der Magnet diente dazu, die Elektronen von den schwieriger abzulenkenden Ionen abzulenken und die Elektronen durchzulassen, während die Ionen auf ein Metallblech im Inneren der Elektronenkanone prallen. Der Ionenbrand führt zu einer vorzeitigen Abnutzung des Leuchtstoffs. Da Ionen schwerer abzulenken sind als Elektronen, hinterlässt Ionenbrand einen schwarzen Punkt in der Mitte des Bildschirms. ⓘ

Die innere Aquadag- oder Aluminiumbeschichtung war die Anode und diente dazu, die Elektronen in Richtung des Schirms zu beschleunigen, sie nach dem Auftreffen auf den Schirm aufzufangen und zusammen mit der äußeren Aquadag-Beschichtung als Kondensator zu dienen. Der Bildschirm hat eine einzige einheitliche Phosphorbeschichtung und keine Schattenmaske, so dass es technisch gesehen keine Auflösungsgrenze gibt. ⓘ

Monochrome CRTs können Ringmagnete zur Zentrierung des Elektronenstrahls und Magnete um das Ablenkjoch zur Einstellung der Bildgeometrie verwenden. ⓘ

• 

  Ältere monochrome CRTs ohne Aluminium, nur Aquadag

• 

  Die Elektronenkanone einer monochromen CRT ⓘ

Farb-CRTs

Vergrößerte Ansicht einer Delta-Gun-Schattenmaske einer Farb-CRT ⓘ

Auf der linken Seite: Vergrößerte Ansicht einer Inline-Leuchtstoff-Triade (eine Schlitzmaske) CRT. Auf der rechten Seite: Vergrößerte Ansicht einer Delta-Gun-Leuchtstoff-Triade. ⓘ

Vergrößerte Ansicht einer Trinitron-Farb-CRT (Aperture Grille). Ein dünner horizontaler Stützdraht ist sichtbar. ⓘ

CRT-Dreiklang und Maskentypen ⓘ

Spektren der blauen, grünen und roten Leuchtstoffe in einer herkömmlichen CRT ⓘ

Die Inline-Elektronenkanonen eines CRT-Farbfernsehers ⓘ

Farb-Kathodenstrahlröhren verwenden drei verschiedene Leuchtstoffe, die jeweils rotes, grünes und blaues Licht emittieren. Sie sind in Streifen (wie bei Aperturblenden) oder in Gruppen, den so genannten "Triaden" (wie bei Schattenmasken-CRTs), angeordnet. ⓘ

Farb-KRTs haben drei Elektronenkanonen, eine für jede Primärfarbe (rot, grün und blau), die entweder in einer geraden Linie (in-line) oder in einer gleichseitigen Dreieckskonfiguration angeordnet sind (die Kanonen sind normalerweise als eine Einheit konstruiert). (Die dreieckige Anordnung wird oft als "Delta-Kanone" bezeichnet, in Anlehnung an die Form des griechischen Buchstabens delta Δ.) Die Anordnung der Leuchtstoffe ist die gleiche wie bei den Elektronenkanonen. Ein Gitter oder eine Maske absorbiert die Elektronen, die sonst auf den falschen Leuchtstoff treffen würden. ⓘ

Bei einer Schattenmaskenröhre wird eine Metallplatte mit winzigen Löchern verwendet, die in der Regel in einer Deltakonfiguration angeordnet sind, so dass der Elektronenstrahl nur die richtigen Leuchtstoffe auf der Vorderseite der Röhre beleuchtet und alle anderen Elektronen blockiert. Schattenmasken, die statt Löchern Schlitze verwenden, werden als Schlitzmasken bezeichnet. Die Löcher oder Schlitze sind verjüngt, so dass die Elektronen, die auf die Innenseite eines Lochs treffen, zurückreflektiert werden, wenn sie nicht absorbiert werden (z. B. aufgrund lokaler Ladungsakkumulation), anstatt durch das Loch zu prallen und an einer zufälligen (falschen) Stelle auf dem Bildschirm aufzutreffen. Eine andere Art von Farb-CRT (Trinitron) verwendet ein Blendengitter aus gespannten vertikalen Drähten, um das gleiche Ergebnis zu erzielen. Die Schattenmaske hat ein einziges Loch für jeden Dreiklang. Die Schattenmaske befindet sich normalerweise 1/2 Zoll hinter dem Bildschirm. ⓘ

Trinitron-Kathodenstrahlröhren unterscheiden sich von anderen Farb-Kathodenstrahlröhren dadurch, dass sie eine einzige Elektronenkanone mit drei Kathoden, ein Blendengitter, das mehr Elektronen durchlässt und so die Bildhelligkeit erhöht (da das Blendengitter nicht so viele Elektronen blockiert), und einen vertikal zylindrischen Bildschirm anstelle eines gebogenen Bildschirms haben. ⓘ

Die drei Elektronenkanonen befinden sich im Hals (außer bei Trinitrons), und die roten, grünen und blauen Leuchtstoffe auf dem Bildschirm können durch ein schwarzes Gitter oder eine schwarze Matrix (von Toshiba als schwarzer Streifen bezeichnet) getrennt sein. ⓘ

Der Trichter ist auf beiden Seiten mit Aquadag beschichtet, während der Schirm eine separate Aluminiumbeschichtung aufweist, die im Vakuum aufgebracht wird. Die Aluminiumbeschichtung schützt den Leuchtstoff vor Ionen, absorbiert Sekundärelektronen, bietet ihnen einen Rückweg und verhindert so, dass sie den Bildschirm elektrostatisch aufladen, wodurch Elektronen abgestoßen und die Bildhelligkeit verringert würde, sie reflektiert das Licht des Leuchtstoffs nach vorne und hilft bei der Wärmeabfuhr. Zusammen mit der inneren Aquadag-Beschichtung dient sie auch als Anode der Kathodenstrahlröhre. Die innere Beschichtung ist mit Hilfe von Federn elektrisch mit einer Elektrode der Elektronenkanone verbunden und bildet die letzte Anode. Die äußere Aquadag-Beschichtung ist mit der Erde verbunden, möglicherweise über eine Reihe von Federn oder einen Kabelbaum, der mit dem Aquadag in Kontakt kommt. ⓘ

Schattenmaske

Die Schattenmaske absorbiert oder reflektiert Elektronen, die andernfalls auf die falschen Leuchtstoffpunkte treffen würden, was zu Problemen mit der Farbreinheit (Verfärbung der Bilder) führen würde; mit anderen Worten, wenn die Schattenmaske richtig eingestellt ist, trägt sie zur Farbreinheit bei. Wenn die Elektronen auf die Schattenmaske treffen, geben sie ihre Energie in Form von Wärme und Röntgenstrahlung ab. Haben die Elektronen z. B. aufgrund einer zu hohen Anodenspannung zu viel Energie, kann sich die Schattenmaske durch die Hitze verziehen, was auch beim Lehr'schen Einbrennen bei ca. 435 °C der Frittenabdichtung zwischen Frontplatte und Trichter der Röhre passieren kann. ⓘ

Schattenmasken wurden in den 1970er Jahren in Fernsehgeräten durch Schlitzmasken ersetzt, da Schlitzmasken mehr Elektronen durchlassen und die Bildhelligkeit erhöhen. Schattenmasken können elektrisch mit der Anode der Kathodenstrahlröhre verbunden werden. Trinitron verwendete eine einzige Elektronenkanone mit drei Kathoden anstelle von drei kompletten Kanonen. CRT-PC-Monitore verwenden in der Regel Schattenmasken, mit Ausnahme von Sonys Trinitron, Mitsubishis Diamondtron und NECs Cromaclear; Trinitron und Diamondtron verwenden Blendengitter, während Cromaclear eine Schlitzmaske verwendet. Einige Schattenmasken-Kathodenstrahlröhren haben farbige Leuchtstoffe, die einen kleineren Durchmesser haben als die Elektronenstrahlen, mit denen sie beleuchtet werden, um den gesamten Leuchtstoff abzudecken und die Bildhelligkeit zu erhöhen. Schattenmasken können in eine gebogene Form gepresst werden. ⓘ

Herstellung des Bildschirms

Die frühen Farb-CRTs verfügten noch nicht über eine schwarze Matrix, die 1969 von Zenith und 1970 von Panasonic eingeführt wurde. Die schwarze Matrix verhindert, dass Licht von einem Leuchtstoff zum anderen durchdringt, da die schwarze Matrix die Leuchtstoffpunkte voneinander isoliert, so dass ein Teil des Elektronenstrahls die schwarze Matrix berührt. Dies wird auch durch die Verformung der Schattenmaske erforderlich. Durch Streuelektronen, die an den falschen Leuchtstoffpunkten streifen, kann es dennoch zu Light Bleeding kommen. Bei hohen Auflösungen und Bildwiederholfrequenzen erhalten die Leuchtstoffe nur eine sehr geringe Energiemenge, wodurch die Bildhelligkeit begrenzt wird. ⓘ

Für die Herstellung der schwarzen Matrix wurden mehrere Methoden angewandt. Bei einer Methode wurde das Sieb mit Fotolack wie z. B. dichromatsensibilisiertem Polyvinylalkohol-Fotolack beschichtet, der dann getrocknet und belichtet wurde; die unbelichteten Bereiche wurden entfernt und das gesamte Sieb mit kolloidalem Graphit beschichtet, um einen Kohlenstofffilm zu erzeugen, und dann wurde Wasserstoffperoxid verwendet, um den restlichen Fotolack zusammen mit dem darauf befindlichen Kohlenstoff zu entfernen, wodurch Löcher entstanden, die wiederum die schwarze Matrix erzeugten. Der Fotolack musste die richtige Dicke haben, um eine ausreichende Haftung auf dem Bildschirm zu gewährleisten, während der Belichtungsschritt kontrolliert werden musste, um zu kleine oder zu große Löcher mit ausgefransten Rändern zu vermeiden, die durch Lichtbeugung verursacht werden und letztlich die maximale Auflösung großer Farb-CRTs einschränken. Die Löcher wurden dann nach der oben beschriebenen Methode mit Leuchtstoff gefüllt. Bei einer anderen Methode wurden Leuchtstoffe verwendet, die in einem aromatischen Diazoniumsalz suspendiert waren, das bei Lichteinwirkung auf dem Bildschirm haftete; die Leuchtstoffe wurden aufgetragen und dann belichtet, damit sie auf dem Bildschirm haften, wobei der Vorgang für jede Farbe einmal wiederholt wurde. Dann wurde Kohlenstoff auf die verbleibenden Bereiche des Schirms aufgetragen, während der gesamte Schirm belichtet wurde, um die schwarze Matrix zu erzeugen, und ein Fixierverfahren mit einer wässrigen Polymerlösung wurde auf den Schirm aufgetragen, um die Leuchtstoffe und die schwarze Matrix wasserbeständig zu machen. Anstelle von Kohlenstoff in der schwarzen Matrix kann auch Schwarzchrom verwendet werden. Es wurden auch andere Methoden verwendet. ⓘ

Die Leuchtstoffe werden mittels Fotolithografie aufgebracht. Die Innenseite des Schirms wird mit Phosphorpartikeln beschichtet, die in einer PVA-Photoresist-Aufschlämmung suspendiert sind. Diese wird dann mit Infrarotlicht getrocknet, belichtet und entwickelt. Die Belichtung erfolgt mit einem "Leuchtturm", der eine ultraviolette Lichtquelle mit einer Korrekturlinse verwendet, um die Farbreinheit der CRT zu gewährleisten. Als Fotomasken werden abnehmbare Schattenmasken mit federbelasteten Klammern verwendet. Der Vorgang wird mit allen Farben wiederholt. In der Regel wird der grüne Leuchtstoff als erstes aufgetragen. Nach dem Aufbringen des Leuchtstoffs wird der Bildschirm eingebrannt, um organische Chemikalien (z. B. das PVA, das zum Aufbringen des Leuchtstoffs verwendet wurde) zu entfernen, die möglicherweise auf dem Bildschirm verbleiben. Alternativ können die Leuchtstoffe auch in einer Vakuumkammer aufgetragen werden, indem man sie verdampft und auf dem Bildschirm kondensieren lässt, wodurch eine sehr gleichmäßige Beschichtung entsteht. Bei den frühen Farb-Kathodenstrahlröhren wurden die Leuchtstoffe im Siebdruckverfahren aufgebracht. Phosphore können mit Farbfiltern versehen sein (dem Betrachter zugewandt), Pigmente der vom Phosphor emittierten Farbe enthalten oder in Farbfiltern eingekapselt sein, um die Farbreinheit und -wiedergabe zu verbessern und gleichzeitig die Blendung zu verringern. Eine schlechte Belichtung aufgrund von unzureichendem Licht führt zu einer schlechten Haftung des Leuchtstoffs auf dem Bildschirm, was die maximale Auflösung einer Kathodenstrahlröhre einschränkt, da die kleineren Leuchtstoffpunkte, die für höhere Auflösungen erforderlich sind, aufgrund ihrer geringeren Größe nicht so viel Licht empfangen können. ⓘ

Nach der Beschichtung des Bildschirms mit Phosphor und Aluminium und der Installation der Schattenmaske wird der Bildschirm mit einer Glasfritte, die 65 bis 88 Gewichtsprozent Bleioxid enthalten kann, an den Trichter geklebt. Das Bleioxid ist notwendig, damit die Glasfritte eine niedrige Schmelztemperatur hat. Zur Stabilisierung der Fritte kann auch Boroxid (III) enthalten sein, und Aluminiumoxidpulver dient als Füllstoff zur Kontrolle der Wärmeausdehnung der Fritte. Die Fritte kann als Paste aufgetragen werden, die aus in Amylacetat oder in einem Polymer mit einem Alkylmethacrylatmonomer suspendierten Frittenpartikeln besteht, zusammen mit einem organischen Lösungsmittel, um das Polymer und das Monomer aufzulösen. Die CRT wird dann in einem Ofen in einem so genannten Lehr-Backvorgang gebrannt, um die Fritte auszuhärten und den Trichter und das Sieb miteinander zu versiegeln. Die Fritte enthält eine große Menge Blei, so dass farbige CRTs mehr Blei enthalten als ihre monochromen Gegenstücke. Monochrome CRTs hingegen benötigen keine Fritte; der Trichter kann direkt mit dem Glas verschmolzen werden, indem die Kanten von Trichter und Schirm mit Hilfe von Gasflammen geschmolzen und verbunden werden. Fritte wird bei Farb-Kathodenstrahlröhren verwendet, um eine Verformung der Schattenmaske und des Schirms während des Schmelzvorgangs zu verhindern. Die Kanten des Schirms und des Trichters der Kathodenstrahlröhre werden nicht geschmolzen. Vor dem Auftragen der Frittenpaste kann ein Primer auf die Kanten des Trichters und des Schirms aufgetragen werden, um die Haftung zu verbessern. Der Lehr-Backvorgang besteht aus mehreren aufeinanderfolgenden Schritten, in denen die Kathodenstrahlröhre allmählich erhitzt und dann abgekühlt wird, bis sie eine Temperatur von 435 bis 475 °C erreicht (andere Quellen geben andere Temperaturen an, z. B. 440 °C). Nach dem Lehr-Backvorgang wird die Kathodenstrahlröhre mit Luft oder Stickstoff gespült, um Verunreinigungen zu entfernen, die Elektronenkanone wird in den Hals der Kathodenstrahlröhre eingesetzt und versiegelt, und auf der Kathodenstrahlröhre wird ein Vakuum erzeugt. ⓘ

Konvergenz und Reinheit bei Farb-Kathodenstrahlröhren

Aufgrund der begrenzten Maßgenauigkeit, mit der Kathodenstrahlröhren wirtschaftlich hergestellt werden können, war es in der Praxis nicht möglich, Farb-Kathodenstrahlröhren zu bauen, bei denen drei Elektronenstrahlen so ausgerichtet werden können, dass sie in akzeptabler Koordination auf Leuchtstoffe der jeweiligen Farbe treffen, und zwar allein auf der Grundlage der geometrischen Konfiguration der Achsen der Elektronenkanone und der Positionen der Kanonenöffnungen, der Öffnungen der Schattenmaske usw. Die Schattenmaske stellt sicher, dass ein Strahl nur Punkte bestimmter Farben von Leuchtstoffen trifft, aber winzige Abweichungen in der physischen Ausrichtung der internen Teile zwischen den einzelnen CRTs führen zu Abweichungen in der exakten Ausrichtung der Strahlen durch die Schattenmaske, so dass einige Elektronen von z. B. dem roten Strahl z. B. auf blaue Leuchtstoffe treffen, es sei denn, es wird ein individueller Ausgleich für die Abweichungen zwischen einzelnen Röhren vorgenommen. ⓘ

Farbkonvergenz und Farbreinheit sind zwei Aspekte dieses einen Problems. Erstens ist es für eine korrekte Farbwiedergabe erforderlich, dass unabhängig davon, wo die Strahlen auf dem Bildschirm abgelenkt werden, alle drei Strahlen auf der Schattenmaske auf dieselbe Stelle treffen (und nominell durch dasselbe Loch oder denselben Schlitz laufen). Dies wird als Konvergenz bezeichnet. Genauer gesagt wird die Konvergenz in der Mitte des Bildschirms (ohne Ablenkungsfeld durch das Joch) als statische Konvergenz bezeichnet, während die Konvergenz im restlichen Bereich des Bildschirms (insbesondere an den Kanten und Ecken) als dynamische Konvergenz bezeichnet wird. Die Strahlen können in der Mitte des Bildschirms konvergieren und sich dennoch voneinander entfernen, wenn sie zu den Rändern hin abgelenkt werden; eine solche Kathodenstrahlröhre hätte dann eine gute statische Konvergenz, aber eine schlechte dynamische Konvergenz. Zweitens darf jeder Strahl nur auf die Leuchtstoffe der Farbe treffen, für die er bestimmt ist, und auf keine anderen. Dies wird als Reinheit bezeichnet. Wie bei der Konvergenz gibt es statische Reinheit und dynamische Reinheit, wobei "statisch" und "dynamisch" die gleiche Bedeutung haben wie bei der Konvergenz. Konvergenz und Reinheit sind unterschiedliche Parameter; eine Kathodenstrahlröhre kann eine gute Reinheit, aber eine schlechte Konvergenz haben, oder umgekehrt. Eine schlechte Konvergenz führt zu Farbschatten" oder Geisterbildern" entlang der angezeigten Kanten und Konturen, so als ob das Bild auf dem Bildschirm im Stichtiefdruck mit schlechter Registrierung gedruckt worden wäre. Schlechte Reinheit führt dazu, dass Objekte auf dem Bildschirm nicht farbig erscheinen, während ihre Kanten scharf bleiben. Reinheits- und Konvergenzprobleme können gleichzeitig, in denselben oder in verschiedenen Bereichen des Bildschirms oder beides über den gesamten Bildschirm hinweg auftreten, und zwar entweder gleichmäßig oder mehr oder weniger stark in verschiedenen Teilen des Bildschirms. ⓘ

Ein Magnet, der bei einem CRT-Fernseher verwendet wird. Man beachte die Verzerrung des Bildes. ⓘ

Die Lösung für die statischen Konvergenz- und Reinheitsprobleme ist eine Reihe von Farbausrichtungsringmagneten, die um den Hals der Bildröhre angebracht sind. Diese beweglichen, schwachen Dauermagneten sind in der Regel am hinteren Ende der Ablenkjochbaugruppe angebracht und werden im Werk so eingestellt, dass sie alle statischen Reinheits- und Konvergenzfehler ausgleichen, die der nicht eingestellten Röhre eigen sind. In der Regel gibt es zwei oder drei Paare von zwei Magneten in Form von Ringen aus Kunststoff, die mit einem magnetischen Material imprägniert sind und deren Magnetfelder parallel zu den Ebenen der Magnete verlaufen, die senkrecht zu den Achsen der Elektronenkanone stehen. Oft hat ein Ring zwei Pole, ein anderer 4 und der letzte Ring 6 Pole. Jedes Magnetringpaar bildet einen einzigen effektiven Magneten, dessen Feldvektor vollständig und frei eingestellt werden kann (sowohl in Richtung als auch in der Größe). Durch Drehen eines Magnetpaares relativ zueinander kann ihre relative Feldausrichtung variiert werden, wodurch die effektive Feldstärke des Paares angepasst wird. (Wenn sie sich relativ zueinander drehen, kann man davon ausgehen, dass das Feld jedes Magneten zwei entgegengesetzte Komponenten im rechten Winkel hat, und diese vier Komponenten [jeweils zwei für zwei Magnete] bilden zwei Paare, wobei ein Paar sich gegenseitig verstärkt und das andere Paar entgegengesetzt ist und sich gegenseitig aufhebt. Bei einer Drehung aus der Ausrichtung heraus nehmen die sich gegenseitig verstärkenden Feldkomponenten der Magnete ab, während sie gegen zunehmende entgegengesetzte, sich gegenseitig aufhebende Komponenten ausgetauscht werden). Durch Drehen eines Magnetpaares unter Beibehaltung des relativen Winkels zwischen den Magneten kann die Richtung des gemeinsamen Magnetfeldes verändert werden. Insgesamt ermöglicht die Einstellung aller Konvergenz-/Reinheitsmagnete eine fein abgestimmte leichte Ablenkung des Elektronenstrahls oder eine seitliche Verschiebung, die kleinere statische Konvergenz- und Reinheitsfehler der unkalibrierten Röhre ausgleicht. Nach der Einstellung werden diese Magnete in der Regel eingeklebt, können aber bei Bedarf vor Ort (z. B. in einer TV-Reparaturwerkstatt) gelöst und nachjustiert werden. ⓘ

Bei einigen Kathodenstrahlröhren werden zusätzliche feste, einstellbare Magnete für die dynamische Konvergenz oder die dynamische Reinheit an bestimmten Punkten des Bildschirms hinzugefügt, in der Regel in der Nähe der Ecken oder Ränder. Eine weitere Anpassung der dynamischen Konvergenz und Reinheit kann in der Regel nicht passiv erfolgen, sondern erfordert aktive Kompensationsschaltungen, eine zur Korrektur der horizontalen Konvergenz und eine weitere zur Korrektur der vertikalen Konvergenz. Das Ablenkjoch enthält Konvergenzspulen, jeweils zwei pro Farbe, die auf denselben Kern gewickelt sind, an den die Konvergenzsignale angelegt werden. Das bedeutet 6 Konvergenzspulen in 3er-Gruppen mit 2 Spulen pro Gruppe, wobei eine Spule für die horizontale und eine für die vertikale Konvergenzkorrektur zuständig ist und sich jede Gruppe einen Kern teilt. Die Gruppen sind im Abstand von 120° zueinander angeordnet. Die dynamische Konvergenz ist notwendig, weil die Vorderseite der Kathodenstrahlröhre und die Schattenmaske nicht kugelförmig sind, um die Defokussierung des Elektronenstrahls und den Astigmatismus zu kompensieren. Die Tatsache, dass der CRT-Bildschirm nicht sphärisch ist, führt zu Geometrieproblemen, die durch eine Schaltung korrigiert werden können. Die für die Konvergenz verwendeten Signale sind parabolische Wellenformen, die aus drei Signalen abgeleitet werden, die von einem vertikalen Ausgangskreis stammen. Das parabolische Signal wird in die Konvergenzspulen eingespeist, während die beiden anderen Signale Sägezahnsignale sind, die, wenn sie mit den parabolischen Signalen gemischt werden, das für die Konvergenz notwendige Signal erzeugen. Ein Widerstand und eine Diode dienen dazu, das Konvergenzsignal in der Mitte des Bildschirms zu fixieren, damit es nicht durch die statische Konvergenz beeinflusst wird. Die horizontalen und vertikalen Konvergenzschaltungen sind ähnlich aufgebaut. Jeder Schaltkreis verfügt über zwei Resonatoren, von denen einer in der Regel auf 15.625 Hz und der andere auf 31.250 Hz abgestimmt ist, die die Frequenz des an die Konvergenzspulen gesendeten Signals festlegen. Die dynamische Konvergenz kann durch elektrostatische Quadrupolfelder in der Elektronenkanone erreicht werden. Dynamische Konvergenz bedeutet, dass sich der Elektronenstrahl zwischen den Ablenkspulen und dem Bildschirm nicht in einer vollkommen geraden Linie bewegt, da er durch die Konvergenzspulen gekrümmt wird, um sich dem Bildschirm anzupassen. ⓘ

Das Konvergenzsignal kann stattdessen ein Sägezahnsignal mit einer leichten Sinuskurve sein, wobei der Sinuswellenanteil durch einen Kondensator in Reihe mit jeder Ablenkspule erzeugt wird. In diesem Fall wird das Konvergenzsignal zur Ansteuerung der Ablenkspulen verwendet. Der Sinuswellenanteil des Signals bewirkt, dass sich der Elektronenstrahl in der Nähe der Ränder des Bildschirms langsamer bewegt. Die Kondensatoren, die zur Erzeugung des Konvergenzsignals verwendet werden, sind als S-Kondensatoren bekannt. Diese Art der Konvergenz ist aufgrund der großen Ablenkungswinkel und flachen Bildschirme vieler CRT-Computermonitore erforderlich. Der Wert der s-Kondensatoren muss auf der Grundlage der Abtastrate des CRT-Bildschirms gewählt werden, so dass Monitore mit Mehrfachabtastung verschiedene Sätze von s-Kondensatoren haben müssen, einen für jede Bildwiederholfrequenz. ⓘ

Dynamische Konvergenz kann bei einigen Bildröhren nur mit Ringmagneten, auf die Bildröhre geklebten Magneten und durch Veränderung der Position des Ablenkjochs erreicht werden, dessen Position mit Stellschrauben, einer Klemme und Gummikeilen gehalten werden kann. Röhrenbildschirme mit 90° Ablenkwinkel können "Selbstkonvergenz" ohne dynamische Konvergenz verwenden, was zusammen mit der Inline-Dreikreisanordnung den Bedarf an separaten Konvergenzspulen und zugehörigen Schaltkreisen eliminiert und die Kosten senkt. die Komplexität und die Tiefe des Röhrenbildschirms um 10 Millimeter. Die Selbstkonvergenz funktioniert mit Hilfe "ungleichmäßiger" Magnetfelder. Dynamische Konvergenz ist bei CRTs mit einem Ablenkwinkel von 110° erforderlich, und für die dynamische Konvergenz können auch Quadrupolwicklungen auf dem Ablenkjoch bei einer bestimmten Frequenz verwendet werden. ⓘ

Dynamische Farbkonvergenz und Farbreinheit sind einer der Hauptgründe, warum CRTs bis in die jüngste Zeit ihrer Geschichte langhalsig (tief) waren und biaxial gekrümmte Flächen hatten; diese geometrischen Konstruktionsmerkmale sind für die passive dynamische Farbkonvergenz und Farbreinheit notwendig. Erst ab den 1990er Jahren wurden hochentwickelte aktive dynamische Konvergenzkompensationsschaltungen verfügbar, die CRTs mit kurzen Hälsen und flachen Gesichtern praktikabel machten. Diese aktiven Kompensationsschaltungen nutzen das Ablenkjoch, um die Strahlablenkung entsprechend der Zielposition des Strahls fein zu justieren. Dieselben Techniken (und Hauptschaltungskomponenten) ermöglichen auch die Einstellung von Bilddrehung, Schräglage und anderen komplexen Rastergeometrieparametern durch Elektronik unter Benutzersteuerung. ⓘ

Die Kanonen werden mit Hilfe von Konvergenzringen, die direkt am Hals angebracht sind, aufeinander ausgerichtet (konvergiert); es gibt einen Ring pro Kanone. Die Ringe haben Nord- und Südpole. Es gibt vier Ringsätze, einen zur Einstellung der RGB-Konvergenz, einen zweiten zur Einstellung der roten und blauen Konvergenz, einen dritten zur Einstellung der vertikalen Rasterverschiebung und einen vierten zur Einstellung der Reinheit. Mit der vertikalen Rasterverschiebung wird die Geradheit der Abtastlinie eingestellt. CRTs können auch dynamische Konvergenzschaltungen verwenden, die eine korrekte Konvergenz an den Rändern der CRT sicherstellen. Zur Korrektur der Konvergenz an den Rändern können auch Permalloy-Magnete eingesetzt werden. Die Konvergenz wird mit Hilfe eines Kreuzschraffurmusters (Gitter) durchgeführt. Andere CRTs können stattdessen Magnete verwenden, die anstelle von Ringen ein- und ausgeschoben werden. Bei frühen Farb-CRTs wurden die Löcher in der Schattenmaske von der Mitte des Bildschirms aus nach außen hin immer kleiner, um die Konvergenz zu unterstützen. ⓘ

„Elektronenkanone“, ausgebaut aus einem Farbfernseher; links: Seitenansicht, deutlich zu erkennen die Vakuumdurchführung; rechts: Frontansicht, man sieht deutlich die Austrittslöcher der drei Elektronenstrahlen, die die drei Farben ansteuern ⓘ

In Farbbildröhren befinden sich drei Elektronenstrahlsysteme, deren Strahlen sich in jeder Position im Bereich einer nahe der Leuchtschicht angeordneten Loch-, Schlitz- oder Streifenmaske kreuzen. Aufgrund deren Abschattung können sie nur jeweils eine der Fluoreszenzfarben der Leuchtschicht treffen. Das sind genau passend zur Maske angeordnete Streifen oder Punkte der Grundfarben Rot, Grün und Blau. Die Strukturabmessungen der Maske und der Leuchtstoffe sind kleiner als der Durchmesser der Elektronenstrahlen, sodass von diesem immer ein nahezu gleicher Anteil durch die Maske hindurchtritt. ⓘ

Die Wehneltzylinder aller drei Strahlsysteme einer Farbbildröhre sind miteinander verbunden – man steuert die drei Strahlströme (und damit die Helligkeit der Leuchtflecke) über die Spannung der Kathoden, deren Anschlüsse dafür getrennt herausgeführt sind. ⓘ

Bei Farbbildröhren sind folgende technische Anforderungen und Korrekturmaßnahmen erforderlich:

• Alle drei Elektronenstrahlen müssen immer gemeinsam auf einem Punkt des Schirmes auftreffen (Konvergenz, wird durch Korrekturspulen in der Ablenkeinheit erreicht).
• Die Strahlen müssen im richtigen Winkel durch die Lochmaske fallen, um nur die jeweils zugeordneten Farbpunkte anzuregen (Farbreinheit, wird durch präzise Fertigung und saubere Gesamtausrichtung der Ablenkeinheit sichergestellt). ⓘ

Die Konvergenz wird erreicht, indem man speziell berechnete und angesteuerte, zusätzliche Ablenkspulen verwendet. Zur Kompensation der Bildverzerrungen verwendet man anstelle gerader Sägezahn-förmiger Ströme komplexere Formen. Häufig werden verbleibende Darstellungsfehler durch das Aufkleben kleiner Permanentmagnete verschiedener geometrischer Ausbildung auf den Röhrenkolben oder am Hals bei der Bildröhren-Herstellung korrigiert. ⓘ

Magnetische Gleichfelder wie z. B. das Erdmagnetfeld können die Lochmaske magnetisieren. Zur Abhilfe befinden sich um den Kolben Entmagnetisierungsspulen, die beim Einschalten des Gerätes durch einen Wechselstrom langsam abnehmender Stärke die Lochmaske entmagnetisieren. Besonders starke Magnetisierungen wie z. B. durch mutwilliges Entlangführen eines starken Magneten an der Schirmoberfläche können durch diese integrierte Entmagnetisierung nicht restlos beseitigt werden. ⓘ

Magnetische Abschirmung und Entmagnetisierung

Eine Entmagnetisierung im Gange ⓘ

Magnetische Mu-Metallabschirmungen für Oszilloskop-CRTs ⓘ

Wenn die Schattenmaske oder das Blendengitter magnetisiert wird, verändert ihr Magnetfeld die Wege der Elektronenstrahlen. Dies führt zu Fehlern bei der "Farbreinheit", da die Elektronen nicht mehr nur den vorgesehenen Pfaden folgen und einige von ihnen auf Leuchtstoffe anderer Farben als der vorgesehenen treffen. Beispielsweise können einige Elektronen des roten Strahls auf blaue oder grüne Leuchtstoffe treffen, wodurch Teile des Bildes, die eigentlich rein rot sein sollten, einen magentafarbenen oder gelben Farbton erhalten. (Dieser Effekt ist auf einen bestimmten Bereich des Bildschirms beschränkt, wenn die Magnetisierung lokalisiert ist). Daher ist es wichtig, dass die Schattenmaske oder das Blendengitter nicht magnetisiert sind. Das Erdmagnetfeld kann sich auf die Farbreinheit der CRT auswirken. Aus diesem Grund haben einige CRTs externe Magnetabschirmungen über ihren Trichtern. Die magnetische Abschirmung kann aus Weicheisen oder Weichstahl bestehen und eine Entmagnetisierungsspule enthalten. Die magnetische Abschirmung und die Schattenmaske können durch das Erdmagnetfeld dauerhaft magnetisiert werden, was sich negativ auf die Farbreinheit auswirkt, wenn die Kathodenstrahlröhre bewegt wird. Dieses Problem wird durch eine eingebaute Entmagnetisierungsspule gelöst, die in vielen Fernsehern und Computermonitoren zu finden ist. Die Entmagnetisierung kann automatisch erfolgen, wenn die Bildröhre eingeschaltet wird. Die magnetische Abschirmung kann auch intern sein, d. h. sie befindet sich im Inneren des Trichters der Kathodenstrahlröhre. ⓘ

Die meisten CRT-Farbbildschirme (die in Fernsehgeräten und Computermonitoren verwendet werden) verfügen über einen eingebauten Entmagnetisierungsschaltkreis, dessen Hauptbestandteil eine Entmagnetisierungsspule ist, die um den Umfang der CRT-Fläche innerhalb des Rahmens angebracht ist. Beim Einschalten des CRT-Bildschirms erzeugt der Entmagnetisierungsschaltkreis einen kurzen Wechselstrom durch die Entmagnetisierungsspule, dessen Stärke über einen Zeitraum von einigen Sekunden gleichmäßig auf Null abfällt (ausklingt), wodurch ein abklingendes magnetisches Wechselfeld von der Spule erzeugt wird. Dieses Entmagnetisierungsfeld ist stark genug, um die Magnetisierung der Schattenmaske in den meisten Fällen zu entfernen und die Farbreinheit zu erhalten. In ungewöhnlichen Fällen starker Magnetisierung, in denen das interne Entmagnetisierungsfeld nicht ausreicht, kann die Schattenmaske extern mit einem stärkeren tragbaren Entmagnetisierer oder Entmagnetisierer entmagnetisiert werden. Ein zu starkes Magnetfeld, sei es ein Wechsel- oder ein Gleichfeld, kann jedoch die Schattenmaske mechanisch verformen (verbiegen), was zu einer dauerhaften Farbverfälschung auf dem Display führt, die einem Magnetisierungseffekt sehr ähnlich sieht. ⓘ

Die Entmagnetisierungsschaltung besteht häufig aus einem thermoelektrischen (nicht elektronischen) Gerät, das ein kleines keramisches Heizelement und einen Widerstand mit positivem Wärmekoeffizienten (PTC) enthält und direkt an die geschaltete Wechselstromleitung angeschlossen ist, wobei der Widerstand in Reihe mit der Entmagnetisierungsspule liegt. Wenn der Strom eingeschaltet wird, heizt das Heizelement den PTC-Widerstand auf und erhöht seinen Widerstand bis zu einem Punkt, an dem der Entmagnetisierungsstrom minimal, aber nicht wirklich null ist. Bei älteren Röhrenbildschirmen wird dieser geringe Strom (der kein nennenswertes Entmagnetisierungsfeld erzeugt) zusammen mit der Wirkung des Heizelements so lange aufrechterhalten, wie der Bildschirm eingeschaltet bleibt. Um einen Entmagnetisierungszyklus zu wiederholen, muss das CRT-Display ausgeschaltet und mindestens einige Sekunden lang ausgeschaltet bleiben, um den Entmagnetisierungskreislauf zurückzusetzen, indem der PTC-Widerstand auf die Umgebungstemperatur abkühlt; wird das Display ausgeschaltet und sofort wieder eingeschaltet, führt dies zu einem schwachen Entmagnetisierungszyklus oder effektiv zu keinem Entmagnetisierungszyklus. ⓘ

Diese einfache Konstruktion ist effektiv und billig zu bauen, aber sie verschwendet kontinuierlich Strom. Spätere Modelle, insbesondere solche mit Energy-Star-Kennzeichnung, verwenden ein Relais, um den gesamten Entmagnetisierungskreislauf ein- und auszuschalten, so dass der Entmagnetisierungskreislauf nur dann Energie verbraucht, wenn er funktionell aktiv ist und benötigt wird. Das Relais ermöglicht auch die Entmagnetisierung auf Anforderung des Benutzers über die Bedienelemente an der Vorderseite des Geräts, ohne dass das Gerät aus- und wieder eingeschaltet werden muss. Dieses Relais ist oft einige Sekunden nach dem Einschalten des Monitors am Ende des Entmagnetisierungszyklus zu hören und schaltet sich während eines manuell initiierten Entmagnetisierungszyklus ein und aus. ⓘ

Auflösung

Der Punktabstand bestimmt die maximale Auflösung des Bildschirms, wenn man von Delta-Gun-CRTs ausgeht. Bei diesen Monitoren tritt Moiré auf, wenn sich die gescannte Auflösung der Punktabstandsauflösung nähert, da die dargestellten Details feiner sind, als die Schattenmaske wiedergeben kann. Monitore mit Blendengitter leiden jedoch nicht unter vertikalem Moiré, da ihre Leuchtstoffstreifen keine vertikalen Details aufweisen. Bei kleineren Röhrenmonitoren halten diese Streifen ihre Position selbst, aber größere Röhrenmonitore mit Blendengitter benötigen einen oder zwei quer verlaufende (horizontale) Stützdrähte; einen für kleinere Röhrenmonitore und zwei für größere. Die Stützdrähte blockieren die Elektronen, wodurch die Drähte sichtbar werden. Bei Aperture Grille CRTs wird der Punktabstand durch den Streifenabstand ersetzt. Hitachi hat die Schattenmaske Enhanced Dot Pitch (EDP) entwickelt, die ovale statt kreisförmige Löcher mit entsprechenden ovalen Leuchtstoffpunkten verwendet. Moiré wird bei Schattenmasken-CRTs durch die Anordnung der Löcher in der Schattenmaske in einem wabenartigen Muster reduziert. ⓘ

Projektions-CRTs

Projektions-CRTs wurden in CRT-Projektoren und CRT-Fernsehern mit Rückprojektion verwendet. Sie sind in der Regel klein (7 bis 9 Zoll Durchmesser), haben einen Leuchtstoff, der entweder rotes, grünes oder blaues Licht erzeugt, und sind daher monochrome CRTs; sie sind ähnlich aufgebaut wie andere monochrome CRTs. Größere Projektions-Kathodenstrahlröhren hielten im Allgemeinen länger und konnten höhere Helligkeitsstufen und Auflösungen liefern, waren aber auch teurer. Projektions-CRTs haben eine für ihre Größe ungewöhnlich hohe Anodenspannung (z. B. 27 bzw. 25 kV für eine 5 bzw. 7-Zoll-Projektions-CRT) und eine speziell angefertigte Wolfram/Barium-Kathode (anstelle des normalerweise verwendeten reinen Bariumoxids), die aus Bariumatomen besteht, die in 20 % poröses Wolfram oder Barium- und Kalziumaluminate eingebettet sind, oder aus Barium-, Kalzium- und Aluminiumoxiden, die auf poröses Wolfram aufgetragen sind; das Barium diffundiert durch das Wolfram und emittiert Elektronen. Die Spezialkathode kann einen Strom von 2 mA anstelle der 0,3 mA normaler Kathoden liefern, was sie hell genug macht, um als Lichtquelle für Projektionen verwendet zu werden. Die hohe Anodenspannung und die speziell angefertigte Kathode erhöhen die Spannung bzw. den Strom des Elektronenstrahls, wodurch das von den Leuchtstoffen emittierte Licht und auch die während des Betriebs erzeugte Wärmemenge zunehmen; dies bedeutet, dass Projektor-CRTs gekühlt werden müssen. Die Kühlung des Bildschirms erfolgt in der Regel mit Hilfe eines Behälters (der Bildschirm ist Teil des Behälters) mit Glykol; das Glykol kann selbst gefärbt sein, oder es kann farbloses Glykol in einem Behälter verwendet werden, der gefärbt sein kann (und eine Linse bildet, die als C-Element bekannt ist). Gefärbte Linsen oder Glykol dienen der Verbesserung der Farbwiedergabe auf Kosten der Helligkeit und werden nur bei roten und grünen CRTs verwendet. Jede CRT hat ihr eigenes Glykol, das Zugang zu einer Luftblase hat, damit sich das Glykol beim Abkühlen und Erwärmen zusammenziehen und ausdehnen kann. Projektor-Kathodenstrahlröhren können genau wie Farb-Kathodenstrahlröhren Einstellringe haben, um den Astigmatismus, d. h. die Auffächerung des Elektronenstrahls (schattenähnliches Streulicht), zu korrigieren. Sie haben drei Einstellringe: einen mit zwei Polen, einen mit vier Polen und einen mit 6 Polen. Wenn der Projektor richtig eingestellt ist, kann er perfekt runde Punkte ohne Aufflackern anzeigen. Die in Projektions-CRTs verwendeten Bildschirme waren transparenter als üblich und hatten eine Durchlässigkeit von 90 %. Die ersten Projektions-KRTs wurden 1933 hergestellt. ⓘ

Projektions-Kathodenstrahlröhren gab es mit elektrostatischer und elektromagnetischer Fokussierung, wobei letztere teurer war. Bei der elektrostatischen Fokussierung wurde der Elektronenstrahl mit Hilfe von Elektronik fokussiert, und am Hals der Kathodenstrahlröhre befanden sich Fokussiermagnete zur Feineinstellung. Diese Art der Fokussierung ließ mit der Zeit nach. Die elektromagnetische Fokussierung wurde Anfang der 1990er Jahre eingeführt und umfasste zusätzlich zu den bereits vorhandenen Fokussiermagneten eine elektromagnetische Fokussierspule. Die elektromagnetische Fokussierung war über die gesamte Lebensdauer der Bildröhre wesentlich stabiler und behielt bis zum Ende der Lebensdauer der Bildröhre 95 % ihrer Schärfe bei. ⓘ

Strahl-Index-Röhre

Beam-Index-Röhren, auch bekannt als Uniray, Apple CRT oder Indextron, waren in den 1950er Jahren ein Versuch von Philco, eine Farb-CRT ohne Schattenmaske zu entwickeln, wodurch Konvergenz- und Reinheitsprobleme beseitigt und flachere CRTs mit höheren Ablenkungswinkeln ermöglicht wurden. Außerdem war eine niedrigere Versorgungsspannung für die Endanode erforderlich, da keine Schattenmaske verwendet wurde, die normalerweise etwa 80 % der von der Elektronenkanone erzeugten Elektronen blockiert. Das Fehlen einer Schattenmaske machte ihn auch immun gegen das Erdmagnetfeld, machte eine Entmagnetisierung überflüssig und erhöhte die Bildhelligkeit. Er war ähnlich aufgebaut wie eine monochrome CRT, mit einer äußeren Aquadag-Beschichtung, einer inneren Aluminium-Beschichtung und einer einzigen Elektronenkanone, aber mit einem Bildschirm mit einem abwechselnden Muster aus roten, grünen, blauen und UV-(Index-)Leuchtstoffstreifen (ähnlich wie bei einem Trinitron) mit einer seitlich angebrachten Photomultiplier-Röhre oder Photodiode, die auf die Rückseite des Bildschirms gerichtet und auf dem Trichter der CRT montiert war, um den Elektronenstrahl zu verfolgen und die Leuchtstoffe getrennt voneinander mit demselben Elektronenstrahl zu aktivieren. Nur der Index-Leuchtstoffstreifen wurde für die Nachführung verwendet, und er war der einzige Leuchtstoff, der nicht von einer Aluminiumschicht bedeckt war. Wegen der für die Herstellung erforderlichen Präzision wurde das System nicht weiter verfolgt. In den 1980er Jahren wurde sie von Sony als Indextron wiederbelebt, aber ihre Verbreitung war begrenzt, was zumindest teilweise auf die Entwicklung von LCD-Bildschirmen zurückzuführen war. Beam-Index-Kathodenstrahlröhren litten außerdem unter einem schlechten Kontrastverhältnis von nur etwa 50:1, da die Fotodioden stets ein gewisses Maß an Lichtemission von den Leuchtstoffen benötigten, um den Elektronenstrahl zu verfolgen. Normalerweise verwenden CRT-Projektoren drei CRTs, eine für jede Farbe, da aufgrund der hohen Anodenspannung und des Strahlstroms viel Wärme erzeugt wird, was eine Schattenmaske unpraktisch und ineffizient macht, da sie sich unter der erzeugten Wärme verformen würde (Schattenmasken absorbieren den größten Teil des Elektronenstrahls und damit auch den größten Teil der von den relativistischen Elektronen übertragenen Energie); Die drei Kathodenstrahlröhren bedeuteten, dass bei der Installation des Projektors ein aufwändiges Kalibrierungs- und Justierungsverfahren durchgeführt werden musste, und wenn der Projektor bewegt wurde, musste er neu kalibriert werden. Mit einer einzigen Kathodenstrahlröhre entfiel zwar die Notwendigkeit der Kalibrierung, aber die Helligkeit nahm ab, da der CRT-Bildschirm für drei Farben verwendet werden musste, anstatt für jede Farbe einen eigenen CRT-Bildschirm zu haben. Ein Streifenmuster führt auch zu einer horizontalen Auflösungsgrenze; im Gegensatz dazu gibt es bei CRT-Projektoren mit drei Bildschirmen keine theoretische Auflösungsgrenze, da sie eine einzige, einheitliche Phosphorbeschichtung haben. ⓘ

Flache CRTs

Die Vorderseite einer monochromen CRT von Sony Watchman ⓘ

Eine flache monochrome CRT-Baugruppe in einem tragbaren Fernsehgerät Sinclair TV80 von 1984 ⓘ

Flache CRTs sind solche mit einem flachen Bildschirm. Obwohl sie einen flachen Bildschirm haben, sind sie nicht immer ganz flach, vor allem nicht auf der Innenseite, sondern haben eine stark erhöhte Krümmung. Eine bemerkenswerte Ausnahme ist der LG Flatron (hergestellt von LG.Philips Displays, später LP Displays), der außen und innen wirklich flach ist, aber eine verklebte Glasscheibe auf dem Bildschirm mit einem gespannten Randband hat, um einen Implosionsschutz zu bieten. Solche völlig flachen CRTs wurden erstmals 1986 von Zenith eingeführt und verwenden Sie verwenden flache, gespannte Schattenmasken, bei denen die Schattenmaske unter Spannung gehalten wird, was einen erhöhten Widerstand gegen Ausblühungen bietet. Flache CRTs haben eine Reihe von Problemen, wie etwa die Ablenkung. Vertikale Ablenkungsverstärker sind erforderlich, um die Strommenge zu erhöhen, die zu den vertikalen Ablenkungsspulen geleitet wird, um die geringere Krümmung auszugleichen. Die im Sinclair TV80 und in vielen Sony Watchmans verwendeten Röhrenbildschirme waren insofern flach, als sie nicht tief waren und ihre Frontscheiben flach waren, aber ihre Elektronenkanonen waren an einer Seite des Bildschirms angebracht. Der TV80 verwendete eine elektrostatische Ablenkung, während der Watchman eine magnetische Ablenkung mit einem nach innen gewölbten Phosphorbildschirm verwendete. Ähnliche CRTs wurden in Video-Türklingeln verwendet. ⓘ

• 

  Die Seite einer Sony Watchman Monochrom-Röhre. Eines der Ablenkspulenpaare ist gut zu erkennen. ⓘ

Radar-CRTs

Radar-CRTs wie der 7JP4 hatten einen kreisförmigen Bildschirm und tasteten den Strahl von der Mitte nach außen ab. Der Bildschirm hatte oft zwei Farben, oft eine helle, kurz nachleuchtende Farbe, die nur erschien, wenn der Strahl das Display abtastete, und ein lang nachleuchtendes Phosphor-Nachleuchten. Wenn der Strahl auf den Leuchtstoff trifft, leuchtet der Leuchtstoff hell auf, und wenn der Strahl das Display verlässt, leuchtet das schwächere lang anhaltende Nachleuchten an der Stelle, an der der Strahl auf den Leuchtstoff trifft, neben den Radarzielen, die vom Strahl "geschrieben" wurden, bis der Strahl erneut auf den Leuchtstoff trifft. Das Ablenkjoch drehte sich, so dass sich der Strahl kreisförmig drehte. ⓘ

Oszilloskop-CRTs

Ein Oszilloskop, das eine Lissajous-Kurve anzeigt ⓘ

Die Elektronenkanone eines Oszilloskops. Auf der linken Seite ist ein Paar Ablenkplatten zu sehen. ⓘ

In Oszilloskop-Röhren wird die elektrostatische Ablenkung verwendet, nicht die magnetische Ablenkung, wie sie bei Fernsehgeräten und anderen großen Röhrengeräten üblich ist. Der Strahl wird horizontal abgelenkt, indem ein elektrisches Feld zwischen einem Plattenpaar links und rechts von ihm angelegt wird, und vertikal, indem ein elektrisches Feld an die Platten darüber und darunter angelegt wird. Bei Fernsehgeräten wird die Ablenkung nicht elektrostatisch, sondern magnetisch vorgenommen, da die Ablenkplatten den Strahl behindern, wenn der Ablenkwinkel so groß ist, wie es bei Röhren, die für ihre Größe relativ kurz sind, erforderlich ist. Einige Oszilloskop-Kathodenstrahlröhren sind mit Post-Ablenkanoden (PDAs) ausgestattet, die spiralförmig sind, um ein gleichmäßiges Anodenpotential über die Kathodenstrahlröhre zu gewährleisten, und die mit bis zu 15.000 Volt arbeiten. Bei PDA-CRTs wird der Elektronenstrahl abgelenkt, bevor er beschleunigt wird, was die Empfindlichkeit und Lesbarkeit verbessert, insbesondere bei der Analyse von Spannungsimpulsen mit kurzen Tastverhältnissen. ⓘ

Microchannel-Platte

Bei der Anzeige von schnellen Einzelereignissen muss der Elektronenstrahl sehr schnell abgelenkt werden, wobei nur wenige Elektronen auf den Bildschirm treffen, was zu einem schwachen oder unsichtbaren Bild auf dem Display führt. Oszilloskop-CRTs, die für sehr schnelle Signale ausgelegt sind, können eine hellere Anzeige liefern, indem sie den Elektronenstrahl durch eine Mikrokanalplatte leiten, kurz bevor er den Bildschirm erreicht. Durch das Phänomen der Sekundäremission vervielfacht diese Platte die Anzahl der Elektronen, die den Phosphorschirm erreichen, was zu einer erheblichen Verbesserung der Schreibgeschwindigkeit (Helligkeit) sowie zu einer verbesserten Empfindlichkeit und Spotgröße führt. ⓘ

Strichplatten

Die meisten Oszilloskope verfügen über eine Strichplatte als Teil der optischen Anzeige, um Messungen zu erleichtern. Die Strichplatte kann dauerhaft im Inneren der Kathodenstrahlröhre (CRT) angebracht sein, oder es kann sich um eine transparente externe Platte aus Glas oder Acrylplastik handeln. Eine interne Strichplatte eliminiert Parallaxenfehler, kann aber nicht verändert werden, um verschiedene Arten von Messungen zu ermöglichen. Oszilloskope verfügen in der Regel über eine Vorrichtung, mit der die Strichplatte von der Seite beleuchtet werden kann, was ihre Sichtbarkeit verbessert. ⓘ

Bildspeicherröhren

Tektronix Typ 564: das erste in Serie gefertigte analoge Phosphorspeicheroszilloskop ⓘ

Diese Röhren finden sich in analogen Phosphorspeicheroszilloskopen. Sie unterscheiden sich von digitalen Speicheroszilloskopen, die auf einem digitalen Festkörperspeicher basieren, um das Bild zu speichern. ⓘ

Während ein einzelnes kurzes Ereignis von einem Oszilloskop überwacht wird, wird ein solches Ereignis von einer herkömmlichen Röhre nur dann angezeigt, wenn es tatsächlich eintritt. Durch die Verwendung eines lang nachleuchtenden Leuchtstoffs kann das Bild zwar nach dem Ereignis beobachtet werden, aber bestenfalls nur für einige Sekunden. Diese Einschränkung kann durch den Einsatz einer Direktsicht-Speicher-Kathodenstrahlröhre (Speicherröhre) überwunden werden. Eine Speicherröhre zeigt das Ereignis nach seinem Auftreten so lange an, bis sie gelöscht wird. Eine Speicherröhre ähnelt einer herkömmlichen Röhre mit dem Unterschied, dass sie mit einem Metallgitter ausgestattet ist, das mit einer dielektrischen Schicht überzogen ist, die sich unmittelbar hinter dem Phosphorschirm befindet. Eine von außen an das Gitter angelegte Spannung sorgt zunächst dafür, dass sich das gesamte Gitter auf einem konstanten Potential befindet. Dieses Gitter wird ständig mit einem Elektronenstrahl niedriger Geschwindigkeit aus einer "Flutkanone" beschossen, die unabhängig von der Hauptkanone arbeitet. Diese Flutkanone wird nicht wie die Hauptkanone abgelenkt, sondern "beleuchtet" ständig das gesamte Speichergitter. Die ursprüngliche Ladung des Speichergitters ist so beschaffen, dass die Elektronen aus der Flutkanone zurückgestoßen werden und nicht auf den Phosphorschirm treffen. ⓘ

Wenn die Hauptelektronenkanone ein Bild auf den Bildschirm schreibt, reicht die Energie des Hauptstrahls aus, um ein "potenzielles Relief" auf dem Speichernetz zu erzeugen. Die Bereiche, in denen dieses Relief entstanden ist, stoßen die Elektronen aus der Flutkanone nicht mehr ab, die nun durch das Gitter hindurchtreten und den Leuchtschirm beleuchten. Folglich wird das Bild, das kurzzeitig von der Hauptkanone gezeichnet wurde, auch nach dem Auftreten weiter angezeigt. Das Bild kann "gelöscht" werden, indem die externe Spannung wieder an das Gitter angelegt wird, so dass es sein konstantes Potenzial wiedererlangt. Die Zeit, in der das Bild angezeigt werden kann, ist begrenzt, da die Flutpistole die Ladung auf der Speichermatte in der Praxis langsam neutralisiert. Eine Möglichkeit, das Bild länger zu erhalten, besteht darin, die Flutpistole vorübergehend abzuschalten. Dann kann das Bild mehrere Tage lang aufbewahrt werden. Bei den meisten Speicherröhren kann eine niedrigere Spannung an das Speichernetz angelegt werden, die den ursprünglichen Ladungszustand langsam wiederherstellt. Durch Variation dieser Spannung wird eine variable Persistenz erreicht. Schaltet man die Flutpistole und die Spannungsversorgung des Speichernetzes ab, kann eine solche Röhre wie eine herkömmliche Oszilloskopröhre betrieben werden. ⓘ

Vektor-Monitore

Vektormonitore wurden in frühen computergestützten Designsystemen verwendet und sind in einigen Arcade-Spielen der späten 1970er bis Mitte der 1980er Jahre wie Asteroids zu finden. Sie zeichnen Grafiken Punkt-zu-Punkt, anstatt ein Raster zu scannen. Für Vektordisplays können sowohl Monochrom- als auch Farb-CRTs verwendet werden, und die grundlegenden Prinzipien der CRT-Konstruktion und des Betriebs sind für beide Displaytypen gleich; der Hauptunterschied liegt in den Strahlenablenkungsmustern und Schaltkreisen. ⓘ

Datenspeicherröhren

Die Williams-Röhre oder Williams-Kilburn-Röhre war eine Kathodenstrahlröhre, die zur elektronischen Speicherung binärer Daten verwendet wurde. Sie wurde in den 1940er Jahren in Computern als digitales Speichermedium mit wahlfreiem Zugriff eingesetzt. Im Gegensatz zu anderen CRTs in diesem Artikel war die Williams-Röhre kein Anzeigegerät und konnte auch nicht betrachtet werden, da ihr Bildschirm von einer Metallplatte abgedeckt wurde. ⓘ

Das Katzenauge

In einigen Röhrenradios gab es eine "Magic Eye"- oder "Tuning Eye"-Röhre, die bei der Abstimmung des Empfängers half. Die Abstimmung wurde so lange vorgenommen, bis die Breite eines radialen Schattens auf ein Minimum reduziert war. Dieses Gerät wurde anstelle eines teureren elektromechanischen Messgeräts verwendet, das später bei höherwertigen Tunern zum Einsatz kam, wenn bei Transistorgeräten die zum Betrieb des Geräts erforderliche Hochspannung fehlte. Der gleiche Gerätetyp wurde bei Tonbandgeräten als Aussteuerungsmesser und für verschiedene andere Anwendungen einschließlich elektrischer Prüfgeräte verwendet. ⓘ

Charactrons

Einige Displays für frühe Computer (die mehr Text anzeigen mussten, als mit Vektoren möglich war, oder die eine hohe Geschwindigkeit für die fotografische Ausgabe benötigten) verwendeten Charactron-Röhren. Diese enthalten eine perforierte Metallzeichenmaske (Schablone), die einen breiten Elektronenstrahl formt, um ein Zeichen auf dem Bildschirm darzustellen. Das System wählt ein Zeichen auf der Maske mit Hilfe eines Satzes von Ablenkschaltkreisen aus, was jedoch dazu führt, dass der extrudierte Strahl außeraxial ausgerichtet wird, so dass ein zweiter Satz von Ablenkplatten den Strahl neu ausrichten muss, damit er auf die Mitte des Bildschirms ausgerichtet wird. Ein dritter Satz von Platten platziert die Figur an der gewünschten Stelle. Der Strahl wird kurzzeitig freigegeben (eingeschaltet), um die Figur an dieser Position zu zeichnen. Grafiken konnten gezeichnet werden, indem man die Position auf der Maske auswählte, die dem Code für ein Leerzeichen entsprach (in der Praxis wurden sie einfach nicht gezeichnet), das in der Mitte ein kleines rundes Loch hatte; dadurch wurde die Zeichenmaske effektiv deaktiviert, und das System kehrte zum normalen Vektorverhalten zurück. Charactrons hatten außergewöhnlich lange Hälse, da sie drei Ablenksysteme benötigten. ⓘ

Nimo

Nimo-Röhre BA0000-P31 ⓘ

Nimo war das Markenzeichen einer Familie von kleinen, spezialisierten CRTs, die von Industrial Electronic Engineers hergestellt wurden. Diese hatten 10 Elektronenkanonen, die ähnlich wie beim Charactron Elektronenstrahlen in Form von Ziffern erzeugten. Bei den Röhren handelte es sich entweder um einfache einstellige Anzeigen oder um komplexere 4- oder 6-stellige Anzeigen, die mit Hilfe eines geeigneten magnetischen Ablenksystems erzeugt wurden. Die Röhre wies kaum die Komplexität einer Standard-CRT auf und erforderte eine relativ einfache Ansteuerungsschaltung, und da das Bild auf die Glasfläche projiziert wurde, bot sie einen viel größeren Betrachtungswinkel als konkurrierende Typen (z. B. Nixieröhren). Da sie jedoch mehrere Spannungen benötigten und eine hohe Spannung aufwiesen, waren sie nur selten anzutreffen. ⓘ

Flutlicht-Kathodenstrahlröhre

Flood-Beam-CRTs sind kleine Röhren, die als Pixel für große Videowände wie Jumbotrons angeordnet sind. Der erste Bildschirm mit dieser Technologie (Diamond Vision von Mitsubishi Electric) wurde von Mitsubishi Electric für das Major League Baseball All-Star Game 1980 eingeführt. Er unterscheidet sich von einem normalen CRT dadurch, dass die Elektronenkanone im Inneren keinen fokussierten, steuerbaren Strahl erzeugt. Stattdessen werden die Elektronen in einem breiten Kegel über die gesamte Vorderseite des Phosphorbildschirms gesprüht, so dass jedes Gerät im Grunde wie eine einzige Glühbirne wirkt. Jede Einheit ist mit rotem, grünem oder blauem Phosphor beschichtet, um die farbigen Subpixel zu bilden. Diese Technologie wurde weitgehend durch Leuchtdiodenanzeigen ersetzt. Unfokussierte und nicht abgelenkte CRTs wurden seit 1958 als gittergesteuerte Stroboskoplampen verwendet. Elektronenstimulierte Lumineszenzlampen (ESL), die nach demselben Prinzip funktionieren, wurden 2011 eingeführt. ⓘ

Druckkopf-CRT

In den 1960er Jahren wurden Röhrenbildschirme mit einem unphosphatierten Frontglas, in das feine Drähte eingelassen waren, als elektrostatische Druckköpfe verwendet. Die Drähte leiteten den Elektronenstrom durch das Glas auf ein Blatt Papier, auf dem sich der gewünschte Inhalt in Form eines elektrischen Ladungsmusters absetzte. Das Papier wurde dann in die Nähe eines Beckens mit flüssiger Tinte mit der entgegengesetzten Ladung geführt. Die geladenen Bereiche des Papiers ziehen die Tinte an und bilden so das Bild. ⓘ

Zeus - dünner CRT-Bildschirm

In den späten 1990er und frühen 2000er Jahren experimentierten die Philips Research Laboratories mit einer Art dünner CRT, dem so genannten Zeus-Display, das CRT-ähnliche Funktionen in einem Flachbildschirm enthielt. Die Geräte wurden zwar vorgeführt, aber nie vermarktet. ⓘ

Schlankere CRT

Ein Vergleich zwischen 21-Zoll-Superslim und Ultraslim CRT ⓘ

Einige CRT-Hersteller, sowohl LG.Philips Displays (später LP Displays) als auch Samsung SDI, innovierten die CRT-Technologie durch die Entwicklung einer schlankeren Röhre. Schlankere CRT hatten die Handelsnamen Superslim, Ultraslim, Vixlim (von Samsung) und Cybertube und Cybertube+ (beide von LG Philips Displays). Ein 21-Zoll (53 cm) flacher CRT hat eine Tiefe von 447,2 Millimetern. Die Tiefe von Superslim beträgt 352 Millimeter, die von Ultraslim 295,7 Millimeter (11,64 Zoll). ⓘ

Gesundheitliche Bedenken

Ionisierende Strahlung

Röhrenbildschirme können eine geringe Menge an Röntgenstrahlung abgeben. Dies ist auf den Beschuss der Schattenmaske/des Blendengitters und der Leuchtstoffe durch den Elektronenstrahl zurückzuführen, der beim Abbremsen der hochenergetischen Elektronen Bremsstrahlung erzeugt. Die Strahlungsmenge, die an der Vorderseite des Monitors austritt, wird allgemein als unbedenklich angesehen. Die Vorschriften der Food and Drug Administration (FDA) in 21 CFR 1020.10 begrenzen z. B. die Strahlung von Fernsehempfängern auf 0,5 Milliroentgen pro Stunde in einem Abstand von 5 cm von jeder Außenfläche; seit 2007 liegen die Emissionen der meisten CRTs weit unter diesem Grenzwert. Beachten Sie, dass die Einheit Röntgen eine veraltete Einheit ist und die Dosisabsorption nicht berücksichtigt. Die Umrechnungsrate beträgt etwa 0,877 Röntgen pro rem. Unter der Annahme, dass der Zuschauer die gesamte Dosis absorbiert hat (was unwahrscheinlich ist) und dass er täglich 2 Stunden fernsieht, würde eine stündliche Dosis von 0,5 Milliroentgen die jährliche Dosis des Zuschauers um 320 Millirem erhöhen. Zum Vergleich: Die durchschnittliche Hintergrundstrahlung in den Vereinigten Staaten beträgt 310 Millirem pro Jahr. Negative Auswirkungen chronischer Strahlung machen sich im Allgemeinen erst bei Dosen über 20.000 Millirem bemerkbar. ⓘ

Die Dichte der Röntgenstrahlung, die von einer Kathodenstrahlröhre erzeugt würde, ist gering, da die Rasterabtastung einer typischen Kathodenstrahlröhre die Energie des Elektronenstrahls über den gesamten Bildschirm verteilt. Spannungen über 15.000 Volt reichen aus, um "weiche" Röntgenstrahlen zu erzeugen. Da CRTs jedoch mehrere Stunden lang eingeschaltet bleiben können, kann die von der CRT erzeugte Röntgenstrahlung beträchtlich sein. Daher ist es wichtig, Materialien zur Abschirmung gegen Röntgenstrahlen zu verwenden, wie z. B. dickes Bleiglas und Barium-Strontium-Glas, die in CRTs verwendet werden. ⓘ

Die Besorgnis über die von CRTs ausgehende Röntgenstrahlung begann 1967, als festgestellt wurde, dass die von General Electric hergestellten Fernsehgeräte "Röntgenstrahlung in einem Ausmaß emittierten, das über dem wünschenswerten Niveau lag". Später wurde festgestellt, dass Fernsehgeräte aller Hersteller ebenfalls Strahlung abgaben. Dies führte dazu, dass Vertreter der Fernsehindustrie vor einen Ausschuss des US-Kongresses gebracht wurden, der später einen Gesetzesentwurf zur Regulierung der Strahlung auf Bundesebene vorschlug, aus dem 1968 der Radiation Control for Health and Safety Act wurde. Den Besitzern von Fernsehgeräten wurde empfohlen, immer einen Abstand von mindestens drei Metern zum Bildschirm des Fernsehgeräts einzuhalten und "längere Exposition" an den Seiten, auf der Rückseite oder unter dem Gerät zu vermeiden. Es wurde festgestellt, dass der größte Teil der Strahlung nach unten gerichtet war. Die Besitzer wurden außerdem aufgefordert, keine Änderungen an den Innenteilen des Geräts vorzunehmen, um eine Strahlenbelastung zu vermeiden. Die Schlagzeilen über "radioaktive" Fernsehgeräte hielten bis Ende der 1960er Jahre an. Es gab einmal einen Vorschlag von zwei New Yorker Kongressabgeordneten, der die Hersteller von Fernsehgeräten gezwungen hätte, "in die Haushalte zu gehen, um alle 15 Millionen Farbfernsehgeräte der Nation zu testen und Strahlungsgeräte in ihnen zu installieren". Die FDA begann schließlich, die Strahlungsemissionen aller elektronischen Produkte in den USA zu regulieren. ⓘ

Toxizität

Ältere Farb- und Monochrom-CRTs können mit giftigen Substanzen wie Cadmium in den Leuchtstoffen hergestellt worden sein. Die hintere Glasröhre moderner CRTs kann aus bleihaltigem Glas hergestellt sein, das bei unsachgemäßer Entsorgung eine Gefahr für die Umwelt darstellt. Seit 1970 wird für das Glas auf der Vorderseite (der sichtbare Teil der Kathodenstrahlröhre) Strontiumoxid statt Blei verwendet, obwohl die Rückseite der Kathodenstrahlröhre immer noch aus bleihaltigem Glas hergestellt wurde. Monochrome CRTs enthalten in der Regel nicht genug bleihaltiges Glas, um die TCLP-Tests der EPA nicht zu bestehen. Während das TCLP-Verfahren das Glas in feine Partikel zermahlt, um es schwachen Säuren auszusetzen, damit es auf Auslaugung getestet werden kann, laugt intaktes CRT-Glas nicht aus (das Blei ist verglast und im Glas selbst enthalten, ähnlich wie bei bleihaltigem Kristallglas). ⓘ

Flimmern

Bei niedrigen Bildwiederholfrequenzen (60 Hz und darunter) kann die periodische Abtastung des Bildschirms ein Flimmern erzeugen, das manche Menschen leichter wahrnehmen als andere, vor allem, wenn sie mit peripherem Sehen arbeiten. Flimmern wird häufig mit CRT-Bildschirmen in Verbindung gebracht, da die meisten Fernsehgeräte mit 50 Hz (PAL) oder 60 Hz (NTSC) laufen, obwohl es auch einige PAL-Fernseher mit 100 Hz gibt, die flimmerfrei sind. Die meisten Computermonitore unterstützen mindestens 75 Hz und High-End-Monitore 100 Hz oder mehr, um jegliche Wahrnehmung von Flimmern zu vermeiden. Die 100-Hz-PAL wurde jedoch oft durch verschachtelte Abtastung erreicht, bei der der Schaltkreis und die Abtastung in zwei Strahlen von 50 Hz aufgeteilt wurden. Nicht-Computer-CRTs oder CRTs für Sonar- oder Radargeräte können Phosphor mit langer Nachleuchtdauer haben und sind daher flimmerfrei. Wenn die Nachleuchtdauer bei einem Videobildschirm zu lang ist, werden bewegte Bilder unscharf dargestellt. ⓘ

Hochfrequentes hörbares Rauschen

Für das Fernsehen verwendete 50-Hz/60-Hz-CRTs arbeiten mit horizontalen Abtastfrequenzen von 15.734 Hz (für NTSC-Systeme) oder 15.625 Hz (für PAL-Systeme). Diese Frequenzen liegen im oberen Bereich des menschlichen Gehörs und sind für viele Menschen unhörbar; manche Menschen (insbesondere Kinder) nehmen jedoch in der Nähe eines laufenden Röhrenfernsehers einen hohen Ton wahr. Das Geräusch ist auf die Magnetostriktion im Magnetkern und die periodische Bewegung der Wicklungen des Rücklauftransformators zurückzuführen, kann aber auch durch die Bewegung der Ablenkspulen, des Jochs oder der Ferritperlen verursacht werden. ⓘ

Dieses Problem tritt bei Fernsehgeräten mit 100/120 Hz und bei Computerbildschirmen ohne CGA (Color Graphics Adapter) nicht auf, da diese viel höhere horizontale Abtastfrequenzen verwenden, die für den Menschen unhörbare Geräusche erzeugen (22 kHz bis über 100 kHz). ⓘ

Implosion

Eine Kathodenstrahlröhre während einer Implosion ⓘ

Das Hochvakuum im Inneren von Kathodenstrahlröhren mit Glaswänden ermöglicht es den Elektronenstrahlen, frei zu fliegen, ohne mit Luftmolekülen oder anderen Gasen zusammenzustoßen. Wird das Glas beschädigt, kann der atmosphärische Druck die Vakuumröhre in gefährliche Bruchstücke zerlegen, die nach innen beschleunigen und dann mit hoher Geschwindigkeit in alle Richtungen spritzen. Obwohl moderne Kathodenstrahlröhren, die in Fernsehgeräten und Computerbildschirmen verwendet werden, über epoxidverklebte Frontplatten oder andere Maßnahmen verfügen, die ein Zerspringen der Hülle verhindern, müssen CRTs vorsichtig gehandhabt werden, um Verletzungen zu vermeiden. ⓘ

Implosionsschutz

Datapoint 1500 Terminal mit freiliegendem Gehäuse, dessen Kathodenstrahlröhre aufgrund der Alterung des PVA einen "Katarakt" aufweist ⓘ

Frühe CRTs hatten eine Glasplatte über dem Bildschirm, die mit einem Klebstoff verbunden war, so dass ein laminierter Glasbildschirm entstand: Ursprünglich war der Klebstoff Polyvinylacetat (PVA), während spätere Versionen wie der LG Flatron ein Harz verwendeten, möglicherweise ein UV-härtbares Harz. Das PVA zersetzt sich mit der Zeit und es entsteht ein "Katarakt", ein Ring aus zersetztem Klebstoff um die Ränder der CRT, der das Licht vom Bildschirm nicht durchlässt. Spätere Röhrenmonitore verwenden stattdessen ein gespanntes Metallband, das um den Umfang herum angebracht ist und auch Befestigungspunkte für die Montage des Röhrenmonitors an einem Gehäuse bietet. Bei einer 19-Zoll-Röhre beträgt die Zugspannung im Randband 70 kg/cm2. Ältere CRTs wurden mit einem Rahmen am Fernsehgerät befestigt. Das Band wird gespannt, indem es erhitzt und dann auf die CRT montiert wird. Danach kühlt das Band ab und schrumpft in seiner Größe, wodurch das Glas unter Druck gesetzt wird, was das Glas stärkt und die erforderliche Dicke (und damit das Gewicht) des Glases verringert. Dies macht das Band zu einem integralen Bestandteil, der niemals von einer intakten Röhre, die noch ein Vakuum hat, entfernt werden sollte; der Versuch, es zu entfernen, kann die Röhre implodieren lassen. Das Randband verhindert, dass die Röhre implodiert, wenn der Bildschirm zerbrochen ist. Das Randband kann mit Epoxid auf den Umfang der Röhre geklebt werden, um zu verhindern, dass sich Risse über den Bildschirm hinaus in den Trichter ausbreiten. ⓘ

Elektrischer Schock

Um die Elektronen von der Kathode zum Bildschirm mit genügend Energie zu beschleunigen, um eine ausreichende Bildhelligkeit zu erreichen, ist eine sehr hohe Spannung (EHT oder Höchstspannung) erforderlich, die von einigen Tausend Volt für eine kleine Oszilloskop-Kathodenstrahlröhre bis zu Zehntausenden für einen Farbfernseher mit großem Bildschirm reicht. Diese Spannung ist um ein Vielfaches höher als die Spannung der Haushaltsstromversorgung. Selbst nach dem Ausschalten der Stromversorgung können einige zugehörige Kondensatoren und die Kathodenstrahlröhre selbst noch einige Zeit lang eine Ladung behalten, die dann plötzlich über eine Erdung abgeleitet wird, z. B. durch einen unachtsamen Menschen, der ein Kondensatorentladekabel erdet. Eine durchschnittliche monochrome CRT kann 1 bis 1,5 kV Anodenspannung pro Zoll verbrauchen. ⓘ

Sicherheitsbedenken

Unter bestimmten Umständen kann das von den Elektronenkanonen, den Abtastschaltkreisen und der zugehörigen Verdrahtung einer Kathodenstrahlröhre abgestrahlte Signal aus der Ferne aufgefangen und dazu verwendet werden, die Anzeige auf der Kathodenstrahlröhre mit Hilfe eines als Van-Eck-Phreaking bezeichneten Verfahrens zu rekonstruieren. Eine spezielle TEMPEST-Abschirmung kann diesen Effekt abschwächen. Eine solche Abstrahlung eines potenziell verwertbaren Signals kommt jedoch auch bei anderen Anzeigetechnologien und bei Elektronik im Allgemeinen vor. ⓘ

Die durch Ablenkung und Helligkeitsmodulation der Elektronenstrahlen abgestrahlten elektromagnetischen Wellen (kompromittierende Abstrahlung) können zu Spionagezwecken aufgefangen werden, um sie mit Hilfe der Van-Eck-Phreaking-Technik auf einem zweiten Bildschirm darzustellen. ⓘ

Wiederverwertung

Aufgrund der in CRT-Monitoren enthaltenen Giftstoffe hat die US-Umweltschutzbehörde (EPA) im Oktober 2001 Vorschriften erlassen, die besagen, dass CRTs zu speziellen Recyclinganlagen für Elektroschrott gebracht werden müssen. Im November 2002 begann die EPA mit der Verhängung von Bußgeldern gegen Unternehmen, die CRTs auf Mülldeponien oder durch Verbrennung entsorgen. Lokale und landesweite Aufsichtsbehörden überwachen die Entsorgung von CRTs und anderen Computergeräten. ⓘ

Als Elektronikschrott gelten CRTs als eine der am schwierigsten zu recycelnden Abfallarten. CRTs haben eine relativ hohe Konzentration an Blei und Phosphor (nicht Phosphor), die beide für die Anzeige notwendig sind. In den Vereinigten Staaten gibt es mehrere Unternehmen, die eine geringe Gebühr für das Einsammeln von CRTs erheben und ihre Arbeit durch den Verkauf des gesammelten Kupfers, des Drahts und der Leiterplatten subventionieren. Die US-Umweltschutzbehörde (EPA) zählt ausrangierte CRT-Monitore zu ihrer Kategorie "gefährlicher Haushaltsabfall", betrachtet aber CRTs, die zu Testzwecken beiseite gelegt wurden, als Gebrauchsgegenstände, wenn sie nicht weggeworfen, spekulativ angesammelt oder ungeschützt vor Witterungseinflüssen und anderen Schäden zurückgelassen werden. ⓘ

Verschiedene Bundesstaaten beteiligen sich an der Wiederverwertung von CRTs, wobei jeder Staat seine eigenen Meldepflichten für Sammler und Recyclingeinrichtungen hat. In Kalifornien zum Beispiel wird das Recycling von CRTs von CALRecycle, dem kalifornischen Ministerium für Ressourcenrecycling und -wiedergewinnung, über sein Zahlungssystem geregelt. Recyclinganlagen, die CRT-Geräte von Unternehmen und Privathaushalten annehmen, müssen Kontaktinformationen wie Adresse und Telefonnummer einholen, um sicherzustellen, dass die CRTs aus einer kalifornischen Quelle stammen, damit sie am CRT-Recycling-Bezahlsystem teilnehmen können. ⓘ

In Europa wird die Entsorgung von CRT-Fernsehern und -Monitoren durch die WEEE-Richtlinie geregelt. ⓘ

Für das Recycling von CRT-Glas wurden mehrere Methoden vorgeschlagen. Die Methoden umfassen thermische, mechanische und chemische Verfahren. Bei allen vorgeschlagenen Verfahren wird der Bleioxidgehalt aus dem Glas entfernt. Einige Unternehmen betreiben Öfen, um das Blei vom Glas zu trennen. Eine Koalition mit dem Namen Recytube-Projekt wurde einst von mehreren europäischen Unternehmen gegründet, um eine Methode für das Recycling von CRTs zu entwickeln. Die in CRTs verwendeten Leuchtstoffe enthalten oft Seltenerdmetalle. Eine CRT enthält etwa 7 g Phosphor. ⓘ

Der Trichter kann mit Hilfe von Laserschneiden, Diamantsägen oder Drähten oder mit einem widerstandsbeheizten Nichromdraht vom Bildschirm der CRT getrennt werden. ⓘ

Verbleites CRT-Glas wurde verkauft, um zu anderen CRTs umgeschmolzen zu werden, oder sogar zerkleinert und im Straßenbau oder in Fliesen, Beton, Beton- und Zementsteinen, Glasfaserisolierungen oder als Flussmittel in der Metallschmelze verwendet. ⓘ

Ein beträchtlicher Teil des CRT-Glases wird auf Deponien entsorgt, wo es die Umwelt verschmutzen kann. In der Regel wird CRT-Glas eher entsorgt als recycelt. ⓘ

Siehe auch

Grundlagen des Kathodenstrahls und Entladung in Niederdruckgas:

• Kathodenstrahlröhre
• Vakuumröhre

Lichterzeugung durch Kathodenstrahlen:

• Kathodolumineszenz
• Crookes-Röhre
• Phosphor
• Szintillation (Physik)

Die Manipulation des Elektronenstrahls:

• Austastung (Video)
  • Horizontale Austastlücke
  • Vertikale Austastlücke
• Ablenkjoch
• Bearbeitung des Elektronenstrahls
• Elektrostatische Ablenkung
• Elektrostatische Linse
• Magnetische Ablenkung
• Magnetische Linse

Anwendung von CRT in verschiedenen Anzeigezwecken:

• Analoges Fernsehen
• Bildwiedergabe
• Vergleich von CRT, LCD, Plasma und OLED
• Vergleich der Anzeigetechnologie
• Computer-Monitor
• CRT-Projektor
• Bildseparator
• Monochrom-Monitor
• Monoskop
• Oszilloskop
• Kathodenstrahl-Oszilloskop
• Übertastung
• Rasterabtastung
• Abtastlinie

Verschiedene Phänomene:

• Rauschen (Video)

Historische Aspekte:

• Direkt sichtbare bistabile Speicherröhre
• Flachbildschirm
• Geer-Röhre
• Geschichte der Anzeigetechnik
• Bildseparator
• LCD-Fernseher, LCD mit LED-Hintergrundbeleuchtung, LED-Anzeige
• Penetron
• Oberflächenleitendes Elektronenemitter-Display
• Trinitron

Sicherheit und Vorsichtsmaßnahmen:

• Bildschirm-Filter
• Lichtempfindliche Epilepsie
• TCO-Zertifizierung ⓘ

Ausgewählte Patente

• U.S. Patent 1,691,324: Zworykin-Fernsehsystem ⓘ

Strahlfokussierung

Damit auf der Leuchtschicht ein scharf begrenzter Fleck entsteht, ist es notwendig, den Strahl in seinem Verlauf zu fokussieren. ⓘ

Dazu ist in elektrostatisch fokussierten Röhren der Anodenzylinder auf einer Länge von wenigen Zentimetern unterbrochen. An dieser Stelle ist, elektrisch isoliert, ein weiterer Zylinder größeren Durchmessers angebracht. An diesen Zylinder wird die Fokussierspannung angelegt. Siehe dazu auch Elektronenoptik. ⓘ

In früheren Fernsehbildröhren, in Wanderfeldröhren und in Elektronenmikroskopen erfolgte die Strahlfokussierung auch durch zum Strahlverlauf axiale Magnetfelder. ⓘ

Strahlmodulation

Zusätzlich zur Ablenkung des Strahles über den Leuchtschirm kann die Helligkeit des Leuchteindrucks geändert werden, indem der Wehneltzylinder eine mehr oder weniger große, gegenüber der Kathode negative Spannung erhält. Ändert sich diese Spannung mit einer ausreichenden Geschwindigkeit, während der Strahl kontinuierlich abgelenkt wird, so erhält man eine entsprechend der angelegten Spannung helligkeitsmodulierte Leuchtspur. Diese Funktion ist mithin eine der wichtigsten für die übliche Darstellung von Fernsehbildern mittels eines Rasters. ⓘ

Während des Zeilen- und Bildrücklaufs (der Sprung auf die Ausgangspositionen) muss der Elektronenstrahl „dunkel“ gesteuert werden. ⓘ

Die Modulation erfordert zur Bilddarstellung eine sehr hohe Bandbreite der Ansteuerspannung von null bis zu mehreren Megahertz. Sie wird von den Video-Endstufen bereitgestellt. Die Amplitude beträgt bei Bildröhren bis zu 300 Volt. ⓘ

Delta-Lochmasken-Farbbildröhre

Aufbau einer Lochmasken-Bildröhre:
1 Glühkathoden, 2 Elektronenstrahlen, 3 Bündelungsspulen (nicht mehr gebräuchlich), 4 Ablenkspulen, 5 Anodenanschluss, 6 Lochmaske, 7 Fluoreszenzschicht mit roten, grünen und blauen Subpixeln, 8 Nahansicht der Fluoreszenzschicht ⓘ

Bildausschnitt einer Lochmasken-Farbbildröhre; Tripelanordnung der roten, grünen und blauen Subpixel ⓘ

Bei den ersten Farbbildröhren und bei vielen Computermonitoren waren die Strahlerzeugungssysteme, die Lochmaskenlöcher sowie die Leuchtstoffpunkte auf dem Leuchtschirm in Form gleichseitiger Dreiecke angeordnet. Zur Erzielung einer ausreichenden Konvergenz sind dabei umfangreichere Korrekturschaltungen notwendig als bei Inline-Röhren. Die Bildqualität ist allerdings meist besser als die der Inline-Röhrentypen, da

• die ansonsten insbesondere bei CAD-Arbeitsplätzen störenden Beeinflussungen senkrechter Linien durch die ebenfalls senkrechten Maskenstrukturen vermieden werden,
• Farbsäume an senkrechten Linien prinzipbedingt nicht auftreten können,
• die Anordnung der Leuchtpunkte eine höhere Auflösung zulässt, die Strukturen sind feiner. ⓘ

Die Ausnutzung der Elektronenstrahlen ist jedoch weniger effektiv – ein größerer Teil der Elektronen landet ungenutzt auf der Maske, da eine Lochmaske eine gegenüber Schlitz- und Streifenmasken geringere offene Fläche besitzt. ⓘ

Delta-Röhren wurden allerdings weiterhin im professionellen Umfeld sowie bei hochauflösenden Monitoren u. a. im medizinischen Bereich verwendet. Sie fanden sich in qualitativ hochwertigen Computermonitoren, weil die Darstellungsqualität den erhöhten Aufwand rechtfertigt. Die in der Anfangszeit noch vorhandenen technischen Schwierigkeiten der Konvergenz bei Delta-Röhren resultierten in immer ausgefeilteren Ablenkspulensystemen, so dass Monitore nur noch einen Bruchteil der damaligen Korrektureinstellungen erfordern. ⓘ

Inline-Farbbildröhre

Durch die Miniaturisierung der Strahlerzeugungssysteme Mitte der 1970er Jahre war deren nebeneinanderliegende ("In-Line")-Anordnung im Bildröhrenhals zusammen mit einer gleichzeitigen Reduzierung des Halsdurchmessers möglich. Die Leuchtstoff-Pigmente auf dem Bildröhrenschirm wurden dementsprechend ebenfalls nebeneinander in Streifen angeordnet. Die notwendige Anzahl der Korrekturmaßnahmen zur Erzielung der Strahlkonvergenz verringerte sich dadurch erheblich. Es werden Streifen- und Schlitzmasken verwendet, bei denen aufgrund der größeren relativen offenen Fläche mehr Elektronen zur Leuchtschicht gelangen, anstatt ungenutzt auf der Maske zu landen. Diese Röhren liefern daher bei gegebenem Strahlstrom ein helleres Bild als die bis dato aktuellen Delta-Röhren. ⓘ

Im Laufe der Zeit wurde die Inline-Röhre zur Black-Matrix-Röhre weiterentwickelt. Diese hat zwischen den einzelnen Leuchtstreifen einen lichtundurchlässigen Streifen aus lichtabsorbierendem Material. Er erhöht den Kontrast (die Bildschirmfläche erscheint bei Fremdbeleuchtung dunkler) und die Farbreinheit (der durch die Maske begrenzte Strahl darf nun etwas mehr daneben treffen, bevor nicht zur entsprechenden Kathode gehörige Leuchtstreifen angeregt werden). ⓘ

Sony entwickelte parallel die Trinitron-Röhre, deren augenfälligster Unterschied gegenüber der Inline-Röhre der Einsatz senkrecht gespannter Drähte anstelle der Schlitzmaske ist. Das verringert wiederum die Fläche, auf der Elektronen ungenutzt abgeführt werden. ⓘ

Die Auflösung der Inline-Röhren ist aufgrund der gröberen Schlitzmuster in vertikaler Richtung schlechter, und an harten Kontrastübergängen im Bild bilden sich leichter wahrnehmbare Farbsäume, obwohl die Konvergenzeinstellung stimmt. An senkrechten Linien treten Aliasing- und Treppeneffekte auf, die diese Röhren für CAD-Arbeitsplätze ungeeignet machen. ⓘ

Inline-Bildröhren ermöglichen den fast vollständigen Verzicht auf die vorher nötige aufwendige Konvergenzeinheit, dadurch war erstmals die Konstruktion von günstigen kompakten und einfach zu wartenden Farb-TV Geräten möglich. Die Inline-Bildröhre ermöglichte daher zum Ende der 1970er Jahre dem Farbfernsehen auch im Massenmarkt den entscheidenden Durchbruch. ⓘ

• 

  Bildausschnitt einer Farbbildröhre mit Schlitzmaske

• Datei:schlitzmaske.jpg

  Ausschnitt aus einer Schlitzmaske, Blick von vorn

• Datei:Tv 12.jpg

  Darstellung einer weißen „12“ auf schwarzem Hintergrund auf einem Fernseher. In der Nahaufnahme erkennt man die einzelnen Farben, aus denen die Zeichen zusammengesetzt sind. ⓘ

Historische Farbbildröhren

Chromoskop

Das Ende der 1940er Jahre von DuMont in den USA entwickelte Chromoskop (von altgriechisch χρῶμα chroma „Farbe“ und σκοπεῖν skopein „schauen“) besteht aus einem aus der Schwarzweißtechnik bekannten Strahlerzeugungssystem. Die Leuchtschichten sind allerdings nicht auf der frontseitigen Glasfläche aufgebracht, stattdessen sind drei feinmaschige, mit dem jeweiligen farbig fluoreszierenden Leuchtstoff beschichtete Drahtnetze im Abstand von ca. 1–3 mm hintereinander angeordnet, deren elektrische Anschlüsse nach außen geführt sind. Aus Kathodensicht vor diesen drei Netzen liegt in gleichem Abstand nochmals ein vergleichsweise weitmaschiges Netz, das, auf Anodenpotential gelegen, für eine konstante Beschleunigung der Elektronen auch bei abwechselnden Potentialen der Leuchtnetze sorgt. ⓘ

Durch eine Umschaltung der Netze zwischen Kathoden- und Anodenpotential werden die bereits beschleunigten Elektronen durch auf Kathodenpotential liegende Netze abgebremst, sodass sie diese nicht erreichen können. Nur jeweils auf Anodenpotential liegende Netze werden getroffen. ⓘ

Verwendung

Die klassische Kathodenstrahlröhre mit Leuchtschirm zeigt in der Praxis unterschiedliche Arten der Elektronenstrahlführung:

• Oszillogramm: Hier wandert ein Elektronenstrahl in der Bildröhre, in der Regel mit konstanter Geschwindigkeit, von links nach rechts über den Bildschirm und wird in Abhängigkeit vom darzustellenden Signalverlauf vertikal abgelenkt. Der Elektronenstrahl regt die vergleichsweise lang fluoreszierende Beschichtung des Bildschirms zum Leuchten an, so dass der Eindruck eines stehenden Bildes entsteht.
• Vektorablenkung: Der Elektronenstrahl schreibt über zwei modulierte Steuersignale (horizontal) X-Achse (Abszisse), (vertikalen) Y-Achse (Ordinate) direkt ein Bild auf die fluoreszierende Beschichtung des Bildschirms. Über die Strahlhelligkeitsmodulation kann dieser Stift abgesetzt und an anderer Stelle wieder angesetzt werden. Anwendung bei frühen Computerspielen (Vektorspiel Asteroids, Radar).
• Zeilenablenkung (Rasterablenkung): Der Elektronenstrahl schreibt wiederkehrend zeilenweise das Bild im Rasterverfahren (siehe folgenden Abschnitt), ganz ähnlich wie z. B. ein Mensch ein Buch liest. ⓘ

Vektorgrafiken

Kathodenstrahlröhren werden in analogen Oszilloskopen und verschiedenen Laborgeräten (Messempfänger, Wobbelsender) zur Darstellung der Messergebnisse als Vektorgrafik in einem rechtwinkligen Koordinatensystem verwendet. Die Ordinate ist dabei entweder die Zeit, die Frequenz oder ein zweiter Messwert. ⓘ

Für frühe Grafikanwendungen im Bereich der Informationsverarbeitung wurden Speicherbildröhren verwendet, bei denen ein einmal geschriebenes Bild so lange stehen bleibt, bis das gesamte Bild durch einen Löschbefehl zurückgesetzt wird. Das Bild wird hierbei in der Leuchtschicht gespeichert; dadurch wird kein Bildwiederholspeicher benötigt. In ähnlicher Weise funktionieren analoge Speicheroszilloskope. ⓘ

Elektronenstrahlanwendungen

Raster-Elektronenmikroskope enthalten Kathodenstrahlröhren zur Elektronen„beleuchtung“ der Proben. Sie können häufig auch zur stofflichen Oberflächenanalyse ausgerüstet sein, entsprechende Verfahren sind beispielsweise die energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX), die Elektronenstrahlmikroanalyse (ESMA) oder die Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES). ⓘ

Auch sogenannte Elektronenkanonen mit Leistungen von hunderten Kilowatt zum Elektronenstrahlschweißen sind vom Prinzip her Kathodenstrahlröhren. ⓘ

Elektronenstrahlung wird zur Vernetzung von Polymeren eingesetzt (Elektronenstrahlvernetzung). ⓘ

Das Betatron enthält ein Kathodenstrahlsystem zur Injektion der zu beschleunigenden Elektronen in das Beschleunigersystem. ⓘ

Kathodenstrahlröhren werden bei Elektronenstrahllithografie-Verfahren zum Direkt-Schreiben bzw. Belichten in der Halbleiterfertigung und zum Mikrostrukturieren/Abgleichen von Dünnschicht-Strukturen eingesetzt. ⓘ

In Wanderfeldröhren, Klystrons, Carcinotrons und Gyrotrons tritt der Elektronenstrahl in Wechselwirkung mit einem Hochfrequenzfeld und dient der Erzeugung oder Verstärkung von Mikrowellen. ⓘ

In Röntgenröhren trifft der Elektronenstrahl auf eine Metalloberfläche und erzeugt dort Röntgenbremsstrahlung. ⓘ

Indirekte Bilderzeugung bzw. Projektion

Die nicht selbstleuchtende Blauschriftröhre oder auch Skiatron benötigt eine externe Lichtquelle. Der Elektronenstrahl trifft statt auf eine Leuchtschicht auf eine von außen sichtbare Schicht aus aufgedampften Alkali-Halogeniden, meist Kaliumchlorid. Die negative Ladung des Strahls ruft eine Verfärbung der getroffenen Stellen hervor, die je nach Typ blau bis blauviolett erscheint. Diese Spur ist sehr dauerhaft (Minuten bis Tage) und kann durch Erwärmen wieder gelöscht werden. ⓘ

Das Eidophor ist ein auf einer rasterartig bestrahlten Ölschicht beruhendes Bild-Projektionsverfahren. ⓘ

Herstellung

Das Strahlerzeugungssystem wird aus gestanzten Einzelteilen mittels Lehren durch Punktschweißen maßhaltig zusammengebaut und mit dem in einem separaten Arbeitsgang erzeugten Röhrensockel an dessen Durchführungsdrähten verschweißt. Führungen und Einbettungen aus Glaskeramik entlang des Systems erhöhen die Schwingungsfreiheit des Aufbaues bei Erschütterungen. Blattfedern am Ende des Aufbaues sorgen zum einen für den elektrischen Kontakt zur Anodenbeschichtung auf der Konusinnenseite der Röhre und zum Anderen für einen stabileren Halt des Systems auf der ansonsten freischwingenden Seite. ⓘ

Hals, Konus und Bildschirm werden bei Bildröhren in getrennten Arbeitsgängen erzeugt und miteinander verschmolzen. Sie bestehen aus unterschiedlichen Glassorten. Bei Oszillographenröhren wird der gesamte Kolben mitsamt Hals maschinell aus einem Stück geblasen – es bestehen geringere Anforderungen an die Röntgenabschirmung und die geringere Größe erlaubt eine geringere Festigkeit. ⓘ

Bildröhren besitzen einen Implosionsschutz, der aus einer Bandage um den Bildschirm besteht und dort ansonsten im Glas auftretende Zugspannungen aufnimmt. Die Metallbänder (Rimband) tragen auch die Befestigungswinkel der Bildröhre. ⓘ

In den Schirmecken von Farbbildröhren werden Schirmpins (Stahlstifte) eingeschmolzen, an denen vor dem Zusammenbau innen die Maske aus Invar-Stahl befestigt wird. Die Positionierung der Maske muss relativ zum Schirm sehr genau und mechanisch stabil sein. ⓘ

An das Glas werden hohe Anforderungen gestellt:

• Optische Qualität (frei von Blasen, Steinen, Schlieren)
• Mechanische Festigkeit
• Abschirmung der entstehenden Röntgenstrahlung
• Bei Farbbildröhren an die Maske angepasster thermischer Ausdehnungskoeffizient
• Gute, vakuumdichte Verbindung des Glases mit den elektrischen Durchführungen. ⓘ

Diese Anforderungen können oft nur durch verschiedene Glassorten erfüllt werden. ⓘ

Auf die Schirminnenseite wird der Leuchtstoff aufgebracht. Um eine möglichst gleichmäßige Beschichtung zu erzielen, werden die Leuchtstoffe mit einer gegenüber dem Leuchtstoff chemisch neutralen Flüssigkeit vermischt (Suspension) und in einem komplexen, vollautomatisierten Verfahren langsam auf der Bildschirminnenseite abgesetzt (Sedimentation). Die Trägerflüssigkeit wird danach vorsichtig abgegossen und der Leuchtstoff nach dem Durchtrocknen durch Brennen fixiert. ⓘ

Bei Farbfernsehröhren besteht die Leuchtschicht nicht aus einer homogenen Schicht, sondern aus vielen winzigen, passend angeordneten Punkten oder Streifen dreier verschiedener Leuchtstoffe der Grundfarben Rot, Grün und Blau. Bei Black-Matrix-Röhren sind die Streifen nochmals durch einen schwarzen Graphitstreifen voneinander getrennt. Die Strukturierung der Streifen bzw. Punkte erfolgt durch Fotolithografie mittels genau derjenigen Maske, die später eingebaut wird. ⓘ

In einem weiteren Arbeitsgang wird bei Bildröhren eine dünne glatte Trennschicht zum relativ körnigen Leuchtstoff aufgebracht, auf der durch Bedampfen eine Aluminiumschicht aufgebracht wird. Diese Zwischenschicht wird danach wiederum durch Brennen entfernt. ⓘ

Nach dem Zusammenschmelzen der Glasteile wird die Bildröhre, wie auch Elektronenröhren, evakuiert, entgast, gegettert und künstlich gealtert. Auch das magnetische Ablenksystem und Korrekturmagnete werden vom Bildröhrenhersteller angebracht. ⓘ

Gefahren

Implosionsschutz

Die Implosion einer Kathodenstrahlröhre ist, wie auch diejenige anderer evakuierter Röhren, aufgrund umherfliegender Glasscherben sehr gefährlich. Sie muss daher vermieden werden und erfordert bei der Handhabung besondere Schutzausrüstung (Schutzbrille, Schutzkleidung). ⓘ

Anfangs war die Bildröhre „durch eine splittersichere Schutzscheibe nach vorn hin zum Schutze des Betrachters“ abgeschirmt. ⓘ

Bildröhren besitzen heute einen Implosionsschutz in Form eines vorgespannten Metallreifens (Rimband) um den Bildschirm. Er nimmt die ansonsten dort im Glas auftretenden Zugspannungen auf und trägt auch die Haltewinkel der Bildröhre. Der Implosionsschutz umfasst jedoch nicht den Bildröhrenhals. Bricht dieser, kann er durch den Bildschirm nach vorn austreten – es sei denn, der Bildschirm besitzt eine ausreichende Festigkeit (eigensichere Bildröhren). Bildröhren dürfen daher nicht am Hals gehandhabt werden. ⓘ

Landet der Elektronenstrahl aufgrund fehlerhafter Ablenkung innen auf dem Röhrenhals, kann die Bildröhre aufgrund thermischer Spannungen implodieren. Vorher setzt sie aufgrund des dort dünnen Glases verstärkt Röntgenstrahlung frei. Geräte, bei denen die Anodenspannung nicht wie üblich aus den Rückschlagimpulsen der Zeilenablenkung gewonnen wird, besitzen daher oft eine Vorrichtung, die die Anodenspannung bei fehlerhafter Ablenkung abschaltet. ⓘ

Die unabhängig davon arbeitende Vertikal-Ablenkschaltung ist ebenfalls oft so gestaltet, dass bei ihrem Ausfall der Strahlstrom abgeschaltet wird. Diese Maßnahme verhindert zusätzlich ein Einbrennen einer im Fehlerfalle auftretenden dünnen und sehr hellen, horizontalen Linie. ⓘ